深海浮式風機支撐結構的初步設計和關鍵技術研究.pdf

1、深海蘊含豐富的風能,海上風力發(fā)電為人類提供了大量可再生清潔能源。目前,海上風電從淺海的樁柱型向深海的浮式發(fā)展是必然趨勢。深海的漂浮式風電已成為國外研究的熱點領域,但在我國尚處于起步階段。對海上浮式風力發(fā)電機而言,浮式支撐結構比較重要,但由于缺乏成熟的設計標準和分析軟件,國內的研究大多停留在近海區(qū)域的傳統(tǒng)固定結構形式。因此,急需開展深海浮式風機支撐結構關鍵技術研究。
　　本文參照IEC風機相關設計規(guī)范,采用風機正向設計專業(yè)解決軟件S

2、AMCEF for Wind Turbine,首先對安裝在Stevenson地區(qū)某海域的浮式風機支撐結構進行初步概念設計;然后建立深海浮式風機一體化柔性多體動力學有限元仿真模型,基于空氣動力學葉素理論和Morison波浪理論對風,浪聯(lián)合作用下深海浮式風機支撐結構的關鍵技術進行研究。本文重點研究內容及相關結論如下:
　　(1)基于風力發(fā)電機組設計標準IEC61400-1中規(guī)定的風況和海上風力發(fā)電機組設計標準IEC61400-3規(guī)定的

3、海洋環(huán)境載荷,對風機設計的環(huán)境載荷標準和環(huán)境載荷工況進行選取;然后對三浮筒浮式風機的支撐結構進行初步概念設計,并給出了其設計要點。
　　(2)經(jīng)過計算和分析,三浮筒浮式風機支撐結構在IEC典型標準工況下,即在正常工作狀態(tài)和50年一遇的風浪極端載荷條件下能保持穩(wěn)定不傾覆和安全正常地進行發(fā)電工作;并且風機浮式支撐關鍵結構的強度符合要求,錨鏈設計也符合相關規(guī)范要求。
　　(3)通過比較浮式風機在正常工作狀態(tài)下和在50年一遇、風機停

4、機狀態(tài)下的計算結果可知:浮式風機在正常工作狀態(tài)下的整體位移和關鍵節(jié)點應力均高于50年一遇、風機停機時的狀態(tài)。以上結果可以說明風載荷對風機支撐結構在正常工作狀態(tài)時的影響是非常重要的,在浮式風力發(fā)電機的設計計算中是不能忽視的。
　　(4)通過分析三浮筒浮式風機發(fā)電功率曲線可知:風速在達到額定風速之前,風速增大時,浮式風力發(fā)電機的發(fā)電功率大幅地增加;當風速達到額定風速之后風速繼續(xù)增大,則對發(fā)電功率的影響并不明顯。
　　(5)由海上

5、浮式風機動態(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,三浮筒浮式風機結構能夠有效避開海洋頻區(qū)對結構造成的不利影響;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,風機塔架自振頻率和風機葉片旋轉頻率不會產(chǎn)生共振。
　　(6)三浮筒浮式風機在風速一定的條件下,波高的增大對平臺的穩(wěn)定性有較大的影響。在浮式風機選址時應選擇著重考慮波浪對結構的影響;在波高一定的條件下,在浮式風機正常工作的風速范圍內,隨著風速的增大,發(fā)電功率增