【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)對(duì)能源的需求量日益增加。大力發(fā)展可再生能源利用技術(shù)，已成為保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措。海上風(fēng)能是海洋可再生能源的重要組成部分。目前，海上風(fēng)能的研究?jī)H局限于淺水固定式平臺(tái)。然而在水深30m以上的海域，海上風(fēng)力資源更為豐富和平穩(wěn)，傳統(tǒng)固定式平臺(tái)的自重和工程造價(jià)隨著水深大幅度增加，難以滿足深海風(fēng)能開(kāi)發(fā)的要求。浮式風(fēng)力機(jī)錨泊系統(tǒng)的成本相對(duì)低廉，因此浮式風(fēng)電場(chǎng)更具有市場(chǎng)前景。 海上浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)（OWT）主要由風(fēng)力機(jī)、浮式平臺(tái)基礎(chǔ)和系泊系統(tǒng)組成。海上浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行壽命周期內(nèi)，除承受極限工況下的波浪載荷作用外，在正常發(fā)電工況下風(fēng)輪和塔架結(jié)構(gòu)還承受極大的風(fēng)載荷。在復(fù)雜多變的惡劣環(huán)境中，很難保證浮式平臺(tái)的穩(wěn)性、耐波性和風(fēng)力機(jī)的發(fā)電效率。因此有必要設(shè)計(jì)與選擇一種較好的平臺(tái)形式以保證平臺(tái)的性能和風(fēng)力機(jī)的發(fā)電效能。同時(shí)，海上浮式風(fēng)力機(jī)系泊系統(tǒng)與平臺(tái)之間可能發(fā)生強(qiáng)烈的非線性耦合響應(yīng)，必須設(shè)計(jì)出可靠的系泊系統(tǒng)以保障平臺(tái)的定位性能。本文基于三維勢(shì)流理論，采用數(shù)值模擬方法，研究了海上風(fēng)力機(jī)、浮式平臺(tái)和系泊系統(tǒng)耦合作用下的水動(dòng)力特性。 本論文首先介紹了海上浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。根據(jù)海域環(huán)境和設(shè)計(jì)要求，提出三種浮式平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，其中包括半潛式平臺(tái)（SEMI）、深吃水單立柱平臺(tái)（SPAR）和張力腿平臺(tái)（TLP）的總布置、總體尺度及其系泊系統(tǒng)。文中對(duì)TLP平臺(tái)進(jìn)行靜態(tài)分析，推導(dǎo)出平臺(tái)及張力腿在六自由度方向的回復(fù)剛度�；谌S勢(shì)流理論，，在時(shí)域內(nèi)建立三種浮式平臺(tái)、系泊系統(tǒng)及風(fēng)力機(jī)的數(shù)值模型，對(duì)系泊系統(tǒng)-平臺(tái)耦合、風(fēng)力機(jī)-平臺(tái)-系泊系統(tǒng)耦合及非耦合三種模型進(jìn)行風(fēng)力機(jī)額定風(fēng)速、切出風(fēng)速和極限風(fēng)速工況下的時(shí)域?qū)Ρ确抡嫜芯�。研究得到系泊系統(tǒng)和平臺(tái)的動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果以及塔架加速度時(shí)歷曲線。通過(guò)分析時(shí)歷統(tǒng)計(jì)結(jié)果，綜合各方面因素，確定在給定水深下張力腿平臺(tái)（TLP）性能最好。 最后以“Sea Star”張力腿平臺(tái)作為母型，參考ABS規(guī)范和API推薦準(zhǔn)則完成了TLP平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。基于API推薦準(zhǔn)則就平臺(tái)立柱結(jié)構(gòu)尺寸編制了優(yōu)化程序，通過(guò)該程序優(yōu)化了立柱結(jié)構(gòu)布置和尺寸，提高了平臺(tái)的經(jīng)濟(jì)性能。應(yīng)用有限元軟件分別分析平臺(tái)立柱和旁通結(jié)構(gòu)的屈服和屈曲性能，分析結(jié)果證明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理可靠的。
【圖文】：

猊〗峁褂脅煌嘈男問(wèn)膠筒賈茫囹畛＜鉨慕峁剮問(wèn)郊鉤?1.1 及圖1.1-1.4。迄今為止，海上風(fēng)電場(chǎng)中應(yīng)用最廣泛的是單樁（Monopiles）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其次是混凝土重力式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。隨著風(fēng)力機(jī)應(yīng)用水深的增加，浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有望成為更具發(fā)展前景的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。表 1.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式表基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) 典型案例 適用水深 特點(diǎn)備注單樁MonopileUtgrunden(SE),Blyth(UK),HornsRev(DK),North Hoyle(UK),ScrobySands(UK),Arklow(IE) Ireland,Barrow(UK), Kentish Flats(UK),OWEZ(NL), Pricess Amalia(NL)淺水-中等水深 鋼管制成，直徑通常為 4-6 米 使用潛水打樁方法安裝 樁頂采用灌漿轉(zhuǎn)換裝置導(dǎo)管架JacketBeatrice (UK),Alpha Ventus (DE)中等水深-深水 通常由 0.5-1.5m 直徑的鋼管焊接而成 由直徑 0.8-2.5m 樁基錨定三腳架TripodAlpha Ventus (DE)中等水深-深水 通常由 1.0-5.0m 直徑的鋼管焊接而成 采用過(guò)渡段銜接至塔架 由直徑 0.8-2.5m 樁基錨定重力式基礎(chǔ)Gravity baseVindeby (DK), Tuno Knob (DK),Middlegrunden (DK), Nysted (DK

圖 1.1 單樁基礎(chǔ)（Monopile） 圖 1.2 重力式基礎(chǔ)（Gravity base）圖 1.3 導(dǎo)管架基礎(chǔ)（Jacket） 圖 1.4 三腳架基礎(chǔ)（Tripod）1.3 海上風(fēng)力機(jī)浮式基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TK83

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 童波;半潛式平臺(tái)系泊系統(tǒng)型式及其動(dòng)力特性研究[D];上海交通大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2612371