GBT 47721-2026 风能发电系统 海上风力发电机组支撑结构一体化设计规范标准立项发展报告

风能发电系统海上风力发电机组支撑结构一体化设计规范标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:WindEnergyPowerGenerationSystems—CodeforIntegratedDesignofSupportStructuresforOffshoreWindTurbines摘要关键词：海上风电；支撑结构；一体化设计；标准规范；多场耦合；全生命周期；结构安全Keywords:OffshoreWindPower;SupportStructure;IntegratedDesign;StandardSpecification;Multi-fieldCoupling;FullLifeCycle;StructuralSafety<br>一、引言1.1立项背景在全球应对气候变化与能源结构深度调整的大背景下，海上风电凭借其资源丰富、发电利用小时数高、靠近负荷中心等优势，已成为可再生能源开发的重点方向。根据全球风能理事会（GWEC）发布的数据，截至2025年底，全球海上风电累计装机容量已突破8000万千瓦，我国海上风电累计装机容量稳居世界首位，并在机组大型化与场址深远海化方面持续加速。与此同时，支撑结构作为海上风电机组的关键承载部件，长期承受风、浪、流、冰等多种环境荷载的联合作用，其设计优劣直接影响机组运行安全与工程经济性。随着单机容量从8MW向16MW乃至20MW以上跨越、水深条件从近海浅水向深远海拓展，支撑结构所面临的设计工况日趋复杂，传统的分专业独立设计模式已难以适应技术发展的需求，亟待建立涵盖多系统协同与全生命周期理念的一体化设计标准体系。1.2标准立项必要性当前，我国海上风电支撑结构设计所依据的标准主要包括《海上风力发电机组设计要求》（GB/T31517）、《钢结构设计标准》（GB50017）、《港口工程荷载规范》（JTS144-1）等，上述标准虽在各自适用范围内发挥了重要的指导作用，但整体而言存在以下突出问题：一是标准体系分散、衔接不畅。现行相关标准分别归属能源、建筑、水运等行业领域，技术指标体系各异，设计理念与方法存在差异，缺乏针对海上风电支撑结构特殊性的系统性规范，导致设计人员在标准选用与技术指标统一方面面临困惑。二是缺乏一体化设计理念。传统设计流程中，机组荷载计算、支撑结构设计往往分属不同专业，甚至由不同团队分别完成，机组控制策略与结构响应之间的耦合效应难以得到充分考虑，不利于结构安全性与经济性的统一优化。三是新型结构形式的标准化需求迫切。吸力桶导管架、漂浮式基础等新型支撑结构的工程应用日益增多，但相关设计方法与技术指标尚无统一标准可循，不利于新技术的有序推广和经验积累。四是国际标准转化需求日益明显。随着我国风电企业深度参与国际市场竞争，迫切需要将支撑结构设计领域的中国实践上升为标准，增强国际话语权。二、标准编制概况2.1标准基本信息本标准于2026年5月25日由国家标准化管理委员会正式发布，标准编号为GB/T47721-2026，分类号归属于“风力发电系统和其他能源”领域，实施日期为2026年9月1日。标准性质为推荐性国家标准，适用于海上风力发电机组支撑结构的一体化设计。2.2编制原则本标准编制遵循以下基本原则：（1）科学性。充分吸收国内外海上风电支撑结构设计领域的最新科研成果与工程实践经验，以可靠的理论分析和试验验证为基础，确保标准技术内容的科学性与合理性。（2）协调性。与现行有效的国家标准、行业标准相衔接，保持技术指标体系的一致性，避免标准之间的交叉重复与矛盾冲突。重点协调了与GB/T31517《海上风力发电机组设计要求》在荷载工况组合方面的衔接，以及与GB50017《钢结构设计标准》在构件设计方法上的协调。（3）可操作性。标准条款力求明确具体，设计参数与计算方法具备可执行性，便于工程设计人员理解和使用。