一、概述 二、浮式风电平台的特点 三、浮式风电平台设计要点 四、设计实例介绍 五、总结

　　⚫ 我国现有的海上风机主要采用固定式基础安装在浅海区域（小于30m水深）。随 着水深增加导致固定式风力机建造安装费用急剧增加。

　　⚫ 水深大于50-60米以后，浮式风机系统建造成本将大幅降低，因此，水深大于50 米的海域一般采用浮式基础作为风机的支撑平台。

　　不同水深和基础结构形式的成本曲线年欧洲各国在建海上风电场平均水深及离岸距离

　　有史以来制造的第一台最大的风电机组叶片（12MW风机），由GE拥有的LM Wind Power生产的107米长的LM 107.0 P型号离开位于法国瑟堡的OEM工厂

　　截至2019年3月底，中国海上风电已投运3.69GW，在建10GW，核准未 开建41.38GW；已投运海上风电容量有75%（2.77GW）在江苏省，核准 未开建海上风电容量有70%（29GW）在广东省。 可以预期未来的海上风场将会离岸越来越远，单机功率越来越大，并出现 越来越多的浮式风机。

　　一般浮式结构物 ⚫ 船舶 ⚫ 半潜式平台 ⚫ 导管架 ⚫ GBS平台 ⚫ 张力腿平台 ⚫ 渔业网箱平台 ⚫ 各种特殊平台

　　⚫ 半潜式：3~4立柱，体积较大，吃水较浅，成本较低，设计灵活 ⚫ TLP式：水深适应性强刚度大，稳性和耐波性好，但技术难度大，成本高 ⚫ Spar式：单立柱，结构简单，水线面积及面积矩较小，需要降低整体重心保

　　证静稳性，吃水较深，成本较高。 ⚫ Barge式：与船舶工作原理类似，形式简单，设计灵活，成本较低，耐波性差

　　结构特殊： ⚫ 风载荷大，风倾力矩大 ⚫ 重心高 ⚫ 经济性要求高 由此导致稳定性差

　　抗台风要求： ⚫ 台风：十分钟平均风速可超过每秒50米 ⚫ 波浪：有义波高可大于10米

　　性能要求高： ⚫ 浮力（排水量）：足以支撑自身及上层建筑 ⚫ 静稳性：在巨大风倾力矩作用下仍能保持小倾角 ⚫ 耐波性：在极限风浪流环境条件下保证较小

　　满足安全性求 力学问题复杂： ⚫ 风机空气动力学 ⚫ 平台水动力学 ⚫ 系泊动力学 ⚫ 全系统耦合运动

　　浮式风电平台设计要点： ⚫ 浮力、静稳性 ⚫ 耐波性 ⚫ 系泊系统 ⚫ 结构安全性 ⚫ 经济性 ⚫ 模型试验验证

　　⚫ 浮力、静稳性 浮力等于 排水量，由结构总重量决定。 静稳性由静水刚度决定（重心、浮心相对位置，水线面积、

　　由波浪激励力F、质量M（包括附加质量）、 刚度K及阻尼C等综合因素决定。

　　使平台运动自然周期（푻=ퟐ흅√(푴/푲)）远离波浪谱峰周期。 （但往往与静稳性矛盾）

　　1. 浅水系泊悬链线效应差, 同样幅度位移下锚链张力增幅远大于中深水情况。 2. 系泊系统对平台抗风倾力矩能力影响较大 3. 周边结构物密集，系泊半径及布设方向受限 4. 系泊系统建造安装价格较高，直接影响风电场建设的经济性。

　　⚫ 系泊系统 浅水条件下系泊系统设计要点： 1. 加大躺底段锚链重量以提高悬链线. 悬垂段部分采用合成缆增加弹性

　　以上两项措施均有助于减小张力， 减小系泊半径，从而减小对锚固基础 承载力的要求，减小海底占用面积， 提高系泊系统整体经济性。

　　平台的波频运动（位移、速度和加速度）将引起额外的结构载 荷、振动、疲劳。

　　结构共振：需要分析结构的振动自然周期与波浪周期的关系， 避免发生结构共振。

　　通用电气在美国内布拉斯加州的一处风场7月5日发生倒塔事 故，这是GE今年在美国发生的第三次风机倒塌事件

　　⚫ 经济性 ➢ 风机功率及平台用钢量、建造难度 ➢ 系泊形式、系泊缆材质和数量 ➢ 锚固基础形式及数量 ➢ 运输安装费用 ➢ 可靠性及运维费用 ➢ ……

　　通过对风机气动、浮式平台水动力及系泊系统 全系统实验室模拟验证数值模拟手段及结论 的正确性 ，为设计方案的论证提供可靠数据。 主要难点 风浪流模拟中Froude数与雷诺数同时相似 的问题，主要表现在风机叶轮的空气动力学与 平台波浪力学之间的不可协调。 应对措施 等效阻力盘法：采用具有与风机叶轮同等阻力特性的阻 风载荷对平台的作用

