鑒衡認證以匠心精神打磨海上風電基礎分析能力

文 | 北京鑒衡認證中心有限公司 張宇

自我國第一個大型海上風電場? 上海東海大橋項目2010年建成以來，海上風電在中國的發展已邁入第10個年頭。鑒衡認證作為國內最早開展風電認證檢測的第三方機構，一直致力于引入國際經驗與評價模式，為國內海上風電發展提供優質的支撐性服務。海上風電項目面臨前所未有的挑戰，尤其是當面臨國內臺風、海床地質等特殊環境條件時，很多風險在國內項目中還沒有完全暴露，相關研究也十分有限。因此，即使在陸上風電領域開展了多年的第三方工作，鑒衡認證也一直對海上風電技術保持敬畏，尤其是在海上風電基礎與風電機組本身屬于不同專業領域，它與風電機組的一體化設計技術仍需要很多深入研究。在參與上海東海大橋項目的設計評估之后，鑒衡認證致力于提升自身能力，并廣泛投身于國際合作，拓展視野，為未來提供更有價值的服務積蓄力量。下面，將總結近幾年鑒衡認證在海上風電基礎分析方面開展的部分工作。

上海東海大橋海上風電場設計評估（2007—2010年）

上海東海大橋是我國第一個大型海上風電場，鑒衡認證作為基礎設計評估方參與了該項目，這也是國內首次開展此類工作，涉及場址條件評價、一體化載荷計算評估和基礎結構評估三個方面內容，最終為該項目頒發了國內首張海上風電場基礎設計評估符合證明。

在該項目中，鑒衡認證不僅為海上風電機組和基礎建模計算能力奠定了基礎，也在一些具體問題上積累重要經驗：包括研究了國外很少采用的高樁承臺建模方法，創新完成了等剛度和等模態的建模計算；探討了莫里森方程對于大直徑高樁承臺水動力計算的適用性分析，在評價中增加繞射效應的波浪力修正方式；完成了高樁承臺、樁基與連接部分的全面獨立第三方仿真。

對于鑒衡認證而言，上海東海大橋項目是具有里程碑意義的項目，既讓我們切身體會到海上風電基礎一體化建模仿真和風浪耦合的重要性，是一次難得的實踐機會，也讓我們深刻認識到海上風電技術的復雜程度，以及需要努力的方向，為之后下定決心，加大投入，參與到國際項目合作中提供了強大動力。

國際能源署OC4項目（2010—2014年）

在上海東海大橋項目中的嘗試和探索，讓我們深刻地認識到，風電機組和基礎結構的動力學和水動力學仿真計算的可靠性，在海上風電基礎設計中至關重要。國內要想在這一領域提供有價值的評價服務，擁有足夠的自信，必須加強這方面的能力建設。

因此，自2010年起，鑒衡認證參與了國際能源署（IEA）的OC4項目（IEA Task 30，Offshore Code Comparison Collaboration Continuation）。 該 項 目 是 OC3（Offshore Code Comparison Collaboration）的延續，致力于比較全球參與海上風電結構仿真計算的各個機構的建模仿真一致性，通過背靠背的計算，明確各方差異，并尋找原因，積累經驗。

在OC4項目中，鑒衡認證主要完成以下任務：

1. 第一階段（2010―2012年）

（1）背靠背完成風電機組和導管架型海上基礎的系統耦合模擬，比對了所有參與者的計算結果，總結了差異產生的原因和經驗。

（2）通過分析總結了局部結構動力學的重要性。

（3）明確了浮力計算和結構附加質量，尤其是水動力附加質量的計算方法。

此外，還對導管架型海上風電基礎建模的關鍵技術點和建議進行了總結。

2. 第二階段（2012―2014年）

（1）背靠背完成一套200m水深的漂浮式海上風電機組的建模仿真，建立了一套用于比對仿真計算結果的設計工況。

（2）在這些工況下，通過尋找計算差異原因，總結了漂浮式基礎在建模仿真時的技術關鍵點和一些主要動力學變量的計算經驗。

共有來自于13個國家的23個機構或大學參與該項目，鑒衡認證是唯一一家來自中國的第三方認證機構。在比對過程中，鑒衡認證在兩個方面取得很大收獲：一是從技術上強化了海上風電基礎一體化建模仿真能力，獲得國際最前沿的經驗總結，并加深了對海上風電結構一體化設計和水動力仿真的理解；二是通過比對培養了隊伍，建立對自身建模能力和計算結果的自信，這對于為國內項目提供建議或評價服務是非常重要的。

