海上风电风机基础设计关键技术研究

海上风电的发展现状及关键技术研究作者：万宏罗文东谢国华来源：《科技资讯》2023年第24期摘要：风能是一种可再生的洁净能源，在新能源越发得到关注的情况下，风能利用也被各国先后提上日程。

以海上风电的发展现状为切入点，分析中外有关技术现状，在此基础上研究其关键技术，包括基础结构设计、建设区域选择、资源评估、重点参数计算以及辅助性技术等。

最后简析海上风电的技术难点，提出发展建议，为未来的风电建设提供参考。

关键词：海上风电基础结构通信活动风力资源中图分类号： TM75 文献标識码： A 文章编号： 1672-3791（2023）24-0070-03海上风力发电技术简称海上风电，是指以海上作业平台为基础、利用风力进行发电的综合性技术，其特点在于绿色无污染、可再生能力强。

与地面风力发电相比，海上风力发电不存在噪声、建设地形限制，这为其大规模运用提供了空间。

当前，各国都在广泛利用风力发电技术，我国东南沿海各地也在尝试利用风能进行发电，且收效良好［1］。

从可持续发展、科学发展的角度出发，加强洁净能源的利用已大势所趋，《中华人民共和国可再生能源法》《关于完善风力发电上网电价政策的通知》的颁行也为各地海上风电系统建设和发展提供了明确思路。

在此背景下，分析海上风电的发展现状及关键技术具有一定的积极意义。

1 海上风电的发展现状1.1 国外发展情况洁净能源的利用始于西方，包括海上风电技术。

当前，欧洲各国家和美国的海上风电技术具有一定的技术优势。

20 世纪80 年代，石油危机以及环境污染等因素对发达国家的影响日渐突出，这也使发达国家更重视新能源的研究。

到20 世纪90 年代，北欧和西欧一些工业强国开始大规模尝试海上风力发电，已知全球最早的海上风电机组由瑞典建设并投入使用，命名为Windworld，其容量为220 kW。

