IEC 61400-62020AMD12025 修正案1-风能发电系统-第6部分塔和基础设计要求标准立项发展报告

修正案1-风能发电系统-第6部分：塔和基础设计要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Amendment1-WindEnergyGenerationSystems-Part6:TowerandFoundationDesignRequirements摘要关键词：风能发电系统；塔架设计；基础设计；IEC61400-6；标准修订；结构安全；海上风电Keywords:Windenergygenerationsystems;Towerdesign;Foundationdesign;IEC61400-6;Standardamendment;Structuralsafety;Offshorewindpower1引言1.1标准修订背景风能作为全球应用最广泛的可再生能源技术之一，在过去二十年间经历了从辅助能源向主力能源的角色转变。根据全球风能理事会（GWEC）发布的数据，截至2024年底，全球风电累计装机容量已突破1000GW大关，年新增装机容量连续多年保持百GW量级。在这一进程中，风电机组单机容量持续提升，从早期MW级机组发展到当前主流的8-16MW级机组，部分头部企业已发布20MW级产品的研发计划。机组大型化直接导致塔架和基础承受的荷载大幅增加，叶轮直径的增大也带来了更加复杂的气动荷载特性。与此同时，风电开发场址正加速从陆上向海上延伸，从近海浅水区域向深远海区域拓展。海上风电机组所承受的环境荷载更为复杂，涉及风、浪、流等多物理场耦合作用，对基础结构的承载能力和疲劳寿命提出了更高要求。在此背景下，原IEC61400-6:2020标准中的部分技术要求已难以全面覆盖新型机组和新应用场景下的设计需求，亟需通过修正案的形式进行补充和完善。1.2标准体系定位IEC61400系列标准是国际电工委员会下设的风力发电系统技术委员会（IEC/TC88）负责制定的风能发电系统国际标准体系，涵盖了风电机组的整机设计要求、安全与性能测试、结构设计、电气系统等全方位技术规范。其中，IEC61400-6作为该系列标准的重要组成部分，专门针对塔架和基础的结构设计提出了系统性的技术要求，是与IEC61400-1（设计要求）配套使用的专项标准。该标准为风电机组塔架及基础的设计验证、材料选择、荷载计算和结构分析提供了统一的技术框架。1.3报告目的本报告旨在全面介绍IEC61400-6:2020/AMD1:2025修正案的发布背景、主要技术内容和行业发展意义，为风电工程设计人员、标准研究人员、设备制造商及相关从业人员提供系统的标准信息参考。2标准基本信息2.1标准元数据|项目|内容||------|------||标准编号|IEC61400-6:2020/AMD1:2025||标准名称|修正案1-风能发电系统-第6部分：塔和基础设计要求||英文名称|Amendment1-Windenergygenerationsystems-Part6:Towerandfoundationdesignrequirements||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）||分类号|风力发电系统和其他能源||发布日期|2025年6月13日||发布年份|2025年||国别|国际组织||语言|英语+法语||版本说明|电子版加密PDF格式|2.2标准定价与获取方式该修正案电子版定价为2388.0元人民币。标准文件采用加密PDF格式，约1分钟可完成下载。文件带有水印保护，需安装FileOpen插件方可阅读。使用限制方面，文件限制累计3台电脑使用，共可打印5次，且使用时电脑需保持联网状态。上述措施旨在保护标准版权，防止未经授权的传播和使用。3标准修订内容分析3.1修订背景与技术动因IEC61400-6:2020作为首版专门针对风电机组塔架和基础设计的国际标准，自发布以来在全球范围内得到了广泛应用。然而，近五年来风电技术的快速发展使得该标准部分内容面临更新需求。主要技术动因包括以下方面：第一，风电机组大型化带来的设计荷载变化。