表1 鑒衡認證參與IEA OC4項目時聯合發表的論文

在該項目中，鑒衡認證與其他機構共同完成了兩篇會議論文，并得到發表。

IEA國際能源署OC5項目（2014—2019年）

OC5作為OC4項目的延續，不再采用仿真之間相互比較的方式，而是把仿真計算與實測結果的比對作為目標。這項工作對于掌握建模仿真與現實的相似關系，積累測試與建模經驗至關重要。從2014年開始，鑒衡認證與來自全球15個國家的24家機構一道開展了以下三方面工作：

（1）模型與波浪力試驗校準（2014―2015年）。

表2 鑒衡認證參與IEA OC5項目時聯合發表的論文

（2）水箱縮比試驗（2015―2016年）。

（3）全尺寸海上風電場實測比對（2016―2019年）。該項目也同時吸引了如金風科技、遠景能源、明陽智能多家國內企業參與。除獲得難得的仿真與測試的比對經驗外，鑒衡認證在全程參與該項目的過程中也總結了一些建模計算的關鍵點：

（1）波浪的高階模型在精確預測結構的水動力載荷過程中必不可少。

（2）海上風電機組和基礎在結構載荷分析中對葉片的氣動模型和控制系統的差異依然非常敏感。

（3）系統的結構阻尼不通過測試難以得到準確估計，結構阻尼對仿真載荷計算的影響顯著。

經過該項目的歷練，鑒衡認證進一步增強了對海上風電基礎建模仿真能力的信心，這不僅源自能與國際各方機構水平相當的信心，也基于仿真計算與實際結果接近的信心。同時，項目中總結的海上基礎結構測試方案，也為指導今后國內測試工作積累了寶貴財富。

積極參與IEC61400-3與IECRE OD502工作組（2014—2019年），發布《海上風電項目認證實施規則》（2019年）

項目認證是IEC自2010年發布的IEC61400-22（現已被IECRE OD501、OD502替代）標準中已經定制好的認證模式，主要是在機組型式認證基礎上，針對具體海上項目所進行的包括勘查、設計和制造安裝過程的評價，用于擔保海上風電項目的合規投運和長期運營安全。海上風電項目認證最主要參考的是IEC61400-3“海上風力發電機組設計要求”這個標準，盡管從標題上看，這個標準是面向海上風電機組的，但實際上也是進行基礎設計時的重要參考。

為借鑒歐洲海上風電開發經驗，鑒衡認證自2014年起，一直作為OD502和IEC61400-3的工作組成員，跟蹤參與規則的制定工作。目前，項目認證作為海上風電項目重要的風控工具，已經得到國內外多家金融機構的重視，分別與鑒衡認證簽訂了戰略合作協議，希望能為后續的海上風電項目提供支持。鑒衡認證基于多年參與國際合作和規則制定的工作經驗，結合對項目認證的理解，于2019年發布了《海上風電項目認證實施規則》，希望借此讓行業內更多參與者了解鑒衡認證開展這項工作的具體操作方式。

在過去十年國內海上風電迅猛發展的大潮中，鑒衡認證在海上風電基礎建模仿真方面苦修內功，不斷加深對海上風電基礎一體化風浪耦合設計方法的理解，積累力學測試和建模經驗。十年磨劍，鑒衡認證投入了大量精力與經費，以匠心精神打磨海上風電基礎分析能力，希望隨著行業對海上風電風險認識的提高，可以將這些經驗回饋到國內的海上風電項目中。