海上风力发电及其关键技术分析 林亮

海上风力发电整机的风、浪、潮耦合效应研究随着全球能源需求的不断增长和对环境污染的担忧，海上风力发电作为一种可再生能源技术逐渐崭露头角。

然而，作为一项新兴的能源产业，海上风力发电系统在海洋环境中的稳定性和可靠性仍面临一系列挑战。

其中一个重要的挑战是海上风力发电整机与海洋环境之间的风、浪、潮耦合效应。

风是海上风力发电的关键动力源，但海风具有高度的不确定性和变动性。

海上风力发电机组处于不断变化的风场中，其转子受到非稳态风力的作用，从而影响机组的输出功率和结构动力响应。

因此，准确评估海上风力发电机组的风场特性和风力变化规律对系统的设计和运行至关重要。

同时，海洋环境的波动对海上风力发电系统的稳定性和可靠性也有着重要影响。

海洋波浪是由风力、潮汐和地球自转等因素共同作用造成的。

这些波浪作用力直接作用于海上风力发电机组的浮体结构，导致结构的振动和疲劳。

因此，研究海上风力发电整机与波浪的耦合效应，包括波浪高度、波浪周期等参数的变化对系统的影响，对系统的设计和运行具有重要意义。

此外，潮汐是海洋中水位的周期性变化，也会对海上风力发电系统产生影响。

潮汐的涨落会改变发电设备的水下部分的水流速度和方向，从而对系统的能量转化效率和结构受力产生影响。

因此，研究海上风力发电整机与潮汐的耦合效应，包括潮汐涨落的幅度、潮汐周期等影响因素，对系统的设计和运行具有重要意义。

为了研究海上风力发电整机的风、浪、潮耦合效应，需要使用先进的数值模拟方法。

数值模拟方法可以模拟风、浪、潮汐与发电机组之间的相互作用过程，以解释和预测系统的响应和性能。

其中，风场模拟可以通过基于雷达、卫星和气象浮标等数据获取真实的风场数据，并结合大气动力学理论对风场进行模拟。

波浪模拟可以采用海洋动力学理论和数值模拟方法，模拟海洋中波浪的传播和反射现象。

潮汐模拟可以通过精确预测地球的天文位置和水文参数，从而模拟潮汐的周期性变化。

基于数值模拟的研究结果，可以评估海上风力发电整机在不同海洋环境条件下的性能和可靠性。

海上风力发电及其控制技术摘要：风能由于清洁和再生等优点，已成为新能源领域最有希望的发电方式之一。

特别是，中国拥有丰富的海上风能资源，海上风能已成为一种新的战略能源形式。

特别是，随着海水深度的增加，海上风力发电的成本迅速上升。

海上漂浮风力发电作为一种新的风力发电技术的潜力越来越大，值得进一步研究。

作者利用其实际研究经验和相关参考资料，分析和探索了海上漂浮风力发电的概念和关键技术，以便为以下方面提供有益的参考。

关键词：海上风力发电；技术分析；控制技术探讨；前言海上风能是我国生态文明建设的重要任务。

与地面发电相比，这种发电具有以下优势:资源增加、环境污染减少、噪音污染减少和发展进程更加切实可行。

然而，海上风能资源的开发仍然是一个挑战。

初始投资也相当可观，在为一部分风力涡轮机开发基本结构模型以确保风力资源的输送方面出现了技术问题。

在后来的维护过程中，他也面临着一些技术上的困难因此，有必要加强海上风能技术的研究和开发。

一、海上风力发电技术概述海上风电技术是一种使用清洁能源的方法，受到所有国家的青睐。

中国的海洋资源十分丰富，相邻海域的风能资源也十分丰富。

充分利用这些能源在帮助中国解决能源和环境问题方面将有很长的路要走。

因此，海上风力发电技术的发展具有战略重要性。

首先，当风穿过地球时，风的大小和方向会由于地球表面的粗糙度和障碍物的多样性而发生变化。

但是在海面上，由于海面相对光滑，摩擦力低，所以风速小，风向相对稳定。

其次，由于海风比陆风更稳定，因此不需要塔架来建造风力涡轮机，从而降低了风力涡轮机的成本。

据统计，离海岸线10公里的海上风速通常比沿海地区高约20％，发电量可增加70％。

因此，海上风力发电不仅价格便宜，而且生产力很高。

最后，海面上的空气流通稳定，地表复杂，船上发电机组不必承担过多的工作量和较长的海洋寿命，在陆地上运行20年的发电机组可以增加到25年到30年。

二、海上风力发电技术分析1.通过结构力学的计算和分析，有必要获得发动机各部分的受力和变化，然后合理设计发动机的结构。

海上风电场及其关键技术发展现状分析摘要：风力发电属于近些年来世界各国普遍较为关注的一种可再生能源开发方案，这一技术发展速度较快，已经得到了全面落实与开展，而海上风力发电由于干扰较小，并且风力发电量较大，因此广受欢迎与重视。

江苏省具有较长的海岸线，具有良好的风力发电条件。

本文主要针对海上风力发电关键技术进行分析，希望可以起到参考的作用。

关键词：海上；风力发电；关键技术随着现如今非再生能源逐渐稀少，能源问题已经成为人们关注的重点。

能源危机的出现，意味着人们必须要寻找更加合理的能源获取方式，而风力就属于一项较为关键的可再生能源。

通过海上风力发电，可以有效地完成供电，而发展这一类的新能源是我国未来走向可持续化发展的关键途径。

因此，必须要针对海上风力发电技术进行分析讨论，积极优化技术体系，提升工作质量。

一、海上风力发电建设的主要趋势（一）技术整体发展速度较快风力发电不需要消耗非再生能源，同时也不会污染环境，属于一种发展潜力巨大的清洁能源技术，不仅拥有环保效益，同时也具有一定的社会效应。

随着风力发电技术的不断优化与改进，现如今风力发电生产成本也开始逐渐降低，我国各地都开始建设风力发电场。

由于海上风力资源更加丰富，并且风速也更加稳定，因此适合在海上建设大功率风力发电机组，不仅节约用地，同时对环境造成的影响比较小，这意味着现如今我国风力发电技术不断提升与改进。

以江苏省为例，现如今我国江苏省建设了江苏如东海上风力发电场、江苏东台海上风力发电场，都属于主要的海上风力发电场所[1]。

江苏开发风力发电资源具有巨大的优势和好处，可以缓解江苏省一次能源不足、用电荒等问题，更有效的促进地方经济走向发展与改革，因此可以说这一技术属于建设生态大省的一项关键要求。

（二）单机容量提升现如今大型风力发电机组一般都会选择水平轴风力发电设备，这一设备包括风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件。

