法国依诺西海洋工程CEOHakim Mouslim：海上风电基础设计最新发展趋势

2017年10月16日-19日，2017北京国际风能大会（CWP2017）在北京隆重召开。在本次大会的“海上风电技术”分论坛上，法国依诺西海洋工程技术公司CEOHakimMouslim先生分享了海上风电基础设计最新发展趋势。他表示，基础设计的未来趋势包括使用模块化的导管架、组装的预装件来组成整个结构以及自动焊接技术从而减少组装时间，以及提高导管架的疲劳寿命的双面焊接等。

以下为发言实录：

HakimMouslim：你好，大家下午好。那么我是来自法国，我的中文还不是特别的好，所以我就用英文来给大家讲。我们公司叫依诺西是工程公司在法国这个城市。今天主要给大家来说一说导管架基础的趋势，跟风机没有直接的关系，但是这对于海上发电场来说很重要的部分，所以我给大家分析一下现在在导管架有什么样的趋势还有市场是什么样的情况。

那么先来稍微简单的介绍依诺西公司我们是在法国城市，在海上工程方面有名，我们有一个INNOSEA也是在⋯所以在我们这个城市所以有很多海上项目相关的公司，那么我们公司是一个独立的跨学科的工程公司。我们现在有三个办公室，两个是在欧洲，有一个是在北美，一个是在欧洲的两个，一个是在法国，一个是在英国。那么我们的团队总共有50个成员，有差不多30个人是在现场的，不断去现场咨询的这些人，还有20多个不同领域的外部专家。我们差不多业务70%都是海上风电相关的，我们还有自主知识产权海上风电专用的软件，今天我讲的这一部分的内容提供设计分析，以及工程设计。

我们也为这种固定的以及浮动的海上风电基础提供设计，我们会跟大学进行合作，然后一起来进行一些研发。那么这是我们之前的一些客户，大部分是在欧洲，那么比如说在比利时的项目，还有在德国的项目，还有我们现在几乎参与了法国所有的海上风电的项目。我们现在也在亚洲进行业务的拓展，我们也会跟其他的客户帮助他们来开发海上的风场。

我们会有一些基础的分析跟设计，风机的一些工作，包括风机载荷的评估，还有一些耦合的评估，也就是说我们会来收集风机相关的这些数据，然后进行相关的海上建筑物的数据，从而来进行评估。然后之后大家会来说一说其他的设计工具，比如说基础结构跟（岩图）设计的工具。下面我们来说一说现在的市场基础，在这个基础当中其中很重要的部分就是导管架，也就是说这些是在风机的下方来进行安装，从而来支持它，来承担它的负荷。现在差不多是有三千五百个地下的建筑。在全球市场上，那么根据布隆伯格的数据，他们预计在2022年的时候将会有6千个基础。现在很多项目都是单管的基础，我们这部分是导管架的部分。这一个在未来也将会在更多的国家进行导管架的安装，特别是在中国，在未来将会有更多导管架的地基，或者是海下的部分。

所以我们必须要使得这些基础不断地，或者是下一步的结构保证它能够继续下去。那么我们可以看到在海上风电会有海上升压站，也就是说海上的这个部分。比如说第一个图片就可以看到是一个欧美项目，是海上的海上的升压站，它会有风机，以及电力的一些系统进行运行。大家可以看到下边黄色的部分，现在已经在世界上很多地方都有黄色的这部分的支架作为海上风电支架的结构。在一些深海的部分，我们也会看到很多的单管的下部的结构。那么如果使用导管可以承受很大的海浪的撞击，也可以承担很重的风机。所以回头看过去的话，大家能看到多数的导管架，在最开始都只是在欧洲，最后的一个例子是在美国博克岛，我们现在已经看到了300架导管架的安装，现在也有很多的新项目都打算安装导管架式的基础。

这张图上比较重要的就是海上风电量导管架的使用情况，希望大家主要看到的就是它的演进向基础重量的演进，最早的重量差不多是450到500吨，多数都是30到70米的基础。现在的基础导管架越来越高，那么重量可能会达到一千吨。但是在安装的过程当中，这个船是有极限的，一千吨可能就是击弦乐，但是未来有一些新的船只去安装更大规模的导管架。市场上很大的趋势，现在有两种不同的导管架基础，有三角式的还有四角式的，多数的制造商都关注三角式的因为我们可以去使用所谓的三面体的结构可以用单一的结构。这个可以在海床上保持很好的稳定性，除此之外其他的优势可能三角式的优势就没有那么明显。这种预装对三角式要容易，这里面灰色的区域是已经安装的导管架基础的，大家能看到是在30到50米的。差不多2013、2014、2015年新安装的导管架是更大的，因为风机更大了。另外它的水深也会比较深，有的达到30到50米的深度，可能更深。

在导管架的设计方面也有一些比较关键的元素想跟大家分享一下，上面红色的部分是转换部分，四角架还有连接键，还有一些是纵向的和横向的结合，这些可以去增加整个结构的刚性，所以它是一个非常僵硬的结构，可以去承担更大的载荷或者是风力。之后还有其他类型的结合。像钢结构的可以预制的，有一些也可以去现场装配的。比如说标准的管架就可以装配出来标准的产品。

