【摘要】：海上風(fēng)力機(jī)受到各種非定常因素和耦合效應(yīng)的作用,整機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)準(zhǔn)確預(yù)測難度很大。將氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)和水動(dòng)等學(xué)科結(jié)合起來,充分考慮各個(gè)因素的影響,對于提高海上風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)水平和計(jì)算準(zhǔn)確性,具有重要意義。本文根據(jù)風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)過程,考慮非定常工況,對風(fēng)輪氣動(dòng)結(jié)構(gòu)耦合、風(fēng)輪塔架耦合、以及整機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面進(jìn)行研究。針對非定常工況,采用自由渦尾跡方法,計(jì)算了大型風(fēng)力機(jī)在剪切風(fēng)和動(dòng)態(tài)偏航等工況下的載荷與尾跡發(fā)展。針對葉片動(dòng)態(tài)響應(yīng),結(jié)構(gòu)計(jì)算采用有限元方法,將葉片簡化為梁模型,采用Galerkin方法和Hamilton原理對其進(jìn)行幾何非線性分析。計(jì)算非線性全量剛度矩陣和切線剛度矩陣,構(gòu)建非線性動(dòng)力學(xué)方程。采用Newmark直接積分法進(jìn)行時(shí)間步進(jìn),采用修正的Newton-Raphson方法在每個(gè)時(shí)間步內(nèi)進(jìn)行迭代求解。對氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合計(jì)算,對比線性與幾何非線性動(dòng)態(tài)響應(yīng),分析了非線性計(jì)算的準(zhǔn)確性與必要性。針對海上風(fēng)力機(jī)。采用線性波和頻譜函數(shù)模擬波浪運(yùn)動(dòng),應(yīng)用Morison方程計(jì)算波浪載荷。對于近海樁基式風(fēng)力機(jī),采用有限元方法計(jì)算塔架響應(yīng),并分析其對氣動(dòng)性能的影響。對于深海漂浮平臺,將其簡化為六自由度剛體,并計(jì)算各自由度運(yùn)動(dòng)對氣動(dòng)性能的影響。最后,對張力腿漂浮式風(fēng)力機(jī)進(jìn)行整機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算,包括葉片幾何非線性動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算和風(fēng)輪漂浮平臺耦合計(jì)算,并針對多種工況進(jìn)行仿真模擬,為海上風(fēng)力機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK83
【圖文】：

圖 1. 1 全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)總量：MW圖 1. 2 全球風(fēng)電新增裝機(jī)總量：MW來看，2014 年亞洲的新增風(fēng)電裝機(jī)為全球最大，約為 20.5GW，其次是美緊隨其后，約為 10GW，拉丁美洲約為 3GW，而中東和非洲的總和約印度年新增裝機(jī)容量達(dá)到 2315MW，位列亞洲第二；德國 5279MW 新前的裝機(jī)紀(jì)錄，穩(wěn)居歐洲首位；英國以 1736MW 裝機(jī)容量位居歐洲第二050MW；法國位列歐洲第四，裝機(jī)容量達(dá)到 1042MW。非洲最大的風(fēng)場（300MW）并網(wǎng)并投入運(yùn)營，南非風(fēng)電起步穩(wěn)健，2014 年實(shí)現(xiàn)了 ，使得非洲總裝機(jī)容量達(dá)到 934MW。巴西以 2472MW 新增裝機(jī)容量繼為智利 506MW，烏拉圭 405MW。美國風(fēng)電在 2013 年的低谷后開始回

圖 1. 2 全球風(fēng)電新增裝機(jī)總量：MW來看，2014 年亞洲的新增風(fēng)電裝機(jī)為全球最大，約為 20.5GW，其次是美緊隨其后，約為 10GW，拉丁美洲約為 3GW，而中東和非洲的總和約印度年新增裝機(jī)容量達(dá)到 2315MW，位列亞洲第二；德國 5279MW 新前的裝機(jī)紀(jì)錄，穩(wěn)居歐洲首位；英國以 1736MW 裝機(jī)容量位居歐洲第二050MW；法國位列歐洲第四，裝機(jī)容量達(dá)到 1042MW。非洲最大的風(fēng)場（300MW）并網(wǎng)并投入運(yùn)營，南非風(fēng)電起步穩(wěn)健，2014 年實(shí)現(xiàn)了 ，使得非洲總裝機(jī)容量達(dá)到 934MW。巴西以 2472MW 新增裝機(jī)容量繼為智利 506MW，烏拉圭 405MW。美國風(fēng)電在 2013 年的低谷后開始回854MW，加拿大 1871MW 的裝機(jī)容量創(chuàng)歷史紀(jì)錄，墨西哥 522MW 的裝大利亞由于過去一年政府政策的變化對可再生能源影響巨大，然而，表現(xiàn)不凡。能理事會(huì)預(yù)測到 2018 年全球新增裝機(jī)總量將達(dá)到 60GW，2030 年裝機(jī)電力能源結(jié)構(gòu)的 17-19%，創(chuàng)造就業(yè)崗位 200 多萬人，減排二氧化碳超能將占約 25-30%的發(fā)電比重。全球風(fēng)電市場也將出現(xiàn)更大平均容量、

圖 1. 3 2004 年-2014 年中國新增和累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量電市場走出低谷很大程度上取決于中國的表現(xiàn)，一方面，在世界多國削觀環(huán)境下，直至 2014 年下半年，中國始終保持了 2009 年制定的風(fēng)電上煤炭價(jià)格持續(xù)下跌，電企盈利上升，加快了風(fēng)電整機(jī)商的回款速度和額。中國風(fēng)能協(xié)會(huì)和國家能源局先后發(fā)布最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2014 年，中國風(fēng)5 萬千瓦，同比上升 45.1%，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到近 1.15 億千瓦，其中并全部發(fā)電裝機(jī)容量 7%。全國（除臺灣地區(qū)外）新增安裝風(fēng)電機(jī)組 131組 76241 臺。，我國各大區(qū)域的風(fēng)電新增裝機(jī)容量與 2013 年相比，除東北地區(qū)有所增裝機(jī)容量均呈上升態(tài)勢。東北三省區(qū)域除黑龍江省新增裝機(jī)容量略顯別同比下降 28.76% 和 44.8%。西南和西北區(qū)域新增裝機(jī)容量分別同比華北區(qū)域同比增長 45.44%，華東區(qū)域同比增長 41.26%。2014 年，我機(jī)容量中，排名前五的省份有甘肅、新疆、內(nèi)蒙古、寧夏和山西，占全6%。其中甘肅同比增長 488.3%，寧夏同比增長 91.44%，新疆同比增長長 29.46%，山西同比增長 17.97%。2014 年，我國各省區(qū)市風(fēng)電累計(jì)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2804107