大型风力发电机组的单机容量越大，意味着发电能力越强，而对于技术的需求也就越高。

海上风力发电技术在海洋资源利用中的应用研究近年来，随着全球对可再生能源的需求不断增加，海上风力发电技术被广泛应用于海洋资源利用领域。

海洋作为一个巨大的自然资源库，拥有极高的能源潜力，而海上风力发电技术的应用不仅可以有效利用海洋资源，还能够应对气候变化和能源安全等全球性挑战。

本文将综述海上风力发电技术在海洋资源利用中的应用研究，并探讨其在可持续发展中的潜力和前景。

海上风力发电技术是指利用风能在海洋上发电的一种新兴能源技术。

相比陆上风力发电，海上风力发电具有以下优势。

首先，海上风力发电能够充分利用海洋的较高风速，提高发电效率。

其次，海上风力发电可以避免由于地理原因导致的资源不足。

而且，由于水的冷却效果，海上风力发电装置的运行温度相对较低，延长了设备的使用寿命。

最后，利用海洋开展风力发电项目能够避免对土地和生态环境的破坏，使得项目更加可持续。

海上风力发电技术的应用主要分为浅水区和深水区两个阶段。

浅水区风电项目一般建设在水深小于50米的领海或者近岸区域。

目前，浅水风电项目已经在北海、波罗的海和东海等地建设起来，并且取得了显著的发展成果。

与此同时，深水域风电正逐渐成为海上风电开发的新方向。

深waterwater及其之上的风电项目因为水深较大，安装和维护成本较高，但是由于深水域的海上风资源更充裕，可以更好地满足能源需求。

海上风力发电技术的应用研究主要集中在以下几个方面。

第一，风力资源评估和优化选址。

风力资源评估是确定风电资源的基础工作，其准确性直接关系到风力发电项目的可行性和发电效益。

研究者通过模拟和实地监测等方式，对海上风电场的风力资源进行评估和优化选址，以确保风力发电项目的可持续利用。

第二，海上风电场规划与设计。

海上风电场规划与设计是保证风力发电项目顺利建设和运营的重要环节。

研究者根据海域气象和地质条件，对海上风场的布局、风机类型和数量等进行研究和优化，以提高风场的发电效率和经济性。

第三，风力发电装备研发和完善。

项目名称：我国首座大型海上风电场建设与运行关键技术及示范应用提名意见：为加快抢占全球风电技术制高点，填补我国海上风电领域空白，推动我国能源结构调整和新能源发展，2008年国家发改委核准了上海东海大桥海上风电示范工程，2010年上海世博会期间正式并网运行。

在国家发改委项目、国家863计划、国家自然基金等资助下，项目组结合我国海域特有的台风天气、淤泥地质条件以及东海大桥海域独特的通航需求，通过协同攻关与自主创新，建成了我国首座大型海上风电场，首次全面实现大型海上风电场建设与运行关键技术国产化。

在海上风机研制方面，研发了国内首台3MW、5MW离岸型风机，攻克了强台风海域风机的安全稳定运行难题；在风机基础设计方面，首创多桩混凝土-钢组合式海上风机基础结构，解决淤泥地质下高耸风机对基础的强作用力问题、1000t级主航道中风机的撞击耐受问题；在施工方面，率先研发大型海上风机整体安装技术，攻克海上有效施工期短、漂浮式平台上安全快速吊装高型重型设备的难题；在电气系统设计方面，提出大型海上风电场电气系统优化方法，解决近海海域海上风电场电气系统与海洋多功能区的交叉穿越问题、海缆故障定位难、维护难引起的可靠性问题。

该项目实现我国海上风电从无到有的关键转变，掌握了海上风电自主技术，形成了系统的海上风电技术与标准。

项目的成功示范，直接促成我国海上风电的爆发式增长。

项目成果推广应用至上海、江苏、福建、广东等地区的海上风电项目，为国家节能减排与新能源开发工作作出了积极贡献。

提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。

项目简介：我国能源正处于结构调整，迈向“绿色”的关键时期。

风电作为新能源的主体部分，正逐渐由替代能源转变为主体能源，风电开发也逐渐由陆上扩展到海上。

我国海上风能储量丰富、靠近负荷中心，开发优势明显。

为抢占风电领域的技术制高点，大力发展海上风电是我国能源战略与海上强国战略的重要内容。

在国外风电巨头技术封锁、价格垄断和国内无例可循的条件下，该项目通过自主创新与协同攻关，既攻克了海洋大风浪、急洋流、强腐蚀严酷环境对项目实施的影响难题，又解决了我国强台风、软土地基、淤泥地质条件的特殊挑战，全面实现海上风电技术国产化，建成了适应我国海域环境与运行需求的国内首座大型海上风电场—东海大桥100MW海上风电示范工程。

海上风力发电及其技术发展分析摘要：传统火力发电导致煤炭资源的大规模开发，造成了能源储备短缺、空气污染、气候变化等环境问题。

我国在“十四五”期间明确提出了要大力提高风电规模和有序推进海上风电建设，推行并实现“双碳”目标，关注和发展新型分布式清洁能源并使之纳入配电网，已成为我国电力行业未来发展和关注的焦点问题。

基于此，本文以海上风力发电为主要研究对象，分析了其行业发展现状，探讨了海上风力发电技术面临的问题及发展方向，以供参考。

关键词：海上风电；行业发展；发电技术；风力发电近年来，随着社会经济的不断发展以及人们环保意识的增强，传统化石能源日益枯竭，寻找新能源迫在眉睫。

而作为一种可再生且无污染的绿色能源——清洁能源受到了各国政府的高度重视。

在众多的清洁能源中，风能具有巨大的发展潜力。

由于我国海上风电储量丰富，且具备运行高效、输电距离短、便于就地消纳、节约土地资源、适合大规模发展等特点。

因此，海上风力发电必将是我国发展可再生能源的必然之选。

一、海上风力发电的优势我国拥有1.8万公里大陆海岸线和300万平方公里以上的可利用海域，是一个海上风能资源十分丰富的大国。

随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，对能源结构提出了更高要求。

目前，中国已成为世界第二大风力发电国，根据中国气象局风能和太阳能资源评估中心近期估算，中国陆海风电潜在开发规模约为2亿千瓦。

与陆上风电相比，海上风电主要有以下优点：第一，风力更稳定，电网友好性强。

海上风速大且出力波动小，每年使用小时更长，使得机组发电量平稳，单机电能输出更大，使用寿命更长。

第二，场地成本低，适合规模化开发。

海上风电场大多建在我国东南部沿海潮间带地区或沿岸滩涂、近海海域上，此处场地广且成本低，具有容纳更大型化风机机组、适合大规模开发的优点。

第三，风速高，发电量高。

海上风速高于陆地风速的约20%，在相同发电容量下，海上风机年发电量可高于陆地70%，且海上风电单机容量、同区域扫风面积及风能利用率更大。

海上风力发电的关键技术１、概述随着海上风电场建设的推进，一些关键技术左右了海上风电场建设的施工周期，掌握了这些关键技术，就能够高质量地完成海上风电场的建设。

海上风电涉及诸多关键技术，以及开发运营、环境和市场潜力。

海上风能项目评估，涉及环境评估、风能评估等。

２、关键技术（1）基础结构由于风电机组的基础往往会承受水动力、空气动力双重载荷作用，因此，需要综合考虑风及波浪载荷、支撑结构和风电机组机头的动力学特性以及风电机组控制系统的响应等因素。

