随着2010年东海大桥海上风电场的并网发电及国家发改委江苏海上风电特许权开发项目开标，中国拉开了海上风电开发的序幕。我国海洋面积辽阔，海上风能资源丰富，加之我国政府相继出台了大量优惠政策和举措支持海上风电发展，各大电力公司和地方政府纷纷规划建设大型海上风电场，风电机组供应商积极研发大功率风力机来推动海上风电事业的发展。

然而，海上风力机并非简单地将陆上风力机“移植”到海上，海洋环境复杂，高盐雾浓度、台风、海浪等恶劣自然条件均对海上风力机的设计技术提出了严峻的挑战，我国在海上风力机设计开发领域仍旧比较薄弱，更缺少介绍海上风力机设计技术的图书和相关国家标准。因此，我们在研究海上风力机设计技术、总结海上风力机设计开发实践经验的基础上编著了本书，以期成为海上风力机设计的指导书，能对从事海上风力机设计研发的工程技术人员有一定的帮助。

本书是在大幅补充和修订作者前期出版的《海上风力发电技术》的基础上编著而成。本书共10章，全面介绍了海上风力发电机组的设计原理和设计方法。

第1章主要分析海上风能的特点、国内外海上风电开发的发展现状。通过分析和总结欧洲海上风电开发的历史和经验，剖析我国海上风电的现状，对我国的海上风电开发提出了新的对策。

第2章主要介绍海上风电开发的优势和面临的制约因素。重点分析开发海上风电需要解决的重大课题，介绍盐雾腐蚀、台风、海浪、撞击对海上风力机的影响，突出海上风电场建设、运行和维护的艰巨性。

第3章在对比分析海上风电开发的六大制约因素的基础上，针对海上风力机设计区别于陆上的特殊性，从海上风力机技术路线选择、风力机基础多样化设计、风力机防腐蚀密封设计、基础防撞击设计四方面介绍海上风力机的特殊性设计。

第4章详细介绍海上风力机防腐蚀设计的系统解决方案，针对风力机不同部件的材质和所处环境盐雾腐蚀的差异性，提出具体的应对措施。

第5章主要分析台风的破坏机理及相应的海上风力机抗台风设计策略与手段，七大策略将对未来我国东南沿海的海上风力机设计产生重要影响。

第6章主要介绍海上风力机发电能力优化设计的方法和设计流程。

第7章主要介绍海上风力机的可靠性设计，从机械部件裕度设计、紧固连接件防松防锈、电气系统冗余设计、降额设计、电控柜设计、发电机和变流器可靠性增强设计等方面进行了详细阐述。

第8章主要讲述海上风力机的运行维护方法和可维护性设计思想，提出可维护性风力机结构设计方法、专用维护工装设计及大部件维修工艺流程。

第9章主要分析海上风力机设计标准和相关认证知识。对于风力机设计标准，横向比较了风力机设计的各类标准，分析海上与陆上风力机设计标准的差异性。关于认证详细介绍了型式认证和项目认证的相关内容。

第10章对未来海上风电开发与风力机设计制造技术发展趋势进行了展望。

在本书的编著过程中，得到了三一电气公司胡杰、王广良、顾珊等领导的大力支持，并提出了宝贵的修改意见和建议，在此表示衷心感谢；整体研究院广大同事参与了本书的数次评审，在此一并致谢。张建海、叶凡、王兴、叶坚强、刘万辉、赵德钊等同事参与了部分编著工作。