当前主流陆上风电机组单机容量已从2020年的3-5MW提升至8-10MW，海上风电机组则从8-10MW跃升至15-18MW。机组容量翻倍意味着塔架顶部承受的机舱重量和叶轮推力大幅增加，塔架底部的弯矩和剪力显著增大，对结构强度和疲劳性能提出了更为苛刻的要求。原有的设计荷载模型和荷载安全系数需要进行重新校核。第二，新型基础形式的工程应用。近年来，大直径单桩基础、吸力筒基础、漂浮式基础等多种新型基础形式在海上风电项目中得到广泛应用。尤其是漂浮式海上风电技术，在2020年前后仍处于样机验证阶段，而目前已开始进入小规模商业化应用阶段。不同类型的漂浮式基础（半潜式、立柱式、张力腿式等）在结构响应特性、系泊系统设计、海上安装工艺等方面具有各自独特的工程特征，需要针对性的设计指导。第三，疲劳荷载谱的精细化需求。随着风电场规模扩大和运行年限增长，风电机组的设计寿命已从20年逐步向30-35年延伸。更长的设计寿命意味着更严苛的疲劳荷载评估要求，需要对风浪联合分布、湍流特性、阵风因子等荷载参数进行更加精细化的建模。第四，钢结构领域的标准协调。塔架和基础大量采用钢结构，在材料性能、焊接工艺、防腐保护等方面与ISO19902等海洋工程标准以及其他钢结构设计标准存在交叉引用和协调需求。随着各相关标准的更新迭代，IEC61400-6中的引用条款需要进行同步调整。3.2主要修订内容基于上述技术动因，IEC61400-6:2020/AMD1:2025修正案主要涉及以下几个方面的内容调整和技术更新：（1）荷载计算方法的更新修正案对风荷载和波浪荷载的计算方法进行了更新和细化。在风荷载方面，针对大型风轮叶片的气动弹性效应，补充了更精确的湍流风场模型和阵风工况定义；在波浪荷载方面，针对深远海环境条件，引入了更完善的非线性波浪理论应用指南，并对流固耦合分析方法的适用性进行了明确界定。（2）塔架结构设计要求的完善修正案针对高柔塔架（包括混合塔架和全钢柔塔）的结构设计增加了补充规定，涵盖了一阶频率与叶轮转动频率（1P）和叶片通过频率（3P）的共振规避要求、非线性几何效应的考虑方法以及屈曲分析中的初始缺陷敏感性分析要求。同时，针对大型化机组中广泛采用的预应力混凝土塔架和钢-混混合塔架，补充了相应的设计准则。（3）基础设计要求的补充修正案对新出现的多种基础形式增加了针对性的设计要求。对于大直径单桩基础（直径超过8m），补充了桩-土相互作用分析的非线性方法指导；对于吸力筒基础，增加了沉贯安装阶段的稳定性分析和长期服役条件下的承载力评估要求；对于漂浮式基础，给出了系泊系统设计与分析、漂浮式基础运动响应与风机控制系统的耦合分析等方面的基本框架要求。（4）材料与防腐要求的更新修正案对钢结构材料的韧性要求、焊接工艺评定准则以及海上环境下的防腐保护设计进行了更新。特别是在腐蚀裕量选取方面，考虑了不同海域环境腐蚀等级差异，给出了更具针对性的设计取值指导。（5）与相关标准的协调更新修正案更新了规范性引用文件列表，反映了与ISO2394（结构可靠性总原则）、ISO19900系列（石油和天然气工业海上结构）以及IEC61400-1（风力发电机组设计要求）之间最新版本的技术协调关系。3.3技术亮点分析本修正案最突出的技术亮点在于其对"大型化"和"深远海"两大当前风电技术发展核心趋势的积极回应。在大型化方面，修正案充分考虑了10MW级以上机组的设计需求特征，在荷载模型、频率设计、结构选型等方面给出了具有前瞻性的技术指引。在深远海方面，修正案突破了传统固定式基础的设计思维框架，系统性地引入了漂浮式基础设计的核心技术要素，为该领域的标准化工作奠定了重要基础。4主要参与单位介绍4.1IEC/TC88技术委员会总体情况IEC61400-6:2020/AMD1:2025修正案由国际电工委员会风力发电系统技术委员会（IEC/TC88）组织制定。IEC/TC88成立于1985年，是IEC体系中负责风力发电系统领域标准制定的专业技术委员会，秘书处设在丹麦，目前拥有来自全球30余个国家的正式成员国和观察员国参与。该技术委员会下设多个工作组（WG）和项目组（PT），分别负责IEC61400系列标准中不同子标准的制定和维护工作。其中，负责IEC61400-6标准维护的工作组汇集了来自全球主要风电设备制造商（如维斯塔斯、西门子歌美飒、金风科技、远景能源等）、认证机构（如DNV、UL、中国鉴衡等）、科研院所（如丹麦技术大学、弗劳恩霍夫研究所等）和工程设计公司的资深技术专家。