(3) 海上施工船舶的设计建造

离岸风机的海上设置和安装远比陆地困难。浮吊船的起吊功率和提升高度应具备提升风机主要部件(塔架、机舱、叶轮等)的能力，此外还必须保证在限定的海况下起吊和安装作业时有足够的稳性和抗风浪能力，运动性能符合作业要求。现有的浮吊船大多不是特意为海上风电场的风机安装而设计制造的，外海作业有一定的难度。

对于大型海上风电场，为控制建设周期和成本，设计和建造专用安装船来完成建设任务是合适的，对风电场的长期运行中的维护也能提供必要的手段。例如，某一自升式安裝船，集运输、起重、安裝功能于一体。4 组吊舱推进器，最大航速10.5kn;6 根液压桩腿可將船体提升20 多米作为海上工作平台;甲板面可裝载100 只集裝箱和风力发电设备;主起重机额定负荷300t，副起重机50t。

(4) 新型海上风机的研发的关键技术

除了传统的水平轴风机外，近期一种可能的选择是所谓的垂直轴风机。无论是哪种构型，我们追求的应该是高效率风机的整体构型，有最佳叶片、翼型的流体动力学设计和回转过程中叶片方向的最佳控制。

(5) 超大型浮式海洋结构物作为海上风电场浮基的相关关键技术[9]

超大型浮式海洋结构以模块连接构成，总尺度以km 计(例如：3000m×1500m)。它可以独立设置，也可以以岛屿为依托设置。用超大型浮式海洋结构可设置变电站与控制设施、技术管理中心、维修中心、航空港、船队基地、生活支撑设施等相关设施和基地。甚至可建设旅游设施。其中的关键技术问题有：模块与连接装置设计、超大型浮式海洋结构风浪中的受力与运动特性(多体的水动力耦合和干扰)、超大型浮式海洋结构的水弹性问题、系泊系统构型与受力特性、海上拼装工艺与拼装过程中的受力与运动特性、防波堤设置及其本身的流体动力问题等。

2.4 海洋系泊系统和电缆、立管系统等挠性部件水动力学问题

系泊系统是海上浮式结构整体设计中不能忽视的重要环节。电缆、立管系统也是海洋石油开采和风电场建设中的重要系统之一。它们的共同特点是极度细长、富有挠性，属于小尺度管柱。流体动力载荷中必须计入流体的粘性影响，包括柱后涡泄出。对波浪场的影响可以忽略。通常认为系泊缆索不能传递弯矩和剪力，而立管则必须考虑弯矩和剪力。从一般意义上建模，两者的处理方式事实上是共通的。系泊结构物在风、浪、流等环境条件的作用下可作顺应式的运动。准确预估结构的运动响应和系统的动力特性对海洋工程和海上风电设施系泊系统的合理设计和系统的正常运行有着重要的意义[10]。

海洋环境条件(包括风、浪、流、密度分层海洋中的内波)严酷，深海系泊的需求使得系泊缆的长度、尺寸、重量以及缆索(包括海洋立管)内部的负荷急剧增加;以海流影响为例，流速剖面沿水深方向的变化、流导致的缆索和海洋立管的涡激振动都可以对系统产生不利的影响;作为一种复杂的工作系统，海洋浮式结构物与系泊系统、立管的耦合影响(包括环境条件的耦合影响、系统刚度、低频响应载荷与运动阻尼的影响等)对设计和研究提出了巨大的挑战。寻求一种高效、安全、经济的深海平台和系泊系统成了海洋工程界和学术界一个重大课题。在相对浅的水域，大多采用以普通链/钢缆为锚泊线、呈悬链线状辐射分布的伸展系泊系统(Spread mooring system)，主要靠悬链线的重量提供回复力。钢缆本身的自重也导致了锚泊线内部较高的张力水平，使得悬链线状的伸展系泊系统不能适应深海系泊。张紧式系泊系统(Taut MooringSystem，TMS)是新一代的深海系泊系统之一。它以轻质的合成纤维(例如聚酯纤维)绳索作为系泊缆索，从被系浮体呈辐射状地以基本张紧的形式斜拉固定于海底锚碇装置上，依靠绳缆索的弹性特性提供浮体的回复力。合成纤维缆索比重与水相近，在水中可有效地降低缆索的内部应力水平。相比钢缆有非常低的轴向刚度和更好的柔性，强度、刚度和弹性也不同。合成纤维缆绳的变形与作用的张力呈现随时间变化的特性。因而张紧式轻质合成缆绳与普通链/钢缆悬链线系泊系统有不同的动力特性。

采用轻质的合成纤维缆索的深海张紧式系泊系统(TMS)国际上相应的研究正处于起步阶段，工作并不系统，国内尚未开展研究;对深海系泊系统动力特性机理上的认识也还是不充分的，还不足以对工程实践有普遍的指导作用。

