2018年6月14日-15日，第三届“海上风电领袖峰会”在福建省福州市举办。峰会汇聚世界各国风电精英，探寻海上风电创新方向。峰会期间，14日下午举行了“合抱之木生于毫末——中国海洋工程咨询协会海上风电分会成立大会暨海上风电工程技术论坛”的主题论坛。主题论坛由中国海洋工程咨询协会海上风电分会秘书长翟恩地主持，举行了中国海洋工程咨询协会海上风电分会成立揭牌仪式。
在主题论坛上，新疆金风科技股份有限公司海上风电发展研究院副院长张新刚致辞，张总与大家分享了海上风机的一体化设计创新理念。
以下是张新钢先生致辞：
各位领导嘉宾大家下午好。首先还是热烈的恭贺咱们海洋咨询协会海上风电分会的成立。我今天的这个主题是海上风机的支撑机构一体化设计创新。我今天从早上，咱们八点半开始到现在我也留意了一下，应该是提到风机设计一体化，不管是机组一体化设计还是支撑结构一体化设计得有5次或者6次这么多，所以我觉得在目前现在这个现状之下，对于技术的创新，特别是在一体化这个方向，大家都已经有了非常深刻的认识和共同的理解。那么下面我向大家汇报一下对于金风科技来说我们在风机支撑结构一体化设计做了一些工作。
第一个技术进步推动海上风电的发展。第二个是一体化支撑结构设计关键技术。第三是我将给出具体案例来说明这个设计技术以及方式在我们降载，降成本方面的实际案例，对于是总结和展望。
那么，这张图是目前一个统计，统计的是什么呢？从2个方面，5个维度，哪两个方面？一个是技术方面，一个是非技术方面。五个维度大家可以看到，第一个是大机组的开发。以及产业链的发展。行业的规模，这是第三个。项目工程设计以及支撑结构，以及其他。
下午第一个论坛主要讲是机组，这里面可以清楚看到机组的升级，特别是容量的升级对于我们成本或者是经济回报收益贡献，按照这个比例来说可以达到7%。这个绝对值是一方面，重要的一方面是要想请各位能够看到和其他几个方面，特别是绿色，从项目的工程设计，到支撑结构以及其他，这些绿色，大家可以看一下。加起来是达到了13%。实际上已经和机组这块形成了一个可以匹敌的状态。
这个数据说明了是什么？说明了对于技术来说现在已经可以成为继续进一步推进咱们成本下降的一个有力法宝。这个数据实际上是来自欧洲几年前一个数据。在我们国内我们是特别想通过协会或者是行业的力量能够也做出这么一个表格来，到底看一看咱们对国内的海上风电在技术促进方面有多大贡献。
这个显示典型的一个图示，大家应该看过很多次，主要想说明什么呢？对于机组来说，它的成本在我们海上风机整个产业链前期建设过程当中能占到1/3强这么一个量级。那么，对于我们的支撑结构来说，从它加工，制造，就是材料成本到安装，已经达到了另外1/3强，就很有必要从如果说我们要持续的推进整个海洋风电成本的进一步下降的话，那么，在支撑结构这块，可以说是取得快速进步的一个突破口。那么所以来说，我这里介绍一下对于海上风机支撑结构设计，一个典型的流程是什么样的？这张图从左到右是我们设计的流程，首先是我们厂址，水文，地质条件，通过整合气动力，水动力，以及桩土耦合相应，作为我们整个项目输入。
