Ramboll公司：地震分析和冰載對海上風機基礎設計的影響

2017-10-17 17:48:34 能見　點擊量：評論 (0)

2017年10月16日-19日，2017北京國際風能大會（CWP2017）在北京隆重召開。在中國國際展覽中心（新館）E2館創新劇場，Ramboll公司海上風電部主任SantiagoParedes-Pinzón先生就地震分析和冰載對海上風機基礎

2017年10月16日-19日，2017北京國際風能大會（CWP2017）在北京隆重召開。在中國國際展覽中心（新館）E2館創新劇場，Ramboll公司海上風電部主任SantiagoParedes-Pinzón先生就“地震分析和冰載對海上風機基礎設計的影響”發表主題演講。

SantiagoParedes-Pinzón：大家下午好，首先呢非常感謝組委會邀請我們Ramboll公司來介紹一下相關的內容，我的名字是SantiagoParedes-Pinzón，今天我來講一下地震分析和冰載對海上風機基礎設計的影響。

首先介紹一下我們公司Ramboll，Ramboll公司過去一直在海上風電領域，我們已經超過20年的經驗了，其實我們不僅做海上風電，也做陸上風電，但是我們有75%的收入來自海上風電項目，25%來自陸上風電項目，我們有很多客戶，會給他們做全程的管理和支持。

那么我們主要做的機座的設計，我們已經在全球超過50個詳細的設計了，在我們全球排名是第二位，在風電做的咨詢方面，我們在2004年的時候進入到中國市場，從2015年到現在我們已經不斷地提供非常詳細的設計，我們在上海和北京都有辦公室，都是有中方的員工，我們非常希望能夠在中國的市場中大展拳腳。

那我們講一下什么是最優設計，首先我們定義一下什么是最優設計，剛才大家也知道海上風電發展了很多年了，我們可以回顧在15年之前最優設計，它其實已經發生了一個變化、演變，和現在的概念也是很不一樣了，在15年前，海上風電行業呢所借鑒的經驗都是油氣行業，當時其實也有一點小小的差別，但其實是非常重大的差別，油氣行業是一次性的設計，而我們必須要發展多個不同的方案，所以海上風電主要在英國做了最優設計，這就要求因地制宜進行設計，那么這個會在最終上去影響，包括像項目的資本支出的情況。

還有第二個，就是要去了解一下這個和最初基本結構相關的一些因素，這個行業很快就意識到了，雖然我們管它叫二級，但實際上它是非常重要的，尤其是對于一級的負載結構有非常重要的影響，我們要做最優的設計，設計師就必須有非常詳細的計算，水、動力的計算，同時還要計算壓力的集中因素，必須要把地質情況進行最精密的研究等等。

那么現在呢，我們這個海上氣象的報告已經非常詳細了，這樣呢我們就可以考慮到，比如說像風啊，整個一些協調性的情況。

那么這個還有我們的其他的一些內容，包括像這個荷載工況，這些表格呢，里面包括五千到六千個工況，荷載工況就是我們很好的朋友，借助的手段。

當然還有其他內容，就像我們這些設計師也會用非常復雜的分析方式，比如說SEA，會事先做地質方面的一些研究，最后我們充分利用這些優勢，很多的全球的開發公司呢，他們實際上都會使用這些非常先進的研究，會在早期就進行這個研究，之所以這樣，是因為它會帶來很好的回報。

還有就是之前一些項目當中汲取的經驗這也是很重要的，對于中國來說也是尤其如此，在中國做的項目已經上線了，我們可以在當中學到很多內容，你可以把這些測算的結果，然后去預測在下一個項目做什么事情改善你的結果，所以這是很重要的，那么到底什么是最優設計呢？首先我們要用最先進的設計方法，和設計師都要合作，要汲取教訓，利用現有這些測量數據，還有這些（英文）都是我們工具。

我們看一下未來這個行業要解決兩個挑戰，尤其在中國尤其如此，一個是地震的荷載，一個是冰載。

我們剛才已經回顧了優化最優設計的經驗，但是歐洲并沒有像中國地震的挑戰，這個其實對中國來說是比較新的事情，對于中國項目也是需要我們解決的，但是歐洲有這個冰載的問題，但是和中國比起來沒有那么嚴重。

