海上浮式風機平臺動力特性的研究.pdf

1、海上風能有著風速高、湍流程度小、主導風向穩(wěn)定等優(yōu)勢。特別是對于我國人口密集且電力需求較大的東部沿海地區(qū)，開發(fā)海上風能在提供清潔高效的電力能源的同時不會占用日益緊張的土地資源。但是海上風能資源多分布在離岸超過10km的海域，而這些海域水深一般在30m以上，超過了固定式海上風機的適用、經濟范圍。為能有效地開發(fā)利用深水風能、提高海上風電場的經濟性，可以將風力發(fā)電機安裝在浮式平臺上形成海上浮式風機以適應更大的水深。但浮式平臺受風、浪、流等多種環(huán)

2、境荷載的作用，且存在耦合與非線性等效應，動力響應特性相對復雜，研究其動力特性對于推進浮式風機的大規(guī)模應用具有重要意義。為此本文做了以下三個方面的研究:
　　(1)研究了氣動阻尼對浮式平臺頻域響應的影響，選取了美國可再生能源實驗室(NREL)提出的5MW風力機和某spar浮式平臺模型作為算例，利用氣動阻尼計算方法建立氣動阻尼矩陣，再基于勢流理論計算浮式平臺的水動力系數(shù)，并考慮系泊系統(tǒng)剛度，在頻域內分別建立并求解考慮與不考慮氣動阻尼兩

3、種情況下的浮式平臺運動方程。利用求解方程得到的幅頻響應算子(RAOs)及結合JONSWAP海浪譜得到的響應譜，在頻域內分析了氣動阻尼對浮式平臺運動的影響。
　　(2)對某半潛型浮式風機進行了時域耦合分析，先基于延遲函數(shù)法，利用軟件Orcaflex和FAST建立了浮式風機耦合時域分析模型，并簡要的闡明了該分析方法的基本原理和過程。進而分析了葉輪的風荷載、塔頂位移、浮式平臺縱搖運動之間的耦合，以及系泊錨鏈張力、浮式平臺縱蕩運動之間的耦

4、合，并分析了風力機在啟動過程中葉輪的風荷載、塔底彎矩、系泊張力等荷載與內力的瞬態(tài)響應，最后通過位移響應譜分析了浮式平臺在各自由度響應的頻率特性及其對工況和荷載方向的敏感性。
　　(3)研究了氣動荷載對系泊疲勞壽命影響，選取NREL提出的5MW風力機和某半潛型浮式平臺為分析對象，并設計了對應的系泊系統(tǒng)，基于環(huán)境荷載理論，利用軟件FAST和Orcaflex建立浮式風機耦合時域分析模型，并根據(jù)不同的環(huán)境荷載模型設置了數(shù)種時域分析工況。再