鉴衡认证以匠心精神打磨海上风电基础分析能力

文 | 北京鉴衡认证中心有限公司 张宇

自我国第一个大型海上风电场⸺ 上海东海大桥项目2010年建成以来，海上风电在中国的发展已迈入第10个年头。鉴衡认证作为国内最早开展风电认证检测的第三方机构，一直致力于引入国际经验与评价模式，为国内海上风电发展提供优质的支撑性服务。海上风电项目面临前所未有的挑战，尤其是当面临国内台风、海床地质等特殊环境条件时，很多风险在国内项目中还没有完全暴露，相关研究也十分有限。因此，即使在陆上风电领域开展了多年的第三方工作，鉴衡认证也一直对海上风电技术保持敬畏，尤其是在海上风电基础与风电机组本身属于不同专业领域，它与风电机组的一体化设计技术仍需要很多深入研究。在参与上海东海大桥项目的设计评估之后，鉴衡认证致力于提升自身能力，并广泛投身于国际合作，拓展视野，为未来提供更有价值的服务积蓄力量。下面，将总结近几年鉴衡认证在海上风电基础分析方面开展的部分工作。

上海东海大桥海上风电场设计评估（2007—2010年）

上海东海大桥是我国第一个大型海上风电场，鉴衡认证作为基础设计评估方参与了该项目，这也是国内首次开展此类工作，涉及场址条件评价、一体化载荷计算评估和基础结构评估三个方面内容，最终为该项目颁发了国内首张海上风电场基础设计评估符合证明。

在该项目中，鉴衡认证不仅为海上风电机组和基础建模计算能力奠定了基础，也在一些具体问题上积累重要经验：包括研究了国外很少采用的高桩承台建模方法，创新完成了等刚度和等模态的建模计算；探讨了莫里森方程对于大直径高桩承台水动力计算的适用性分析，在评价中增加绕射效应的波浪力修正方式；完成了高桩承台、桩基与连接部分的全面独立第三方仿真。

对于鉴衡认证而言，上海东海大桥项目是具有里程碑意义的项目，既让我们切身体会到海上风电基础一体化建模仿真和风浪耦合的重要性，是一次难得的实践机会，也让我们深刻认识到海上风电技术的复杂程度，以及需要努力的方向，为之后下定决心，加大投入，参与到国际项目合作中提供了强大动力。

国际能源署OC4项目（2010—2014年）

在上海东海大桥项目中的尝试和探索，让我们深刻地认识到，风电机组和基础结构的动力学和水动力学仿真计算的可靠性，在海上风电基础设计中至关重要。国内要想在这一领域提供有价值的评价服务，拥有足够的自信，必须加强这方面的能力建设。

因此，自2010年起，鉴衡认证参与了国际能源署（IEA）的OC4项目（IEA Task 30，Offshore Code Comparison Collaboration Continuation）。 该 项 目 是 OC3（Offshore Code Comparison Collaboration）的延续，致力于比较全球参与海上风电结构仿真计算的各个机构的建模仿真一致性，通过背靠背的计算，明确各方差异，并寻找原因，积累经验。

在OC4项目中，鉴衡认证主要完成以下任务：

1. 第一阶段（2010―2012年）

（1）背靠背完成风电机组和导管架型海上基础的系统耦合模拟，比对了所有参与者的计算结果，总结了差异产生的原因和经验。

（2）通过分析总结了局部结构动力学的重要性。

（3）明确了浮力计算和结构附加质量，尤其是水动力附加质量的计算方法。

此外，还对导管架型海上风电基础建模的关键技术点和建议进行了总结。

2. 第二阶段（2012―2014年）

（1）背靠背完成一套200m水深的漂浮式海上风电机组的建模仿真，建立了一套用于比对仿真计算结果的设计工况。

（2）在这些工况下，通过寻找计算差异原因，总结了漂浮式基础在建模仿真时的技术关键点和一些主要动力学变量的计算经验。

共有来自于13个国家的23个机构或大学参与该项目，鉴衡认证是唯一一家来自中国的第三方认证机构。在比对过程中，鉴衡认证在两个方面取得很大收获：一是从技术上强化了海上风电基础一体化建模仿真能力，获得国际最前沿的经验总结，并加深了对海上风电结构一体化设计和水动力仿真的理解；二是通过比对培养了队伍，建立对自身建模能力和计算结果的自信，这对于为国内项目提供建议或评价服务是非常重要的。