本书的编著参阅了大量参考文献，在此对其作者一并表示感谢！

限于作者编著水平，书中不妥之处诚请广大读者批评指正。

编著者

2011年8月2100433B

第1章海上风能与海上风力发电发展现状

11海上风能与风电开发2

111海上风能的特点2

112海上风力发电机组的发展现状6

113海上风力发电机组应具备的特点9

12欧洲海上风力发电发展现状10

121欧洲海上风电技术的发展回顾10

122欧洲目前和近期开发的海上项目11

123欧洲开发海上风电的潜力13

124欧洲发展海上风电的经验15

13中国海上风力发电发展现状19

131中国发展海上风电的自然环境19

132中国风电场的发展现状20

133中国海上风电发展面临的问题22

134中国发展海上风电的对策24

第2章海上风电开发的优劣势分析

21海上风电场建设31

211海上风电场选址原则31

212海上风电场的配置32

213海上风电场的成本33

22海上风电开发的优势35

221高质量的海上风资源35

222更多可以借鉴的经验36

23海上风电开发面临的制约因素37

231盐雾腐蚀对风力机的影响37

232台风的影响40

233海浪的载荷43

234撞击的风险49

235海上风电场建设的困难51

236运行与维护63

第3章海上风力机区别于陆上风力机的特殊性

31海上风力机技术路线选择68

311风力机故障分析68

312主要的技术路线73

32风力机基础多样化设计76

321基础设计条件要求76

322常见的基础形式77

323几种基础方案比较86

324基础设计流程88

33基础的施工91

331重力式基础施工91

332单桩式基础施工91

333三脚架式基础施工94

334导管架式基础施工96

335群桩基础施工97

34风力机防腐密封设计102

341主要的防腐蚀措施102

342海上风力机防腐措施104

343海上风力机密封措施106

344密封圈性能比较108

35风力机基础防撞击设计108

第4章海上风力机防腐蚀系统设计

41防腐涂装111

411铸造件112

412锻造件113

413焊接件116

414高强螺栓联结件120

415风力机基础121

42加强密封122

421机舱罩和导流罩123

422齿轮箱123

423主轴承和回转支承124

424发电机125

43耐腐蚀材料应用125

431增速箱辅配件125

432发电机辅配件126

433液压站126

434集中润滑系统127

435非高强螺栓联结件127

44电气柜系统防腐127

441变桨柜128

442主控柜129

443变流器130

45防腐防锈工艺132

451涂料防腐工艺132

452防锈油防锈工艺144

453润滑脂防锈工艺152

454达克罗涂层及镀锌层修补工艺153

455工艺螺纹孔防护155

第5章防台风加强设计与应对策略

51台风破坏的分析158

511台风的形成158

512台风的分布规律159

513台风浪的形成和传播160

514台风的主要特点及其对海上风力机的影响161

515台风破坏的原因分析162

516台风影响等级划分三维坐标体系165

517抗台风加强设计总体思路166

52传动链增强设计167

53机舱罩的加强设计170

531加强机舱罩连接部位170

532舱内设置钢板加强筋171

54风速风向仪选取172

541灾难性气候对风电机组的破坏172

542测风仪的分类及特点173

543风力机风向仪的故障原因及设计原则173

55测风仪应急预案176

56台风期间控制策略176

57质量阻尼器减振设计177

571阻尼器的分类177

572结构上使用阻尼器的特点179

573阻尼器的安置形式180

574海上风力机使用阻尼器的作用183

58海上风力机抗台风控制策略185

第6章海上风力机发电能力优化设计

61风力机转速的优化187

611控制过程概述187

612控制目标188

613控制策略分析188

62优化模型因数分析192

63优化设计流程193

第7章海上风力机可靠性设计

71机械部件裕度设计196

72紧固连接件防松防锈197

721紧固连接件总体设计原则197

722紧固连接件松动的原因197

723防松设计基本原则198

724防松措施199

725防锈201

73电气系统冗余设计201

74电气元件降额设计202

75电控柜体设计202