设计参数最基本的就是我之前展示过的几个因素，包括它的管架、厚度还有它的直径等等。这里面有一些主要的参数需要大家去攻克。那像从三角到四角，从制造的角度来讲还会涉及到一些其他的参数。次级钢接受的要素包括主平台，还有很多不同的钢元素的结合。包括进入塔架的爬梯，还有转换的过渡零件，还有一些把导管架跟像线路连接在一起的高压线等等，这些都是在整个基础的建设过程当中需要考虑到的，我们可能会需要把这个结构跟一些其他的结构黏结在一起。

所以导管架所要求的设计是必须为制造而进行设计的，它的稳定性要跟其他的结构相比，必须要更高，因为可能会面临很大的风的冲击。所以它可能需要承担一个三到五兆瓦的风机，要求它的刚度必须要强。除此之外还会要求跟底部土壤的适应，比方说它的底部能够深入到土壤当中多少。导管架的制造现在正在不断的改进，因为市场也是充满了竞争的，我们能看到过去的一些项目当中积累的经验，现在也已经反馈到了设计和制造当中，现在制造的成本是越来越低了，这也是很有意思的趋势，是整个海上风电领域的趋势。从制造的角度来讲，现在欧洲有很多的供应商可以去制造导管架，但是导管架的性能跟单装式的相比可能它的管壁有不同的要求，我们也能根据自己的厚度找到不同的供应商。现在还一些焊接的部分可能跟单装式的不一样，但是供应商都存在。

我们我们对于导管架的高度要求，也都有区别，甚至还要考虑到提升的部分。这是一个传统的四角导管架，我们其实其中需要引起大家注意的有两个部分，包括它的承载能力，还有市场对它的采购能力等等。还有很多方面，也需要我们考虑到它的整体使用寿命，那在考虑使用寿命的时候还要想到静态的载荷和动态的载荷等等。所以我想解释一下什么叫为制造而设计？也就是我们设计的考虑。我们的初始设计基本上是几何层面上的设计，比方说考虑水深，考虑风机的尺寸，土壤的特征，还有土壤跟基础的互相影响。同时还有一些其他的因素，比方说装的设计我们一是采用三角还是四角，以及我们也会给业主提出自己的建议，看他们需要什么样的，之后我们从初始设计就开始往后继续。比方说会设计到一些过渡段，涉及到箱型梁，最后的组装我们要先把初始图画出来。之后我们会服役现场的数据来进行载荷的设计，这些就可以帮助我们去评估它的极限状态，这个结构作为基础能够承受多么大的压力等等。以及不同的钢组件能够承担多大的压力；这个就是基本上我们常见到的解决方案，我们想要解决的就是⋯下面一步可能遇到的细节设计问题。我们还会有对不同的设计图有3D版本，最终的目的就是使得管的直径和厚度都能达到最优。

我们的方法当中，为制造而设计的主要考虑的因素，会涉及到一个报告，就是从制造的角度去看待设计的报告。比方说它的载重能力，它的运输方便性，以及从采购的角度来讲，它的设计特性，是在本地制造还是在外地制造本地安装比较合适，还有比方说像制造能力。因为我们需要确认可能一次性是否能够制造80到100个导管架，需求量可能会比较大，所以这些东西都要去考虑到。

我们现在已经开始进入下一步了，也是最后的一个阶段，就是码头的布置和评估。我们要对于现在码头上已经装配的东西去进行评估，然后来确保接下来的导管架的安装是能够达到最优的。最后现在和未来的导管架设计趋势，我们称之为模块化的设计，大家看右下角这些导管架，这是美国的一个项目，是⋯因为码头的最大承载能力，大家看左侧就是可以满足两个部分的。所以这种模块化的制造，能够为我们提供更大的可能性，我们可以根据不同的厂址来改变塔的高度，导管架的高度，会去结合一些混凝土，钢结构来进行过渡段的设计，这也是最新的趋势。这样可以给我们提供过渡段非常轻质的解决方案。

最后基础设计的一些未来趋势是什么样的，可能会主要看到以下几个方面，首先是改善工程设计还有培训。另外就是整合基础与风机进行联合分机，另外就是更多的使用模块化的导管架，大家看右上角就是一个例子，显示的不同框架结合到一起，来实现最终的安装位置。还有组装的预装件来组成整个结构，还有自动焊接技术，减少组装时间，之后是双面的焊接，可以提高导管架的疲劳寿命。这也是我们称之为双点焊接的欧洲新的趋势，这一点对于中国市场也有很大的意义。

最后就是基础的改善并不只是要改善桩的站立，未来我们可能会有漂浮的基础。漂浮式基础可能会，我们在上个星期已经开始了这方面的产品发布，所以在未来会有越来越多的这种海上风电的基础方面的想法，谢谢。

（发言由现场速记整理，未经本人审阅）