广东海上风电支撑结构设计的技术创新与工程实践 28页
海上风电导管架建造技术研究
研究园地 海上风电导管架建造技术研究文／谢志伟 魏笑科 邹福顺 林阳峰 涂源根 陈世明 陈城 胡力文０ 引言一座海上风力发电机通常由风力发电机、机舱、塔筒、导管架、海底预埋深基础桩组成。
海上风电导管架主体为桁架结构，上部有大型法兰与风机塔筒连接，下部为插入式导管架灌浆段与海底预埋深基础桩联接，此外导管架上还有工作平台、登船梯、靠船件、J 型管、灌浆管等附属构件，整个海上风电导管架长和宽各20多米，高度40米以上，重量约900吨。
１ 概述海上风电导管架是把风力发电机、机舱及相关附属设备固定在海上的重要基础结构。
除了承受风力发电机、机舱及相关附属设备的重力和风力发电机运转时的震动外，海上风电导管架位于水下的结构长期承受洋流、潮流、海底冲刷的侵蚀，水面上的结构长期承受台风、盐雾、覆冰的困扰，因此，对海上风电导管架建造过程中的技术质量要求极高。
本文以广州文船重工有限公司承建的中广核阳江南鹏岛400兆瓦海上风电导管架建造为背景，研究风电导管架建造技术，以确保建造过程中产品质量可控、提高建造效率、降低安全风险。
２ 海上风电导管架建造技术研究广州文船重工有限公司承建了中广核阳江南鹏岛400兆瓦海上风电场25套导管架，这批导管架单套重约为900吨，主体尺寸长×宽×高分别为23.9m ×23.9m ×40.64m 。
选定在中山市马鞍岛广州文船重工有限公司风电工程基地进行建造，基地配备了600吨龙门吊、160吨龙门吊、270吨平板运输车、电焊机、卷板机、数控下料机、五轴大型相贯线切割机器人、自动打砂除锈设备、超声波探伤仪、X 射线探伤仪、空压机等施工设备。
导管架建造工艺流程如图1所示。
图1 海上风电导管架建造工艺流程2.1 预制阶段预制阶段主要包含了管节、片体、过渡段以及其他附属结构预制。
2.1.1 管节预制管节是由直径不等、厚度为32mm ～70mm 的卷管焊接而成，焊接时采用逐步退接法，在专用焊接流水线上进行焊接，流水线的固定式焊机上有伸缩焊接臂，能伸入管内进行内环缝焊接。
广东海上风电支撑结构设计的技术创新与工程实践
专题碎豔矍總构设计的文I《海洋与渔业》记者高晓霞S前，广东省正在建设的海上风电项目有16个，其中广东省电力设计研究院（简称“广东院”）承担了其中15个项目的咨询或勘察设计工作。
在“筑基——精研海上风电项目工程技术”主题论坛会议上，广东院总工程师裴爱国以《广东海上风电支撑结构设计的技术创新与工程实践》为题发表了主旨演讲。
牵头组建海上风电产业联盟裴爱国先介绍了广东海上风电的发展规划。
广东省已经规划的海上风电装机容量中，近海浅水区是9850MW,近海深水区是57OOOMW。
近期列入广东省重点工程的项目有16个，建设目标是2020年开工12000MW,建成2000MW以上，2030年建成30000MW。
接着，他谈了广东院与海上风电的渊源。
广东院成立于1958年，2012年8月，编制完成《广东海上风电场工程规划》，成为第一个获得国家能源局批准的省级海上风电规划报告。
2017年10月，按照省发改委的要求，编制 完成《广东省海上风电发展规划（2017—2030年）（修编）》,为广东省海上风电资源科学、有序、连片开发建设提供完备规划和技术保障。
广东院充当了政府智库的作用，在广东省海上风电产业发展方向、海上风电价格补贴政策研究、1622019年7专题促进广东省海上风电装备制造与服务产业链科学发展等方面建言献策。
广东院还将深度服务延伸至项目前期的所有技术咨询和项目管理工作，以“前期开发+技术咨询+项目管理”模式承接海上风电项目前期工作，稳步推进项目建设相关事宜。
此外，在湛江外罗项目中，广东院在全国首创海上风电工程总承包模式，该模式有利于整个项目的统筹管理，有利于优化设计，有利于设计采购施工综合的合理搭接，有利于降低造价和缩短工期，有利于智慧海上风电场建设。
为推动海上风电产业的发展，广东院还发挥行业协会的作用，即将成立的广东省海上风电产业联盟就是由广东院牵头组建和推动相关工作，还将在省自然资源厅的领导下牵头成立广东省海上风电协会。
广东海上风电发展规划2017—2030年修编