随后，荷兰和丹麦等国家先后组织海上风电研究，这一阶段的海上风电机组主要集中于浅水区域，不超过海岸线100 m［2］。

海上风电项目前期调研及选址技术分析随着环境保护和可再生能源的重要性日益凸显，海上风电项目作为一种绿色、可持续发展的能源形式，受到了广泛关注。

然而，在开展海上风电项目之前，必须进行综合的前期调研和选址技术分析，以确保项目的可行性和成功。

海上风电项目前期调研是一个复杂而关键的过程，它涉及到多个方面的研究和考虑。

首先，需要对海上风能资源进行详尽的评估。

这包括测量和分析海域的风能潜力，确定风能资源的可利用性，并评估风能的季节性和波动性。

通过评估海域的风能资源，可以选择合适的风机类型和容量，以最大化能源产出。

其次，进行海洋环境影响评估是十分重要的。

这包括对海域的水动力、水深、海流、浪高等参数的调查和分析。

此外，还需要考虑海上风电项目对当地生态系统、渔业活动、航运和海上交通的潜在影响。

这些评估可以为管理团队提供有关环境保护和风险管理方面的信息，以确保项目的可持续发展和与周边环境的协调发展。

接下来，进行海上风电项目选址技术分析是确保项目成功的关键一步。

在进行选址分析时，需要考虑多个因素，如海域的可用面积、深水区的开发技术和成本、与陆地电网的接口、输电线路的布局以及社区和利益相关者的接受度等。

通过综合考虑这些因素，可以找到最佳的海上风电项目位置，以实现最大程度的经济效益和环境友好性。

此外，还需要进行海洋测量和水文学研究，以收集关于海洋环境的更多数据。

这些数据将有助于设计和安装风机基础设施，并评估风机与海洋环境之间的互动效应。

测定海底地形、海底土壤条件和海底电缆敷设的可行性也非常重要。

综上所述，海上风电项目前期调研及选址技术分析是确保项目成功的重要步骤。

通过评估风能资源、进行环境影响评估、进行选址分析和收集海洋数据，可以确保项目的可行性，并为项目的规划和设计提供有力支持。

未来，随着技术的进步和经验的积累，海上风电项目的前期调研和选址技术也将不断完善，为可持续发展和清洁能源的实现做出更大贡献。

海上风电重力式基础应用与施工研究摘要：我国信息技术水平和科技水平的快速发展，我国风电是我国的主要资源之一。

风机基础作为风电场中十分重要的部分，一直是研究的重点，对各种基础型式的研究都呈井喷之势。

我国海上风电刚起步，受限于地质条件和施工经验，研究焦点一直在桩基础，国内已建与正在建设的风电场几乎全是桩基础，对重力式基础的研究与介绍则甚少。

作为风机基础最主要的型式之一，重力式有其不可替代的地位，对于该型式的研究有重要意义。

海上风电项目的管理需要考虑多方因素。

因此，提高项目管理水平对海上风电建设、促进我国新能源转型，对于实现双碳目标有着重要意义。

关键词：海上风电；重力式基础；施工引言近年来,海上风电工程建设规模越来越大,因其作业环境、海上施工工艺等均与陆地有很大差距,故对安全管理工作提出更高要求。

应强化海上风电施工管理环节,根据海上施工实况,制定切实可行的安全管理方案,为确保海上风电施工的安全性奠定坚实的基础。

1基础特点（1）造价低。

一般而言，在地质适合采用重力式基础的风电场，重力式造价最低，成本优势是重力式基础成为世界海上风电场第二大基础型式最重要的原因。

（2）稳定性好。

基础自重及刚度大，抗风暴和海浪袭击能力很好。

与其他基础型式相比，在各样的荷载工况下都能更好保持稳定。

（3）环境影响小。

桩基打桩施工时的噪音对海洋生物的影响很大，重力式基础施工对海洋生态的影响相对较小，而且基础的碎石层有类似人工岛礁的作用，为海生物提供新的生存环境。

（4）海上施工项目多。

海上施工的艰难与昂贵费用是影响工期与成本极为重要的因素，施工的项目与时间至关重要。

重力式自重与体积大，运输与安装不方便，而且还需预先对海床进行处理，所以施工项目比其他基础型式多，施工时间也较长。

（5）地质要求高。

所有荷载直接传递到海床表面，重力式对地基承载力要求高，基础安放前需确保海床有足够的承载力与平整度。

此外对于有倾斜、淤泥较厚、液化和易被冲刷的海床也不适合采用重力式。

海上风电场导线与基础设计技术探讨海上风电场是当前建设和发展的热点项目之一，其作为可再生能源的重要组成部分，具有巨大的潜力和发展空间。

而导线和基础设计技术是海上风电场建设的关键环节，它们直接影响着风电设备的稳定性和可靠性。

在这篇文章中，我们将对海上风电场导线和基础设计技术进行探讨，并分析其在实际应用中的挑战和发展方向。

首先，对于海上风电场导线的设计技术来说，其主要目标是确保风能的高效转化和传输。

由于海上环境的特殊性，导线的选择和布置需要考虑多个因素，包括气象条件、水下地形、风机布置、电力接口等。

传统的海上风电场导线设计采用的是直流输电技术，其主要优势在于输电损耗小、线损低、远距离输电能力强等。

然而，直流输电技术也存在成本高、设备复杂、维护困难等问题。

因此，近年来研究人员提出了一种新的设计思路，即采用交流输电技术，以降低海上风电场导线系统的成本和维护难度。

海上风电场基础设计技术是另一个关键问题。