（4）前瞻性。充分考虑海上风电技术发展趋势，为标准内容的后续修订完善预留空间，同时兼顾基础与漂浮式等新型支撑结构的共性设计需求。2.3编制依据本标准依据《中华人民共和国标准化法》及其配套法规的要求进行编制，技术内容在充分借鉴国际电工委员会IEC61400-3系列标准、DNV-ST-0126等国际公认技术标准的基础上，结合我国海上风电工程建设的实际情况与工程经验进行了本地化完善。三、标准主要技术内容3.1标准适用范围与基本规定本标准规定了海上风力发电机组支撑结构一体化设计的基本要求，涵盖术语和定义、基本规定、荷载与作用、结构设计原则、材料选择、构造要求、疲劳设计、腐蚀防护与监测检测要求等技术内容。标准所指支撑结构涵盖导管架、单桩、多桩、吸力桶等各类固定式支撑结构，同时在相关章节给出了向漂浮式支撑结构设计延伸的技术指导原则。标准明确了一体化设计的基本理念，即将风电机组—支撑结构—地基基础作为有机整体进行协同设计，充分考虑机组控制策略、结构动力特性与环境荷载之间的耦合效应。3.2荷载与作用体系荷载与作用体系的确定是支撑结构设计的基础。标准系统规定了风荷载、波浪荷载、流荷载、海冰荷载、地震作用、温度作用、船舶撞击等各类作用的标准值确定方法及其组合原则。针对海上风电支撑结构的特殊受力特征，标准重点强化了以下技术内容：（1）对于风电机组气动荷载，强调应考虑机组正常运行、发电停机、故障停机等不同运行状态下叶片气动荷载的差异性，要求采用气动弹性模型或等效方法计及气动阻尼与结构动力响应之间的耦合效应。（2）对于波浪荷载，标准推荐采用线性波浪理论与适当的非线性修正方法，当波高与水深比值超过适用界限时要求采用高阶波浪理论或物理模型试验确定波浪力。（3）对于风浪联合作用，标准引入联合概率分布模型，要求考虑风荷载与波浪荷载之间的相关性，合理确定极端工况下荷载组合的超越概率水平。3.3一体化设计方法一体化设计是本标准的核心内容与突出亮点。标准提出了“机组—支撑—基础”整体协同设计的理念，改变了传统设计中机组荷载输出与支撑结构验算相分离的做法。在具体实施层面，标准规定了一体化设计的主要技术路径：通过建立包含风电机组控制系统、传动链动力学模型、支撑结构有限元模型在内的整机一体化仿真模型，实现气动荷载、控制响应与结构动力特性之间的耦合传递，保证极限强度校核与疲劳损伤评估中荷载输入的一致性与准确性。同时，标准对一体化设计所需的建模精度、仿真工况数量、数据传递接口等提出了明确的技术要求，并设置必要的迭代校核机制以确保设计收敛性与可靠性。3.4结构设计与校核标准基于极限状态设计方法，规定了支撑结构在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的设计要求与校核准则。在承载能力极限状态方面，涵盖了结构构件的强度、稳定性以及整体倾覆、滑移等失效模式的校核要求。针对海上风电支撑结构的实际受力特点，标准对管节点冲剪强度验算、灌浆连接段承载力计算等给出了补充规定。在正常使用极限状态方面，标准对基础转角、结构顶部水平位移等指标给出了允许限值。3.5疲劳设计海上风电支撑结构在服役期内承受数百万次的循环荷载作用，疲劳设计的重要性尤为突出。标准将疲劳设计列为重点章节，做出了系统性规定：（1）明确了疲劳荷载谱的确定方法，要求基于一体化仿真分析获取结构热点应力的时间历程，采用雨流计数法进行循环计数，并结合Miner线性累积损伤准则进行疲劳损伤评估。（3）针对导管架管节点等疲劳敏感部位，对热点应力外推方法、S-N曲线选择、厚度修正等关键技术环节给出了明确的技术规定。（4）标准充分考虑了海洋大气区、飞溅区、全浸区和海泥区等不同腐蚀分区对疲劳强度的不利影响，将腐蚀余量与疲劳强度折减纳入了一体化设计考量。3.6防腐蚀设计海上风电支撑结构长期处于高盐雾、高湿度的腐蚀环境中，防腐蚀设计的优劣直接关系到结构的设计使用寿命。