“科学技术奖”一等奖项目   

　　一、基本情况 

　　获奖项目名称： 

　　海上风电结构多维多源耦合分析理论与安全服役保障关键技术 　　  

　　主要完成单位： 

　　大连理工大学、中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司、重庆大学、中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、武汉理工大学 　  

　　主要完成人： 

　　施伟、周昳鸣、王宇航、陈明胜、王滨、王文华、徐云泽、赵海盛、李昕、马玉祥、邱文亮、冯新、李玉刚、柳英洲、张礼贤   

　　二、项目背景 

　　我国沿岸复杂的海洋环境和地质条件给近海海上风电场规划、建设和运营带来了严峻的技术挑战。海上风电结构受到风、浪、流、地震、海冰等多源激励长期作用，结构动态响应分析涉及空气动力学、结构动力学、水动力学、土动力学、机电控制理论等多维学科，具有外部荷载的时变性、约束条件的时变性、结构响应的时变性等特性，耦合效应十分显著，故研究难度大、挑战大。科学的分析理论、完备的试验验证、全面的监测技术、系统的评估预警是确保海上风电安全、经济和高效开发的基本保障。 

图1 海上风电结构面临的复杂海洋环境

　　三、创新成果 

　　（1）发展了海上风电结构多维多源耦合理论分析的新方法 

　　创新提出了基于NewWave理论的强非线性波与海上风机基础相互作用的力学模型。自主研发了世界首座风、浪、流、地震同步模拟试验系统。提出并试验验证了气动-水动-控制-传动系统-结构弹性的海上风电结构整体耦合计算模型，实现了多源耦合作用下中浅水深风电结构动态响应的高精度计算，用钢量降低23.84%。 

图2 海上风电耦合数值计算模型

　　（2）突破了海上风电结构在地震或海冰作用下的一体化计算方法和安全防护技术 

　　系统建立了海上风电结构在三维海底空间地震动作用下的计算模型，解决了8度高地震区海上风电结构抗震分析的难题，并研发了耦合减振控制技术。创新提出了基于内聚力单元的动冰载荷计算模型，研发了海上风电单桩锥形结构抗冰技术，减小动冰载荷达14%。  

图3 海上风机动冰荷载计算理论与抗冰技术

　　（3）突破了海上风电结构实时监测和安全预警技术 

　　创新研发了空间结构多平面复杂荷载加载试验系统，提出了海上风电结构全方位耦合疲劳分析方法。发明了局部腐蚀监测装备5套，创新提出了考虑腐蚀缺陷相互作用的圆截面构件剩余承载力评价方法。开发了全要素动态感知智能海上风电监测及预警系统，实现了预警时间小于30秒。 

图4 海上风电结构实时监测与预警系统 

　　四、推广应用 

　　本项目授权国家发明专利38项，国际专利3项，软件著作权22项，出版专著2部，主编国家标准1部，发表高水平论文93篇。该项目成果已在华能半岛南、江苏龙源如东等20余座海上风电工程中示范应用，近三年累计新增销售额91.9亿元，新增利润34.8亿元,并形成我国首部海上风电场国家标准，实现了海上风电结构设计从经验型向规范化、标准化的跨越式转变。该项目成果应用受到央视新闻、环球网等众多媒体的专题报道。