　　1. 风机气动力 ➢ 通过软件计算或风洞试验获得实时气动力载荷或气动载荷系数。

　　常用软件有BLADED, FAST等。 2. 浮式平台水动力 ➢ 绕射/辐射理论频域求解浮体水动力系数，对细长体采用 Morison公式时

　　➢ 对不规则时历入射波，将频域水动力系数转换到时域，与入射波一起构 成时历波浪力加到运动方程右侧作为外力输入。

　　➢ 用基于悬链线方程的准静态方法或者有限单元的动力学方法求解锚链张 力，锚链顶端（与平台相连）的运动作为输入，计算张力后迭代计算平 台运动直至收敛。 常用软件：ORCAFLEX, SESAM，AQWA等

　　4. 全系统耦合运动响应 ➢ 实时求解风机叶片气动力、平台运动响应、系泊张力，

　　如 BLADED （水动力系数由外部输入）。 ➢ 输入风机气动载荷系数实时求解风载荷、平台运动响应、系泊张力，

　　如 SESAM，AQWA，ORCAFLEX（水动力系数由外部输入）等。从 浮式平台及系泊系统设计角度看，这种方法简单而不失精确性。

　　⚫ 风机设计制造 建造能力国际一流，设计水平先进，需要针对浮式风电平台特点进行调

　　⚫ 浮式风电平台 具有很强的海洋平台设计建造经验和能力，具备设计性能优良的浮式风

　　⚫ 系泊系统 具有很强的海洋平台系泊系统的设计能力和丰富经验，具备设计性能优

　　⚫ 数值模拟 具有很强的软件分析手段，包括国际通用的商业软件和自主开发的分析

　　提出一种新的风电系统多变量深度学习的故障诊断模型，提取早期微弱故障信息 ✓ 以风电机组传动链为对象 ✓ 基于SCADA数据与振动信号（数据采集与监视控制系统） ✓ 基于堆叠多水平自编码器的深度学习模型

　　建立了风电机组振动噪声源特性及其 引起的环境噪声的预测方法，为海洋 环境噪声评估提供技术支撑。

　　4 江苏蒋家沙（H2#）300MW海上风电场噪声调查 5 中广核岱山4#海上风电场工程海洋声环境现状调查与评价 6 国家电投滨海南区H3#300MW海上风电场项目检测 7 国家电投滨海北区H1海上风电场项目检测 8 射阳南区海上风电噪声 9 华电玉环1号海上风电场

　　建立了海上风电场环境噪声的测量方法及数据库，掌握了海上风电场海洋声环境现状。

　　• 以甲板机械起升机构齿轮 箱为研究对象，顶事件： 起升失效，求各底事件

　　• 按照故障模式和演绎规律， 建立故障树，通过故障规 范法、简化与分解，建立 产生顶事件的各个故障模 式及发生条件。

　　• 有限水域棒束流固耦合分析方法 • 有限水域棒束抗冲击设计方法 求解冲击载荷作用下流体域内多体结构的瞬态响应。

　　拥成熟的DDAM分析方法，并且拥有自主研发的密集模态处理软件。 • 时域分析

　　➢浮式风电平台的设计首先需要满足浮式风机对静稳性和耐波性的苛刻要求 ，同时相比陆上和海上固定式风机，浮式风机的结构安全性问题更为突出， 需要对运动、载荷及强度等进行精确数值预报和模型试验验证；

　　➢ 在优化浮式风电平台设计的同时，风机厂商有必要在固定式风机的设计基 础上进行适应浮式风电平台特点的设计改进，通过设计优化和降低对浮式平 台运动性能指标的要求，有可能显著降低浮式风电平台的造价；

　　➢ 浮式风电平台的系泊定位系统是影响浮式风电成本的重要因素，需要针对 平台布设海域的海洋环境和地质条件开展对系泊形式、系泊缆材料及锚固基 础形式进行研究和设计优化以降低成本；

　　➢ 国内目前在海洋工程领域的技术积累和工程经验，已经足以支撑浮式风电 平台的自主设计和建造。