海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)規(guī)范立項(xiàng)報(bào)告EnglishTitleSpecificationforIntegratedDesignofSupportStructuresforOffshoreWindTurbines:Purpose,Scope,andTechnicalContent摘要近年來，全球海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，支撐結(jié)構(gòu)作為海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心組成部分，其設(shè)計(jì)與優(yōu)化已成為影響項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性與安全性的關(guān)鍵因素。本報(bào)告圍繞《海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)規(guī)范》的立項(xiàng)背景、目的意義、適用范圍及主要技術(shù)內(nèi)容展開系統(tǒng)闡述。該規(guī)范的制定旨在推動(dòng)海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的分步迭代設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)向全局協(xié)同的一體化設(shè)計(jì)模式，以降低結(jié)構(gòu)成本、提升系統(tǒng)可靠性，并促進(jìn)海上風(fēng)電行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。報(bào)告詳細(xì)分析了當(dāng)前海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)市場(chǎng)的規(guī)模與增長(zhǎng)趨勢(shì)，指出一體化設(shè)計(jì)在減少材料用量、優(yōu)化載荷傳遞、提高結(jié)構(gòu)效率等方面的重要作用，并對(duì)規(guī)范中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)——如環(huán)境條件評(píng)估、一體化建模、載荷分析與結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化——進(jìn)行了說明。本規(guī)范的推出將填補(bǔ)國內(nèi)在該領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)空白，為我國海上風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)提供技術(shù)支撐。關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電；支撐結(jié)構(gòu)；一體化設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；載荷分析；風(fēng)電機(jī)組；規(guī)范制定；成本控制Keywords:Offshorewindpower;Supportstructure;Integrateddesign;Structuraloptimization;Loadanalysis;Windturbine;Specificationdevelopment;Costcontrol正文一、目的與意義隨著全球能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程加速，海上風(fēng)電作為清潔能源的重要組成部分，正在迎來快速發(fā)展階段。在海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)中，支撐結(jié)構(gòu)（包括塔架、單樁、導(dǎo)管架等）是連接風(fēng)機(jī)與海底基礎(chǔ)的關(guān)鍵承力體系，其設(shè)計(jì)合理性直接影響到整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定性、耐久性與經(jīng)濟(jì)性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年全球海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)總需求達(dá)到687萬噸，其中海塔、導(dǎo)管架和單樁分別為137萬噸、202萬噸和349萬噸；預(yù)計(jì)到2025年，這一需求將增長(zhǎng)至1045萬噸。這一數(shù)據(jù)清晰表明，海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)已成為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。在我國，海上風(fēng)電開發(fā)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量不斷提升，目前已普遍達(dá)到8MW以上，個(gè)別項(xiàng)目已應(yīng)用10MW及以上機(jī)型。隨著機(jī)組大型化，支撐結(jié)構(gòu)所承受的復(fù)雜環(huán)境載荷（風(fēng)、浪、流等）及其動(dòng)態(tài)響應(yīng)也日趨嚴(yán)峻。值得注意的是，支撐結(jié)構(gòu)成本在海上風(fēng)電總投資中的占比已接近整機(jī)成本，均約占三分之一。因此，通過技術(shù)手段降低支撐結(jié)構(gòu)的建造成本，已成為推動(dòng)海上風(fēng)電平價(jià)上網(wǎng)的重要路徑。目前，國內(nèi)在海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍采用“分步迭代法”，即基礎(chǔ)與塔架分別進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)與優(yōu)化。這種方法雖在一定程度上確保了各部件的局部最優(yōu)，但難以實(shí)現(xiàn)支撐結(jié)構(gòu)整體的全局協(xié)同，容易造成材料冗余、結(jié)構(gòu)響應(yīng)不協(xié)調(diào)、冗余安全系數(shù)過高的問題。在這一背景下，提出并制定《海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)規(guī)范》具有顯著的行業(yè)引領(lǐng)意義。該規(guī)范將推動(dòng)設(shè)計(jì)方法從“局部獨(dú)立”向“系統(tǒng)協(xié)同”轉(zhuǎn)變，通過統(tǒng)一的環(huán)境評(píng)估、載荷分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化流程，實(shí)現(xiàn)支撐結(jié)構(gòu)在安全、經(jīng)濟(jì)與可靠性方面的綜合最優(yōu)。