海上风电机组的安装与维护成本远远高于陆上风电机组，这就对其可靠性提出了较高的要求。

风电机组的基础是决定风电机组可靠性的重要因素之一，基础是否稳定对于海上风电机组而言起着至关重要的作用。

常用的基础形式有：①单桩固定式基础；②三脚架固定式基础；③重力固定式基础；④漂浮式基础等。

其中，漂浮式海上风电机组依赖漂浮式基础，由于能够较大程度地利用深海的风能资源，成为深海风能利用的主要方式，目前已有多个国家建立或者正在规划建设漂浮式海上风电场。

相对固定式风电机组，漂浮式风电机组增加了浮式基础和锚泊系统，其外界载荷条件比固定式风电机组复杂，除了受通常的风浪载荷以外，还因漂浮式风电机组本身由于基础漂浮不固定，其漂浮特性对风电机组发电性能也有较大影响，需要考虑漂浮特性对风电机组的影响，如低频响下的漂浮式风电机组塔架的动态响应，漂浮式风电机组叶片和塔架的长周期极限载荷，漂浮式基础的波浪载荷计算和锚泊系统建模，并通过建立漂浮式风电机组的性能分析模型，研究漂浮特性对风电机组发电性能的影响。

分析结果表明，漂浮特性对风电机组的发电性能影响较大，需要针对漂浮式风电机组进行改进设计。

下表所示为某５ＭＷ漂浮式变速恒频风电机组主要技术参数。

５ＭＷ漂浮式变速恒频风电机组主要技术参数（2）场址选择场址选择需要综合考虑多种因素，如：①风资源情况；②项目建设许可；③获得的场址海域使用权；④附近电网基本情况，包括陆地变电站位置、电压等级、可接入的最大容量以及电网规划等；⑤场址基本情况，包括范围、水深、风能资源以及海底地质条件；⑥环境制约，包括当地旅游业、水中生物、鸟类、航道、渔业和海防等负面影响等。