精选文档附件广东省海上风电发展规划（2017-2030 年）（修编）二○一八年四月目录一、发展基础 (1)（一）资源条件 (1)（二）发展环境 (2)二、整体要求 (4)（一）指导思想 (4)（二）基来源则 (5)（三）发展目标 (6)三、场址布局 (6)（一）布局原则 (7)（二）布局规划 (7)四、项目建设 (17)（一）开发时序 (17)（二）电网配套 (18)五、家产发展 (20)（一）推动风电技术进步 (200)（二）促使装备制造业做强做大 (21)（三）完美开发服务系统 (22)六、环境保护 (22)（一）与有关规划的连接 (22)（二）环境影响评论 (25)（三）环境保护要求 (26)七、投资和效益估量 (27)（一）投资估量 (27)（二）效益估量 (27)八、组织实行 (27)（一）增强兼顾协调 (27)（二）落实扶助政策 (28)（三）创新看管方式 (29)（四）增强实行评估 (29)附表：广东省海上风电规划场址表 (30)附图：广东省海上风电规划场址散布图(2017-2030 年)海上风电拥有资源丰富、发电利用小时数相对较高、技术相对高端的特点，是新能源发展的前沿领域，是我省可重生能源中最具规模化发展潜力的领域。
依据国家《可重生能源发展“十三五”规划》、国家《风电发展“十三五”规划》、《广东省能源发展“十三五”规划》等有关规划，联合我省海上风电发展实质，对2012 年印发的《广东省海上风电场工程规划》进行修编，拟订《广东省海上风电发展规划（ 2017-2030 年 )（修编）》。
规划年限为2017 年到 2030 年，近期至 2020 年，远期至 2030 年。
规划范围包含离岸距离许多于 10 公里、水深 50 米内的近海海疆。
一、发展基础（一）资源条件。
我省拥有 4114 公里海岸线和41.93 万平方公里辽阔海疆，港湾众多，岛屿星罗云布。
沿海处于亚热带和南亚热带大海性季风天气区，冬、夏天季节风特点十分显然。
海上风电机组技术开发与设备制造方案(四)
海上风电机组技术开发与设备制造方案一、实施背景随着全球对可再生能源的需求不断增加，海上风电作为一种清洁、可持续的能源形式，逐渐成为全球能源转型的重要方向之一。
然而，目前海上风电机组技术开发与设备制造方面还存在一些问题，如成本高、可靠性不足等。
因此，为了推动海上风电产业的发展，改善技术水平和降低成本，需要进行产业结构改革。
二、工作原理海上风电机组技术开发与设备制造方案的工作原理是通过利用海上的风能，将其转化为电能。
具体而言，海上风电机组由风力发电机、传动系统、电力变换系统和电缆系统等组成。
风力发电机通过叶片转动来捕捉风能，传动系统将转动的机械能转化为电能，电力变换系统将电能转化为交流电，并通过电缆系统输送到陆地上的电网。
三、实施计划步骤1. 技术研发阶段：通过进行风能资源调查和环境评估，确定适合建设海上风电机组的区域。
同时，开展风力发电机组的设计研发工作，包括叶片设计、传动系统设计和电力变换系统设计等。
2. 设备制造阶段：根据设计方案，制造风力发电机组的各个组件，并进行组装和调试工作。
3. 安装与调试阶段：将制造好的风力发电机组运输至海上，并进行安装和调试工作，确保其正常运行。
4. 运维与管理阶段：建立完善的海上风电机组运维与管理体系，进行设备的定期检修和维护工作，确保其长期稳定运行。
四、适用范围海上风电机组技术开发与设备制造方案适用于那些具备较好的海上风能资源的地区，如海洋风力资源丰富的沿海地区和海岛地区。
五、创新要点1. 提高风力发电机组的效率：通过优化叶片设计和传动系统，提高风力发电机组的转换效率，降低发电成本。
2. 提高风力发电机组的可靠性：通过提高材料的抗腐蚀性能和结构的抗风性能，提高风力发电机组的可靠性和安全性。
3. 降低风力发电机组的维护成本：通过采用智能化的监测和维护系统，降低风力发电机组的维护成本和人力投入。
六、预期效果1. 提高海上风电机组的发电效率，降低发电成本，提高经济效益。
8专题五：海上风电机组支撑结构分析
3.1 计算方法－环境载荷
3.1.1 风 3.1.2 波浪 3.1.3 流 3.1.4 冰 3.1.5 地震 3.1.6 冲刷、海生物、雪等其它
3.1.2 计算方法－环境载荷－波－波浪理论
•随机波
随机波浪模型是反映真实海洋状态特征的最好描述，其假设波面位移服从均值为零的正态过 程，该过程具有平稳性和各态历经性。随机波浪模型把实际海况描述为无限多个频率不等、 方向不同，振幅变化及相位杂乱的微幅简谐波叠加而成的不规则波系。一般用波谱、有效波 高H s、谱峰周期T p和平均波向来描述。波谱，主要包括Pierson-Moskowitz（简称P-M谱）， Bretschneider双参数谱，JONSWAPS谱
风电机组关键结构部件有限元分析培训
专题五：
海上风电机组支撑结构分析
孙政策博士 中国船级社（CCS）
内容
1. 海上风电机的基本结构 2. 海上风电机支撑结构的种类 3. 海上风电机支撑结构的计算方法和特点 4. 海上支撑结构计算实例
1 海上风电机的基本结构
2 海上风电机支撑结构的种类
2.1 现用结构 2.2 基础型式 2.3 组合型式 2.4 发展结构 2.5 影响结构型式选择的因素
•P-Y曲线 •T-Z曲线 •Q-Z曲线
3.3 计算方法－计算工况