相比陆上风电场，海上风电场的基础设计更为复杂，主要受到海洋环境条件的制约。

基础设计的目标是确保风机塔筒的稳定性和安全性。

根据海洋环境的不同，可以划分为浅水基础和深水基础两大类。

浅水基础一般采用桩基础或者悬桥式基础，其主要特点是容易施工和维护，但是受到海洋波浪、潮汐等因素的影响较大。

深水基础则主要采用浮式基础或者半潜式基础，其主要优势在于在深水环境中的稳定性和可靠性较高。

不过，深水基础的施工难度和成本也相应较高。

然而，海上风电场导线和基础设计技术在实际应用中还存在一些挑战。

首先，海洋环境的极端条件，如海浪、风暴、海盐等，会对导线和基础构件产生腐蚀和疲劳破坏的影响，导致设备寿命缩短。

其次，由于风速和风向可能会出现剧烈变化，导致风电设备受力变化较大，对导线和基础的稳定性提出了更高的要求。

此外，导线和基础的设计需要兼顾海洋环境保护和生态平衡的考虑，避免对海洋生态系统产生不可逆的影响。

为了应对这些挑战，海上风电场导线和基础设计技术的发展方向主要有以下几个方面。

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。

关于海上风电基础施工的探讨作者：高建忠来源：《建筑建材装饰》2015年第02期摘要：要实现规模化的海上风能利用，需要解决很多的技术难题。

由于海上风电基础施工的质量安全将是风电场能否在全寿命周期内正常运营的关键。

本论文主要针对海上风电机组的基础施工问题开展研究，为海上风电机组的基础施工质量控制提供解决思路，为我国海上风电的健康发展作出贡献。

关键词：海上风电；基础施工前言风电机组基础型式采用高桩混凝土承台，共34个基础。

每个基础由两部分混凝土段组成，上端为上直径11.00m、下直径14.00m、高度1.50m的圆台体，下端为直径14.OOm、高度3.00m的圆柱体。

混凝土强度等级为C45的高性能海工混凝土。

结构底面高程0.50m（国家85高程，下同），封底混凝土底面高程-0.30m，顶面高程5.00m。

风电机组塔架与基础承台连接段采用一个直径4.50m，壁厚60mm的塔筒连接段连接。

塔筒连接段顶部高程10.00m，底部高程1.50m，埋入承台深度3.50m。

风机塔架与塔筒连接段直接釆用1对法兰连接，在10.00m 高程处设置一个钢结构工作平台。

承台基础外侧设置钢结构靠船设施和爬梯，承台周围设置橡胶护舷。

基础的主要施工步骤：钢管桩安装、钢套箱安装、基础承台施工、钢套箱拆除。

1钢管桩安装每个基础底部设置8根直径1.70m的钢管桩，釆用6：1的斜桩，桩顶高程2.20m，桩尖高程-75m～80m。

8根桩在承台底面沿以承台中心为圆心，半径为5.00m的圆周均匀布置。

钢管桩管材为Q345C，上段管壁厚30mm，下段管壁厚25mm。

-30.00m高程以上桩身内填灌C30混凝土。

1.1沉桩施工工艺流程沉桩施工工艺流程：吊柱―GPS测量定位―下桩、稳桩―锤击沉桩―钢桩检查、划桩―桩船、桩驳驻位―沉桩结束―至桩顶标高停锤―生成打桩记录。

1.2沉桩顺序本次沉桩共有Φ1700mm钢管桩272根，考虑本工程承台间的距离对沉桩不产生影响，以及业主对承台完成情况的要求，沉桩顺序按照承台编号依次施打。

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。

海上风电场风机基础介绍技术服务中心业务筹备部前言近年来，国家对清洁能源特别是风电的发展在政策上给予了很大支持，使得中国风电得到蓬勃发展。

风力发电作为新能源领域中技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式，获得了迅猛发展。

随着风电机组从陆地延伸到海上，海上风电正成为新能源领域发展的重点。

本文结合国内外海上风电场具体的风机基础，对现有的海上机组的基础类型逐一介绍，目的是对海上风机基础形成一个初步的了解，为公司日后的海上服务业务做铺垫。

为人类奉献白云蓝天，给未来留下更多资源。

2目录1 风机基础类型--------------------------------------- 4 1.1 重力式基础----------------------------------------- 4 1.2 单桩基础------------------------------------------- 6 1.3 三脚架式基础--------------------------------------- 8 1.4 导管架式基础-------------------------------------- 10 1.5 多桩式基础---------------------------------------- 111.6 其他概念型基础------------------------------------ 122 海上风力发电机组基础维护 -------------------------- 14为人类奉献白云蓝天，给未来留下更多资源。