751变桨系统运行环境及影响202

752变桨柜设计原则及措施203

753海上环境对控制系统的影响204

754主控柜设计原则及措施205

76发电机冷却方式206

761冷却系统的结构和组成206

762冷却系统的防护209

763两种方式维护及运行对比212

77变流器可靠性增强设计212

771环境要求212

772可靠性影响因素214

773可靠度分配218

774可靠性增强措施218

第8章海上风力机的维护与可维护性设计

81海上风力机的维护221

811安全221

812叶片的维修保养222

813轮毂的维修保养223

814变桨轴承的维修保养224

815变桨电机的维修保养224

816变桨减速机与变桨小齿轮的维修保养225

817变桨控制柜的维修保养226

818主轴及主轴承的维修保养226

819增速箱的维修保养227

8110高速轴刹车的维修保养229

8111高速轴联轴器的维修保养233

8112发电机的维修保养234

8113机舱底架的维修保养235

8114偏航系统的维修保养236

8115塔筒的维修保养237

8116机舱罩与导流罩的维修保养238

8117机组的非正常状态处理及复位方法238

8118废品处理239

82可维护的风力机结构设计240

821拆卸中存在的主要问题240

822可维护性结构设计准则240

823可维护性结构设计流程241

824结构设计241

83大部件维护专用吊装设备243

84大部件维修工艺流程245

第9章海上风力机标准及认证

91海上风力机各种标准的对比252

911IEC 614003253

912GL海上风电指南253

913丹麦建议书254

914DNVOSJ101254

915IEC WT01254

916GL指南和IEC标准对风力机载荷的对比255

92海上风力机标准与陆上风力机标准的比较257

921陆上风力机标准257

922海上风力机标准259

93海上风力机认证262

931型式认证262

932项目认证264

第10章海上风电开发与风力机制造技术发展趋势

101海上风电场建设与风电开发利用的发展趋势270

102海上风力机制造技术展望273

1021机组功率趋向大型化274

1022碳纤维叶片274

1023高翼尖速度277

1024高压直流（HVDC）技术和机组无功功率输出可控技术277

1025单位扫掠面积的成本曲线降低278

1026智能电网278

附录风电专业术语汉英对照

参考文献

《海上风力发电机组设计》介绍了海上风力发电机组设计的基本知识和技术，对比分析了开发海上风电的优劣势，重点剖析了海上风电开发的六大制约因素。在此基础上，提出了海上风力机的设计原则和系统解决方案、详细阐述了海上风力机的技术路线对比、风力机基础设计与施工、防腐蚀与密封设计、防台风设计、可靠性设计、发电能力优化设计及可维护性设计的解决思路和设计方法。此外，简要介绍了海上风力机的相关标准和认证，最后对未来海上风电开发与风力机设计技术的发展趋势加以展望。

《海上风力发电机组设计》适合从事海上风电领域，尤其是海上风力机设计与开发的工程师和技术人员阅读参考，也适合作为高等学校相关专业通用教材，对想要了解海上风力发电的读者也是一本很好的科普读物。

海上风力发电机组设计标准，亦称“海上风力发电机组设计要求”。海上风力发电机组设计的规范、要求。包括国际标准和国家标准。中国采用国际电工委员会制定的《海上风力发电机组设计标准》。主要包括海上风力发电机组的外部条件、结构设计、控制和保护系统、机械系统、电气系统、基础设计、海上风电场址外部条件评估、风电机组组装和安装、风电机组调试、运行和维护等要求。

海上钻探除具有陆上钻探的特点外，由于钻机与井口之间尚隔着一层深度不等的海水，因此就增大了海上钻探的复杂性。第一，必须有一套适应海上条件的钻探装置，以便把钻探设备等支撑在海面上，并提供工作场地。第二，要设置一套从海底井口到海上钻探装置之间的特殊隔水通道以循环泥浆、引导钻具及套管。海上钻探已有数十年历史。早期时均在滨海浅水处，采用人工岛和固定平台式的钻探装置。利用移动式海上钻探装置到几十米以上的深水处进行钻探，则是50年代初才开始的。

其适应工作环境能力强，根据水上工程的需要可组成不同标准的分体式、组合式平台（自航与非自航）。应用于海上选矿、疏浚、运输等工作，最大限度的发挥工作效率。亦可视水上工作环境的需要增加相关的配套设备，如系船栓、缆桩、防撞靠球、护栏、登岸舷桥等。海上选矿平台结构完善，简化工作程序，环保无污染。