当我们模型完全建立以后，包括叶片，机舱发电机，以及塔架，以及基础在内。我们有了整个的风机模型之后，我们通过控制以及一系列工况设定可以开展载荷计算，那么当了第一板载荷计算以后我们会进行结构的胶合，胶合结果决定我们设计，我们塔架，我们基础设计是否满足要求，这个迭代工作，设计，是其中花费非常多时间以及精力，同时还有可能出现吃力不讨好的现象。所以一个业界的通常的处理措施是有这么两种方式。第一个是分布式，也是目前咱们正在广泛的使用的一个设计流程，分布式设计流程。这个设计流程来源主要是来自于海洋工程领域，海洋是由天然气平台，他们在设计的时候非常广泛，也大量使用了这个设计方式。主要包括三个流程。第一个是模型的建模，也就是左边这一张图。我在不管是用什么样建模软件，不管用什么样行业软件方法首先对风机，机头塔架，基础把整个风机模型进行非常充分的建模，能够完整的尽可能体现我们实际项目的现场条件。
在这个基础之上，我们来进行整机的载荷计算分析，在计算分析的完毕之后，会进行到一个胶合节团，胶合一般分成极限分析，以及疲劳分析，对于极限分析这块，目前咱们国内或者说业界常用推荐做法怎么做的？是设计波法，就是我在假定50年一遇波高，极限波高下，对于基础桩结构来说我会施加我来自与风机上部的封载荷，同时由于我们机组作用水里面的，还要加上50年一遇浪高，这样叠加作用，完成我的机组结合。对于疲劳也是一样的，得到风机上部，也就是从叶片经过机头，塔架传递到基础的湾距，以及解力基础之上，我还要把我由于波浪的存在所带来的疲劳载荷一起的线性叠加上去，从而完成我整个设计结构的设计胶合。
对于一体化支撑结构的设计流程，应该是什么样的？这里我们认为，应该至少包括3个环节。
第一个环节一体化是体现在一体化的建模，首先我们这个模型是要进行一个完整的建模。据我了解，有些是只建在这个塔底，作为分界线。塔底一下作为整效，以上作为建模，这样一体化建模是显著的区别。第二个一体化区别就是一体化载荷分析，也就是说对于一个海上风力发电机组来说，我受到的除了传统的陆上的风载以外，显然还会受到水中的波浪载荷，潮流的载荷，潮位变动载荷。那么这些载荷没有理由是要分开来计算。现在无论是软件还是理论，还是方法，都已经完全支持进行一体化的计算那么通过一体化计算之后我会得到什么结果，也就是我在我整个结构从机头，我一直建好，我会得到整个主体结构的载荷，在每一个感兴趣的界面上，得到这样载荷分析以后，对于最后一步也是分体式，分布式设计完全不一样的地方，就是在最后一步，我可以对于一体化的结构胶合而只做一个胶合，而不需要再去叠加额外的疲劳载荷。那么，这种方式，不仅可以体现在是极限载荷的计算。而且体现在是疲劳载荷的计算，对于这种方式，从一体化建模到一体化的载荷分析，一体化结构胶合，三位一体都完全实现了事后，并且形成了一个我途中所显示圆形设计迭代的前提下，我们认为一体化支撑结构设计是一个比较完整的过程。
今天上午，下午，大家都在提一体化结构设计，我想限于设计所限，没有哪个同仁可以做详细的介绍，所以我想今天借这个机会能够分享一下我们金风科技在这方面的一个体会。当你实现一体化或者我们可以从方法上进行一体化载荷计算的时候，那么有几个关键点，我认为可以是需要和在座同仁一起分享，其实是很多的，我认为几个非常重要的点，首先风浪的方向，我们在做载荷计算的时候，首先要明确一点是如果是假设风和浪同向了，这是对于计算来说最简便，也是对直接和最快速的。实际海洋环境显然不是这样的，风和浪有偏差角的，这种偏差角的存在对于咱们载荷的影响实际上是非常巨大的。那么，可以想像，如果说是出现了10度或者30度偏差，对于我基础，基础以上的风机受到的载荷，以及向位和时间差异显然不一样的。再一个对于波浪参数的凝聚，我们做前期的时候，现场测风塔同时测波浪，测得数据往往在一个风速条件下，在不同时间段内的波高以及周期的组合，这个数据量是非常大的，如果统计一年的话超过数十万条，对于我们工程计算来说无法接受的，所以一定要基于算法下的波浪凝聚，这种凝聚其中有一个点为需要大家提高一下注意，就是它的凝聚会体现出来一种频率倾向性，也就是说不同的凝聚方法会导致它得出来的欢迎参数在提交载荷计算的时候，对于我风机机构会有存在共振的可能性。如果咱们的风机结构配上基础，它的整机频率恰好在你凝聚着频率范围内可以发生什么样事情，大家都可以清楚，所以波浪参数凝聚这块是一个非常关键的因素。