4.2主要贡献单位详细介绍丹麦技术大学（TechnicalUniversityofDenmark,DTU）是参与本标准修订工作的核心学术机构之一。DTU风能系作为全球顶尖的风能研究机构，长期深度参与IEC/TC88框架下的多项标准制定工作。在IEC61400-6修正案的编制过程中，DTU风能系主要在以下方面发挥了关键作用：在风荷载建模方面，DTU基于其开发的近地层风场观测网络和大型风洞实验平台所积累的大量实测数据，为修正案中风湍流模型参数的校准提供了关键的数据支撑和技术建议。DTU研究团队提出的改进型湍流强度分布模型被纳入修正案的建议附录。在基础结构分析方面，DTU与丹麦岩土工程研究机构合作，在海上风电基础桩-土相互作用分析领域开展了长期的系统研究。其所提出的基于大变形有限元方法的海上大直径单桩基础水平承载力分析方法，对修正案中桩基设计方法的更新产生了重要影响。在标准推广与培训方面，DTU依托其国际风能教育网络，持续开展IEC61400系列标准的推广应用和工程技术人员培训工作，有力地促进了新修订标准在全球范围内的理解与实施。4.3其他参与力量除学术机构外，来自全球主要认证机构和工程咨询公司的专家同样在修正案制定过程中发挥了不可替代的作用。挪威船级社（DNV）、德国劳氏船级社（GL）、中国质量认证中心（CQC）等认证机构的技术专家凭借丰富的工程认证实践经验，为标准中设计验证方法和安全系数的确定提供了大量实证数据。维斯塔斯、西门子歌美飒、金风科技等整机制造商的企业专家则从实际设计制造角度，对标准条款的可操作性和工程适用性提出了大量建设性意见，确保了修订内容与技术发展水平和行业承受能力相适应。5标准实施意义与应用前景5.1对风电行业发展的意义IEC61400-6:2020/AMD1:2025修正案的发布实施，对于全球风电行业具有多重现实意义。首先，该修正案及时回应了风电技术快速迭代带来的标准需求缺口，为超大容量机组和深远海风电项目的结构设计提供了明确的技术规范和认证依据，有助于缩短新型机型的研发和认证周期。其次，该修正案通过完善设计要求和细化分析方法，有助于降低塔架和基础结构的安全风险，提升风电机组在全生命周期内的运行可靠性。再次，该修正案作为国际标准的最新成果，为各国制定或修订本国风电结构设计标准提供了重要参考框架，有利于推动全球范围内风电设计技术要求的协调统一。5.2典型应用场景该修正案的主要应用场景涵盖以下方面：风电整机制造商在新机型研发中进行塔架和基础的概念设计与详细设计；工程设计咨询公司在具体风电项目中进行塔架和基础施工图设计；第三方认证机构在型式认证和项目认证过程中对塔架和基础设计方案进行评估；相关科研机构在进行风电结构前沿技术研究时作为基准规范使用；风电投资企业在项目技术评估和设备招标过程中参照该标准提出技术要求。5.3未来发展趋势展望从标准体系的发展趋势来看，IEC61400-6的后续修订预计将重点关注以下方向：一是进一步细化和完善漂浮式风电基础的设计要求，最终可能形成独立的子标准；二是引入基于可靠度理论的概率设计方法，实现从确定性设计向可靠度设计的逐步过渡；三是关注风电与制氢、海水淡化等综合能源利用场景下的结构设计要求；四是加强数字化设计工具（如BIM、数字孪生）在结构设计和运维中的应用指导；五是进一步探索风电机组结构健康监测系统的配置要求和评估方法。从全球风电市场来看，2025年至2030年期间，全球风电年新增装机预计将维持在120GW以上水平，其中海上风电占比将持续提升。IEC61400-6系列标准的持续完善，将有力支撑风电技术向更大单机容量、更深海域、更高可靠性方向持续发展，为实现全球碳中和目标提供坚实的技术标准保障。6结论IEC61400-6:2020/AMD1:2025《修正案1-风能发电系统-第6部分：塔和基础设计要求》是国际电工委员会风力发电系统技术委员会针对近年风电技术快速演进作出的重要标准更新。本修正案紧密围绕风电机组大型化和海上风电深远海化两大核心技术趋势，在荷载计算、塔架结构设计、基础设计、材料防腐以及标准协调等方面进行了系统性修订和补充。修正案的发布实施反映了国际风电技术标准体系对产业创新需求的敏锐响应和持续完善能力。参考文献[1]IEC