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(fā)展已邁入第10個年頭。鑒衡認證作為國內(nèi)最早開展風電認證檢測的第三方機構(gòu)，一直致力于引入國際經(jīng)驗與評價模式，為國內(nèi)海上風電發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)的支撐性服務(wù)。海上風電項目面臨前所未有的挑戰(zhàn)，尤其是當面臨國內(nèi)臺風、海床地質(zhì)等特殊環(huán)境條件時，很多風險在國內(nèi)項目中還沒有完全暴露，相關(guān)研究也十分有限。因此，即使在陸上風電領(lǐng)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(shù)保持敬畏，尤其是在海上風電基礎(chǔ)與風電機組本身屬于不同專業(yè)領(lǐng)域，它與風電機組的一體化設(shè)計技術(shù)仍需要很多深入研究。在參與上海東海大橋項目的設(shè)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(wù)積蓄力量。下面，將總結(jié)近幾年鑒衡認證在海上風電基礎(chǔ)分析方面開展的部分工作。

上海東海大橋海上風電場設(shè)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(chǔ)設(shè)計評估方參與了該項目，這也是國內(nèi)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(chǔ)結(jié)構(gòu)評估三個方面內(nèi)容，最終為該項目頒發(fā)了國內(nèi)首張海上風電場基礎(chǔ)設(shè)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(chǔ)建模計算能力奠定了基礎(chǔ)，也在一些具體問題上積累重要經(jīng)驗：包括研究了國外很少采用的高樁承臺建模方法，創(chuàng)新完成了等剛度和等模態(tài)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(yīng)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(chǔ)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(shù)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(chǔ)結(jié)構(gòu)的動力學和水動力學仿真計算的可靠性，在海上風電基礎(chǔ)設(shè)計中至關(guān)重要。國內(nèi)要想在這一領(lǐng)域提供有價值的評價服務(wù)，擁有足夠的自信，必須加強這方面的能力建設(shè)。

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(xù)，致力于比較全球參與海上風電結(jié)構(gòu)仿真計算的各個機構(gòu)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(jīng)驗。

在OC4項目中，鑒衡認證主要完成以下任務(wù)：

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(chǔ)的系統(tǒng)耦合模擬，比對了所有參與者的計算結(jié)果，總結(jié)了差異產(chǎn)生的原因和經(jīng)驗。

（2）通過分析總結(jié)了局部結(jié)構(gòu)動力學的重要性。

（3）明確了浮力計算和結(jié)構(gòu)附加質(zhì)量，尤其是水動力附加質(zhì)量的計算方法。

此外，還對導管架型海上風電基礎(chǔ)建模的關(guān)鍵技術(shù)點和建議進行了總結(jié)。

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(jié)果的設(shè)計工況。

（2）在這些工況下，通過尋找計算差異原因，總結(jié)了漂浮式基礎(chǔ)在建模仿真時的技術(shù)關(guān)鍵點和一些主要動力學變量的計算經(jīng)驗。

共有來自于13個國家的23個機構(gòu)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(gòu)。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(shù)上強化了海上風電基礎(chǔ)一體化建模仿真能力，獲得國際最前沿的經(jīng)驗總結(jié)，并加深了對海上風電結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計和水動力仿真的理解；二是通過比對培養(yǎng)了隊伍，建立對自身建模能力和計算結(jié)果的自信，這對于為國內(nèi)項目提供建議或評價服務(wù)是非常重要的。

表1 鑒衡認證參與IEA OC4項目時聯(lián)合發(fā)表的論文

在該項目中，鑒衡認證與其他機構(gòu)共同完成了兩篇會議論文，并得到發(fā)表。

IEA國際能源署OC5項目（2014—2019年）

OC5作為OC4項目的延續(xù)，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(jié)果的比對作為目標。這項工作對于掌握建模仿真與現(xiàn)實的相似關(guān)系，積累測試與建模經(jīng)驗至關(guān)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(gòu)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(lián)合發(fā)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(nèi)企業(yè)參與。除獲得難得的仿真與測試的比對經(jīng)驗外，鑒衡認證在全程參與該項目的過程中也總結(jié)了一些建模計算的關(guān)鍵點：

（1）波浪的高階模型在精確預測結(jié)構(gòu)的水動力載荷過程中必不可少。

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

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

經(jīng)過該項目的歷練，鑒衡認證進一步增強了對海上風電基礎(chǔ)建模仿真能力的信心，這不僅源自能與國際各方機構(gòu)水平相當?shù)男判?，也基于仿真計算與實際結(jié)果接近的信心。同時，項目中總結(jié)的海上基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)測試方案，也為指導今后國內(nèi)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(fā)布《海上風電項目認證實施規(guī)則》（2019年）

項目認證是IEC自2010年發(fā)布的IEC61400-22（現(xiàn)已被IECRE OD501、OD502替代）標準中已經(jīng)定制好的認證模式，主要是在機組型式認證基礎(chǔ)上，針對具體海上項目所進行的包括勘查、設(shè)計和制造安裝過程的評價，用于擔保海上風電項目的合規(guī)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(fā)電機組設(shè)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(chǔ)設(shè)計時的重要參考。

為借鑒歐洲海上風電開發(fā)經(jīng)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(guī)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(jīng)得到國內(nèi)外多家金融機構(gòu)的重視，分別與鑒衡認證簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，希望能為后續(xù)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(guī)則制定的工作經(jīng)驗，結(jié)合對項目認證的理解，于2019年發(fā)布了《海上風電項目認證實施規(guī)則》，希望借此讓行業(yè)內(nèi)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(nèi)海上風電迅猛發(fā)展的大潮中，鑒衡認證在海上風電基礎(chǔ)建模仿真方面苦修內(nèi)功，不斷加深對海上風電基礎(chǔ)一體化風浪耦合設(shè)計方法的理解，積累力學測試和建模經(jīng)驗。十年磨劍，鑒衡認證投入了大量精力與經(jīng)費，以匠心精神打磨海上風電基礎(chǔ)分析能力，希望隨著行業(yè)對海上風電風險認識的提高，可以將這些經(jīng)驗回饋到國內(nèi)的海上風電項目中。