•要考虑海上风电机可能出现的最危险条件 •根据海上风电机的设计状态（建造、安装、工作、自 存等）来确定各个条件的组合。
3.3 计算方法－计算工况
3.3 计算方法－计算工况－详细描述
•中国船级社海上风电机规范（即将出版） •Germanischer Lloyd, Rules & Regulations, IV Non Marine Technology, Part 2 Regulations for the Certification of Offshore Wind Energy Conversion Systems, 1995. • Rekommandation for Teknisk Godkendelse af Vinmoller pa Havet, 2. December 2001. Danish Energy Agency • IEC/TC88 61400-3 Edition 1: Safety requirements for offshore wind turbines - under development • ISO 19900-19909, Offshore Structures – under development
海上风机支撑结构设计分析研究
中 国 海 洋 平 台
第２ ７卷
第 ３ 期
海 上风机支撑结构 的主要载荷是 风机载荷 。海 上风机 支撑 结构设 计 属于海洋 工程 领域 ， 而风 机载 荷计算 属于风机设计 领域 ， 由专业 软件计算 （ Ｇ Ｂａｅ ） 应 如 Ｈ ｌ ｄ 。海 洋结构工程师所关 心 的只是支 撑结 构塔筒顶 部截面 ｄ 六 自由度载 荷 ， 由专业 风机 生产厂商提供 ， 体载荷形式和工 况可参见 ＩＣ ６ ４ ０３７ ４章之表 Ｉ 可 具 Ｅ １ ０ — ． ｃ 引。
机 支撑 结 构 为 例 ， 行 了最 终 极 限 强 度 计 算 、 力特 性 分 析 以及 疲 劳 强 度 计 算 ， 进 动 并得 到 几 个有 益 的 结论 。
关 键 词 ：海 上 风机 ； 支撑 结构 ； 效 形 式 ； 终极 限 强 度 ； 力 特 性 ； 劳 强度 失 最 动 疲 中 图分 类 号 ：Ｐ ５ ７２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
为设计 人 员提 供借 鉴 ， 对工 程实 践具 有一 定 的指 导作用 。
１ 载 荷 分 析
１ １ 风 机载 荷 ．
收 稿 日期 ：２ １—３１ ； 修 改稿 收 到 日期 ：２ １ —３０ ０ １０ —１ ０ ２０ —５ 作者 简 介 ：李 红涛 （９ ６）男 ， 士 。 １ ７一 ， 博
（ ｆｈ ｒ ｎ ｉｅ ｒｎ ｌｎ Ａｐ ｒ ｖ ｌＣｅ ｔ ｒｏ Ｏｆｓ ｏ ｅ Ｅ ｇｎ ｅｉ ｇ Ｐ ａ ｐ ｏ ａ ｎ ｅ ｆＣＣ ３ ０ ５ ｉａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ｈ ｅ ｅ ａ ａ ｌ ｒ ｏ ｅ ，ｄ ｓｇ ｎ ｎ ｌ ｓ ｓ ｍ ｅ ｈ ｄ ｓｒ ｃ ： ｉ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｔ ｅ ｇ ｎ ｒ ｌ ｆ ｉ ｅ ｍ ｄ ｓ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ａ ａ ｙ ｉ ｔ ｏ ｕ
一种应用于海洋工程的建筑支撑设备的制作方法
一种应用于海洋工程的建筑支撑设备的制作方法本发明属于海洋工程基础设施技术领域，具体涉及一种应用于海洋工程的建筑支撑设备。
背景技术：海洋工程设备，例如海上石油钻井平台、海上风力发电装置，都需要一个便于支撑建筑物的海洋支撑设备。
海洋能源非常丰富，而风能量分布广泛，是一种清洁能源，风力发电是一种未来会长久应用的储能形式。
目前常规的风电场一般建在内地大陆上，其安装方式一般采用地面安装。
内地大陆上的风力资源基本已经开发结束了，而海上风力资源非常丰富，且目前处于待开发阶段。
而目前在海上建立一个风力发电设备工程项目中，第一步要解决的就是如何将发电装置安装在海上，近海风力发电机组大多采用混凝土立柱作为支撑组件，因其自身巨大的重量可保持结构物的稳定，稳定性好，被广泛应用。
但是现有的海洋工程的建筑支撑设备在使用时仍存在一些缺陷，在使用时当需要给装置上浇筑腔浇筑混凝土时，可能会浇筑不均匀，防止支撑筒发生倾倒，进而无法保证支撑设备下沉海底；当支撑设备沉入海底受到海浪产生的力时，会导致支撑筒发生倾倒，无法缓冲倾倒力，进而无法保持支撑设备的平衡；还有当装置在沉入海底时，可能受到海洋生物撞击无法缓冲撞击力的问题，为此我们提出一种应用于海洋工程的建筑支撑设备。
