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RSS2018年 第5卷 第2期
2018, 5(2): 1-7.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.001
摘要:
[目的] 随着国家对于海上风电竞价上网指导意见的出台，降低开发成本的需求越来越迫切，急需通过技术创新降低成本。而海上塔架和基础的成本，显著影响着海上风电的平准化度电成本LCoE(Levelized Cost of Energy)，直接决定着海上风电项目的竞争力。 [方法] 为了有效降低塔架基础的成本，文章提出了基于数字化云平台iDO(integrated Design Offshore)的一体化设计方法，对极端极限状态ULS工况下结构的静强度、疲劳极限状态FLS工况下结构的疲劳损伤进行了数值计算分析。为验证一体化设计方法在降低海上风电塔架基础成本的效果，文章针对两个实际工程项目，基于iDO云平台和传统分步迭代法SIA(Sequentially Iterated Approach)进行设计分析，对比ULS工况和FLS工况下的结构安全衡准指标。 [结果] 计算结果表明：ULS和FLS工况下，基于iDO云平台的一体化设计方法比SIA在结构强度、变形、疲劳损伤等指标有较大幅度下降，可显著优化塔架基础结构，降低结构重量，减小整个支撑结构成本，降低海上风电的LCoE。 [结论] 在实际海上风电工程项目应用中，基于iDO云平台的一体化设计方法可有效降低塔架基础结构成本，从而提高海上风电项目的竞争力，同时可对未来海上风电支撑结构优化设计提供借鉴。
2018, 5(2): 8-18.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.002
摘要:
[Introduction] This paper is Part 1 of two papers, looking at applying European countries′ experience with economic regulation to one of the urgent challenges of China′s electricity systems: namely the effective connection of offshore wind. [Method] Using a methodology adapted from recent literature on comparative analysis of regulatory regimes, five components of regulatory regimes for offshore wind are defined: regulatory entity, degree of effective unbundling, connection charging method, tariff regulatory method and entity responsible for constructing/operation of the offshore connection. Regulatory regimes, including three case studies of innovative regulatory regimes, are assessed in terms of four criteria: “Price Signal” , “Cost Efficiency Incentives” , “Planning” and “Timely Connection Investment” . [Result] The paper shows that the TSO model, the generator model and the third-party model present three different, but equally successful, paths to address the challenges of offshore wind connection. [Conclusion] China′s policy-makers could learn from these experiences, both in understanding the properties of basic regulatory methods, as well as the regulatory innovations. This is further discussed in Part 2 of the paper.