該規(guī)范的實(shí)施將有助于提升我國海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平，推動(dòng)新材料、新工藝與新方法的工程應(yīng)用，為行業(yè)提供可廣泛采用的設(shè)計(jì)指南，最終促進(jìn)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。二、范圍與主要技術(shù)內(nèi)容本規(guī)范適用于海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)、優(yōu)化與技術(shù)改進(jìn)，包括但不限于固定式基礎(chǔ)形式（如單樁、導(dǎo)管架、重力式基礎(chǔ)等）及其與塔架的協(xié)同設(shè)計(jì)。規(guī)范內(nèi)容涵蓋海上風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)從前期環(huán)境評(píng)估到最終結(jié)構(gòu)驗(yàn)證的全流程，主要面向風(fēng)電開發(fā)商、設(shè)計(jì)單位、施工企業(yè)及檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)。規(guī)范的核心技術(shù)內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1.環(huán)境條件評(píng)估：包括風(fēng)資源、海洋水文（波浪、潮位、海流）、地質(zhì)地貌等自然環(huán)境參數(shù)的獲取與評(píng)估方法，確保設(shè)計(jì)輸入條件的代表性與可靠性。2.一體化模型建立：構(gòu)建包含風(fēng)機(jī)、塔架與基礎(chǔ)的整體有限元模型，明確各子系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系與邊界條件，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真。3.一體化載荷分析：基于國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61400-3及國內(nèi)相關(guān)行業(yè)規(guī)范，綜合考慮風(fēng)、浪、流等環(huán)境載荷與運(yùn)行載荷的聯(lián)合作用，進(jìn)行極限強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度分析。4.結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化：以實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)輕量化和降低成本為目標(biāo)，開展塔架-基礎(chǔ)系統(tǒng)的協(xié)同尺寸優(yōu)化、材料選型與連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。5.設(shè)計(jì)驗(yàn)證與校核：包括一體化模型校驗(yàn)、結(jié)構(gòu)安全性能評(píng)估以及符合性認(rèn)證要求，確保設(shè)計(jì)方案在各類工況下均滿足安全性、適用性與耐久性要求。此外，規(guī)范還提供了典型一體化設(shè)計(jì)流程的圖示化說明及各設(shè)計(jì)階段之間的數(shù)據(jù)交互格式，推動(dòng)設(shè)計(jì)過程的標(biāo)準(zhǔn)化與信息共享。三、介紹修訂的企事業(yè)單位或標(biāo)委會(huì)本規(guī)范由中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇二研究所牽頭，聯(lián)合中國海上風(fēng)電領(lǐng)域多家骨干企業(yè)共同起草。作為國內(nèi)船舶與海洋工程裝備領(lǐng)域的重要科研力量，第七〇二研究所長(zhǎng)期從事海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)與水動(dòng)力學(xué)研究，具備深厚的技術(shù)積累與工程經(jīng)驗(yàn)。該所曾主導(dǎo)或參與多項(xiàng)國家級(jí)海洋工程重大專項(xiàng)及國際標(biāo)準(zhǔn)制定工作，在海上風(fēng)電浮式平臺(tái)、固定式支撐結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域擁有多項(xiàng)核心專利與技術(shù)成果。在此次規(guī)范編制中，第七〇二研究所聯(lián)合了中國電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院、明陽智能、金風(fēng)科技等行業(yè)龍頭企業(yè)，共同組建技術(shù)工作組，確保規(guī)范內(nèi)容既具備理論前瞻性，又符合工程實(shí)際需求。合作單位覆蓋風(fēng)電整機(jī)制造、海洋工程設(shè)計(jì)、施工運(yùn)維等全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，有力提升了規(guī)范的代表性與權(quán)威性。結(jié)論《海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)規(guī)范》的制定與推出，是我國海上風(fēng)電工程實(shí)踐與標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的重要里程碑。該規(guī)范通過引入全局協(xié)同的一體化設(shè)計(jì)理念，將有效解決當(dāng)前設(shè)計(jì)中存在的資源浪費(fèi)、冗余過高和系統(tǒng)不匹配等問題，為海上風(fēng)電降本增效提供關(guān)鍵技術(shù)依據(jù)。隨著海上風(fēng)電不斷向深遠(yuǎn)海、規(guī)?；较虬l(fā)展，支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將面臨更為復(fù)雜的海洋環(huán)境與更嚴(yán)格的經(jīng)濟(jì)性要求。未來，本規(guī)范還需結(jié)合數(shù)字孿生、人工智能優(yōu)化等新興技術(shù)持續(xù)修訂完善，進(jìn)一步提升其先進(jìn)性與適用性。同時(shí)，建議行業(yè)各方加強(qiáng)協(xié)同，推動(dòng)該規(guī)范在具體項(xiàng)目中的應(yīng)用反饋，共同促進(jìn)海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)向更安全、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的方向發(fā)展。參考文獻(xiàn)[1]IEC61400-3Windturbines-Part3:Designrequirementsforoffshorewindturbines.[2]國家能源局.海上風(fēng)力發(fā)電建設(shè)