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中国勘察设计协会主管主办

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湖北电力设计院采用数字孪生建造山地太阳能

发布时间:2022/5/31 15:38:07 浏览次数: 作者: 管理员 来源: 本站

Bentley应用程序帮助确定如何在该地区建造可再生能源发电厂,同时节省时间和资金


推动中国向清洁能源过渡


中国在可再生能源增长方面一直处于世界领先地位,从2015年到2020年,占世界可再生能源的40%。中国通过制定企业任务、并通过中国人民银行向有助促进绿色环保的贷款企业提供低成本资金的方式来努力摆脱化石燃料。其目标是在2030年之前将风能和太阳能发电量增加到1200千兆瓦。中国希望在2060年前将其能源结构中的80%完全转换为可再生能源。为帮助实现这些国家目标,中国电建集团湖北省电力勘测设计院有限公司承接了一座地面光伏发电站的设计和施工,该发电站的发电量为80兆瓦,位于湖北省广水市附近。


设计团队在这个以山地、松树林和鱼塘为主的地区制定设计方案时,很快遇到了多项挑战。设计团队必须仔细选择一个能够容纳14,080块太阳能电池板的区域,同时最大限度减少对环境和当地野生动物的影响。场地确定后,设计团队还必须优化光伏阵列、升压站、进出道路和输电线路的布置设计,以适应该地区多变的地形。具体来说,设计方案需要缩短道路的长度,缩小升压站的规模,并最大限度地提高每个组件的日发电量。在如此苛刻的项目要求下,中国电建集团湖北省电力勘测设计院还必须谨慎控制项目成本。


受困于低效软件


中国电建集团湖北省电力勘测设计院确定数字化设计能帮助他们选择最佳电站位置,然后将所有的部件布置在项目区域内。他们最初选择使用第三方的设计软件来完成设计,但他们很快认识到,项目的复杂性使他们的软件不堪重负。所有发电站的可能场地都覆盖着低矮的山丘和陡峭的斜坡,中间往往还分布着沟壑和坑洞。因此,他们需要修改数以千计的组件中的每一个支撑,使其适应不规则的地形。每块太阳能电池板都需要根据地面高程和潜在的遮挡情况选择不同的角度和空间位置。该项目具有相当可观的规模,以及大量的太阳能电池板,加上巨量的单独调整,这在他们以前的软件中难以做到。


除此之外,设计表明从各个面板到升压站再到输电线路,电缆的工程质量很难控制。他们选择了埋设电缆,以保护它们免受经常性的磨损并减轻对环境的持续影响。然而,起伏的环境使铺设过程变得困难,他们原来的软件无法帮助他们确保合适的布置。虽然设计团队开始时尝试在原来的软件中创建整个发电站的设计,但该软件无法轻松地处理大量复杂任务,严重拖慢了设计过程。为了避免落后于项目要求的严格的10个月工期,设计团队决定他们需要换用一系列的应用程序,以支持他们实现目标,而不是妨碍其实现。


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在复杂地形中自动布置太阳能电池板


经过短暂的研究,中国电建集团湖北省电力勘测设计院确定Bentley的应用程序将使他们能够在满足项目工期的同时,对复杂项目的细节进行全面建模。他们首先使用ProjectWise创建了一个互连数据环境,使所有的参与者都能就设计开展合作,并确保所有信息都是最新的。接下来,他们将项目环境的实景模型导入MicroStation和OpenBuildings中,然后进行全面的地形分析,以确定如何设计和调整各个组件。基于这些应用程序,设计团队开发了特定的软件,以帮助他们快速设计出山区中的太阳能场。在创建了太阳能阵列的基础三维模型后,他们使用软件自动布置了所有14,080块太阳能电池板,确保该项目在任何特定时间的总阴影遮挡率都低于2%,并保证最大限度地接受阳光照射。


随着太阳能电池板的布置到位,中国电建集团湖北省电力勘测设计院随后使用OpenBuildings Designer和OpenUtilities Substation设计升压站,并使用OpenUtilities Substation确定电缆布局和设计输电线路。借助OpenUtilities Substation,他们确定了如何有效地将电缆埋在山丘中,同时最大限度降低对该地区的影响。最后在创建整个开发项目的数字孪生模型后,他们使用SYNCHRO来确定最高效的施工进度,从而帮助他们改善施工管理。


凭借明确的设计意图和日程安排改进施工


基于使用Bentley应用程序创建的数字孪生模型,中国电建集团湖北省电力勘测设计院优化了发电站的设计和施工。通过将所有元素整合到一个组装模型中,他们将升压站的占地面积缩减到仅1,181平方米,并将进出道路的长度缩短了4公里。由于设计团队可以在项目数字孪生模型中自动生成和放置模型,与手动布置方式相比,他们节省了100万元人民币。他们的定制软件可以自动化放置太阳能电池板并调整角度,使电池板的阴影遮挡率保持在2%以下,最大限度地提高了日发电量。通过使用单一数字孪生模型,设计团队检测并解决了本来可能导致40次返工的碰撞,从而节省了20天的施工时间和80万元人民币的成本。他们还通过在数字模型中的精心规划,减少了所需电缆量,额外节省了60万元人民币。


在整个设计过程中,数字化模型的应用减少了设计错误和人工验证的工作量,从而提高设计效率。然后,中国电建集团湖北省电力勘测设计院又在施工过程中将数字孪生模型与SYNCHRO 4D结合使用。通过规划好建造过程中的每一步,使用三维模型向施工单位明确传递设计意图,并使用增强现实技术,将施工期间缩短了30天,同时避免了任何意外的阴影遮挡。“该项目是山区光伏项目在新能源领域的创新性应用,”湖北省勘察设计协会信息化工作委员会朱汉卫秘书长表示。“该项目利用完整的数字化解决方案提供了一个优秀的设计方案,并利用数字孪生模型来支持材料采购和施工建造,实现了高质量的施工管理。”


发电站现已投入使用,开始向湖北输送可再生能源。随后,中国电建集团湖北省电力勘测设计院与Bentley专家合作成立了中国电力工程软件研发中心,该中心扩展了在广水项目中使用的技术,并增强了该组织在光伏发电站全生命周期中提供集成数字化解决方案的能力。


“该项目是山地光伏项目在新能源领域的创新性应用。它利用完整的数字化解决方案提供了一个优秀的设计方案,并利用数字孪生模型来支持材料采购和施工建造,实现了高质量的施工管理。”——湖北省勘察设计协会信息化工作委员会朱汉卫秘书长