2018, 5(2): 19-23.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.003
摘要:
[目的] 海上风电已成为全球可再生能源发展的研究热点，虽然前期取得了显著成绩，但勘测设计、建设管理、运行维护、技术创新、产业融资等方面还不太成熟，技术创新是解决以上问题主要途径。其中，大数据技术已经成为提升海上风电的可靠性和电力质量，降低运维成本的至关重要的一环。 [方法] 基于大数据技术探讨了海上风电大数据的价值与意义。 [结果] 以广东省海上风电大数据中心建设为例，提出了海上风电大数据的总体框架和主要任务。 [结论] 海上风电大数据发展对充分发掘广东省海域风能资源，推动广东省海上风电产业发展，促进能源结构优化转型和节能减排提供了有力支撑。
2018, 5(2): 24-36.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.004
摘要:
[目的] 冲刷是在水流以及波浪作用下土体流失的一个过程，它通常发生在桥梁、港口码头、以及海岸平台等结构的基础周围，造成基础的承载力下降，危及上部结构的安全。目前在分析桩的侧向力学行为时，只考虑了冲刷深度对桩的侧向承载力的影响，而忽略了冲刷形成的冲刷孔的影响。事实上，冲刷孔的几何形状不仅包括冲刷深度、还包括了冲刷孔的宽度以及冲刷孔的坡度。目前，工程设计中广泛采用的侧向桩分析方法，即p-y曲线方法无法考虑冲刷孔三维几何形状对桩的侧向力学性质的影响。 [方法] 针对这个问题，文章提出了一种修正的p-y曲线方法以用于分析砂土地层中桩在冲刷作用下的侧向力学响应。 [结果] 该方法改进了基于锲形体破坏模型的Reese p-y曲线法，从而能考虑冲刷孔三维几何形状的影响。将计算得到的结果与三维有限差分数值分析的结果进行了比较，验证该修正方法的可靠性。 [结论] 计算结果表明：在冲刷孔的几何形状参数里，冲刷深度对桩的侧向力学性质的影响最大，其次是冲刷孔的宽度与坡度。忽略冲刷孔几何形状的影响，桩在地面位置的侧向位移会增加49%～68%。
2018, 5(2): 37-46.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.005
摘要:
[目的] 海上工程勘察中钻孔取样的扰动较大，易造成室内土工试验的可靠性不足。孔压静力触探(CPTU)在海上原位测试中具有独特的优势，在国际国内获得了广泛应用。 [方法] 为此，分析了国内外基于CPTU测试结果的地层划分和土体参数的分析方法，并对土体参数分析公式的适用性进行了评价。在此基础上，将国际上普遍采用的分析方法应用于我国海上风电场工程。 [结果] 结果表明：国外的经验参数可能高估土体的某些参数，需结合我国海域地层的区域性特征进行进一步研究。 [结论] 针对江苏、浙江和福建海域等区域性土，通过模型试验和多种手段原位测试的对比，对经验公式进行验证或改进，并对经验参数进行标定是可行的，可为我国海上风电场工程应用提供指导。
2018, 5(2): 47-59.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.006
摘要:
[目的] 风能是近年来飞速发展的可再生新能源。在过去的20年中，风机总装机量在全球范围内有了大幅度地增长。由于暴露在恶劣的自然环境中，海上风机尤其容易受到多种灾害的共同干扰。针对常见灾害对风机结构的影响进行了系统性地总结分析。 [方法] 首先介绍了强台风和中度台风引起的风机叶片破坏和塔架整体倒塌的事故，对事故现象及分析方法做了初步探讨。除此之外，考虑中国作为地震多发带以及特殊的海上环境，对海上风机在波浪和地震荷载作用下的动力响应及灾害预测也进行了系统阐述。针对台风、地震和波浪的不同荷载模拟方法，包括考虑线性和非线性特征的不同数学模型，在相关研究领域被相继提出；相应的风机结构损伤分析也包括了动力学常见的时域分析和频谱分析。 [结果] 通过采取不同灾害指标，对于不同荷载及工况下的分析表明，极端风速是影响风机结构安全性的最关键因素。随着结构健康监测技术在土木基础设施中的成功运用，其重要性实用性日益受到关注。 [结论] 系统阐述了土木结构健康监测的原理，成功实例，以及相应的传感技术。并进而介绍了健康监测技术在风电领域的发展与应用。有些局部损伤探测已经被工业领域成功实施并取得了良好的效果。值得注意的是，过往的研究主要集中于对风机局部构件的健康检测方法。针对风机结构稳定性安全性的整体检测将会是未来研究工作的重点。
2018, 5(2): 60-64.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.007