深海系泊系统在实验验证上也存在需要克服的技术问题。模型实验无法模拟千米的水深，也就无法模拟几千米的张紧轻质缆绳。目前国内外都是采用混合模型实验的方法。主要有两种：被动式和主动式。前者运用截断的锚系模型实验和与其一致的完全耦合的数值模型结果比较，将符合良好的数值模型外推到深水情况。后者由计算机控制的主动式激励器(active actuator)提供模型实验时的深水锚系的动力。实验结果可直接与深水数值模拟结果进行比较。但目前这两种技术均需进一步发展。

系统性能好坏取决于海洋环境、浮体和缆索所受的环境作用力、缆索的组件成分和动力特性、布置形式、水深等多种复杂因素[11]。对海上风电设施，由于这些因素都有很大的变化，因而，必须建立和开发合适的数学模型和分析技术，从机理上深入地研究海洋系泊系统的动力特性，并能真实地预报出它们的系泊性能，从而进一步指导工程设计和施工。

3 统筹规划，深化对海上风电场和海洋工程装备共性水动力学关键技术问题的研究

海上风电场开发的总体目标应该是：探讨并提出具有前沿性和先进性的海上风电场平台构型;研究、建立和开发海上风电场建设中相关系统运动和受力特性的分析方法、数理模型和计算技术，完善海洋环境条件与海上风电设施相互作用的理论;全面考察海洋环境条件、固基与浮基结构物及系泊系统相关参数对海上风电设施运输、定位、施工、运行和动力稳定性的影响，探讨浮基海洋结构物系泊系统有效设计准则，为包括风电在内的海洋资源综合开发、深远海水域重大工程的规划设计和深远海海军基地建设提供技术指导。

具体来说，或许应该：① 借鉴国际上近期研发的Spar 平台、半潜式平台、深海FPSO 系统等新型海洋平台，探讨并提出具有前沿性和先进性的新的适应海上风电场建设的平台构型;② 对海上风电场建设与海洋工程装备研发中的水动力学关键技术问题开展深化研究，包括海洋环境条件演化，海洋环境条件(风、浪、流、内波)作用下结构物运动响应及受力分析，海上风电场的建设中的特殊水动力学技术问题(含海上输运、定位、施工、运行、动力稳定性等关键技术);③ 开展新型海上风机的研发，对其流体动力特性和关键技术进行深化研究;④ 探讨并提出超大型浮式海洋结构物作为海上风电场浮基的实施方案，对相关关键技术进行梳理和研究;⑤ 进一步探讨浮基海洋结构物系泊系统有效设计准则，提出和开发具有自主知识产权的浮基风电设施系泊系统运动和受力特性计算的数值方法及相应的计算软件;⑥研究和开发混合模型试验技术，使理论和实验的验证具有可行性，以验证数值模型精度和适用范围，深入研究和探讨浮基海洋结构物系泊系统的运动和受力特性。

4 结语

能源问题是我国面临的迫切的战略问题。我们必须从国际竞争的紧迫性、民族生存的严峻性、国家战略的全局性、经济发展的持续性、技术层面的挑战性、学术层面的前沿性的高度来认识风电开发的重要性。风电场建设及海洋工程装备研发涉及的学科面和技术领域非常广泛。在相关工程装备共性水动力学关键技术研究中，文中论述所涉及的领域只是整个开发技术中的一小部分，然而是海上风能开发利用的前提，是不可忽视的关键技术之一，符合国家中长期科学和技术发展规划。

【 参 考 文 献 】

[1] 梅强中. 水波动力学[M]. 科学出版社，1984.

[2] 刘应中，缪国平. Nonlinear water waves and their relatedproblems [A]. Advances in Science of China，第二卷, 科学出版社, 1990.

[3] 刘儒勋，舒其望. 计算流体力学的若干新方法[M]. 科学出版社，2003.

[4] 刘应中，缪国平. 船舶在波浪上的运动理论[M]. 上海：上海交通大学出版社，1987.

[5] 缪国平，刘应中. 船舶与海洋工程中的二阶波浪力理论[J]. 船舶工程，1993, (4): 15-26.

[6] 缪国平，刘应中. 水波及其与结构物的相互作用——新时期海洋高科技中的水波动力学问题之一[A]. 水动力学研究与进展(A 辑)，Vol.15，2000, (2): 156-162.

[7] 朱仁传，缪国平，向红贵，林兆伟. 数值水池及其在船舶与海洋工程中的应用[J]. 上海造船，2007, (4): 21-23.

[8] 徐肇廷. 内波动力学[M]. 北京：科学出版社，1999.

[9] 缪国平，刘应中. 征服海洋之梦——超大型浮式海洋结构物[J]. 自然杂志，1996, (1): 26-30.

[10] 缪国平，朱仁传. 深海工程装备研发中若干共性水动力学问题[J]. 上海造船，2007, (2): 1-4.

[11] 缪国平. 挠性部件力学导论[M]. 上海：上海交通大学出版社，1996.