那么中國市場給我們的機遇就是讓我們把之前在全球積累的經驗進行易用，并且因地制宜使用，并且在中國進行最優設計。

那么冰載對中國到底有多么重要呢？在這個亮色部分，就是會出現冰載問題的省份，如果你在這個區域有項目的話，冰載肯定會對你項目有影響。

冰載對于結果的影響其實并不是很新鮮的事情了，我們有一個標準去使用的，甚至可以用這些標準去估測這些情況，大家看其中也有中國的標準，還有國際的標準，這些標準已經使用了很多年，可以作為一個基礎，讓我們做未來的海上風電設計。

我們必須要注意一點，在這些國際標準當中，所描述的方法都是取決于一些系數，這些系數都是給波羅的海，或者是給其他的海域設計的，可能有一些也適用于渤海。

這個圖看起來很簡單，但是可以給大家一個概念和例子，我們要做一個決定，到底要不要冰錐，要怎么樣才能給這個項目是最好的決定，所以你要考慮到（英文）。

那么我們都知道，在這個表層上如果有這個冰的話，其實跟這個高度是有比例關系的，那么在一些項目當中，這個決定是很顯而易見的。比如說你有混凝土重力的結構的話，可能上面可以有一些冰，這樣的話可以用（英文）來分析，可能你還有其他的類型的，比如說夾套式的，單腳單裝，在這種情況下，設計師必須去評估兩種方案看哪個更適合。

設計師決定用冰錐的時候能做什么事情呢？首先你必須要確保這些方式方法，包括像這種計算的方法，都確保方法都能夠滿足國際通用的標準的，還有你可以用這樣的方法去計算有冰錐沒冰錐的冰載，你可以看到峰值的力量，去進行一個計算，你可以得出一個隨機的時間，把這個風力計算下來，把隨機的結冰時間放到模型當中計算，在這個過程當中必須考慮到時間間隔，這種非常隨機的間隔，每個地方不同，比如在渤海，他們可能要花到三分之一的區間，在渤海這個地方峰值和最低值可能達到1比10，這是我們知道的常識，可以直接用到中國項目中去。

第三步把隨機的結冰時間放到模型中去計算，我們有一個模型可以計算到空氣動力，還有水、冰，我們可以看一下我們到底有哪些挑戰才能實現最優設計。

首先第一個是最主要的參數，其實包括破碎的程度，還有冰的厚度，那么我們可以依照數據，比如你進行了好多年的觀測，觀測數據可以告訴你冰的分布情況，這就是非常好的出發點了。同時我們一定要關注這個項目地點的情況，了解冰的情況。

那么第二個參數呢，就是浮冰的速度，這個比較復雜了，我們必須要找到相關性，浮冰的速度和風速之間的關系，同時你也要考慮到它有可能還和這個海洋的情況，包括像洋流的情況，都有一些聯系和影響。

如果說設計師決定要用最安全的方案，那么其實多數設計師都會保持比較保守的心態，我們還是希望他們能夠做一些大膽的設計，實現更高的性能。剛才提到了設計師需要決定冰載是什么樣的，決定要不要用冰罩，其實在決定的時候主要有三個因素，比方說有這種間歇性的冰的攻擊，還有持續性的冰的襲擊，間歇性的這個過程跟我們剛才描述的有冰罩的情況下是差不多的，這里面主要區別在于間歇的時長到底是多少，這樣我們還需要去測量峰值，比方說是如果達到了一個數值，那么可能就決定需要用到冰罩，除此之外還需要測量幾個時間區間的冰載都分別是多少，我們這些是必須分別要去做的，來決定設備在冰載大的時候是否能夠正常工作，即便這樣，我們也能夠看到非常典型的海上風機遇到的冰載型的情況，所以冰罩還是比較保險的做法。

除此之外呢，我們還是要考慮到冰載帶來的額外的壓縮力，除此之外，還有就是冰的碎裂導致的問題，整個設備呢，可能會進入頻率的鎖定，這一點呢，在有一些油氣鉆探的設備當中是很常見的，但是風機上不太常見，即使出現了持續的時長也比較低。

除此之外，頻率鎖定確實還會帶來很多問題的，比方說它的疲勞載荷就會受到影響。其實目前這種隨機的冰擊是冰載方面最需要考慮的一個問題，目前我們沒有一個標準的做法來解決這個問題，但是我們有很多這方面的研究，中外的都有，在致力于解決這個問題，現在實際上找到了一個應用的方法，設定一個功率的譜系，這樣基于此頻率、譜系，我們可以在電腦模型當中去進行不同的模擬，然后得到所要應對的冰載。