摘要:
[目的] 为了研究波浪能发电、海流能发电与海上风力发电结合的可能性和可行性， [方法] 通过分析波浪能及海流能发电的设备型式和技术水平，提出三者共同发电的结合方式；通过分析福建省海上风能、波浪能和海洋能的自然条件，结合海上风电项目所处的独特地理位置， [结果] 梳理出适合与波浪能、海流能发电结合的海上风电项目，并提出下一阶段工作需要关注的问题。 [结论] 提出综合开发海洋能源、提高用海效率的一种新思路，成为今后综合开发海上能源的新的研究方向。
2018, 5(2): 67-70.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.009
摘要:
[目的] 山地风电项目的开发与建设管理对比火电项目有着较大的差异，因此必须探索适应风电特点的开发与建设模式，从而有效规避风电开发中的系统性风险，保证建设项目的可持续竞争力。 [方法] 就山地风电场的开发与建设的过程中存在的难点和关键点进行论述，对山地风电场的开发与管理工作进行分析探讨。 [结果] 研究表明：应针对山地风电建设的特点，转变以往粗放式管理观念，推进精细化设计管理，做好测风与风资源评估、主机设备选型、微观选址、道路设计等阶段的工作成果，并在现场施工管理重点关注体系化质量、标准化安全、目标化工期和常态化沟通管理工作。 [结论] 管理经验对风电场顺利建设并成功运营，提升山地风电建设水平，推动我国风电产业的健康发展具有重要的借鉴意义。
2018, 5(2): 71-76.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.010
摘要:
[目的] 由于风电出力的间歇性、随机性和反调峰特性，大规模可再生能源风电并网造成京津唐地区冬季供热季弃风现象愈加严重。 [方法] 为了能够定量研究电源调峰、联络线外送等弃风因素变化时对电网弃风的影响情况，从而准确衡量不同情形下电网对风电的接纳能力，文章从系统调峰的角度，以电热负荷平衡约束、机组出力约束为条件建立风电弃风评估模型。 [结果] 对京津唐电网弃风情况的模拟结果表明，常规电源调峰越深、联络线外送深度越小，系统接纳风电出力的空间越大；而过快的风电装机容量增长速度和较高的热电机组供热比率，会抑制风电出力，从而导致弃风。 [结论] 因此，可通过激励系统中常规电源积极主动进行调峰、控制联络线外送峰谷差和热电机组出力范围来提高系统接纳风电的能力；而根据未来规划水平，选取某一比例的风电装机容量增长速度，即可确定最佳的风电并网规模，控制弃风电量在一定水平内。
2018, 5(2): 77-85.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.011
摘要:
[目的] 广东省是台风多发地区，但是目前无论是海上风机支撑结构设计国际标准还是我国即将发布的规范都没有明确考虑台风的影响，目标可靠度(失效概率)是未知的。另外，我国规范对不同荷载采用了不同的分项系数，不便于一体化设计的实施。 [方法] 比较了即将发布的海上风机基础设计规范和国际标准的异同，并分析了在不同荷载效应变异系数、效应比和相关系数的情况下我国规范的目标可靠度，以及基于给定的目标可靠度，计算分项系数在上述不同情况下的取值选择。最后，给出了计算等价单一荷载效应分项系数的方法。 [结果] 结果表明：相同的分项系数和组合系数在不同的情况下目标可靠度变化较大，随着变异系数从0.2增大到0.6，可靠度指标将降低0.5～1.0。 [结论] 建议根据《工程结构可靠性设计统一标准》选择3.2为目标可靠度，分项系数和组合系数根据当地不同的环境条件确定。
2018, 5(2): 86-92.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.012
摘要:
[目的] 在海上风电工程中，为进一步优化桩基设计，同时为大范围沉桩作业提供施工参数资料，必须要进行海上试桩。近年来，随着海上风电机组装机容量不断增大，且海上风电场离岸越来越远，为满足设计承载要求，海上风机基础桩基设计长度不断增加。与普通试桩相比，海上超长钢管桩在试桩过程中存在诸多不同。为保证海上超长钢管桩试桩达到预定目标， [方法] 作者对海上试桩中的关键技术进行了深入讨论。首先讨论了海上超长钢管桩试桩的试验项目设置， [结果] 明确了合理的试桩顺序；其次对海上超长钢管桩试桩中基准桩设置、反力装置、沉桩施工、冲刷监测、试桩保护和桩身传感器保护等关键技术进行详细分析， [结论] 对今后海上超长钢管桩试桩工程有指导意义；最后对海上试桩工程未来的发展进行展望及总结。
2018, 5(2): 93-98.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.013