海上浮式风电装备关键技术工程探索与实践①李红涛,杨林林,曲晓奇,孙 涛(中国船级社海洋工程技术中心,天津 300457)摘要 海上浮式风电装备已经逐步成为深远海新能源开发的热点㊂但浮式风电商业化开发仍面临一系列技术难点和挑战㊂本文系统梳理了海上浮式风电装备设计分析关键技术,从总体性能分析㊁结构整体强度㊁系泊系统设计㊁疲劳强度分析㊁稳性校核㊁动态电缆设计6个方面,提出了解决思路和分析方法;结合国内浮式风电平台的实际工程案例,给出有益结论和建议㊂对我国浮式风电装备开发进行了很好的工程探索和实践,以期为我国漂浮式风电技术的发展壮大提供有益参考㊂关键词 海上浮式风电装备;总体性能;结构整体强度;系泊系统;疲劳强度;动态电缆中图分类号:P 75 文献标志码:A 文章编号:20957297(2023)007910d o i :10.12087/oe e t .2095-7297.2023.02.13E n g i n e e r i n g E x p l o r a t i o n a n d P r a c t i c e o f K e y T e c h n o l o g yf o r F l o a t i ng O f f sh o r e Wi n d T u r b i n e E q u i pm e n t L I H o n g t a o ,Y A N G L i n l i n ,Q U X i a o qi ,S U N T a o (O c e a n E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y C e n t e r ,C h i n a C l a s s i f i c a t i o n S o c i e t y ,T i a n ji n 300457,C h i n a )A b s t r a c t F l o a t i n g o f f s h o r e w i n d t u r b i n e e q u i p m e n t h a s g r a d u a l l y b e c o m e a h o t t o p i c i n t h e d e v e l o p m e n t o f d e e p-s e a r e n e w a b l e e n e r g y .H o w e v e r ,t h e r e a r e s t i l l a s e r i e s o f t e c h n i c a l d i f f i c u l t i e s a n d c h a l l e n ge s i n t h e c o m m e r c i a l i z a t i o n of f l o a t i ng o f f sh o r e wi n d t u r b i n e .T h i s s t u d y s y s t e m a t i c a l l y c o m b s t h e k e y t e c h n o l o g i e s f o r d e s i g n a n d a n a l ys i s o f f l o a t i n g o f f s h o r e w i n d t u r b i n e e q u i p m e n t .T h e s o l u t i o n s a n d a n a l y s i s m e t h o d s a r e p u t f o r w a r d r e g a r d i n g s i x a s pe c t s i n c l u d i n g o v e r a l l p e rf o r m a n c e a n a l y s i s ,s t r u c t u r a lg l o b a l s t r e n g th ,m o o ri n g s y s t e m d e s i g n ,f a t i g u e s t r e n gt h a n a l y s i s ,s t a b i l i t y c h e c k a n d d y n a m i c c a b l e d e s i g n .A s e t o f u s e f u l c o n c l u s i o n s a n d s u g g e s t i o n s a r e g i v e n t h r o u gh t h e i n t r o d u c t i o n o f a c t u a l d o m e s t i c f l o a t i n g o f f s h o r e w i n d t u r b i n e e n g i n e e r i n g p r o j e c t .E n g i n e e r i n g e x pl o r a t i o n a n d p r a c t i c e a r e c a r r i e d o u t o n t h e d e v e l o p m e n t o f f l o a t i n g o f f s h o r e w i n d t u r b i n e e q u i p m e n t i n C h i n a ,a n d i t i s e x pe c t e d t o p r o v i d e u s ef u l r e f e r e n c e f o r t h e d e v e l o p m e n t a n d e x p a n s i o n o f C h i n a s f l o a t i ng o f f sh o r e wi n d t u r b i n e t e c h n o l o g y.K e y w o r d s f l o a t i n g o f f s h o r e w i n d t u r b i n e e q u i p m e n t ;o v e r a l l p e r f o r m a n c e ;s t r u c t u r a l g l o b a l s t r e n g t h ;m o o r i n g s y s t e m ;f a t i g u e s t r e n g t h ;d yn a m i c c a b l e 0 引 言作为一种可再生清洁能源,海上风力发电受到世界各沿海国家重视㊂近些年来,随着海上风电技术的进步,海上风电场建设开发进入快车道㊂截至2021年,欧洲海上风电累计装机容量超过28G W ,满足了欧盟和英国2.8%的电力需求[1]㊂尽管我国海上风电起步较晚,但发展迅猛,2021年国内海上装机总容量达到26.4G W ,已经跃居世界第一位㊂由于近海空间资源有限,海上风电的发展也必然像过去海洋油气产业一样,不断从浅海走向深远海㊂因此,漂浮式风电技术正成为研究热点,并逐步在海上进行示范应用[2]㊂浮式风电设施浮体型式源于传统海上油气浮①作者简介:李红涛(1976 ),男,博士研究生,正高级工程师,主要从事海上风电工程计算分析方面的研究㊂E -m a i l :h t l i @c c s .o r g.c n ㊂第10卷 第2期2023年6月海洋工程装备与技术O C E A N E N G I N E E R I N G E Q U I P M E N T A N D T E C H N O L O G YV o l .10,N o .2J u n .,2023㊃80㊃海洋工程装备与技术第10卷式结构物类型,可分为单立柱式㊁半潜式㊁张力腿式和驳船式4种类型,如图1所示㊂半潜式浮式基础成熟度高,水线面较大,稳性较好,安装部署简单,适用水深范围广,已经在国内外多个项目上进行了示范应用;立柱式浮式基础成熟度较高,重心低,垂向运动性能较高,适用水深一般大于100m ,但对安装技术要求较高,在欧洲H y w i n d 风电场上进行了实际应用;张力腿式浮式基础成熟度不高,具有较好垂向运动性能,适用水深大于60m ,安装过程复杂,张力腱造价较高,目前国内外应用很少;驳船式成熟度较高,结构简单,安装容易,成本较低,适用水深范围较广,但运动性能差一些,受上部风机运动性能参数影响较大,目前在国外有过相关示范应用[3㊁4]㊂随着浮式风机技术的快速发展,其他创新型浮式结构形式也在不断涌现,如阻尼池式浮式基础㊁双头机浮式基础等,如图2和图3所示㊂图1 浮式风机基础类型F i g .1 P l a t f o r m t y p e o f F l o a t i n g wi n d t u r b i ne 图2 法国 D a m p i n g Po o l 浮式风机F i g .2 F r a n c e D a m p i n g P o o l F l o a t i n g w i n d t u r b i n e图3 瑞典H e x i c o n 公司 T w i n W i n d浮式风机F i g.3 S w e d e n H e x i c o n T w i n W i n d f l o a t i n gw i n d t u r b i n e欧洲海上浮式风电技术发展较早,从2009年开始多个项目已经进行了相关示范应用,主要集中在欧洲地区,以苏格兰㊁葡萄牙和地中海区域为主㊂典型项目如挪威的H yw i n d 立柱式浮式风电设施㊁葡萄牙W i n d F l o a t 半潜式浮式风电样机㊁法国的F l o a t ge n 阻尼池船式浮式风电样机㊁日本的福岛半潜式浮式风电样机等[2㊁3]㊂随着示范项目的不断成熟完善,欧洲海上浮式风电逐步进入商业化开发阶段,如挪威国家石油公司投资的H y w i n d T a m pe n 项目为全球首个商业化运作的浮式海上风电项目㊂2021年,中国首台漂浮式海上风电试验样机 三峡引领号 建成并网发电,2022年重庆海装 扶摇号 ㊁中海油首个 双百 深远海浮式风机样机㊁龙源电力福建南日岛浮式风电养殖融合项目相继开工建造和安装,国内首个商业化运作的海南万宁100W K W 