【摘要】：風(fēng)能作為一種可再生的清潔能源,在國家能源戰(zhàn)略中的地位越來越重要,而深海風(fēng)能蘊藏風(fēng)能更為豐富和優(yōu)質(zhì),因此,研究海上浮式風(fēng)機的運動特性對于提高風(fēng)能利用具有很重要的意義。 本文首先綜述了國內(nèi)外對于海上風(fēng)機浮式基礎(chǔ)的研究進(jìn)展,介紹了海上風(fēng)機海洋環(huán)境載荷計算的理論,以美國可再生能源研究所(NREL)的海上5MW風(fēng)機為模型,綜合駁船和Spar平臺的特點,概念性地設(shè)計了一種海上風(fēng)機Spar型浮式基礎(chǔ)。 考慮粘性阻尼矩陣和系泊系統(tǒng)回復(fù)剛度矩陣,建立風(fēng)機和基礎(chǔ)的整體模型,在頻域范圍內(nèi)研究了波浪入射角、水深等因素對浮式基礎(chǔ)運動響應(yīng)的影響。考慮風(fēng)機與基礎(chǔ)的整體模型、系泊系統(tǒng)與基礎(chǔ)之間的耦合作用,研究了Spar浮式基礎(chǔ)在規(guī)則波中的運動響應(yīng),分別分析了系泊系統(tǒng)回復(fù)力和波面升高對垂蕩和縱搖耦合運動的影響。在風(fēng)、浪、流的聯(lián)合作用下,編程計算了不同風(fēng)速下葉片和塔柱的氣動彈性載荷,建立風(fēng)機、基礎(chǔ)與系泊系統(tǒng)的整體模型,考慮系泊系統(tǒng)與基礎(chǔ)之間的耦合作用,利用DeepC軟件對海上風(fēng)機整體模型進(jìn)行了時域分析。 得到以下結(jié)論:(1)波浪入射角對縱搖和縱蕩自由度的運動響應(yīng)影響較大,水深對縱蕩自由度的運動響應(yīng)影響十分明顯,該Spar型浮式基礎(chǔ)更適用于深水。(2)在規(guī)則波中,波面升高對垂蕩為主共振時的垂蕩運動響應(yīng)影響很大,而系泊系統(tǒng)的回復(fù)力作用能有效地避免內(nèi)共振現(xiàn)象的發(fā)生。(3)在風(fēng)速達(dá)到切出風(fēng)速25m/s之前,風(fēng)機在有義波高小于5m的海況1、海況2和海況3中運動響應(yīng)幅值較小,能滿足發(fā)電的條件,而在有義波高大于5m時,由于運動響應(yīng)幅值均過大,應(yīng)該停止發(fā)電。因此,本文設(shè)計的Spar型風(fēng)電浮式基礎(chǔ)具有一定實用價值。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：P752
【圖文】：

圖 1-1 海上風(fēng)能分布圖 以上的深水區(qū)域，海上風(fēng)電還具有以下特點：（1）本消除電磁波、噪聲等對居民的影響，減少噪音和，面臨浮冰、臺風(fēng)等海上自然條件，對海上風(fēng)機系統(tǒng)時對風(fēng)機的運行也是巨大的考驗。（3）傳統(tǒng)的固定式導(dǎo)管架基礎(chǔ)等）的成本隨水深的增加成本急劇上升，浮式基礎(chǔ)支撐大型的海上風(fēng)機[2]。究 60m 以上水深的海上風(fēng)電的技術(shù)，對于未來的深重要的意義。本文的內(nèi)容基于 60m 以上水深的海上式支撐基礎(chǔ)，研究 Spar 型浮式基礎(chǔ)在海上特定環(huán)境風(fēng)機基礎(chǔ)的發(fā)展上風(fēng)機一般安裝在水深 30 米以下的沿岸淺水海域，

圖 1-2 海上風(fēng)機固定式基礎(chǔ)海上風(fēng)機浮式基礎(chǔ)與固定式基礎(chǔ)比較，具有如下優(yōu)點：（1）浮式基礎(chǔ)安裝在 30 米到數(shù)百米的海域，可采用 5MW 乃至 10MW 的大風(fēng)機，提高風(fēng)電場發(fā)電量；（2）固定式風(fēng)機基礎(chǔ)底部彎矩和傾覆力矩很大，隨水深增加塔柱直徑增加很快，錨固困難；浮式基礎(chǔ)幾乎不存在海底彎矩，可以降低基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的造價；（3）風(fēng)機浮式基礎(chǔ)錨泊定位，便于拆除，可以遷移安裝在風(fēng)能更豐富的較深海域，不一定局限在面積有限的淺水大陸架；（4）采用集成結(jié)構(gòu)，不需要對每個工程項目重新設(shè)計塔柱和基礎(chǔ)的連接，這種結(jié)構(gòu)形式也便于安裝，可以簡化海上安裝程序。目前海上風(fēng)機浮式基礎(chǔ)的研究尚處于初步階段，浮式基礎(chǔ)主要借鑒深海石油開采平臺。海上風(fēng)機浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式主要分為：Spar 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，TLP 結(jié)構(gòu)和半潛式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)等幾種型式，目前均屬于概念方案，也有其它比較新穎的浮式基礎(chǔ)出現(xiàn)[4]。圖 1-3 所示為風(fēng)機浮式基礎(chǔ)型式，從左至右依次為 Spar 型、TLP 型和半潛式基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2732265