摘要:
[目的] 随着国内市场能源供给逐渐往新能源方向发展，海上风电在国家的大力支持下，逐步发展。作为海上风电的核心构筑物，海上升压站有着举足轻重的作用。由于导管架对水深的适应范围较广，目前国内及国际上主流的海上升压站平台，大部分采用导管架结构。根据导管架与桩的连接方式的不同，分为水下裙桩导管架以及常规的桩腿打入式导管架，根据以往经验，裙桩基础一般应用在深水区域(超过40 m)。 [方法] 针对导管架海上升压站裙桩基础，从施工及设计两个方面进行介绍，在某工程的区域性地质条件下，与常规打入式导管架腿进行了设计计算对比。 [结果] 分析表明：海上升压站带裙桩的导管架相比目前浅水区常规导管架，减小了桩长以及导管架杆件截面，降低了用钢量，节约了海上升压站的成本。 [结论] 研究成果对海上升压站的模块化开发具有重要的应用意义。
2018, 5(2): 99-108.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.014
摘要:
[目的] 随着海上风电场规模的扩大，新型输电技术广泛应用于海上风电场的电能传输，海上风电正面临着不同于陆地电网成熟模式的新挑战，需要进一步明确不同输电方式的技术特点与发展前景。 [方法] 概述了海上风电场四种输电方式即高压交流海底电缆、柔性直流输电技术、高压气体绝缘管道母线(GIL)和混合直流输电方式的技术特点和发展前景，并对各种输电方式进行了详细的成本构成分析及计算，对不同输电距离不同输送容量下的输电方式做出经济性比较。 [结果] 研究表明：我国现行海上风电输电方式中高压交流和柔性直流输电技术较为成熟，输电方式的选取受输电距离的影响，以输电距离约52 km为临界点。输电距离低于52 km时，交流输电具有经济优势；输电距离等于52 km时，柔性直流输电与交流输电两种方式成本相等；输电距离超过52 km后，直流输电方式的经济成本将低于交流输电方式，输电容量大小对输电方式的选择不会有太大影响。 [结论] 在不同输送容量下，近海风电输送方式仍然建议采用交流输电，远海风电输送方式建议采用柔性直流输电。
2018, 5(2): 109-114.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.015
摘要:
[目的] 海上平台电源多以分布式的形式进行电力组网，该种组网方式成本高、经济效应差。柔性直流输电技术不需要交流电网提供换相电流，使得柔性直流输电具有对有功功率和无功功率进行同时控制的能力，并且不需要配置大量补偿设备，较好地解决了海上平台输电问题。 [方法] 基于柔性直流输电技术的特点及接线型式，研究了直流控制的配置，分析了常见的直流故障特性，并展开了直流保护配置的研究。 [结果] 给出了直流控制系统的配置原则及方案，以及直流保护的配置原则及方案。 [结论] 研究成果为该技术在相关工程的应用推广提供了参考。
2018, 5(2): 115-120,114.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.016
摘要:
[目的] 海上平台一般均采用海上自供电方案，该供电方式电源形式单一、可拓展性差、抗冲击能力弱、供电可靠性和保障程度低，同时，海上平台的空间非常有限，建设自供电电源投资较高。 [方法] 在对比研究利用岸电交流送电和直流送电方案优缺点的基础上，提出了技术可行、经济性较优的海上平台采用混合直流输电的方案。在此基础上，建立陆地电网侧常规直流、海上平台侧柔性直流的数学模型，结合传统直流的换流器的典型控制方式和柔性直流换流器的典型控制方式，提出混合直流的控制策略。 [结果] 在PSCAD/EMTDC上建立混合柔性直流输电系统的电磁暂态仿真模型，包含近区交流电网、混合直流系统以及海上平台系统的仿真系统模型，并开展建模仿真分析研究，分析近区交流电网、直流系统、海上平台的运行特性、故障特性以及交互影响。 [结论] 研究成果对解决海上平台的安全可靠供电问题具有十分重要意义。
2018, 5(2): 121-125.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.017
摘要:
[目的] 海底电缆防护是海上风电场建设的一种重要组成部分，海上风电中最大部分的保险理赔主要由于电缆事故造成。由于电缆路由线路较长，会穿过不同区域，每个区域的防护方案都不同。 [方法] 首先简单介绍海底电缆防护作法的基本情况，然后详细阐述了海底电缆登陆段防护方案，紧接着描述了海底电缆交越段防护方案以及电缆管附近的海缆防护方案，最后对海上风电场海底电缆防护方案进行总结。 [结果] 针对海底电缆登陆段，多采用套管保护、电缆沟与水平定向钻方案；针对海底电缆交越段，多在交越点采用垫块的方案；针对基础附近的海缆，主要采用J型管与弯曲限制器的方式。 [结论] 无论采用哪种方式，应高度重视海上风电场海底电缆的防护，确保海缆在运行期间的安全。