表1 鉴衡认证参与IEA OC4项目时联合发表的论文

在该项目中，鉴衡认证与其他机构共同完成了两篇会议论文，并得到发表。

IEA国际能源署OC5项目（2014—2019年）

OC5作为OC4项目的延续，不再采用仿真之间相互比较的方式，而是把仿真计算与实测结果的比对作为目标。这项工作对于掌握建模仿真与现实的相似关系，积累测试与建模经验至关重要。从2014年开始，鉴衡认证与来自全球15个国家的24家机构一道开展了以下三方面工作：

（1）模型与波浪力试验校准（2014―2015年）。

表2 鉴衡认证参与IEA OC5项目时联合发表的论文

（2）水箱缩比试验（2015―2016年）。

（3）全尺寸海上风电场实测比对（2016―2019年）。该项目也同时吸引了如金风科技、远景能源、明阳智能多家国内企业参与。除获得难得的仿真与测试的比对经验外，鉴衡认证在全程参与该项目的过程中也总结了一些建模计算的关键点：

（1）波浪的高阶模型在精确预测结构的水动力载荷过程中必不可少。

（2）海上风电机组和基础在结构载荷分析中对叶片的气动模型和控制系统的差异依然非常敏感。

（3）系统的结构阻尼不通过测试难以得到准确估计，结构阻尼对仿真载荷计算的影响显著。

经过该项目的历练，鉴衡认证进一步增强了对海上风电基础建模仿真能力的信心，这不仅源自能与国际各方机构水平相当的信心，也基于仿真计算与实际结果接近的信心。同时，项目中总结的海上基础结构测试方案，也为指导今后国内测试工作积累了宝贵财富。

积极参与IEC61400-3与IECRE OD502工作组（2014—2019年），发布《海上风电项目认证实施规则》（2019年）

项目认证是IEC自2010年发布的IEC61400-22（现已被IECRE OD501、OD502替代）标准中已经定制好的认证模式，主要是在机组型式认证基础上，针对具体海上项目所进行的包括勘查、设计和制造安装过程的评价，用于担保海上风电项目的合规投运和长期运营安全。海上风电项目认证最主要参考的是IEC61400-3“海上风力发电机组设计要求”这个标准，尽管从标题上看，这个标准是面向海上风电机组的，但实际上也是进行基础设计时的重要参考。

为借鉴欧洲海上风电开发经验，鉴衡认证自2014年起，一直作为OD502和IEC61400-3的工作组成员，跟踪参与规则的制定工作。目前，项目认证作为海上风电项目重要的风控工具，已经得到国内外多家金融机构的重视，分别与鉴衡认证签订了战略合作协议，希望能为后续的海上风电项目提供支持。鉴衡认证基于多年参与国际合作和规则制定的工作经验，结合对项目认证的理解，于2019年发布了《海上风电项目认证实施规则》，希望借此让行业内更多参与者了解鉴衡认证开展这项工作的具体操作方式。

在过去十年国内海上风电迅猛发展的大潮中，鉴衡认证在海上风电基础建模仿真方面苦修内功，不断加深对海上风电基础一体化风浪耦合设计方法的理解，积累力学测试和建模经验。十年磨剑，鉴衡认证投入了大量精力与经费，以匠心精神打磨海上风电基础分析能力，希望随着行业对海上风电风险认识的提高，可以将这些经验回馈到国内的海上风电项目中。