【摘要】：隨著煤、石油、天然氣等常規(guī)能源的日益短缺,以及環(huán)境污染的不斷加重,調(diào)整能源結(jié)構(gòu)已成為當務之急。風能作為一種安全、清潔、儲量豐富的可再生能源,已成為國際可再生能源開發(fā)的主要方向。目前對風能的主要利用形式為風能發(fā)電,由于陸地適于安裝風電機組的地域有限,同時會侵占寶貴的土地資源,帶來一定視覺和噪聲污染,且考慮到海洋風能比陸上風能儲量更加豐富,因此海洋風能已成為風能開發(fā)的新趨勢�？紤]到近岸區(qū)域海岸線利用的限制以及深海區(qū)域豐富的風能儲量,海上風電逐漸向深海發(fā)展。在水深超過60m的海域,使用固定式風機會大幅增加建造成本,而采用浮式風機可以有效解決這一問題。目前常見的浮式風機主要包括半潛型、Spar型、TLP型和混合型等。浮式風機系統(tǒng)由風機、浮式基礎、系泊系統(tǒng)等幾部分組成,在作業(yè)過程中受到空氣動力、波浪力和系泊系統(tǒng)系泊力的共同作用,受力非常復雜。同時深海海域的海況比較惡劣,系統(tǒng)在運動過程中可能會出現(xiàn)失穩(wěn)、傾覆等問題,需要對系統(tǒng)進行耦合分析。耦合分析可以充分考慮系統(tǒng)各部分間的相互影響,對浮式風機的運動響應做出更準確的預報,為風機平臺和系泊系統(tǒng)的設計提供一定的參考依據(jù)。本文建立了一種時域耦合分析方法對浮式風機系統(tǒng)進行全耦合運動響應分析,主要包括空氣動力模塊、水動力模塊和系泊系統(tǒng)模塊�？諝鈩恿δK采用CFD方法模擬風機葉輪受到的風載荷,并通過NARMAX理論建立風載荷模型;水動力模塊采用勢流理論,通過自由面GREEN函數(shù)法計算浮體的頻域水動力系數(shù),再將結(jié)果轉(zhuǎn)換到時域;系泊系統(tǒng)模塊采用錨泊線理論,用三維有限元方法對撓性部件進行分析;系統(tǒng)的運動采用Newmark-β方法求解。在此基礎上,針對一深海Spar型浮式風機系統(tǒng)在不同工況下建立耦合模型并進行計算,得出風載荷模型、浮式基礎的水動力系數(shù)以及系統(tǒng)運動響應和系泊纜索張力響應。該耦合模型的計算結(jié)果可為風機和系泊系統(tǒng)的設計提供一定的參考依據(jù)。
【圖文】：

風電雖然起步較晚，但得益于豐富的海上風能資源和政策扶持展，我國海上風電產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模。以東海大橋海上風電示范項歐洲之外的第一個海上風電并網(wǎng)項目，也是中國第一個國家級，共布置 34 臺華銳風電 3MW 風機，總裝機容量達 102MW，正式并網(wǎng)發(fā)電[4]。未來幾年，我國海上風電還將保持快速發(fā)展的上風電產(chǎn)業(yè)也面臨一定的難題：海上風電成本高、投資風險大持；規(guī)劃困難，管理制度不健全；技術(shù)相對落后，無論是海上生產(chǎn)還是安裝、維護，與世界先進水平還存在較大的差距，無速發(fā)展的步伐。因此，在海上風電領域，中國還有很長的路要風機主要分固定式和浮式兩種。在淺水區(qū)域（水深小于 50m），式的風機，因為固定式基礎結(jié)構(gòu)相對簡單，成本較低。但由于，隨著海上風電場規(guī)模的擴大、機組數(shù)量的增加，近海區(qū)域逐上風機不可避免地向深水區(qū)域發(fā)展。隨著水深的增加，固定式著增加，而浮式風機的系泊系統(tǒng)相比固定式基礎成本低，且適深海風能開發(fā)中得到廣泛應用。

上海交通大學碩士學位論文供恢復力。隨著水深的增加，躺底式系泊纜的長度和重量相應增大，需要平外提供更大的浮力，因此平臺的主尺度增加，增加了建造難度和成本；此外據(jù)懸鏈線方程，水深越深系泊系統(tǒng)在水平方向會覆蓋越大的水域，嚴重影響域的通航情況，同時給海底管線的鋪設增加難度。張緊式系泊主要應用于深域，系泊纜在預張力的作用下呈繃緊狀態(tài)，，依靠系泊纜張力提供恢復力，由根系泊纜在下端點處與海底呈一定角度的相交，因此該點同時受到水平方向豎直方向力。張緊式系泊的優(yōu)點是覆蓋水域范圍小，而且系泊纜可以采用高的合成材料，從而有效減少整個系泊系統(tǒng)的重量。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM614;TK83;P752

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 趙陽;范菊;袁夢;繆國平;;多剛體動力學在纜索動力分析中的應用[J];船海工程;2011年01期

2 袁夢;范菊;繆國平;朱仁傳;;非線彈性系泊纜系泊性能[J];上海交通大學學報;2010年06期

3 楊立軍;肖龍飛;楊建民;;半潛式平臺垂向運動低頻響應特性[J];海洋工程;2010年02期

4 賀藝華;蔣友寶;張建仁;;考慮相位角的脈動風場模擬[J];工程力學;2008年12期

5 陳小波;陳健云;李靜;;海上風力發(fā)電塔脈動風速時程數(shù)值模擬[J];中國電機工程學報;2008年32期

6 朱仁傳;朱海榮;繆國平;;具有小間隙的多浮體系統(tǒng)水動力共振現(xiàn)象[J];上海交通大學學報;2008年08期

7 紀亨騰;范菊;黃祥鹿;;帶控制變量的非線性自回歸滑動平均模型在錨泊線動力分析中的應用[J];上海交通大學學報;2008年04期

8 余龍,譚家華;深水多成分懸鏈線錨泊系統(tǒng)優(yōu)化設計及應用研究[J];華東船舶工業(yè)學院學報(自然科學版);2004年05期

9 朱克強,李道根,李維揚;海洋纜體系統(tǒng)的統(tǒng)一凝集參數(shù)時域分析法[J];海洋工程;2002年02期

10 李誼樂,劉應中,繆國平;Bankine源高階邊界元法求解勢流問題[J];水動力學研究與進展(A輯);1999年01期

相關博士學位論文 前1條

1 任年鑫;海上風力機氣動特性及新型浮式系統(tǒng)[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

相關碩士學位論文 前6條

1 楊吉祥;風力發(fā)電機葉輪氣動載荷預報[D];上海交通大學;2017年

2 王曄;綜采工作面呼吸性粉塵分布規(guī)律的數(shù)值模擬研究[D];西安科技大學;2016年

3 周胡;海上風力機氣動與水動流場數(shù)值模擬[D];上海交通大學;2014年

4 唐耀;Spar型浮式風機平臺動力響應分析[D];上海交通大學;2013年

5 鄭成榮;深海系泊浮體的耦合分析及錨系的動力特性研究[D];上海交通大學;2012年

6 張潔;高速鐵路測風點距線路合理位置研究[D];中南大學;2012年

本文編號：2698312