同时包括地质条件多样性，以及咱们现在不光是单桩，大直径的水下结构物，咱们原先用的方程是否适用，也是要经过经验胶合以后我们才敢放心大胆的用。
结构胶合这块就是通过不断调整我们的尺寸，不管是长短还是什么，最终目标优化我们的重量。对于塔架来说我们有基频率的，基于疲劳胶合，对于基础来说我们有基于应力的，基变形，承载力，如果疲劳驱动的装机设计还是有频率限定条件。在这个环节，我们需要通过这些约束条件的限定，最终实现反复的迭代，实现我们优化目标的结果。所以说作为一个分布式和一体化设计，从加载来说，对于分布式体现了塔里极限载荷以及设计波法的直接叠加的方法体现，一体化是通过我们的软件，通过我们的理论计算能够自然的实现风载和涛载荷计算，在进行结构胶合，从极限分析还是疲劳分析来说，我们也能看到一体化的设计方法充分体现了它的一个耦合的因素。同时在标准的应用方面，一体化设计的时候，往往使用是REC标准及它的安全鱼量设计系数，偏载系数从0.10-0.35，分布式根据不同的结构示范，系数从1.35-1.50不等，这个系数不等可以看出对我们结构优化带来多大的可能性，从案例分析来说，我这里给出一个项目的前置条件，包括平均风速，水平面以及五十年一遇的大风，这里可以看一下我们细分频率，对于我们装机的容量，大家可以判断一下，当我们风机可以直观想象，受到到五十年一遇极限载荷的时候，我们的风机只是受到略微平常正常当中疲劳运行的时候，疲劳载荷整个风机的运行状态是不是应该是不一样的。土壤是一种非常非线性的，特制。这种物质可以体现出来的是当在受极限载荷已经疲劳载荷的情况下，它的频率特性是不一样的。所以我们在这里通过细分，可以得到一个1%-2%的疲劳上升，这个基础上我们对分布式和一体式做了一个分析，从泥面的水平面移位，以及弯矩以及不同位置的剪力的对比，大家可以看到从3%-23%的差异。对于疲劳分析来看，在不同的泥面不同高度也可以得到不同的结果，这是我们算的众多案例当中一个典型案例，在其他的项目案例当中，也会得到类似的结果。
那么，所以说从以上一些介绍当中，我们认为对于一体化设计来说。是具备通过它的一体化建模，一体化的载荷计算，以及一体化的结构胶合可以显著的提升我们的结构材料的利用率，提升我们结构的安全设计指标。再一个还是希望能够推荐咱们业界同仁对于一个典型海上风电项目，可以进行基于项目的定制化设计，对于我们开发商来说，我们可以通过业主工程师的方式能够更好的进一步促进我整个海上风电项目能够进行分片的支撑结构的设计，频率的规划，更好的提升我们结构的材料的使用率。再一个，刚才提到了对于提升环境输入的准确性，我说泥面刚度怎么选择才适合我风机的实际情况，这是未来要做的非常重要工作，对于一体化设计的行业标准，目前在国内实际上还处于空白阶段，但是我知道在欧洲，春先会长提到欧洲标准是已经有在应用，OD502，还有类似其他的标准，这里呼吁咱们在座各行各业同仁能够联合起来，在标准突破上能够做出我们应有的工作。谢谢大家。
（根据发言整理，未经本人审阅）