3为人类奉献白云蓝天，给未来留下更多资源。

4 1 风机基础类型1.1 重力式基础重力式基础,顾名思义是是靠重力来追求风机平衡稳定的基础,重力式基础主要依靠自身质量使风机矗立在海面上,其结构简单，造价低且不受海床影响，稳定性好。

缺点是需要进行海底准备，受环境冲刷影响大，且仅适用于浅水区域。

海上风电导管架基础建造方法探讨摘要：海上风电开发力度在不断增大，发电规模的增大对施工建造技术提出了更高的要求，面对复杂的施工环境，必须要有适应性更强的技术工艺作为支持，更灵活的应对各种施工问题，提高导管架基础建造质量。

目前海上风电多数应用的是桩基结构，应用灌浆技术来进行导管架与基础的连接处理，为避免各种质量病害的发生，必须要基于现场情况编制科学的施工方案，确定技术要点，达到与预期一致的施工效果。

关键词：海上风电；导管架；基础建造；施工技术风能是一种可再生的清洁能源，近年来我国海上风力发电机组容量在不断增加，在丰富的海上风能资源支持下，风电效益在持续上升。

面对复杂的海上环境，在建造风电导管架基础时，需要基于实际情况来选择适应性更强的技术工艺，确保所选基础形式适应水深条件，建设后保持较高的安全性与稳定性，满足风电机组运行需求。

一、海上风电机组基础形式我国拥有丰富的海上风能资源，且相比近海远海风能储备更高，具有非常广阔的开发空间。

当前大部分的海上风电项目均集中在潮间带以及近海浅水区，重力式基础、单桩基础、导管架基础以及新型吸力桶基础是常见的基础形式，不同基础形式所适用的条件不同，可根据施工环境以及建造需求来灵活选择。

例如单桩基础可根据水深大小来设计直径，主要用于0~30m水深环境，相比来讲导管架可适用不同水深环境，且深度越大经济效益越高。

单桩基础在海上风电机组建设中应用十分广泛，一般钢管桩直径设计为3~7m，多被用于水深低于25m且海床浅层土体良好的海域[1]。

但是随着我国海上风电开发逐渐向远海以及深水开发，导管架基础的适应性就大大提高。

导管架基础主要包括导管架基础结构以及基础桩两部分，具有重量小、强度高、受海流作用小以及水深适用性强等特点，尤其是超过30m以上的水深海域经济性更高。

随着导管架结构基础在更深海域中的应用，为更好的适应复杂的海况条件，导管架基础规模越来越大，施工难度也更高，需要不断的对施工技术进行更新优化，以便达到与设计一致的建造效果，满足海上风电机组安全稳定运行的要求。