标准对防腐蚀设计做出了全面规定，涵盖涂层保护、阴极保护、腐蚀余量等多种防护手段的综合应用，并对不同腐蚀分区的防护等级、涂层体系配套、阴极保护设计参数及腐蚀监测要求进行了明确规定。对于飞溅区和全浸区等腐蚀严重区域，标准推荐采用涂层与阴极保护联合防护的方式；对于大气区，以高性能涂层防护为主。标准同时要求结构设计应便于防腐蚀措施的施工、检查与维护，关键节点部位应避免形成易于积水或腐蚀介质聚集的死角。四、主要参与编制单位介绍本标准由全国风力发电标准化技术委员会（SAC/TC50）归口管理，中国长江三峡集团有限公司牵头起草。中国长江三峡集团有限公司是全球最大的水电开发运营企业和中国领先的清洁能源集团。在海上风电领域，三峡集团是国内海上风电开发建设的先行者和主力军，已在广东、福建、江苏、山东等沿海省份布局了多个大型海上风电基地。近年来，三峡集团在海上风电领域持续推进“海上风电引领者”战略，在广东阳江、江苏如东等地建成了多个百万千瓦级海上风电基地，并主导推动了国内首批大容量海上风电机组的规模化应用。依托丰富的工程实践经验，三峡集团牵头联合多家行业内顶尖的设计单位与科研院所开展标准编制工作。在标准编制过程中系统地开展了海上风电场全生命周期设计技术要点的总结与凝练工作，将工程实践中积累的设计经验和教训转化为标准条款，同时联合相关科研机构开展了大量数值仿真分析与模型试验论证工作，为标准中的关键技术指标提供了有力的理论支撑。此外，编制团队还与国内高校和相关科研机构密切协作，围绕大容量机组支撑结构的耦合动力效应、新型基础形式的承载特性等前沿课题开展联合攻关，为提升标准的技术先进性奠定了坚实基础。五、标准实施意义与展望5.1实施意义本标准的发布实施将对我国海上风电行业的发展产生深远影响：（1）提升工程设计水平与安全保障能力。通过建立统一的一体化设计技术框架，有效避免了因专业间衔接不足所导致的设计安全隐患，对不同设计单位的技术成果给出了统一的评判尺度，为从源头保障海上风电机组支撑结构的安全可靠提供了依据。（2）促进产业健康发展与技术迭代升级。标准的出台为海上风电支撑结构设计提供了明确的技术导向，有利于引导行业从粗放式发展向精细化设计转变。一体化设计理念的推广将进一步优化结构工程量、降低用海面积与工程造价，为深远海风电场开发奠定技术基础，促进全产业链朝着标准化、规范化的方向健康发展。5.2未来展望展望未来，随着海上风电持续向更深海域、更大水深和更恶劣环境条件发展，支撑结构设计技术将面临新的挑战。漂浮式基础作为深远海开发的主流技术方向，将带来气动—水动—系泊—控制全耦合设计分析方法的更大需求，本标准为后续工作的深化开展预留了接口和框架。与此同时，数字化设计、人工智能辅助优化、智能监测与数字孪生等新技术在支撑结构设计运维中的应用也将日益广泛，标准体系需要紧跟技术发展趋势持续更新。可以预见，随着GB/T47721-2026的深入实施和持续完善，我国海上风电支撑结构的自主设计能力和标准化水平将实现系统提升，为保障国家能源安全、推动能源绿色低碳转型和实现碳中和目标提供更加坚实的技术支撑。六、结论参考文献[1]国家标准化管理委员会.GB/T47721-2026风能发电系统海上风力发电机组支撑结构一体化设计规范[S].北京:中国标准出版社,2026.[2]全国风力发电标准化技术委员会.GB/T31517-2015海上风力发电机组设计要求[S].北京:中国标准出版社,2015.[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50017-2017钢结构设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2017.[4]InternationalElectrotechnicalCommission.IEC61400-3-1:2019Windenergygenerationsystems—Part3-1:Designrequirements