基于TRIZ的海上风电基础结构与建造方式创新和优选研究

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风能是发展潜力巨大的清洁能源。海上风能因其储量大,在其开发利用上不占据陆地资源,风电输送又靠近沿海用电高负荷地区,近年来在全球范围内得到广泛重视。但是,海上风电基础结构及施工条件复杂、成本高,极大地限制了这一清洁能源的利用。目前,海上风电基础结构有单桩基础、多桩基础、筒型基础等,不同基础结构适用的海床条件不同,其结构与施工的复杂性和成本差异大。如何有效的开展基础结构的优化及建造方式的优选,是推进海上风能高效开发利用所面临的难题。
  本文以当前国际上广泛流行并推广应用的创新方法TRIZ为基础,结合海上风电基础的特点,开展海上风电基础结构创新研究;并从全寿命周期成本分析角度,研究海上风电基础结构建造方式的优选。具体研究内容如下:
  (1)海上风电基础结构与建造方式比较分析。通过调研和文献查阅整理,总结了海上风电不同基础结构优劣及应用情况,并对不同基础结构的受力特性、适用范围进行比较分析研究;同时对不同基础结构建造方式进行分析研究,比较其建造的复杂性和差异性,并以图表的形式建立了不同基础结构的建造流程。
  (2)海上风电基础结构创新。利用TRIZ强大的分析和解决技术问题的能力,结合海上风电基础结构及其施工过程面临的技术困难,开展基于TRIZ的海上风电基础结构的功能分析与模型构建,并建立了海上风电基础结构创新流程体系。并以筒型基础为例,开展基于TRIZ的全过程创新应用研究,结果表明,该创新体系具有高效性。
  (3)海上风电基础建造方式优选。考虑在基础结构安全性和可靠性满足的前提下,根据建造方式的差异,分为分体式和整体式,从全寿命周期角度分析并构建海上风电基础结构成本模型,为相同海况及相同兆瓦级别的基础结构建造方式快速优选提供支撑。以江苏某海上风电场建造方式为例,开展了单桩基础与筒型基础建造方式的优选研究,结果符合实际应用情况。
  综上所述,本文在对海上风电基础结构与建造方式分析比较的基础上,提出了基于TRIZ的海上风电基础结构的创新研究,构建了基础结构的创新流程体系,并开展实际应用;构建了基于全寿命周期成本分析模型,开展了海上风电基础建造方式的优选。研究成果将有助于开展海上风电基础结构的创新与建造方式的优选,有助于推动海上风电高效开发利用。
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