设计和研发具有积极意义，也可为今后更深海域的风电场开发提供借鉴[1]。
1 海洋条件
1.1 波浪
海浪包括风浪、涌浪和近岸浪。从我国海区来看，渤海风浪浪高最小，黄海的比渤海略大，东海的大于黄海，南海风浪最大。就季节而言，秋季风浪波高最大，其次是冬季，夏季的居第三，春季的最小。风浪的周期与波高是匹配的，两者呈正比关系。涌浪季节变化和海区特点和风浪分布趋势相同，总体上讲，涌浪波高和周期，比风浪的要大，但在沿岸海域和封闭性较强的海域，这种差异较小[1]。
设计海况一般用波谱S？浊、有义波高HS、谱峰周期TP和平均波向？兹wm来描述，海浪谱通常采用单一方向传播的长峰波谱，主要包括Pierson-Moskowitz（簡称P-M谱），Bretschneider双参数谱，Jonswap 谱[2]；
海上风力发电机组设计中，根据平均风速（V）、有义波高（HS）、谱峰周期（TP）的长期联合概率分布来考虑风况和波浪的相互关系。上述参数的联合概率分布受到安装场地条件（如风区、水深、海底地形等）的影响。
1.2 海流
理论上海流在空间和时间上不断变化，但一般认为海流是定常速度和方向的水平均匀流场，仅随着深度而变化。海流速度应考虑下列成分[2]：
潮汐、风暴潮和大气压力变化等引起的次表层流；
风生近表层流；
近岸波浪生成的与海岸平行的表层流。
1.2.1 次表层流
另外，海冰、海生物对海上风力发电机组的支撑结构产生的载荷，在进行支撑结构详细设计时予以考虑。
2 仿真模型建立
综合考虑5MW样机如东现场的风、波浪、海流等实际数据，采用多体支撑结构，将上部风电机组模型和下部支撑结构模型整合到一起进行仿真分析。根据施工地质条件绘制土壤刚度P-Y曲线[3]，建立整体模型如下图：
3 典型工况选择
根据GL2012海上风电规范[5]，在GH-blade中按照公式（2）、（3）计算，有义波高（HS）5.6m，谱峰周期（TP）10.6s。将生成的空气动力载荷和波浪载荷加载到整机模型，进行仿真分析。考虑到风速、水深与波浪等之间的关系，这里风速取切出风速25m/s。对于疲劳分析，风速生成采用NTM正常湍流模型，极限则采用ETM极端湍流模型，水深在0-30m之间，每间隔5m进行仿真。
4 仿真数据对比及结果分析
经过计算，以海平面水深高度的载荷值作为参考，得到0-30m水深范围内风电机组各零部件主导方向疲劳、极限载荷比值变化关系见图4、图5。可以看出，除塔基载荷随水深增加而显著增加外，塔架顶部各零部件疲劳载荷变化不明显，均在2%左右。就极限载荷而言，10m水深处塔架顶部各零部件的载荷增幅在5%左右，随后增幅逐渐减小，30m水深时增幅基本接近零。塔基载荷总体趋势随水深增加而增加。
一般情况下，海浪的生成，取决于风力强弱、风区大小和风时长短。浪高受到水位的限制，即在特定风速下，所能产生的浪高要比水深小一些。当水位超过一定程度时，浪高仅与风速相关，海流速度也随着水深的增加逐渐减小[4]。
可以看出，随着水深的增加，塔筒的频率有所降低，是造成塔筒变形和受力增大的主要原因，因此在进行塔架和基础设计时，需要根据具体情况调整刚度。
5 结论
以5MW海上风力发电机组为研究对象，应用专业计算软件GH-blade，考虑风、海浪、海流等环境条件，建立了近海风力发电机组性能仿真模型，得到以下结论：
1）不同水深条件下，风、浪和海流的相互耦合作用，整机载荷变化在2%左右，在设计余量范围内，机组零部件安全可以保证。塔基载荷变化基本都超过5%，需要根据安装地条件，进行重新设计。
2）随着水深的变化，波浪、海流在深度上的影响按一定规律衰减。
3）水深10m时，对整机零部件的极限、疲劳载荷影响最大，在5%范围内。
【参考文献】
[1]孙湘平.中国近海区域海洋[M].北京：海洋出版社，2006：168-178.
[2]海上风力发电机组认证规范[M].北京：中国船级社，2012：13-15.
[3]桩基工程手册[M].
[4]海港水文规范[JTJ213-98].北京：中华人民共和国交通部.
[5]Guideline for the Certification of Offshore Wind Turbines Edition 2012[M].Germany：Germanischer Lloyd Industrial Services GmbH.
[责任编辑：田吉捷]