海上浮式风电场已经启动开发,预计近几年国内还有多个浮式风电项目陆续上马㊂2021年,全球风能协会(G W E C )预测,2030年全球漂浮式海风累计装机预期达16.5G W ;从2026年开始,漂浮式海上风电进入新增装机达到G W 级的商业化阶段,欧洲㊁中日韩和美国将主导全球漂浮式海上风电市场㊂关于漂浮式风电技术研究和工程化应用,我国近些年做了很多技术攻关和产业布局工作㊂早在2016年,国家发改委等部委联合印发‘中国制造2025能源装备实施方案“,提出 重点发展海上漂浮式风力发电机组及各种基础结构 ;2021年国家能源局印发了‘ 十四五 能源领域科技创新规划“,提出加快 研发远海深水区域漂浮式风电机组基础一体化设计㊁建造与施工技术 ;工信部㊁科技部等国家部委㊁沿海地方政府也投入专项资金支持海上浮式风电装备研制㊂本文系统分析了海上浮式风电装备设计关键技术,从总体性能分析㊁结构整体强度㊁系泊系统设计㊁疲劳强度分析㊁稳性校核㊁动态电缆设计6个方面提出解决思路和分析方法;结合国内在建浮式风电平台的实际工程案例经验,给出有益结论和相关对策建议;以期梳理浮式风电装备关键技术现状,为我国漂浮式风电技术的发展壮大提供有益参考㊂1 关键技术研究1.1 总体性能海上浮式风电装备总体性能分析主要计算平台在外部载荷作用下的各种响应,主要包括运动性能㊁气隙预报㊁系泊系统张力响应等㊂通过总体性能分析结果为后续平台结构强度㊁系泊强度㊁疲劳强度以及动态电缆设计等提供载荷输入㊂总体性能分析宜采用一体化耦合分析方法,在相关软件中建立风机模型㊁气动载荷模型㊁浮体水动力模型㊁系泊系统模型以及控制模型,形成一体化耦合分析模第2期李红涛,等:海上浮式风电装备关键技术工程探索与实践㊃81 ㊃型,模拟不同工况下浮式风电系统的性能响应㊂一般采用时域分析方法模拟浮体结构在各种工况下的各种响应,然后,统计响应的最大值㊂与传统海洋工程结构物分析比较,浮式风电总体性能分析有如下不同:①建立动力学方程的基本理论有差异,传统海工结构物基于单刚体动力学,浮式风机基于多体动力学;②传统海工结构物仅需考虑风的拖曳力,而浮式风机需考虑气动载荷;③浮式风机的设计载荷工况比传统海工结构物更复杂;④传统海工结构物分析一般采用频域的分析方法,而浮式风机平台的载荷非线性效应更依赖于时域分析;⑤目前需要风机厂商㊁浮体设计㊁电缆供应方等多方合作,完成多轮迭代计算㊂海上浮式风电装备分析的工况一般可根据风力发电机组的全生命周期内运行状态分类,如发电㊁停机㊁运输㊁安装和维修等不同运行状态㊂每种运行状态再按照风况㊁海况等条件细分,具体可参考相关规范标准[5㊁6]㊂目前行业规范要求载荷工况数量庞大,采用时域分析耗时㊁耗力,还需进一步对此优化研究,更适用于工程设计㊂采用一体化耦合分析,可同时考虑气动载荷㊁水动力载荷㊁系泊载荷㊁控制载荷的非线性效应对浮式风机整体动力响应的影响,能够较为精准地预报整体性能㊂运动性能分析保证平台具有较好的运动表现,能够满足上部风机的发电指标要求㊁系泊要求和动态电缆设计要求;气隙预报是保证平台在极端恶劣海况下波浪不会抨击到风机叶片和浮体上部关键结构;通过整体性能分析可以对系泊系统张力进行预报,判定系泊缆强度安全㊂图4所示是某风机的一体化耦合分析模型㊂图5所示是纵荡图4 某浮式风机一体化耦合分析模型F i g .4 I n t e g r a t e d c o u p l i n g a n a l y s i s m o d e l o f a f l o a t i n gw i n d t u r b i ne图5 某浮式风机六自由度运动响应F i g .5 S i x D o f m o t i o n r e s p o n s e s o f a f l o a t i n g wi n d t u r b i n e㊃82㊃海洋工程装备与技术第10卷控制工况下平台六自由度运动时间历程㊂1.2 结构整体强度海上浮式风电装备结构整体强度主要分析平台在各种载荷作用下的强度表现是否满足要求,主要包括结构的屈服和屈曲强度㊂除浮体构件满足规范规定的描述性构件尺寸外,一般需通过整体有限元计算分析确定㊂根据波浪条件不同,设计工况可分为正常作业海况㊁恶劣海况和极端海况三大类,同时应叠加相应风机载荷工况㊂理想方法也是通过一体化耦合分析手段,分别计算各工况条件下浮体结构的应力时域响应;然后,统计响应最大值进行强度衡准㊂但这种方法面临计算量过大㊁软件手段难于实现等技术难题㊂本文推荐传统海洋工程设计波与风机极限载荷相叠加的方法,进行平台结构整体强度分析㊂设计波分析方法可参考相关规范标准[7]㊂应考虑与相应风机载荷极值进行叠加组合,叠加依据为在选定特征响应基础上,所选取风机载荷对浮式基础结构典型剖面载荷造成更加不利影响,如考虑横摇弯矩波浪工况时,应叠加风机对平台产生的横向最大弯矩㊂应充分考虑对平台结构产生最大影响的剖面载荷,并将该载荷作为设计波选取的特征载荷㊂该方法较为简单,适用于工程设计,且足够保守㊂图6所示为某四立柱半潜式浮式风机结构有限元模型;图7所示为特征剖面标定,并取剖面位置的分离力㊁剪力和弯矩作为特征载荷;图8所示为S E C T I O N 101剖面横向分离力的各浪向幅值响应系数(R A O ),通过4个特征剖面,5个特征载荷,搜索特征载荷最大响应合计构造出18种设计波工况㊂叠加风机载荷效应,最终确定72种组合工况;图9所示为最恶劣工况分析得到的平台应力云图㊂图6 有限元模型F i g.6 F E M m o d el 图7 特征剖面示意图F i g .7 S c h e m a t i c d i a gr a m o f c h a r a c t e r i s t i c s e c t i on 图8 横向分离力的各浪向R A OF i g.8 L a t e r a l f o r c e R A O i n d i f f e r e n t w a v e d i r e c t i on 图9 有限元模型应力分布F i g.9 S t r e s s d i s t r i b u t i o n o f F E M m o d e l 1.3 系泊系统海上浮式风电装备锚泊系统分析主要校核系泊系统强度是否满足要求,包括极限强度和疲劳强第2期李红涛,等:海上浮式风电装备关键技术工程探索与实践㊃83㊃度㊂系泊拉力极限强度校核一般可根据1.1节的总体性能分析中得到的系泊拉力时程变化曲线,经统计得到拉力极值,按规范标准要求的安全系数判定系泊缆强度安全水平㊂图10所示为某浮式风电平台某一系泊索的拉力时程曲线㊂一体化耦合模型中应充分模拟系泊索类型㊁刚度㊁重量㊁长度㊁预张力等重要参数,工况选取可按规范标准要求,适当时可选择最为恶劣工况代表,必要时也应考虑系泊缆发生破损工况下的破损强度㊂系泊系统的疲劳强度一般考虑系缆点(导缆孔)㊁锚链和钢索连接位置㊁躺地拉起以及锚固点等位置处进行疲劳强度分析,如图11所示㊂首先,根据规范标准要求的疲劳计算工况,利用一体化耦合分析方法对漂浮式风机进行一体化仿真,计算不同工况下系泊缆上各个疲劳计算点的张力时程;然后,采用雨流计数法统计各工况下计算点的应力循环幅值和循环次数;最后,根据M i n e r线性累计损伤理论计算其疲劳寿命㊂此方法与传统海洋工程疲劳分析采用的谱疲劳方法不同,采用时域分析方法,并用雨流计数法统计应力循环幅值和频次,累计疲劳损伤㊂因此,工况数量非常多,计算量较大,需进一步优化分析,简化工程计算量㊂图10系泊索拉力变化F i g.10 M o o r i n g l i n e t e n s i o n r e s p o n s es图11系泊索疲劳计算点F i g.11F a t i g u e c a l c u l a t i o n p o i n t o f t h e m o o r i n g l i n e1.4疲劳强度海上浮式风电装备疲劳强度分析主要对由波浪载荷和风机载荷等循环载荷引起的疲劳敏感点进行寿命预报,判定是否满足设计寿命要求㊂一般来讲,对于立柱半潜式浮式风电平台,需计算的疲劳敏感点有立柱与撑杆㊁立柱和旁通㊁立柱与上部结构㊁风机塔筒与上部结构等连接处㊂按照行业规范标准要求,疲劳工况主要由外部海洋环境条件㊁风电机组状态和外部电网状态3部分组成㊂根据机组运行状态又分为正常发电㊁发电和故障㊁启动㊁正常停机㊁停机㊁停机和故障㊁安装及检修7种疲劳工况,对每种工况分别定义了相关的风㊁浪㊁流㊁水位和外部电网条件㊂疲劳分析采用正常湍流风模型和波浪谱模型,并考虑风和波浪载荷的联合概率分布㊂㊃84㊃海洋工程装备与技术第10卷目前,对于浮式风电平台的疲劳分析方法并没有明确规定,但为保证计算精度,降低建造成本,建议使用时域分析方法㊂理想时域方法是做结构应力的一体化耦合分析,但需要的算力太大,目前难以实现㊂本文建议采用半耦合时域分析方法,即风机载荷引起的时域疲劳与波浪载荷引起的时域疲劳叠加的方式,计算流程如图12所示㊂具体如下:图12 时域疲劳计算方法F i g .12 T i m e d o m a i n f a t i gu e c a l c u l a t i o n m e t h o d ①通过1.1节中所述一体化耦合分析方法,按照规范要求的疲劳工况,将风载荷作用于平台,得到风机塔筒法兰处六自由度的载荷时历曲线;②将得到的载荷时历施加到结构有限元模型上,得到计算疲劳节点由风机载荷引起的应力时历曲线;③应用同一疲劳工况下风速对应的随机波浪作用于平台,可以得到计算疲劳节点由波浪载荷引起的应力时历曲线;④将②和③得到的同一载荷条件的计算疲劳计算节点时程应力进行线性叠加,可得到计算疲劳节点由风机载荷与波浪载荷联合作用下的应力时历曲线;⑤应用雨流计数法统计该载荷条件下的应力循环幅值和频次,根据M i n e r 线性累计损伤理论计算疲劳损伤;⑥根据风速波高周期联合概率分布,叠加不同风速㊁波高㊁周期㊁风向等载荷条件下的疲劳损伤,可得到计算疲劳节点的最终疲劳寿命㊂规范要求的工况较多,涉及风㊁浪㊁流联合概率分布,基本上工况数量要以万计,且计算过程中涉及动力时程分析,计算量及所需存储空间巨大㊂因此,从计算方法㊁工况统计㊁仿真分析等方面仍需进一步优化和提升㊂图13所示为某浮式风电平台的疲劳节点细化有限元模型图;图14所示为某疲劳节点的风机载荷与波浪载荷联合作用下的应力时程曲线;图15所示为通过雨流计数法统计得到的应力循环幅值和频次分布㊂1.5 