为提高山东省的电力供应,山东能源集团启动了渤中海上风电A场址的开发。目前,该风电场的60台风电机组总装机容量为50万千瓦,单机容量为8.35兆瓦。开发项目还包括一座陆上集控中心和一座220千伏的海上升压站。项目设计单位中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司(简称“中南院”)新能源工程设计院数字工程所所长糜文杰表示:“该项目是当时国内单体规模最大、一次性建成的智慧化、数字化风场。”

渤中海上风电A场址是山东省首个平价海上风电项目,也是中国海上风电进入平价时代第一个取得核准的项目。项目于2022年年底投入运行,每年节约标准煤51.9万吨,减排二氧化碳约126万吨。然而,它的开发面临着巨大的挑战。

前所未有的开发速度

该风电场于2022年2月取得核准,需要在同年年底并网。糜文杰表示:“平价上网对经济性有影响,需要优化海缆路由、优化海上升压站(优化设备布置,以便降低平台尺寸及重量)等设计方案来降低成本。”

场区水文、地质条件复杂,对基础结构设计和施工影响较大,进一步增加了项目难度。同时项目方还需要优化单桩基础工程量以便降低成本,并且需要协调多个利益相关方。设计人员需要采用先进的数字化技术和方法,快速地完成该项目。

利用数字孪生技术实现更好的规划和可视化

中南院利用Bentley应用程序创建数字孪生模型,帮助团队克服所面临的诸多问题。项目团队首先使用ProjectWise创建互连数据环境,建立严格的版本控制并确保所有合作方和利益相关方都能访问所需信息。然后,他们使用MicroStation和Bentley Open系列应用程序对所有项目元素进行建模,包括集控中心、升压站、管道布局和复杂的沙盘,创建项目的数字孪生模型。

中南院不仅使用Bentley应用程序的现有功能,而且自研解决方案作为补充。借用Bentley应用程序开发了很多自研辅助设计工具,比如基于智能算法研发的海缆集电线路优化软件,是在Bentley MicroStation的基础上进行的二次开发,可以实现集电线路拓扑方案的智能化构造。项目团队以智能化方式优化了项目现场,自动生成了集电线路,其数字孪生模型还可以模拟天气海浪、沉桩、电力潮流等。

提高效率,加快开发

中南院通过三维设计提升了项目设计,将效率提高30%,施工工期缩短20%。通过采用SACS和PLAXIS进行计算,优化了单桩基础工程量,减少材料用量8557吨,大幅降低开发成本。团队在MicroStation的基础上,进行二次开发,进一步降低了成本,该项目在首批核准的平价海上风电中单位千瓦造价最低。

通过改进协作和效率,项目于4月开工建设,6月首台风机吊装,12月实现全容量并网,创造了当年规划、当年核准、当年开工、当年并网、当年达效的记录。该项目借助智能施工管控系统,协同业主方、设计方、监理方、施工方等参建各方实现数据链驱动下的建造可视化、标准化、智能化。数字孪生技术现在用于全生命周期的资产管理和维护。