海上风力发电机组支撑结构一体化设计规范立项报告

海上风力发电机组支撑结构一体化设计规范立项报告EnglishTitleSpecificationforIntegratedDesignofSupportStructuresforOffshoreWindTurbines:Purpose,Scope,andTechnicalContent摘要近年来，全球海上风电产业迅速发展，支撑结构作为海上风力发电机组的核心组成部分，其设计与优化已成为影响项目经济性与安全性的关键因素。本报告围绕《海上风力发电机组支撑结构一体化设计规范》的立项背景、目的意义、适用范围及主要技术内容展开系统阐述。该规范的制定旨在推动海上风电支撑结构由传统的分步迭代设计方法转向全局协同的一体化设计模式，以降低结构成本、提升系统可靠性，并促进海上风电行业的高质量发展。报告详细分析了当前海上风电支撑结构市场的规模与增长趋势，指出一体化设计在减少材料用量、优化载荷传递、提高结构效率等方面的重要作用，并对规范中的关键技术环节——如环境条件评估、一体化建模、载荷分析与结构协同优化——进行了说明。本规范的推出将填补国内在该领域标准空白，为我国海上风电大规模开发提供技术支撑。关键词：海上风电；支撑结构；一体化设计；结构优化；载荷分析；风电机组；规范制定；成本控制Keywords:Offshorewindpower;Supportstructure;Integrateddesign;Structuraloptimization;Loadanalysis;Windturbine;Specificationdevelopment;Costcontrol正文一、目的与意义随着全球能源转型进程加速，海上风电作为清洁能源的重要组成部分，正在迎来快速发展阶段。在海上风电项目建设中，支撑结构（包括塔架、单桩、导管架等）是连接风机与海底基础的关键承力体系，其设计合理性直接影响到整个风电机组的稳定性、耐久性与经济性。据统计，2023年全球海上风电基础结构总需求达到687万吨，其中海塔、导管架和单桩分别为137万吨、202万吨和349万吨；预计到2025年，这一需求将增长至1045万吨。这一数据清晰表明，海上风电支撑结构已成为风电产业发展的重点领域。在我国，海上风电开发规模持续扩大，风电机组单机容量不断提升，目前已普遍达到8MW以上，个别项目已应用10MW及以上机型。随着机组大型化，支撑结构所承受的复杂环境载荷（风、浪、流等）及其动态响应也日趋严峻。值得注意的是，支撑结构成本在海上风电总投资中的占比已接近整机成本，均约占三分之一。因此，通过技术手段降低支撑结构的建造成本，已成为推动海上风电平价上网的重要路径。目前，国内在海上风电支撑结构设计中普遍采用“分步迭代法”，即基础与塔架分别进行独立设计与优化。这种方法虽在一定程度上确保了各部件的局部最优，但难以实现支撑结构整体的全局协同，容易造成材料冗余、结构响应不协调、冗余安全系数过高的问题。在这一背景下，提出并制定《海上风力发电机组支撑结构一体化设计规范》具有显著的行业引领意义。该规范将推动设计方法从“局部独立”向“系统协同”转变，通过统一的环境评估、载荷分析及结构优化流程，实现支撑结构在安全、经济与可靠性方面的综合最优。该规范的实施将有助于提升我国海上风电支撑结构的设计水平，推动新材料、新工艺与新方法的工程应用，为行业提供可广泛采用的设计指南，最终促进海上风电产业健康、可持续发展。二、范围与主要技术内容本规范适用于海上风力发电机组支撑结构的一体化设计、优化与技术改进，包括但不限于固定式基础形式（如单桩、导管架、重力式基础等）及其与塔架的协同设计。规范内容涵盖海上风电机组支撑结构从前期环境评估到最终结构验证的全流程，主要面向风电开发商、设计单位、施工企业及检测认证机构。规范的核心技术内容包括以下几个方面：1.环境条件评估：包括风资源、海洋水文（波浪、潮位、海流）、地质地貌等自然环境参数的获取与评估方法，确保设计输入条件的代表性与可靠性。2.一体化模型建立：构建包含风机、塔架与基础的整体有限元模型，明确各子系统之间的耦合关系与边界条件，实现全系统动力学仿真。3.一体化载荷分析：基于国际标准IEC61400-3及国内相关行业规范，综合考虑风、浪、流等环境载荷与运行载荷的联合作用，进行极限强度与疲劳强度分析。4.结构协同优化：以实现整体结构轻量化和降低成本为目标，开展塔架-基础系统的协同尺寸优化、材料选型与连接节点设计。5.设计验证与校核：包括一体化模型校验、结构安全性能评估以及符合性认证要求，确保设计方案在各类工况下均满足安全性、适用性与耐久性要求。此外，规范还提供了典型一体化设计流程的图示化说明及各设计阶段之间的数据交互格式，推动设计过程的标准化与信息共享。三、介绍修订的企事业单位或标委会本规范由中国船舶重工集团公司第七〇二研究所牵头，联合中国海上风电领域多家骨干企业共同起草。作为国内船舶与海洋工程装备领域的重要科研力量，第七〇二研究所长期从事海洋结构物设计与水动力学研究，具备深厚的技术积累与工程经验。该所曾主导或参与多项国家级海洋工程重大专项及国际标准制定工作，在海上风电浮式平台、固定式支撑结构等领域拥有多项核心专利与技术成果。在此次规范编制中，第七〇二研究所联合了中国电建集团华东勘测设计研究院、明阳智能、金风科技等行业龙头企业，共同组建技术工作组，确保规范内容既具备理论前瞻性，又符合工程实际需求。合作单位覆盖风电整机制造、海洋工程设计、施工运维等全产业链环节，有力提升了规范的代表性与权威性。结论《海上风力发电机组支撑结构一体化设计规范》的制定与推出，是我国海上风电工程实践与标准体系建设的重要里程碑。该规范通过引入全局协同的一体化设计理念，将有效解决当前设计中存在的资源浪费、冗余过高和系统不匹配等问题，为海上风电降本增效提供关键技术依据。随着海上风电不断向深远海、规模化方向发展，支撑结构的设计将面临更为复杂的海洋环境与更严格的经济性要求。未来，本规范还需结合数字孪生、人工智能优化等新兴技术持续修订完善，进一步提升其先进性与适用性。同时，建议行业各方加强协同，推动该规范在具体项目中的应用反馈，共同促进海上风电支撑结构设计向更安全、更经济、更环保的方向发展。参考文献[1]IEC61400-3Windturbines-Part3:Designrequirementsforoffshorewindturbines.[2]国家能源局.海上风力发电建设