稳性校核海上浮式风电装备稳性校核主要分析平台在拖航㊁安装㊁作业和停机状态下,抗倾覆能力是否满足要求,一般应包括完整稳性和破损稳性分析㊂传统海洋平台稳性校核较为成熟,主要建立平台稳性模型,依据相关规范标准要求进行稳性衡准㊂浮式风机平台稳性具备自身特点,风载荷不是传统的静态载荷,需要考虑风机发电工况下的气动载荷㊂海工结构物常用的风载荷计算公式不再适用,需用叶素动量理论求解㊂而且倾斜到一定角度时,风机停第2期李红涛,等:海上浮式风电装备关键技术工程探索与实践㊃85 ㊃图13 旁通和斜撑连接处F i g .13 J o i n t o f po n t o o n a n d b r a ce 图14 风机载荷与波浪载荷联合作用下的应力时程F i g .14 S t r e s s t i m e h i s t o r y un d e r c o m b i n e d a c t i o n o f w i n d t u r b i n e l o a d a n d w a v e l o ad 图15 应力循环幅值和频次分布F i g .15 D i s t r i b u t i o n o f s t r e s s c y c l e a m p l i t u d e a n d f r e q u e n c y㊃86㊃海洋工程装备与技术第10卷机会造成风载荷减小,如图16所示㊂关于稳性校核的风速要求㊁衡准标准及相关分析方法可参考船级社规范标准[5]㊂关于与传统油气平台相比,浮式风电平台的安全等级要求不同,是否可以降低稳性评价标准,还需进一步研究[8]㊂图17所示为某浮式风电平台的稳性分析模型㊂图16 发电工况下稳性校核标准F i g .16 S t a b i l i t y ch e c k s t a n d a r d u n d e r p o w e r pr o d u c t i o n c o n d i t i o n 1.6 动态电缆作为海上浮式风电装备的重要组成部分,动态电缆构型设计至关重要,一般需要进行静态强度分析㊁动态响应分析和疲劳分析㊂理想的一体化分析模型应包括动态海缆,分析浮式风电平台与动态电图17 静水力模型三维视图F i g .17 H yd r o s t a t i c m o de l 3D v i e w 缆的相互影响,从而确定动态电缆的设计参数和形态㊂但目前受限于各方面条件,动态海缆与浮式风电平台分析往往采用分离的做法,忽略海缆与浮体之间的耦合约束㊂动态海缆设计需要考虑浮体运动对其产生的影响,尤其极端工况下应对浮体运动提出限制性要求㊂2 工程实践国内浮式风电技术发展很快,已经有多台浮式风电装备陆续进入示范应用阶段,也在逐步探索商业化应用㊂目前浮式风电平台以立柱半潜式结构型式为主,几个已建和在建的平台相关性能参数如表1所示㊂表1 国内浮式风电装备性能参数T a b .1 P a r a m e t e r s o f d o m e s t i c f l o a t i n g w i n d t u r b i n e e q u i pm e n t 项目名称三峡引领号中船扶摇号中海油融风项目龙源风电养殖融合项目结构型式三立柱半潜式三立柱半潜式四立柱半潜式三立柱半潜式风机容量5.5MW6.2MW7.25MW4MW作业海域及水深南海阳江海域水深30m 南海湛江海域水深65m 南海文昌海域水深120m 台湾海峡南日岛海域水深35m 适应环境条件作业海域50年一遇极端风浪流条件(轮毂高度风速51.2m /s,有义波高10.6m ,表面流速1.2m /s )作业海域50年一遇极端风浪流条件(轮毂高度风速51.8m /s ,有义波高9.5m ,表面流速1.0m /s )作业海域50年一遇极端风浪流条件(轮毂高度风速54.7m /s,有义波高12m ,表面流速2.18m /s)作业海域50年一遇极端风浪流条件(轮毂高度风速46.2m /s ,有义波高4.77m ,表面流速1.23m /s)运动性能指标发电工况,平台整体运动倾角不超过5ʎ;极端工况,倾角不超过12ʎ发电工况,平台整体运动倾角不超过5ʎ;极端工况,倾角不超过10ʎ发电工况,平台整体运动倾角不超过4ʎ;极端工况,倾角不超过11ʎ发电工况,平台整体运动倾角不超过5ʎ;极端工况,倾角不超过9ʎ主尺度总长79m ,型宽91m ,型深32m 总长72m ,型宽80m ,型深33m 总长72m ,型宽80m ,型深35m 总长72m ,型宽82m ,型深24m 排水量1.3万吨1.56万吨1.26万吨0.94万吨系泊型式3ˑ3型式3ˑ3型式3ˑ3型式3ˑ3型式第2期李红涛,等:海上浮式风电装备关键技术工程探索与实践㊃87 ㊃ (续表)项目名称三峡引领号中船扶摇号中海油融风项目龙源风电养殖融合项目示意图国内海上浮式风电装备开发过程中的问题和建议分析如下:①结构型式主要以三/四立柱半潜式型式为主,此种结构型式技术成熟,结构较为简单,适应性较好,被行业认可度高㊂随着技术不断进步,也出现其他型式,如T L P ㊁S P A R 等基础型式㊂②由于处于示范应用阶段,作业水深普遍较浅,只有中海油融风浮式风电作业水深达到100m 以上㊂浅水对于系泊设计提出了更大挑战,有效限制浮体运动,对于整体系统设计要求更高,如 三峡引领号 作业水深只有30多米㊂随着海上风电开发向深海发展,浮式风电技术也会逐步走向深水㊂③工程上还没有实现上部风机和下部浮体的全耦合设计,只是下部浮体设计单位和风机厂商进行多轮迭代设计㊂尽管设计方法上已经有了较大进步,但在降本增效的大背景下,提高设计精度㊁降低设计工程成本㊁优化基础理论等方面仍有较长路要走㊂④浮式风电技术与其他技术的融合,如龙源项目在立柱之间布置网箱进行养殖,还有与波浪能㊁潮汐能发电功能的融合发展等,面临多种载荷耦合㊁多种工况组合㊁多样风险标定等很多工程挑战,还需对相关关键技术进一步研究㊂⑤浮式风电浮体一般由船舶与海工行业单位设计,而风机和发电要求一般由电力行业主导㊂因此,行业的不同造成设计理念㊁方法和依据标准的不一致㊂例如,国内海工结构设计一般以工作应力法(W S D )为主,和电力行业要求的抗力和载荷系数法(L R F D )不同,应加强行业的融合和统一㊂⑥相关规范标准仍不完善㊂目前,浮式风电平台设计要求还以国内外船级社规范标准为主,但浮式风电平台技术较传统海上油气装备,具备自身的技术特点,风险和安全等级有所区别㊂因此,亟需建立适应国内海洋环境条件和海上风电行业的技术规范标准体系㊂⑦工程设计软件卡脖子 现象严重㊂无论是风机设计软件,还是浮体设计软件,仍被欧美软件所垄断㊂国内海上风电行业如想行稳致远,需在工程设计软件开发上突破,建立自己的工业软件体系已经迫在眉睫㊂⑧由于国内特有的环境条件,如台风㊁内波㊁冰情㊁复杂海底条件等,因此,浮式风电装备的安全性和可靠性还有待进一步验证㊂3 前景展望在全球海洋清洁能源开发和国内 双碳战略发展的大背景下,海上浮式风电技术具有广阔的发展前景,将伴随全球海上风电商业化开发热潮而日趋成熟㊂就国内而言,海上浮式风电领域仍存在诸多关键技术需集中研发和突破,仍需随着技术不断成熟进一步降低开发成本㊂这才是浮式风电技术的真正生命力所在㊂除了利用浮式风机进行传统的并网输电之外,利用浮式风机为油气平台㊁附近设施供电,与深远海养殖业融合发展,与海上制氢结合,避免电力的远距离输送,等等,为浮式风电技术发展提供了更多的应用场景[9㊁10]㊂4 结 语海上浮式风电装备涉及多结构㊁多学科交叉,较传统的海上油气平台以及固定式海上风电装备有很大的差异㊂环境载荷影响更为显著,在气动水动系泊载荷耦合作用下的响应也更加复杂㊂在工程设计阶段准确预报和分析浮式风机的各种表现至关重要㊂本文系统提出了浮式风电装备工程设计阶段需要分析的关键内容,给出解决思路和推荐方法;结合国内实际工程案例,给出相关有益结论㊃88㊃海洋工程装备与技术第10卷和建议,对我国浮式风电进行了很好的工程探索和实践㊂从全球行业发展来看,海上浮式风电技术尚处于应用示范和商业化初步阶段,我国与国外发达国家相比水平差距不大,只要我们加强关键技术攻关,努力开展全行业协同创新,积极进行示范应用引领,实现弯道超车指日可见㊂参考文献[1]欧洲风能协会.欧洲风能:2021年统计与2022 2026年展望[R].2022.[2]陈嘉豪,裴爱国等.海上漂浮式风机关键技术研究进展[J].南方能源建设,2022,7(1):820.[3]王宾,李红涛,唐广银.海上浮式风机研究进展概述[J].海洋工程装备与技术,2018,(5):220225.[4]肖然.海上漂浮式风机子系统技术特点浅析[J].能源与环境, 2022,(3):3840.[5]中国船级社.海上浮式风机平台指南[M].北京:人民交通出版社,2022.[6]I E C.D e s i g n R e q u i r e m e n t s f o r O f f s h o r e W i n d T u r b i n e s[J].I E C614003,2021.[7]D N V.C o l u m n S t a b i l i z e d U n i t s[S].D N V R P C103, 2012.[8]M U S I A L W D,B U T T E R F I E L D C P,B O O N E A.F e a s i b i l i t y o f F l o a t i n g P l a t f o r m S y s t e m s f o r W i n d T u r b i n e s[C].A S M E. 23r d A S M E W i n d E n e r g y S y m p o s i u m P r o c e e d i n g s,R e n o, N e v a d a,J a n.,2004.[9]李红涛.全球海洋新兴经济和技术发展全景扫描[J].中国船检,2022,(6):816.[10]W A L S H C.O f f s h o r e W i n d i n E u r o p e-K e y T r e n d s a n d S t a t i s t i c s2019[R].B r u s s e l s:W i n d E u r o p e,B r u s s e l s,2020.。