海上风电项目开发流程与关键节点解析近年来，随着能源危机的日益加剧和对可再生能源的需求不断增长，海上风电项目的开发成为了当今能源行业的重要发展方向。

海上风电项目的开发不仅能够有效减少对传统化石能源的依赖，还能够为发展相关产业提供新的机会。

本文将对海上风电项目的开发流程和关键节点进行解析，以帮助读者更好地了解和把握这一领域的发展。

首先，海上风电项目的开发流程可以大致分为以下几个步骤：1.项目选址与开发准备：在这一阶段，需要选择适合建设海上风电项目的区域，并进行相关的环境评估和可行性研究。

同时，还需要着手进行有关的许可申请，如土地使用许可等。

2.风能资源调查与评估：对于海上风电项目来说，准确评估可利用的风能资源是十分关键的。

该阶段的工作包括风能资源测量、风能资源评估和风能地理信息系统的建立等。

3.设计与工程规划：在该阶段，需要进行风机的选型和技术规划。

设计把握好关键节点，确保风机的选型适合项目的特点和环境，同时进行风机基础设计及海上设备选型。

4.土建施工与海上设备安装：在这一阶段，需要进行土建施工工作，包括风机基础工程和海上设备的安装。

施工过程中需要精确掌握关键节点，确保施工质量和进度。

5.并网调试与运营：当海上风电项目的设备安装完毕后，需要进行并网调试和运营工作。

并网调试主要包括电缆敷设、系统调试和各项安全检测等。

运营阶段需要进行日常维护与管理，保障项目的长期运行稳定。

在海上风电项目的开发过程中，有一些关键节点需要特别关注。

首先是选址阶段，选择适合建设海上风电项目的区域十分重要，需要考虑诸如风能资源、水深、冰情等因素。

选址阶段的科学准确可以为后续的开发工作奠定良好的基础。

其次是设计与工程规划阶段，这一阶段的设计决策将直接影响到项目的成本和效益。

在设计把握中，需要充分考虑项目的特点和环境，确保风机的选型与设备的安装适应项目要求。

同时，对于海上工程施工节点的把握也非常关键，需要合理划分时间，并确保施工质量和工期的控制。

© G O L D W I N D S C I E N C E & T E C H N O L O G Y C O ., L T D .海上风电关键技术及整体设计解决方案目录一、海上风电关键技术重大攻关方向二、海上风电机组健康诊断智能感知技术三、iDO海上风电支撑结构整体化设计技术一、海上风电关键技术重大攻关方向技术攻关方向1.大型海上风电机组超长超柔叶片技术2.大型海上风电机组主轴承技术3.液压变桨技术4.大型海上风电机组支撑结构设计技术5.柔性直流输变电一体化技术6.海上风电场群控制技术7.海上风电智能运维技术◆受制于国外的关键技术点柔性叶片的弯扭耦合技术 柔性叶片与变桨系统耦合的稳定性 叶片变形动态测试技术◆技术价值和意义叶片是影响风机性能和成本的关键部件，通过弯扭耦合控制实现叶片的自适应降载，降低叶片单位长度的成本。

通过合理的材料布置方案提高叶片面内的气动阻尼，提高叶片可靠性。

柔性叶片配合气动附件的设计方案可以减少叶片的失速风险，保证机组的发电量。

主要大部件项目类型/型号进口比例外资品牌国内生产比例进口原因主要技术来源及品牌叶片材料碳纤维UD 织物100%0技术领先Saertex （德国）材料碳纤维预浸料50%30%技术领先Saertex （德国）材料PVC 泡沫50%0国内产能无法满足意大利，Miracell,Diab 材料PET 泡沫85%15%技术领先3A （瑞士）,Armacell （比利时）,Gurit （英国）气动结构设计LM75.10%100%技术领先LM设计软件GH Bladed 、ANSYS 、Focus80%集成度高GH,ANSYS◆海上风电机组-叶片相关部件材料、软件等进口情况叶片技术趋势（1）叶片气动弹性分析技术对于下一代大型风力机的研制具有重要意义。

考虑气动弹性效应几何非线性后，翼型建模更加精细化和成熟化，从而满足大型超长叶片需求。

（2）未来将主动控制技术（AFC）引入叶片设计，可以实现低载荷和更轻量的设计。

海上风电基础嵌岩斜桩施工技术研究摘要：随着社会的发展，人们对于电力使用的需求不断地增加，而传统的电力生产不仅能耗大，污染严重，而且产能也无法满足人们的用电需求。

为了能够更好地扩大电力产能，我们选择可持续性、清洁型的风能发电来进行电力生产。

我国国土面积辽阔，风能发电的应用已经相当成熟，但是大多数风能发电都在内陆地区，如果要将西电东送无疑增加了运输成本以及电力设备建设成本。

因此为了更好地提供电力服务，我们利用海上风力进行发电，利用风能进行发电以缓解电力供应矛盾。

本文将以此为基础对海上风力发电在工程施工中的应用以及遇到的问题和解决措施进行探讨关键词：海上风电基础；嵌岩斜桩；技术研究引言海上风能发电设备在建设过程，为了确保风机的稳定性，因此采用嵌岩斜桩施工技术。