技术实现要素：本发明的目的在于提供一种应用于海洋工程的建筑支撑设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于海洋工程的建筑支撑设备，包括漂浮底盘、固定底座、支撑筒，所述固定底座位于漂浮底盘的顶端表面，所述支撑筒位于漂浮底盘的顶端表面，所述支撑筒的内腔设置有导向柱，所述导向柱与支撑筒的间隙处设置有浇筑腔，所述浇筑腔的顶端表面设置有支撑平台，所述支撑平台的表面开设有浇筑口，且与浇筑腔相通，所述支撑筒与漂浮底盘的连接处设置有支撑机构，所述支撑机构包括延伸柱，所述延伸柱与支撑筒转动连接；所述延伸柱远离支撑筒的一端设置有支撑柱，所述支撑柱的顶端表面开设有安装槽，且延伸柱的末端贯穿于安装槽，所述延伸柱的底面通过第一弹簧与安装槽弹性连接，所述延伸柱位于安装槽的一端表面固定安装有限位板，所述限位板的两端表面固定安装有滑块，所述安装槽的内壁开设有与滑块相匹配的滑槽，所述滑槽与滑块滑动连接，所述延伸柱位于漂浮底盘的内部的表面套设有减震弹簧套，所述减震弹簧套的一端与限位板的顶面固定连接，所述减震弹簧套的另一端固定连接有橡胶套，且橡胶套活动套设于延伸柱的外部；所述支撑柱的底面设置有平衡块，且平衡块贯穿于漂浮底盘的顶端表面。
风力发电技术的研发与创新成果介绍
风力发电技术的研发与创新成果介绍近年来，随着全球能源危机的加剧以及对环境保护的日益重视，风力发电逐渐成为可再生能源领域的热门话题，受到了广泛的关注和支持。
风力发电技术的研发与创新成果不断涌现，为可再生能源的开发和利用带来了重要的突破和进步。
本文将从技术创新、性能提升、智能化控制等多个方面介绍风力发电技术的最新研发成果。
一、技术创新1. 多桨风力发电机组多桨风力发电机组是风力发电技术的重要创新之一。
相比传统的单桨风力发电机组，多桨风力发电机组能够更有效地利用风能，提高发电效率。
多桨设计可以减小风轮的直径，使其在较小的风速下即可启动；同时，多桨设计也能够增加发电机组的转动惯量，提高抗风能力，减小风力对风轮的损害程度。
2. 浮式风力发电技术浮式风力发电技术是指将风力发电机组安装在海上浮动平台上，利用海洋风力发电。
与传统的陆上风力发电相比，浮式风力发电技术具有独特的优势。
首先，海上风力资源更加丰富，能够提供更稳定的风能供应；其次，浮式风力发电机组避免了土地资源限制，可以在更大范围内建设；此外，海上环境对风轮的风速和风向变化较小，能够减小发电效率的波动。
二、性能提升1. 高效风轮设计风力发电技术的性能提升主要体现在风轮的设计方面。
近年来，研究人员通过优化风轮的叶片形状、材料以及结构等方面，显著提高了风力发电机组的效率。
新一代风轮采用了更轻、更坚固的材料，减小了自重对机组的影响，提高了转动效率；同时，改变叶片的形状，使其能够更好地适应不同风速下的风能，提高发电效果。
2. 储能技术应用风力发电的一个难题是风能的间断性和波动性，如果不能将多余的风能进行储存，很难保证持续的电力供应。
因此，储能技术的应用对风力发电的性能提升至关重要。
目前，研究人员广泛探索了电池储能技术、氢能储存技术等多种储能方案，并取得了一定的成果。
这些储能技术的应用，可以将风力发电的多余电能储存起来，在风速下降或停风时释放，实现对发电的持续供应。
海上风电关键技术及整体设计解决方案
© 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。
海上风电机组单桩支撑结构和基础设计研究
海上风电机组单桩支撑结构和基础设计研究曹春潼【摘要】探讨和总结了海上风力发电机组单桩支撑结构及基础的典型设计计算和分析.结合某近海单桩风机支撑结构设计分析项目,进行了算例计算,提出了各项分析中需要注意的问题和解决方法.文章为国内单桩风机支撑结构设计提供了一定的借鉴和参考.【期刊名称】《机电设备》【年(卷),期】2018(035)006【总页数】7页(P34-39,45)【关键词】海上风电;单桩支撑结构和基础;桩土相互作用;动力分析;疲劳分析【作者】曹春潼【作者单位】江苏龙源振华海洋工程有限公司,江苏南通 226007【正文语种】中文【中图分类】TM6140 引言随着国内海上风电行业的发展，各种不同形式的支撑结构被应用于海上风电机组的下部基础上[1]。
根据目前的项目实施经验，单桩基础被认为是近海风电机组众多支撑结构型式中非常具有竞争力的一种。
单桩支撑结构型式简单、用钢量较少，其可将风电机组载荷和环境载荷直接通过钢管桩传递到土壤基础中，使载荷传递更加明确，且避免了多根杆件连接造成的复杂节点和疲劳问题。
此外，随着海上打桩技术的发展，取消过渡段的直接海上打桩安装方式缩短了单桩支撑结构形式风机的海上安装工期。
