На III Международном форуме «Передовые цифровые и производственные технологии» обсудили передовые арктические технологии

2 декабря 2021 года в рамках III Международного форума «Передовые цифровые и производственные технологии» состоялся семинар для проектно-конструкторских организаций «Трансфер передовых арктических технологий для повышения надежности», модератором которого выступил профессор Высшей школы гидротехнического и энергетического строительства Инженерно-строительного института СПбПУ Александр Большев.

Участники обсудили проблемы нагрузок на арктические сооружения, задачи цифрового проектирования при создании морских арктических ветроэнергетических установок.

УЧАСТНИКИ КРУГЛОГО СТОЛА

• Сергей Фролов, доцент ВШГиЭС ИСИ СПбПУ;
• Александр Панфилов, доцент ВШГиЭС ИСИ СПбПУ;
• Александр Харсеев, руководитель группы технологического отдела АО «ГТ Морстрой»;
• Максим Никитин, младший научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории «Цифровое проектирование энергетических сооружений в Арктике» (НИЛ ЦПЭСвА) НЦМУ СПбПУ;
• Игорь Кузнецов, инженер-исследователь НИЛ ЦПЭСвА НЦМУ СПбПУ;
• Екатерина Шонина, аспирант СПбПУ.

Первым выступил Сергей Фролов с докладом «Численное моделирование взаимодействия поля ровного льда с арктическим сооружением наклонного профиля», в котором были обозначены основные преимущества математической модели ледового поля:

• высокая вычислительная эффективность;
• применимость методики при значительных изгибах и наклонениях ледового поля;
• высокая связность модели;
• универсальность;
• в отличие от МКЭ-методов, имеющих конкретный набор параметров элементов, возможность гибкой подстройки моделей разрушения льда для уточнения расчетной модели.

«Главной целью данной методики является создание расчетного инструмента на компьютерной программе, позволяющей на обычном персональном компьютере за реальное время, не превышающее нескольких минут, провести математическое моделирование динамики взаимодействия сооружения с ледовыми образованиями и статистическую обработку результатов», – подчеркнул спикер.

Следующими выступили Максим Никитин и Игорь Кузнецов с докладом «Цифровые технологии моделирования лопастей ВЭУ из композитных материалов для арктических условий». Основой данной работы стала разработка геометрической модели и алгоритма определения оптимальной пространственной формы лопасти ветрового колеса в обеспечение целевых показателей и ограничений в условиях работы в Арктической зоне и разработка параметрической цифровой CFD модели.

Александр Харсеев выступил с докладом «Концептуальный анализ конструкций морских арктических ветроэнергетических установок». По мнению спикера, «одна из проблем создания морских ВЭУ в Арктике – это стоимость конструкций, которая в том числе определяет стоимость поставляемой электроэнергии. Развитие морской энергетики возможно тогда, когда арктические морские ветровые установки будут обладать приемлемой стоимостью, чтобы конкурировать с другими источниками энергии».

В докладе были продемонстрированы стационарные и плавучие основания морских ВЭУ, примеры реализованных оснований.

Александр Харсеев подчеркнул, что при анализе целесообразности применения той или иной конструкции в ледовых условиях следует ориентироваться на возможность минимизации ледовых воздействий и на обеспечение устойчивости ВЭУ с минимальными затратами на конструктивный материал. В рамках расчетного анализа были выполнены вычисления опрокидывающего момента действия ветра и расчетного поля ровного льда при различных режимах функционирования ВЭУ и постановке ветрогенераторов различной мощности.

Далее выступил Александр Панфилов с докладом «Технология цифрового проектирования модульных ветроэнергетических установок для Арктики». Целью работы являлась разработка технологий цифрового проектирования основных элементов модульной ВЭУ мощностью 100 кВт для арктических условий РФ.

Спикер привел анализ программных комплексов для реализации технологии, блок-схему этапов создания технологии, параметрические цифровые модели основных элементов ВЭУ и расчет основных элементов опорных конструкций арктической ВЭУ с применением цифровых технологий.

В продолжение своего выступления Александр Панфилов также представил свой второй доклад «Расчет и моделирование силового поведения компьютерной модели элементов арктической ветроэнергетической установки».

В докладе спикер сформулировал проблемы электроснабжения удаленных и труднодоступных территорий РФ (большие логистические расходы, высокая стоимость топлива, отсутствие развитой инфраструктуры, эксплуатация оборудования в суровых кливатических условиях), продемонстрировал фундамент ВЭУ, состоящий из полых стальных модулей, и расчет нагрузок на него, возникающих при буревой скорости ветра.

Сергей Фролов выступил с докладом на тему «Метод численного анализа прочности конструкций морских арктических ветроэнергетических установок». Спикер рассказал об основных этапах анализа прочности ВЭУ в программных комплексах ANSYS и AS и продемонстрировал:

• распределение эквивалентных напряжений в конструкции при действии горизонтальной нагрузки на гондолу;
• приложение внешних нагрузок по секциям в подводной, надводной частях и на уровне ватерлинии и расчет амплитудно-частотных характеристик напряжений в выбранных элементах конструкции;
• методику расчета напряжений от льда, расчет суммарных напряжений.

Последним в работе семинара стал доклад Екатерины Шониной с представлением результатов работы «Оптимизация систем удержания морских заякоренных сооружений». В ходе рассказа были продемонстрированы параметры, влияющие на безопасность работы плавучего сооружения в целом и систем удержания в частности. Были выявлены ограничения, устанавливаемые при проектировании систем заякорения, и обозначены методы оптимизации системы удержания плавучего заякоренного сооружения.

«Процедура оптимизации в данном примере позволила определить наилучшие характеристики системы удержания, при которых обеспечивается значение критериального параметра безопасности. В выполненном тестовом расчете была подтверждена сходимость процедуры оптимизации», – подчеркнула Екатерина Шонина.