深海浮式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、深海蘊含豐富的風(fēng)能,海上風(fēng)力發(fā)電為人類提供了大量可再生清潔能源。目前,海上風(fēng)電從淺海的樁柱型向深海的浮式發(fā)展是必然趨勢。深海的漂浮式風(fēng)電已成為國外研究的熱點領(lǐng)域,但在我國尚處于起步階段。對海上浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言,浮式支撐結(jié)構(gòu)比較重要,但由于缺乏成熟的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和分析軟件,國內(nèi)的研究大多停留在近海區(qū)域的傳統(tǒng)固定結(jié)構(gòu)形式。因此,急需開展深海浮式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究。
　　本文參照IEC風(fēng)機(jī)相關(guān)設(shè)計規(guī)范,采用風(fēng)機(jī)正向設(shè)計專業(yè)解決軟件S

2、AMCEF for Wind Turbine,首先對安裝在Stevenson地區(qū)某海域的浮式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步概念設(shè)計;然后建立深海浮式風(fēng)機(jī)一體化柔性多體動力學(xué)有限元仿真模型,基于空氣動力學(xué)葉素理論和Morison波浪理論對風(fēng),浪聯(lián)合作用下深海浮式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。本文重點研究內(nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下:
　　(1)基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)IEC61400-1中規(guī)定的風(fēng)況和海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)IEC61400-3規(guī)定的

3、海洋環(huán)境載荷,對風(fēng)機(jī)設(shè)計的環(huán)境載荷標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境載荷工況進(jìn)行選取;然后對三浮筒浮式風(fēng)機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步概念設(shè)計,并給出了其設(shè)計要點。
　　(2)經(jīng)過計算和分析,三浮筒浮式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)在IEC典型標(biāo)準(zhǔn)工況下,即在正常工作狀態(tài)和50年一遇的風(fēng)浪極端載荷條件下能保持穩(wěn)定不傾覆和安全正常地進(jìn)行發(fā)電工作;并且風(fēng)機(jī)浮式支撐關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度符合要求,錨鏈設(shè)計也符合相關(guān)規(guī)范要求。
　　(3)通過比較浮式風(fēng)機(jī)在正常工作狀態(tài)下和在50年一遇、風(fēng)機(jī)停

4、機(jī)狀態(tài)下的計算結(jié)果可知:浮式風(fēng)機(jī)在正常工作狀態(tài)下的整體位移和關(guān)鍵節(jié)點應(yīng)力均高于50年一遇、風(fēng)機(jī)停機(jī)時的狀態(tài)。以上結(jié)果可以說明風(fēng)載荷對風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)在正常工作狀態(tài)時的影響是非常重要的,在浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計計算中是不能忽視的。
　　(4)通過分析三浮筒浮式風(fēng)機(jī)發(fā)電功率曲線可知:風(fēng)速在達(dá)到額定風(fēng)速之前,風(fēng)速增大時,浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率大幅地增加;當(dāng)風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速之后風(fēng)速繼續(xù)增大,則對發(fā)電功率的影響并不明顯。
　　(5)由海上

5、浮式風(fēng)機(jī)動態(tài)特性分析可知:平臺低階振型主要表現(xiàn)為整體振動形式,三浮筒浮式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)能夠有效避開海洋頻區(qū)對結(jié)構(gòu)造成的不利影響;高階振型表現(xiàn)為局部振動;塔架主要表現(xiàn)為擺動,上下振動,風(fēng)機(jī)塔架自振頻率和風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)頻率不會產(chǎn)生共振。
　　(6)三浮筒浮式風(fēng)機(jī)在風(fēng)速一定的條件下,波高的增大對平臺的穩(wěn)定性有較大的影響。在浮式風(fēng)機(jī)選址時應(yīng)選擇著重考慮波浪對結(jié)構(gòu)的影響;在波高一定的條件下,在浮式風(fēng)機(jī)正常工作的風(fēng)速范圍內(nèi),隨著風(fēng)速的增大,發(fā)電功率增