风力发电及其关键技术探讨【摘要】风力发电作为清洁能源之一，在当前能源结构调整中发挥着重要作用。

本文首先介绍了风力发电的发展历程，从早期的风车到现代风力发电机组，展现了其技术进步和广泛应用。

接着详细介绍了风力发电的工作原理和机组结构，以及其关键技术，如叶片设计、控制系统等。

最后探讨了风力发电的未来发展趋势，包括提高效率、降低成本、智能化等方向。

结论部分强调了风力发电的重要性，指出面临的挑战和技术发展的必要性，同时强调了其可持续发展的重要性。

风力发电不仅是一种清洁能源，也是未来能源发展的重要方向，需要不断创新和完善技术，实现可持续发展。

【关键词】风力发电、关键技术、发展历程、原理介绍、机组结构、未来发展趋势、重要性、技术挑战、可持续发展1. 引言1.1 风力发电及其关键技术探讨风力发电是利用风能转换成电能的一种清洁能源，被广泛应用于全球各地。

随着能源需求的增长和环保意识的提高，风力发电在能源领域的地位愈发重要。

本文将探讨风力发电的发展历程、原理介绍、机组结构、关键技术以及未来发展趋势。

通过对风力发电技术的研究和讨论，希望能更好地了解和推动风力发电的发展，为解决能源问题和保护环境做出贡献。

风力发电的发展历程可以追溯到几千年前的古代，但真正投入商业应用的风力发电机出现在19世纪末期。

随着技术的不断进步，风力发电机组的效率和功率也得到了显著提升。

目前，风力发电已经成为可再生能源中的重要组成部分。

风力发电的原理是利用风力带动风轮转动，进而驱动发电机发电。

风力发电机组由风轮、发电机、塔架等部分组成，其中风轮的设计和材料选择对整个系统的性能影响尤为重要。

风力发电机组的关键技术包括风轮设计优化、发电机效率提升、控制系统稳定性等方面。

这些技术的不断创新和改进，将推动风力发电行业的发展和壮大。

未来，随着科技的发展和社会的需求，风力发电有望迎来更大的发展空间。

通过持续创新和合作，风力发电将成为更干净、更高效的能源形式，为人类可持续发展提供重要支持。

海上风电场高压GIS设备的关键技术与应用分析摘要：GIS设备是目前海上电场的关键所在，GIS设备的优化设计对整个海上风电场的建设和运行的可靠性、可维护性、经济性以及可利用性甚至是安全性都具有十分很重要的作用。

而现阶段，我国海上风电场不管是在运行还是设计方面都不是很成熟，如果遇到极其恶劣的海洋环境，对GIS的设计要求和关键技术的分析就变得十分重要。

本文首先对GIS设备在海上风电场中的应用进行合理分析，然后对高压GIS的关键技术和应用进程了探究，与此同时还提出了有效建议。

关键词：海上风电；GIS；关键技术；应用分析伴随着我国新时代的稳定进步，海上风电场离岸距离越来越远，其容量也在逐渐扩大。

另外，海上风电场所产生的电能需要通过建设海上交通变电站枢纽来完成电能的运输。

与陆上风电场相对比，海上变电站的技术还没有达到成熟的状态，可用的统一技术标准还没有正式成立。

而通过对GIS设备的优化设计和合理应用能更好的提高海上变电站安全性和可靠性。

1 GIS设备在海上风电场中的应用由于海上环境的施工难度大，再加上环境的恶劣程度，整个海上风电场从设计、选型、建设以及后续的运行以及维护，其各方面细节难度都要高于陆上风电场。

再加上海上作业对天气的要求比较依赖，使得海上变电站的建立和维护工作以及后期的维护成本是陆上工作量的多倍。

因此在海上风电场应用GIS设备技术对海风电场的使用周期成本变化影响很大。

有效应用GIS设备的技术能更好的降低海上平台和变电站设备的建设成本、投资，与此同时还能加强设备的安全性和可靠性。

海上风电场高压GIS设备是变电站和送出海缆间的连接点，与在陆上风电站使用的GIS设备没有实质上的区别，但是，由于海上电网的结构比较简单，出现故障的原因也比较容易发现，除此之外，海上平台空间有限并且环境状况不稳定。

要想满足系统供电的连续性、可靠性以及操作检修方便性等需求，海上平台GIS设备的关键技术和应用布置也存在一定差异[1]。

海上风电智能控制与运维关键技术摘要：现代先进智能技术、信息技术以及互联网技术等的普及推广。

为海上风电场站打造智能控制体系以及开发利用运维技术创造了先决条件。

海上风电场深受极端工况以及恶劣地质及环境条件的影响。

如果日常运行期间的智能控制和运维技术应用不到位，极易发生各种突发故障和事件，给风电场站的安全运行带来威胁。

本文对海上风电的智能控制以及运维期间的关键技术进行全面列举和深入分析，希望能给海上风电场站及机组管理人员和技术工人提供技术支持，促进国家海洋风电事业的全力发展。

关键词：海上风电；智能控制；运维关键技术引言、海上风电智能控制技术中，极端工况载荷安全控制技术、功率-载荷-运动多目标控制技术以及风电场尾流协同控制技术，是最主要的技术类型。

