2014北京國際風能大會之“風電機組總體設計”專場——鑒衡認定符鵬程：海上風力發電載荷仿真方法探討

    海上外部環境條件，因為海上地形相對陸上而言比較平坦，所以它的入流角，包括風剪切，跟湍流度的差異，我們可以看出，它偏離的幅度不完全一致，所以大家考慮這個因素，還是得具體工況進行具體分析。湍流度主要影響疲勞載荷，引起疲勞載荷的差異，大家從這幅表里面可以看到，形狀相同的包括顏色相同的點是代表同一個風速，可以看到里面那個小框，縱向是疲勞載荷，橫坐標是把湍流度放高了一萬倍。相同形狀的點，比如藍色的這些點，也就是對這些藍色點，它的風速全部都是22，它在22米的風速下，等一下疲勞載荷和湍流度基本上是一次函數的一個關系，也可以看到其他的一些風速，比如這些風速，甚至其他風速，基本上是一次函數的關系，這跟理論估計也是相同的。對于海上機組，如果它的湍流度從0.16降低到0.15，如果依次函數這個關系是正確的，它的疲勞載荷可以下降6%。
    說完風況說海況，海況是一個新的，我們設計海況的時候也考慮很多東西。海上的因素很多，我們從載荷仿真的角度來考慮，它的波浪，包括洋流，抄襲水位三個參數，就足以描述它的流體的特性了，所以我們設計海況動力的時候主要從這三個參數出發。其實整個特征參數也是仿造海洋工程學的一些參數提取的，主要是50年跟一年的概念，標準里面也有一個關于50年和一年的，海況也是仿造風況。雖然現有的標準確實對各個參數，它的特征參數做了一定的要求，但是具體哪些參數的參考值標準是沒有給出的。它之所以沒有給出是因為不同的海域地域性差異是很大的，你給出一個肯定的標準不可能完全適用。但是，這個對我們設計海上風電機組是造成一定不變的。我們根據海洋局提供的數據，我們將我國的海域劃分為右邊出這11個海區，并且給出了這11個海區的參考值。所有的這個數據都可以在我們正在報備的海上風電機組的評估規范里可以查到，關于選取的標準，原則大家如果感興趣，或者到這個標準里面查一下，或者跟我們交流。
    我們對工況進行設計，分極限工況和疲勞工況，因為風電機組的設計壽命為20年，從概率上，我們一般認為小于50年一遇的事件為正常事件，大于等于50年一遇的事件為極端事件。兩個相關的極端事件同時出現的事件并不予考慮。相對陸上技術而言，海上用海況加進去了，海況有三個不同的參數，它的海況的組合方式其實是很多的，包括它跟風的組合方式，就是風跟浪之間夾角的參數，我們其實海上的載荷計算工作量確實是大大增加的，不是一倍兩倍的關系。
    然后是疲勞工況的設計，整體來講，疲勞工況的設計跟陸上差不多，但是它主要的一個區別就是在陸上的時候，我們只考慮風分布的時間，但是海上的時候我們不但要考慮風中的時間，還要考慮浪，要考慮風浪聯合分布的時間，然后算具體的一個疲勞載荷。那么，最后就是剛才說一下，就是因為我們目前也在參加IEC/3，就是限于海上標準的編制文庫小組，我們在這個小組里面跟其他成員認為現在存在海上標準，它的EOG，包括2.1、2.2、5.1的工況，它的極限載荷主要來源于風況，對于2.2，5.1這個工況，前面兩個是故障工況，后面的是緊急停機的工況，它的特征載荷主要取決于機組的狀態，以及它受到的風況。另外，新的標準，包括陸上的第三版的標準，還有海上的標準，它對這三個進行特殊載荷處理的時候選取12個工況下的最大值一半的平均值，它這種方法是取了一個平均值，它會把海況對這三工況的情況會大大的降低。所以，現在是這個維護小組WG目前提出的這個意見是進行載荷仿真，以確定具體海況的影響，預計最后情況，可能是在這幾個工況下不考慮海況的影響。
    最后進行一個總結，首先，我們在計算海況對載荷的影響，理論的選取我們是尤其要注意的，因為不同的理論載荷相差很大。第二、將機組和基礎分開仿真與機組基礎一體化仿真的載荷確實也存在差異。目前我們這個給論，因為我們數據可能不是太多，我們結論是如果分開，可能算出來的載荷比較保守。第三個是我們提供了海況的一些參考值在我們的規范里面的時候，海況的疲勞載荷，時間分布需選取風浪聯合概率分布，另外海上湍流度的降低，使得疲勞載荷有所降低。謝謝大家！
    劉琦：謝謝符工，鑒衡在這方面的一些經驗對我們未來的整機場的載荷建模以及設計院的基礎的載荷的計算會有很大的幫助，有很多的借鑒。