这些优势都体现出了单桩支撑结构的经济性。
但是，随着海上风场向更深的水域拓展，同时上部风力发电机的规模越来越大，这些都给单桩支撑结构的设计带来很多困难和挑战。
单桩支撑结构冗余度较多桩承台和三脚架结构要差，而且结构刚度更易落在风电机组运行的1P和3P频率之间，也就是引起支撑结构和风电机组的共振频率。
此外，单桩支撑结构的桩基础多采用大直径钢管桩，使用目前的工程做法，桩土相互作用存在较大误差[2]。
因此，有必要对单桩支撑结构桩基型式的设计和分析方法进行进一步的研究，以应对单桩支撑结构应用于更深水域及上部风电机组更重的场合本文以某海上4 MW风电机组的单桩支撑结构和基础设计为例，探讨了单桩支撑结构的设计分析方法。
海上风电规模化开发技术与工程实践
海上风电规模化开发技术与工程实践随着人类工业化程度的不断提高，能源资源的需求也逐渐增大。
然而，传统的化石能源存在着资源日益减少、环境污染严重等问题，新能源的开发和利用成为了当今社会发展的重要趋势之一。
在各种新能源中，风能被认为是一种潜力巨大的清洁能源，而海上风电则是其中的重要发展方向之一。
本文将重点探讨海上风电规模化开发技术及工程实践，以期为相关领域的研究和实践提供一定的参考价值。
一、海上风电规模化开发技术1. 海上风力资源分布特点海上风力资源分布广泛，且潜力巨大。
海洋风能的特点主要包括风速高、均匀性好、颠簸小、连续性强等。
这些特点使得海上风电具有较高的发电效率和稳定性，因此备受关注。
2. 海上风电机组技术海上风电机组技术是海上风电规模化开发的重要方面。
目前，常见的海上风电机组技术包括定位技术、风机技术、转子叶片技术等。
这些技术的不断创新和改进，将为海上风电的规模化开发提供坚实的技术支撑。
3. 海上风电并网技术海上风电并网技术是保障海上风电发电能力和电能质量的重要一环。
目前，海上风电并网技术已经逐步成熟，包括海缆敷设、海上子站建设、海缆维护等方面，为海上风电的规模化开发提供了有力的保障。
二、海上风电工程实践1. 海上风电场选址海上风电场选址是海上风电工程实践中的重要环节。
合理的选址能够最大程度地发挥海上风力资源的优势，确保风电场的规模化开发和经济效益。
2. 海上风电设备安装与调试海上风电设备安装与调试是海上风电工程实践中的关键环节。
包括风机、海缆、变电站等设备的安装与调试，需要技术精湛的专业团队和安全高效的施工方案。
3. 海上风电运行与维护海上风电运行与维护是海上风电工程实践的重要保障。
通过建立健全的运行与维护体系，及时发现和处理风电设备的故障，最大限度地保证风电场的发电效率和稳定性。
三、海上风电规模化开发技术与工程实践的挑战与前景1. 挑战海上风电规模化开发技术与工程实践面临着一些挑战，如复杂的海洋环境、高成本的投资、风电设备的维护难度等。
海上风电机组技术开发与设备制造方案(三)
海上风电机组技术开发与设备制造方案一、实施背景海上风电是一种利用海洋风能发电的技术，具有资源丰富、环境友好、可再生等优势。
随着全球对可再生能源需求的增加和环境保护意识的加强，海上风电逐渐成为重要的能源供应方式。
然而，目前海上风电技术仍面临一些挑战，如高成本、可靠性不足、维护困难等问题。
因此，通过产业结构改革，开展海上风电机组技术开发与设备制造方案，可以提高海上风电技术的可靠性和经济性，推动海上风电产业的发展。
二、工作原理海上风电机组技术开发与设备制造方案的核心是提高海上风电机组的技术水平和制造质量。
具体工作原理如下：1. 技术开发：通过研究海上风电机组的关键技术，包括风机叶片设计、风机控制系统、传动系统等，提高海上风电机组的性能和可靠性。
2. 设备制造：采用先进的制造工艺和设备，提高海上风电机组的制造质量和生产效率。
三、实施计划步骤1. 技术研究：对海上风电机组的关键技术进行深入研究，包括风机叶片材料、叶片结构、风机控制系统算法等。
2. 技术开发：基于技术研究成果，开展海上风电机组的技术开发工作，包括设计优化、系统集成、性能测试等。
3. 设备制造：建立先进的设备制造工艺和质量控制体系，提高海上风电机组的制造质量和生产效率。
4. 实施试点：选择适当的海上风电场进行试点，验证技术开发和设备制造方案的可行性和有效性。
5. 推广应用：根据试点结果，逐步推广应用海上风电机组技术开发与设备制造方案，推动海上风电产业的发展。
四、适用范围海上风电机组技术开发与设备制造方案适用于海上风电场的建设和运营。
海上风电场是指在海洋中建设风力发电设施的区域，可以分为浅水区和深水区两种类型。
海上风电机组技术开发与设备制造方案可以满足不同水深和环境条件下的海上风电场的需求。
五、创新要点1. 关键技术研究：通过深入研究海上风电机组的关键技术，提高海上风电机组的性能和可靠性。