而智能运维技术中以场站功率预测技术、场站尾流控制技术以及设备智能监测运维技术为主，这些技术都各有特点、应用优势和局限性，但是都对海上风电智能控制和运维有积极的促进作用，未来还会得到更大力度的研发普及和应用。

1.智能控制技术1.1功率-载荷-运动多目标控制技术海上风机多为大容量装机，较之普通风机柔性更高，有更复杂的整体结构，一旦遭遇风、浪、流的多重载荷夹击，平台运动以及结构振动幅度更大。

目前海上风电整体结构的大容量整机控制策略中，已经不再是单纯的功率控制。

①在多体动力学理论基础上，构建固定式的海上风机转子-机舱-塔架耦合模型，以及漂浮式风机体系的风机-浮体-系泊一体化载荷分析模型；②利用激光雷达实施风况测量，也可在机器以及深部学习的浪预测以及短期风基础上，赋予海上风电机组控制体系对来流风以及浪信息提前感知的能力。

和在线性二次模型调节器、模型预测控制以及鲁棒H∞等在内的先进控制算法支持下的统一变桨、转矩控制以及独立变桨控制有机结合，对控制动作实施快速调整，保证调节功率能够维持稳定输出，促使气动阻尼加大，对传动链实施转矩振荡抑制，达到降低载荷的目的。

漂浮式风机实施最优变桨距控制，不但可调节输出功率，还可降低载荷，机组由此改善气动力矩，经由塔筒实现传递，促进浮式平台降低自由运动响应，对平台实施运动范围限制，进而控制平台的位置和运动。

海上风力发电整机的智能监测与故障诊断技术研究随着对可再生能源的需求不断增长，海上风力发电成为了许多国家推动可持续发展的重点项目。

海上风力发电机组由于面临海洋环境的严酷条件，其可靠性和运行稳定性成为了关注的焦点。

为了确保海上风力发电机组的稳定运行和提高其发电效率，智能监测与故障诊断技术变得十分重要。

本文将探讨海上风力发电整机的智能监测与故障诊断技术的研究进展及其在提高运行效率和降低故障率方面的应用。

首先，智能监测技术为海上风力发电整机提供了实时监测和数据采集的能力。

通过搭建传感器网络和监测系统，可以对风力发电机组的关键参数进行监测，如温度、振动、湿度等。

这些数据可以实时获取并传输到监控中心进行分析和处理。

通过对海上风力发电机组进行全面监测，可以实现对风机、塔筒、润滑油、变速器等关键部件的状态监测和异常诊断，从而提前预警潜在故障，避免因故障带来的停机维修和损失。

其次，故障诊断技术是海上风力发电整机智能监测的重要组成部分。

通过对监测数据的分析和处理，可以利用机器学习、人工智能等技术手段来实现对风力发电机组故障的自动诊断。

例如，利用机器学习算法，可以通过分析振动信号来判断风力发电机组是否存在故障，并进一步识别出具体故障类型。

同时，还可以通过分析温度数据来监测风力发电机组的过热情况，从而预警可能导致故障的异常温度升高。

这些故障诊断技术的应用可以大大提高故障的准确性和效率，有效降低发电机组的故障率和维修成本。

此外，智能监测与故障诊断技术还可以帮助优化海上风力发电整机的运行和维护策略。

通过合理分析海上环境的特点以及监测数据的变化趋势，可以调整风力发电机组的发电策略，最大限度地提高发电效率。

同时，通过智能监测和故障诊断技术，可以实现对海上风力发电机组的远程监测和控制，减少人力资源的浪费和风险。

然而，海上风力发电整机的智能监测与故障诊断技术仍面临一些挑战。

首先，由于海上环境的复杂性，数据采集和传输过程中可能存在不稳定因素，导致监测数据的准确性和实时性受到影响。

浅谈海上风电场智能管理关键技术研究及应用发表时间：2020-12-14T15:18:10.673Z 来源：《中国电业》2020年23期作者：唐睿[导读] 上海电力大学上海市 200030唐睿上海电力大学上海市 200030摘要：近年来，随着国家能源结构调整政策方针：加快新能源发展步伐，推动能源绿色低碳转型；风电产业蓬勃发展。

其中，打造基地型规模化、投资建设运维一体化的海上风电发展带成为众多发电企业的发展方向。

谁能够在海上风电领域成为先行者、引领者，谁将在未来的海上风电发展中占据优势地位；同时海上风电中央财政补贴即将取消，全面平价上网时代来临，如何控制海上风电设备的运维成本，如何监测海上风电设备并保证其安全稳定运行，也将是海上风电产业面临的课题之一。

关键词：新能源海上风电全景监测智能管理一、海上风电技术存在的问题目前海上风电管理普遍面临的问题：首先，海上风力发电场运行环境恶劣、风海况复杂：设备状态感知手段不全面故障频发，例如叶片、齿轮箱、支撑结构等关键设备故障，又如海底基础冲刷情况严重、海缆锚害事故。

其次，故障诊断和预警只能依赖于第三方系统，功能不全，设计不合理，时效性差，一旦发生故障往往是大故障导致的经济损失大；由于第三方系统往往只针对局部进行设计、多个设备或系统之间没有一体化监控方案导致整机的智能诊断方法极其缺乏。

再次，海上风电维护难度大、成本高、设备维修作业窗口期短，成本高昂（为陆上的近3倍），风电所在位置可达性差使得海上巡检周期长，对于每一个设备来说巡检间隔被拉长，设备安全风险较大；现有的运维模式（定期、消缺性运维）与手段（人工、就地）周期较长，运行、检修、维护环节分离，效率较低。

最后，海上风电开发和运维过程中积累了大量的数据资产，但数据库独立，数据来源分散、维度繁多、缺统一规范，数据未能充分利用。

二、海上风电智能管理技术现状为了解决上述问题，海上风电运维企业尝试了多方面的努力，相关领域的企业也在不断的探索新的技术及整合。

海上风电关键技术的专利视角分析
王兴月;杨季平;王玲玲
【期刊名称】《船电技术》
【年(卷),期】2024(44)4
【摘要】本文首先介绍了海上风电的发展现状、风电发展政策以及海上风电的经济成本,其次从专利视角对海上风电关键技术进行分析,对专利检索工具和检索思路进行概述,检索获取整个海上风电技术的相关专利;再次基于检索结果,对现有海上风电技术进行总体分析,了解海上风电行业的发展现状;然后对海上风电技术进行关键技术聚类分析,获得海上风电关键技术,并对关键技术发展演变进行分析,得到海上风电的技术发展历程和热点趋势变化;最后总结分析,得出海上风电关键技术的发展成熟情况及技术发展的方向和热点趋势,为行业研究人员进一步研究和技术突破提供指引。

【总页数】4页(P57-60)
【作者】王兴月;杨季平;王玲玲
【作者单位】中国海油能源发展股份有限公司清洁能源分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM614
【相关文献】
1.海上风电别忙“圈海”发展陆上风电为主
2.肩负国家海上风电技术研发使命打造中国海上风电发展的主力军——专访中船重工(重庆)海装风电设备有限公司董事长
杨本新3.专利视角下海上风电基础技术态势分析及发展建议4.御海驾风档案记载海上风电创业之路——访国电电力浙江舟山海上风电开发有限公司执行董事、党委书记徐勇5.基于专利视角的海上风电技术布局现状分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。