2018, 5(2): 126-132.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.018
摘要:
[目的] 由于目前我国海上风电工程尚未推广应用导管架群桩结构形式基础，还没有导管架群桩基础施工的成熟技术，为了填补该项施工技术空白，也为了解决国内首例导管架四桩型式基础在珠海桂山风电项目的桩基定位控制难题和倾斜度控制难题，特对该项工艺技术进行了探索研究。 [方法] 针对珠海桂山海上风电项目的特殊水文、地质和风浪等海况进行了分析，反复推敲国际案例，研究定位测量技术，邀请行业专家论证，最终设计出了一套导管架四桩基础空间位置精确定位、倾斜度精确控制、水下多点对接安装的关键成套技术，并设计了一套桩基施工工装用以辅助群桩施工。 [结果] 该套技术方案功能包括双层导向架着床精确定位调平、下层导向架插桩限位、双层液压千斤顶联动调整钢桩倾斜度和RTK GPS搭配全站仪测控系统实时追踪指引导管架与水下桩基多点对接安装，已成功地应用于广东珠海桂山海上风电示范项目，优化了设计工序，高效率、高质量、高精度地完成了全部导管架四桩基础的施工，为整个风电场项目的快速推进争取了更多的宝贵时间，为项目后续风机安装、海缆敷设和并网发电等工作的快速展开做好了准备。 [结论] 该套技术实现了海上风电导管架群桩型式基础在国内由理论研究转换为工程实践的重大突破，解决了导管架群桩型式基础在海上风电工程的精确成桩技术难题，为后续海上风电场导管架群桩基础技术的推广应用作了技术储备和经验推广。
2018, 5(2): 133-137.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.019
摘要:
[目的] 随着海上风电机组装机容量的飞速发展，业主对海上风电机组的安全运行越来越重视，对风机设备可靠性的要求越来越高。传统的设备故障事后处理模式不仅不能保证发电设备运行的可靠性，而且海上风电运行维护的可达性差，被动的故障后维修无形中增加了巨大的电量损失，已完全不能满足海上风电的要求。设备故障早期智能预警系统可以提前预知设备存在的问题，把设备隐患消除在萌芽状态之内，真正做到“防患于未然”。 [方法] 通过对海上风电机组关键部件的数据采集，结合历史数据提取故障特征，利用神经网络等大数据算法，实现发电机温度异常、发电机轴承异常、齿轮箱散热异常、齿形带断裂警告等设备故障的提前预判。 [结果] 根据对设备早期故障的提前预判，可以综合考虑海上风电的气象、台风、海况、海事等维护特点，有计划地执行积极的预防性维护策略，能够有效地避免大部件故障的发生或风机整机失效情况的发生。 [结论] 研究成果可提高海上风电机组的可靠性和风电场整体发电效益。
2018, 5(2): 138-142.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.020
摘要:
[目的] 超短基线定位是一种重要的水下声学定位方式，主要解决超短基线定位远距离定位发散快，远距离定位精度不高的缺点。 [方法] 论文介绍了超短基线定位系统的原理，详细分析了引起超短基线定位误差的各种因素，并针对这些因素，提出了相应的处理策略，从而提高水下定位精度， [结果] 结合海南联网海底电缆检测实际应用，验证将超短基线定位处理策略在克服距离定位发散快，远距离定位精度不高的缺陷的有效性。 [结论] 海南联网海底电缆检测实际应用实践验证了针对超短基线远距离定位发散快、定位精度不高的处理策略在海底高精度定位的有效性。
2018, 5(2): 143-148.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2018.02.021
摘要:
[目的] 中国海上风电行业已迈入快速发展期，如何创新项目开发管理模式，有效应对海上风电造价高、界面多、工期长等问题，实现成本降低、效能提升，是推动海上风电行业健康快速发展的重要保障。 [方法] 通过将生态系统理念应用到海上风电场项目开发建设和运营管理中，探索构建海上风电场生态系统，以搭建风电场神经网络为核心，提高整体关联效能，实现最优开发目标；利用层次分析法对系统影响因子权重进行定量分析。 [结果] 通过海上风电场生态系统的构建，使海上风电场具备信息快速的收集、存储、共享、分析和反馈调节功能，降本增效，提升风电场稳定性。 [结论] 生态系统的引入为海上风电项目的开发管理和提供了新的思路，借助人工智能技术等前沿科技的发展，海上风电场生态系统也将不断完善和广泛应用。