2. 先进制造工艺：采用先进的制造工艺和设备，提高海上风电机组的制造质量和生产效率。
219467644_海上浮式风电装备关键技术工程探索与实践
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.。
海上风电送出工程新技术和展望
海上风电送出工程新技术和展望随着海上风电的大规模开发和应用，海上风电送出工程技术得到了快速发展，涌现出了众多新技术。
本章从海上风电场群群组网技术、VSC-HVDC输电技术、海上变电站及换流站设计技术、海底电缆技术等方面，对当前研究热点与技术创新进行简要的介绍，并对工程技术的发展趋势及今后研究方向进行展望。
7.1 海上风电送出工程新技术7.1.1 风电场群组网技术随着海上风电的快速发展，世界各地规划、建设的海上风电场数量越来越多，以前的各单一风电场各自送出、并网的输电方式会造成海上空间资源的浪费，且已不能满足海上输电网络统一规划、集中建设、降低输送损耗、节约建设能耗和成本的要求。
因此，在世界范围内，已开始了对于海上风电场群组网技术的研究，主要有以下方面：（1）对多个风电场汇聚成风电场群后的功率波动特性进行量化分析，以风电场群的持续出力曲线描述其变化规律，综合考虑电网输电收益、输电工程建设成本及可能的阻塞造成的弃风损失等因素对风电外送输电工程综合收益的影响，对风电场群送出系统规划、具体方案设计进行研究。
（2）基于超短期风电场自然风速预测的风电场集群控制器研究。
大规模风电场或风电场群拥有数量巨大的风力机，风力机间尾流效应严重，以降低风电场尾流损失、优化风电场出力为目标的风电场集群控制器研究，对于风电场群的功率输出优化控制具有重要作用。
（3）结合风电场群的无功功率需求，强调风电场群电压稳定性及无功优化的经济性的风电场无功功率规划是当前研究的另一重要方向，面对大规模的风电系统接入，克服风电对大电网的影响，保持电力系统电压质量及稳定性具有重要意义。
（4）风电场群远程集中监控系统是将大量分散于各地的风电场进行集中的远程控制与管理，从而实现风电场“少人值守，无人值班”的运行模式，减少风电场和风电场群的运行管理费用。
7.1.2 VSC-HVDC输电技术1.高压直流断路器的发展应用直流断路器是直流换流站的主要电气设备之一。
广东海上风电支撑结构设计的技术创新与工程实践 A
广东院创新平台 机组研发
阳江海上风电产业基地
粤东运维和组装基地
海上风机基础的设计与施工
二、广东院海上风电业务 广东院简介
中国能建广东院成立于1958年，注册资本10亿元人民币
具有国家综合甲级资质，已从传统电力设计院发展为服务能源和基础设施建设的国际工程公司，可 为客户提供全生命周期工程服务
广东省海上风电产业布局
《广东省海上风电发展规划》（2017~2030）对海上风电产业发展进行了规划布局，在阳江建设海 上风电产业基地，重点发展海上风电装备制造业；在粤东建设风电运维和整机组装基地，承接粤东 片区海上风电运行维护和管理；依托明阳集团开展机组研发；支持中能建广东院建设省级乃至国家 级创新平台。
• 基于S-N曲线和Miner准则的疲劳累积损伤方法应用（工程应用） • 基于Paris裂纹扩展法则的断裂力学方法
• 简化疲劳方法（疲劳容许应力） • 确定性疲劳方法 • 频域疲劳方法（谱疲劳） • 时域疲劳方法
三峡新能源阳西沙扒300MW海上风电场工程
风机导管架基础施工
升压站导管架基础施工
国内首台深水大容量风机导管架基础
广东院设计国内第一个柔性直流项目——南澳 岛直流送出
3.提高交流电网的功角稳定性。
《远海岸风电送出关键技术及装备研究》（牵
4.适用于长距离的远海型风电场。
头方：南网电科院，广东院参与）
海上直流平台
广东省海上风电大数据中心
广东院牵头承担2018年广东省自然资源厅重点科技项目《基于大数据的海上风电场支撑结构强度 与疲劳实时评估研究》，力争为广东省海上风电大数据应用打下良好基础。
粤港澳大湾区战略引领能源发展
粤港澳大湾区战略引领能源发展
广东海上风电发展规划2017—2030年修编(DOC36页)
附件广东省海上风电发展规划（2017-2030年）（修编）二○一八年四月目录一、发展基础 (1)（一）资源条件 (1)（二）发展环境 (2)二、总体要求 (4)（一）指导思想 (4)（二）基本原则 (5)（三）发展目标 (6)三、场址布局 (6)（一）布局原则 (6)（二）布局规划 (7)四、项目建设 (17)（一）开发时序 (16)（二）电网配套 (18)五、产业发展 (20)（一）推动风电技术进步 (190)（二）促进装备制造业做强做大 (20)（三）完善开发服务体系 (22)六、环境保护 (22)（一）与相关规划的衔接 (21)（二）环境影响评价 (25)（三）环境保护要求 (26)七、投资和效益估算 (27)（一）投资估算 (27)（二）效益估算 (27)八、组织实施 (27)（一）加强统筹协调 (27)（二）落实扶持政策 (28)（三）创新监管方式 (29)（四）加强实施评估 (29)附表：广东省海上风电规划场址表 (30)附图：广东省海上风电规划场址分布图(2017-2030年)海上风电具有资源丰富、发电利用小时数相对较高、技术相对高端的特点，是新能源发展的前沿领域，是我省可再生能源中最具规模化发展潜力的领域。