如果沒有冰罩的話可能會有哪些挑戰？首先是應對疲勞載荷，風速比較低的時候，為了使設計流程更加順利，讓整個設備更加可靠，我們可能會需要考慮到，比方說設備和冰載分離的情況，以及冰塊累積的情況，像這個主題上很多人也做過一定的研究。那么最大載荷方面，目前最大的一個問題就是冰的碎裂，這也是目前我們面臨的嚴重的問題，可能會設計一定的模型來充分地解決這個問題，去對于傳統的模型的一個部分進行校準。

除此之外第二部分我們剛才已經提到的，就是這個地震區域，這些區域呢是我們已經找到的一些省份，它可能有比較高頻的地震活動，這是中國的一些省份，總體來說這三個圈代表地震活動比較頻繁的。除此之外其他省份也有這個問題。

地震活動呢，可能會導致這一地區的設備頻率帶來變化，工作環境帶來變化，但是我們目前還不確定這些地區的地震發生頻率到底是如何，所以可能針對不同的可能性去分析。

我們現在有兩個方法，第一是底部加速，這個公式非常簡單，把整個設備的X兩點的底部加速算出來，之后呢，我們就要確保整個設備，包括風機，包括底座，都處于同樣的一個公式當中，所以這個公式當中需要用到兩個因素。

這個一般呢可能需要大家進行協作，就是底座設計者跟設計師之間進行協商，需要他們同時提供數據。

另外一種就是底部激活，這個方法呢，需要我們把時間序列應用到底座架構上，然后來計算，所以就是底部的XG，就是方程中的第一個元素，然后之后算出來X1點和X2點。

我們可以把所有這些得出不同的載荷，一般化成一個標準的載荷，這樣呢，通過改變不同場景下的數值，那得出底部的加速，除此之外還可以算出風機的應力到底是多少，這樣可以得出一個代表地震活動的情況下，能夠出現的底部加速數據，它其實還有很多其他的好處，通過計算地震器之間的載荷，我們可以對風機之間進行不同的應用。

最后呢，正如大家所見，現在的海上風機已經處在快速發展的階段，它的成本在不斷地降低，剛才也提到了中國市場越來越重要，過去兩三年當中，海上風電增長了50%，其中不光有很多大的廠商貢獻，到2024年也有更多小廠商的貢獻，這種最佳的設計在整個發展當中扮演著很重要的角色。

這個不光是剛才提到的，大家生活工作當中都影響有體會，對于中國市場來說，最大的挑戰就是去針對不同的層次去實現一個學習曲線，這個必須要置身于中國才能完成，我們也很期待看到中國有跟歐洲不一樣的項目，比如說針對強地震活動和強冰載情況下的風機。

我們已經看到中國有很多最佳的設計，包括針對冰載的，我們也相信只有通過大家的通力協作，通過設計師和生產商的協作才能達到最終的目標，開發者可以提供很多的數據給設計者，而設計者也可以幫助開發者去解決更多的問題，所以我們只能期望各方之間都能夠心往一處想，勁往一處使，才能達到最終的目標，好的，謝謝大家。

好，我們有一個問題，提問者沒有用話筒，翻譯聽不到。

這個問題問得很好，可能這個一般人都回答不了，我覺得這個其實取決于項目，因為我們需要很多的輸入數據，輸入一些反饋，尤其是現場工作人員的反饋，所以有一些人可能說當然我們設備有冰罩了，那就比較容易，因為在電腦當中模型是很容易的，但是在實際安裝過程當中大家會遇到各種各樣的問題，它可能單純的電腦模型會給現場工作人員帶來很多問題，當然冰罩是可以解決很多問題，但是具體還要問安裝工人，你去問他們的話，他們肯定會說能不裝就不裝吧，但是從另外一個角度來講大家都知道如果有冰載，但是沒有防護措施的話，問題還是很嚴重的，所以如果說歷史情況告訴我們，這個地方需要我們去解決這樣的，比方說土壤是具有挑戰性的特質，那么就需要去安裝，這個就是我們今天要談的，就是要確保設計師能夠看到各種不同的解決方式的存在，能夠從更加整體宏觀去考慮這個問題，考慮到制造和安裝等等等等。

還是這個問題，好的，還是取決于不同的項目，因為這個冰錐的角度會決定冰的碎裂的容易程度，所以這個問題首先要回答我們的項目哪一部分是最重要的，是確保冰不碎裂最重要的？還是減少冰載是最重要的？所以這個不是一個簡單的決定，可能需要考慮很多問題。

當然，有很多研究，描述了很多不同的做法，但是呢，還是需要特殊的軟件，去針對不同的項目有特殊的軟件模型來解決，謝謝。

（發言為現場速記整理，未經本人審核）