由于岩基的覆盖层不足，致使桩基的抗弯能力、承载力和抗拔力无法满足设备的使用要求。

因此，为了解决这类问题，我们需要采用嵌岩桩技术。

由于海上风力发电设备的斜桩需要承受较大的水平荷载力，因此也会遇到斜桩嵌岩的施工问题。

本文将通过龙源莆田南日岛400MW海上风电场一期基础工程实例，介绍该工程的施工方法和工艺，为海上风电基础嵌岩斜桩施工技术研究提供借鉴。

一、工程概述（一）工程概述该项目位于南日岛东北侧海域，水深为4-17m，风电场覆盖的海域内岛屿以及岛礁较多且海底形式非常复杂。

在该海域范围内设计建设风力风电场，基础桩基采用钢管桩。

整个项目工程中机位的基础斜率为5：1。

依据设计要求在进行嵌岩斜桩钻孔时，钻孔深度需要达到设计要求，为了确保稳定性，钢管桩内填芯混凝土的高度需要达到设计要求。

（二）自然条件1.水温该海域常年平局水温为20.6℃，其中2-9月为升温期，以4-5月的时间升温最快，其余时间为降温期，以11-12月降温最快。

2.气温该区域平局气温为19.2摄氏度，气温变化随着季节的变化变化明显，呈现出一峰一谷的变化波。

其中以每年8月为最高气温，2月为最低气温。

风机基础的几种形式和设计问题的探讨摘要：近年来，全球范围内的风能开发获得了大规模的发展，我国虽然风能资源丰富，利用潜力巨大，但只是最近几年在陆上风力发电方面取得一定的发展，海上的风力发电方面还只是刚刚起步。

制约我国风力发电的技术因素有很多，其中风机基础就是其中一项重要的原因。

为促进我国风电产业健康、快速发展，本文对风机基础设计展开研究，通过总结分析现有风机基础形式，提出了风机基础设计过程中几个关键问题，包括荷载的计算不明确、风机结构域基础的相互影响、设计方法的规划化、基础合理选型以及海上风机基础设计安装复杂等。

风机基础的设计涉及大量需要攻克的难题，这些问题的解决将打通制约风电发展的瓶颈。

关键词：风机基础、基础形式、设计、关键问题1 前言随着全球煤炭、石油、天然气等传统能源的日趋枯竭，能源供应安全和环境保护的压力，迫使人们开始关注可再生能源，作为清洁、可再生的风能开发利用收到高度关注[1]。

风能具有节约资源、防止环境污染、可再生、具有大规模开发和商业化发展潜力等优点。

国外像荷兰、英国、丹麦等国家的风电产业起步较早，发展较快。

据统计，我国风能资源总储量为42.65亿千瓦时，技术可开发量为2.98亿千瓦时[2]。

然而，守着巨大的风能利用潜力，我国的能源资源利用起步却非常晚，只在近几年通过借鉴和引进国外的先进技术，才得到了一定程度的发展。

其中风力发电的开发利用主要包括陆上和海上两大块，目前，我国主要开发的是陆上风电场，海上风电开发提上日程的时间尚不久；国外的风力发电机功率已经从最初的0.5MW到现在的5MW，且正在规划功率更大的下一代风力机，如此大的风机对基础提出了很高的要求。

基础是风力发电机组的固定端，与塔筒一起将风机竖立在60~100米的高空，是保证风机正常发电的重要组成部分。

在设计上，风机应归属高耸结构，对于一般高耸结构设计而言，采用的是简洁的结构形式，以尽量减少风荷载，但是风机的动力来源主要是风，要正常发电就要捕获足够的风力，这就使得基础不可避免要承受巨大的水平荷载[3]，较之传统的高耸结构设计有很大的差别，设计时要考虑地质情况、风向影响。

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 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