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中国风电二十年 赛点来到自研求解器

   2022-06-07 远景能源43180
核心提示:“ENFAST打开了风机自研求解器(整机载荷仿真设计软件)模型和算法的黑匣子,基于远景的风机应用场景快速迭代,植入最前沿的算法模型,让设计能力大大提升;且通过测试验证形成了完整的设计链,实现工业可用性,把整条路完全走通了。”日前举行的“风电机组整

“ENFAST打开了风机自研求解器(整机载荷仿真设计软件)模型和算法的黑匣子,基于远景的风机应用场景快速迭代,植入最前沿的算法模型,让设计能力大大提升;且通过测试验证形成了完整的设计链,实现工业可用性,把整条路完全走通了。”

日前举行的“风电机组整机设计软件”科技成果鉴定会上,与会专家对远景能源自研的中国首个风机求解器ENFAST做出以上评价。远景能源将最前沿的气动、水动力算法、非线性随动梁单元等模型植入风机设计,覆盖更多中国复杂工况、迭代速度更快,已应用在25款机型、获得高达10GW市场份额,并于2021年10月获得中国首个风机设计软件认证。

IEC61400-1是风机设计的通用标准,充分考虑欧洲平原、海上风况而制定。以挪威Bladed为代表的商业设计软件,因用户界面友好、覆盖完全IEC工况,此前几乎垄断了中国国内整机商的设计市场。然而,随着超长大叶片、高塔筒、漂浮式海上风机、复杂山地风电场等更多设计需求的出现,老牌外国商用设计软件已不能满足中国风电市场快速增长需求。

场景一:超长大叶片气动模型已不适用传统的叶素动量理论,而且和高柔塔一样面临非线性变形导致的仿真结果失真。远景能源通过自由涡尾迹与叶素动量理论结合的超长大变形叶片气动计算模型,实现了叶片设计的基础理论突破;自主研发的柔性多体框架与随动梁单元,充分考虑叶片、塔筒等部件的非线性弹性变形,覆盖几何刚度、离心钢化、科式力等非线性效应。和使用其他软件相比,非线性大变形叶片气动力计算精度提升8%。

场景二:为满足海上漂浮式风机设计需求,远景能源研发了满足漂浮式平台的高精度水动力计算方法,大幅增加波浪仿真精度;并在水动力仿真中充分考虑浮体运动的风电机组气动力和浪载,提升风机设计水平。

场景三:针对中国独有的复杂山地风况,建立了基于机器学习和大涡模拟湍流数据库的典型工况提取方法。通过远景格林威治风资源平台对山地地形做CFD仿真建模,从源头提升复杂山地风资源精度,风况生成效率提高2倍。

创新背后,蕴藏着远景能源最重要的数据资产——上万台伽利略超感知风机实时运行数据的采集、上传、分析,不断修正模型、获取新知。

对于工业设计软件来说,如果缺少实测数据,模型参数难获取,工程技术就难突破,这也是为何常规工业设计软件需要10-20年时间才能成熟商用。Bladed、Openfast、HAWC2等软件实测数据来自实验室或高校、研究机构联合样机实验,数据样本数量及丰富性都不如整机企业。

远景能源搭建了材料-部件-系统-整机全链条智能测试验证平台。ENFAST基于上万台远景伽利略智能风机实测数据输入和“天河二号”国家超算中心的算力,反复验证多场景多工况的风机动力学机理,加速动力学模型、工程修正模型、机器学习模型的进化完善,大幅提升ENFAST的软件可靠性。同时仿真速度达到Bladed的五倍。

更重要的是,伴随着风机和风场设计-测试-运行-设计闭环能力的建立,远景产品创新进入快车道,更精确的气动、水动力、非线性变形仿真,复杂山地流场及载荷仿真,应用在大风轮、高塔筒、漂浮式、复杂山地风场等特殊工况的设计迭代,加速实现低LCOE、高可靠性等多重设计目标。


 
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