近年世界風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展迅猛,伴隨著陸地有限的優(yōu)質(zhì)風(fēng)場(chǎng)資源開(kāi)發(fā)殆盡,海上浮式風(fēng)力機(jī)正成為各國(guó)風(fēng)電的重點(diǎn)研究方向。浮式風(fēng)力機(jī)相較于陸地或近海的固定式基礎(chǔ)風(fēng)力機(jī)更加復(fù)雜,有著更高的技術(shù)要求,從概念的提出到實(shí)用必須經(jīng)過(guò)模型試驗(yàn)測(cè)試。本文討論解決浮式風(fēng)力機(jī)模型試驗(yàn)中的一項(xiàng)關(guān)鍵性難題:幾何相似模型葉輪的推力遠(yuǎn)小于相似理論要求的推力,導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確模擬風(fēng)力機(jī)推力及其響應(yīng)。本文研究的解決方法是重新設(shè)計(jì)一款與原型葉輪推力相似的模型葉片進(jìn)行模型試驗(yàn)。本文分析原型與模型葉片之間的尺度效應(yīng),討論了幾何相似模型葉輪推力過(guò)小的原因。模型葉片設(shè)計(jì)過(guò)程從選定設(shè)計(jì)翼型開(kāi)始,根據(jù)模型試驗(yàn)的縮尺比,評(píng)估模型葉片工作的雷諾數(shù)環(huán)境,利用2D RANS方法計(jì)算翼型升阻力系數(shù),并與翼型風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了數(shù)據(jù)的可靠性。本文采用BEM理論和GDW理論進(jìn)行模型葉片的載荷計(jì)算,以模型葉片幾何參數(shù)作為自變量,利用FAST對(duì)兩種理論的代碼實(shí)現(xiàn),在MATLAB中通過(guò)模式搜索法工具包搜索變量,直至達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。最后得到分別使用兩種理論設(shè)計(jì)出來(lái)的兩套模型葉片。利用CFD對(duì)兩套葉片進(jìn)行建模計(jì)算,結(jié)果顯示這兩套葉片均表現(xiàn)出色。通過(guò)模型葉片在不同槳距角下推力系數(shù)曲線圖譜,確定各試驗(yàn)工況模型葉片的槳距角,保證原型葉輪和模型葉輪推力系數(shù)相同。本文的浮式風(fēng)力機(jī)模型試驗(yàn)葉片設(shè)計(jì)方法可以大幅提升模型葉片性能,滿足試驗(yàn)要求,具有很強(qiáng)的實(shí)用性,對(duì)相關(guān)風(fēng)力機(jī)模型試驗(yàn)研究者有很大參考指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM315
【部分圖文】：

圖 1-1 全球風(fēng)電裝機(jī)累計(jì)容量Figure 1-1 Global wind power installed capacity此外，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，風(fēng)力機(jī)發(fā)電技術(shù)正不斷成熟，其發(fā)電成本也在不根據(jù)英國(guó) FCBI 能源公司最新報(bào)道，北美風(fēng)力發(fā)電的平準(zhǔn)價(jià)格在 2017 年%，根據(jù)區(qū)域不同價(jià)格在 30 至 60 美元每千千瓦時(shí)之間[6]，甚至已經(jīng)低于能源發(fā)電的成本，如圖 1-2 所示。

圖 1-1 全球風(fēng)電裝機(jī)累計(jì)容量Figure 1-1 Global wind power installed capacity此外，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，風(fēng)力機(jī)發(fā)電技術(shù)正不斷成熟，其發(fā)電成本也在不斷降低。根據(jù)英國(guó) FCBI 能源公司最新報(bào)道，北美風(fēng)力發(fā)電的平準(zhǔn)價(jià)格在 2017 年下降了 6%，根據(jù)區(qū)域不同價(jià)格在 30 至 60 美元每千千瓦時(shí)之間[6]，甚至已經(jīng)低于各種傳統(tǒng)能源發(fā)電的成本，如圖 1-2 所示。

Figure 1-2 Levelized cost comparison of several plant type我國(guó)政府同樣重視風(fēng)電的發(fā)展，尤其是在近年來(lái)減少煤炭消費(fèi)呼聲高漲染十分嚴(yán)重的情況下，利用清潔能源發(fā)電很大程度上緩解了火力發(fā)電的國(guó)《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016—2020）》中明確提出，到 2020 年在總發(fā)電結(jié)構(gòu)中限制在 11 億千瓦以下，而風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量則要確.1 億千瓦以上，其中海上風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)達(dá)到 500 萬(wàn)千瓦以上，新增容量增容量的 57%，風(fēng)電發(fā)電量占總發(fā)電量的 6%。和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我電占總能源消耗比例仍然過(guò)小，在將后來(lái)一段時(shí)間里風(fēng)力發(fā)電仍會(huì)保持的態(tài)勢(shì)。圖 1-3 顯示的是近年來(lái)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電入網(wǎng)的電量增長(zhǎng)情況和占全國(guó)總發(fā)例情況。中國(guó)風(fēng)電占總發(fā)電量的占比逐年增加，其中在 2016年達(dá)到了 4.為我國(guó)的第一大新能源發(fā)電種類[7]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 祝志文;;高Re數(shù)圓柱繞流二維RANS模擬適用性分析[J];振動(dòng)與沖擊;2013年07期

2 傅質(zhì)馨;袁越;;海上風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J];電力系統(tǒng)自動(dòng)化;2012年21期

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4 張亮;吳海濤;荊豐梅;崔琳;;海上漂浮式風(fēng)力機(jī)研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J];海洋技術(shù);2010年04期

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6 黃維平;劉建軍;趙戰(zhàn)華;;海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J];海洋工程;2009年02期

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1 杜煒康;浮式海上風(fēng)力機(jī)試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿~片優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能研究[D];上海交通大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2822141