根据国家《可再生能源发展“十三五”规划》、国家《风电发展“十三五”规划》、《广东省能源发展“十三五”规划》等相关规划，结合我省海上风电发展实际，对2012年印发的《广东省海上风电场工程规划》进行修编，制定《广东省海上风电发展规划（2017-2030年)（修编）》。
规划年限为2017年到2030年，近期至2020年，远期至2030年。
规划范围包括离岸距离不少于10公里、水深50米内的近海海域。
一、发展基础（一）资源条件。
我省拥有4114公里海岸线和41.93万平方公里辽阔海域，港湾众多，岛屿星罗棋布。
沿海处于亚热带和南亚热带海洋性季风气候区，冬、夏季季候风特征十分明显。
冬季风出现在11月到翌年3月，沿海被大陆性极地冷高压控制，盛行偏北风，气流比较干冷；夏季风发生在4月到10月，受来自海洋的暖湿气流影响，盛行偏南风，气流比较湿暖。
海上风电发展与风力机基础支撑技术
1海上风电发展概况1.1全球总体情况2010年，海上风能装机容量继续增长，全球共有12个国家建立了海上风电场，其中10个在欧洲，其余为中国和日本。
全球海上风能总装机容量为3117.6MW ，其中2010年新增装机1161.7MW ，海上装机增率达59%，远远高于总风能装机增长率。
海上风能在全球风能总装机容量的比重从2009年的1.2%上升到2010年的1.6%，2010年海上风能新装机容量占全球风能新增装机容量的3.1%，当年全球超过半数的海上风能装机位于英国。
2010年，英国新增海上风能653MW ，英国凭借其强劲增势一举成为全球最大的海上风能装机国，其海上风能总装机容量达1351MW 。
英国的海上风能装机容量2010年占其总风能装机容量的26%，新增海上风能占新增风能的59%。
丹麦拥有全球第二大海上风能装机容量(854MW )，占其风能装机容量的22.9%，2010年新增海上装机容量占总新增风能的62%。
比利时为另外一个主要海上风能装机国，其2010年新增海上装机容量165MW ，为年度新增装机容量的49%。
日本于2010年在神栖市附近外海建立了海上风场(14MW ),该风场在2011年3月11日的日本剧烈地震及海啸中安然无恙。
1.2国内发展概况中国2010年在上海附近外海建立了第二个主要海上风场，装机容量达100MW 。
相比中国总风能装机容量，海上风能目前在中国依然微不足道（新增装机仅占总新增装机容量的0.5%）。
2海上风电环境2.1风速海上风电场风速高且稳定，是国际风电发展的新领域。
在欧洲北部海域，60m 高度处的平均风速超过8m/s ，比沿海好的陆上场址的发电量高20%～40%。
近海区域空气密度高，风速平稳，风资源丰富且容易预测。
陆地、海上风速比较见图1。
由于海面的粗糙度较陆地小得多，因此风速在海平面随高度变化增加很快，通常在安装风机所关注的高度上，风速变化梯度已经很小，所以通过增加塔高的方法来增加风能的捕获在某种程度上不如陆地有效。
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核心业务与业绩
咨询 规划
勘察 设计
投资 工程 运营 总承包
“四位一体”主营业务
百万
千瓦核电
百万
千瓦火电
百万
千瓦海上风 电
百万
伏特高压
“四个百万”
新能源研究与开发 综合能源利用 智能电网应用
低碳环保与超清洁能源改造 智慧城市研究与建设
单桩基础施工
粤电珠海金湾海上风电项目（EPC）
高桩承台基础
重力式基础 导管架基础
半潜平台基础
Spar基础
抗疲劳设计技术
疲劳是海上风机基础结构设计的难点与核心之一，也是海上风机支撑结构发生破坏的主 要原因，广东院海工团队对风浪耦合作用下的疲劳问题开展了专题研究，取得了较多成果。
• 基于S-N曲线和Miner准则的疲劳累积损伤方法应用（工程应用） • 基于Paris裂纹扩展法则的断裂力学方法
大直径单桩与土的相互作用分析技术
桩土相互作用是海上风机基础结构设计与施工的难点与核心之一，广东院对此开展了 四位一体的研究。
室内试验
离心机试验
现场试桩
数值模拟
➢ 结合桩土专题，开展超大直径单桩设计研究： • 勘察及土工试验问题（小应变）； • 尺寸效应，p-y曲线适用性问题；
粤电湛江外罗海上风电项目（EPC）
广东院创新平台 机组研发
阳江海上风电产业基地
粤东运维和组装基地
海上风机基础的设计与施工
二、广东院海上风电业务 广东院简介
中国能建广东院成立于1958年，注册资本10亿元人民币
具有国家综合甲级资质，已从传统电力设计院发展为服务能源和基础设施建设的国际工程公司，可 为客户提供全生命周期工程服务
第十四届全国质量奖，连续14年入选ENR中国工程设计企业60强，ENR2014年“最具国际拓展力 工程设计企业”，2015年-2017年中国承包商80强
“智慧能源”
广东院海上风电业务概述
1
• 主持编制的省级海上风电场规划第1个获得 国家能源局批准 • 海上风电设计规范国家标准第1主编单位 • 国内首次设计导管架基础 • 集团工程研究院海上风电研究所挂牌单位 • 广东省海上风电大数据中心
5
风电5本国家重点图书编制单位
10
与中国海上风电事业同步，9年的 技术储备与项目经验
• 简化疲劳方法（疲劳容许应力） • 确定性疲劳方法 • 频域疲劳方法（谱疲劳） • 时域疲劳方法
三峡新能源阳西沙扒300MW海上首台深水大容量风机导管架基础
中广核阳江南鹏岛海上风电场工程（EPC）
国内容量最大的 海上风电场EPC 广东院与广核工 程公司联合体
广东院致力于打造海上风电基础研究与科技创新的命运共同体，牵头组建 和推动海上风电创新联盟的各项工作，在告诉发展的信息时代，行业的发 展更应注重合作与协同，力促海上风电科技水平提升。
三、支撑结构设计技术创新与工程实践
主要基础型式
水上三桩基础
➢ 固定式基础
吸力桶基础
单桩基础 水下三桩基础 ➢ 浮式基础
海上风机基础的设计与施工
粤东项目
1、国电投揭阳靖海项目（2018） 2、国电投揭阳神泉项目（2018） 3、大唐汕头勒门项目一期（2018） 4、华能汕头勒门项目二期（2018） 5、宝丽华汕尾后湖项目（2018） 6、三峡汕头洋东项目（2018）z`
广东省海上风电产业布局
《广东省海上风电发展规划》（2017~2030）对海上风电产业发展进行了规划布局，在阳江建设海 上风电产业基地，重点发展海上风电装备制造业；在粤东建设风电运维和整机组装基地，承接粤东 片区海上风电运行维护和管理；依托明阳集团开展机组研发；支持中能建广东院建设省级乃至国家 级创新平台。
粤西项目
1、粤电湛江外罗项目一期（2017） 2、粤电阳江沙扒项目（2017） 3、三峡阳江沙扒项目（2017） 4、中广核阳江南鹏岛项目（2017） 5、中节能阳江南鹏岛项目（2017） 6、粤电湛江外罗项目二期（2018） 7、三峡阳江沙扒项目二期（2018）
珠三角项目
1、南网珠海桂山项目（2012） 2、中广核惠州港口项目（2018） 3、粤电珠海金湾项目（2018）
工程总承包
优势：
• 有利于整个项目的统筹管理； • 有利于设计优化； • 有利于设计、采购、施工合理搭接； • 有利于降低造价与缩短工期。 • 智慧型海上风电场。
国内首个海上风电工程全过程EPC
共3个海上风电工程全过程EPC
牵头产业联盟与创新联盟
创新联盟与产业联盟
广东院致力于构建涵盖风电装备制造骨干企业、风电开发企业、研究单位、 海工装备和施工企业为一体的产业联盟，打造为海上风电参与方提供交流 互动的服务平台，为项目业主提供一站式综合服务。
2017年10月，编制完成《广东省海上风电发展规划修编（2017-2030年）》 为广东省海上风电资源科学、有序、连片开发建设提供完备规划和技术保障。
政府 在广东省海上风电产业发展方向、海上风电价格补贴政策研究、促进广东省海 智库 上风电装备制造与服务产业链科学发展等方面建言献策。
前期 总包
将深度服务延伸至项目前期的所有技术咨询和项目管理工作，以“前期开发+技 术咨询+项目管理”模式承接海上风电项目前期工作，稳步推进各项目建设相关 事宜。
30+
20多个海上风电场工程项 目，施工建设7个
40+
40多个海上风电科技攻关 项目
100+
100多项专有专利技术及 软件著作权
150+
150多位具有丰富经验的 工程师专注海上风电
奖项：海洋工程科学技术奖、科技进步奖、QC成果奖 论文：70+
咨询规划与设计
制定 规划
2012年8月，编制完成《广东省海上风电场工程规划》，成为第一个获得国家 能源局批准的省级海上风电规划报告。
广东海上风电支撑结构设计 的技术创新与工程实践
主要内容
广东省海上风电发展规划 广东院海上风电业务
支撑结构设计技术创新与工程实践 海上风电高质量发展展望
一、广东省海上风电发展规划 规划与工程
9850 MW
近海浅水区（35米水深以内）规划海上风电 场址15个，装机容量985万千瓦
57000 MW
近海深水区（35-50米水深）规划海上风电 场址8个，装机容量5700万千瓦