【摘要】：風(fēng)能作為一種可再生的清潔能源,在國(guó)家能源戰(zhàn)略中的地位越來越重要,而深海風(fēng)能蘊(yùn)藏風(fēng)能更為豐富和優(yōu)質(zhì),因此,研究海上浮式風(fēng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)于提高風(fēng)能利用具有很重要的意義。 本文首先綜述了國(guó)內(nèi)外對(duì)于海上風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)的研究進(jìn)展,介紹了海上風(fēng)機(jī)海洋環(huán)境載荷計(jì)算的理論,以美國(guó)可再生能源研究所(NREL)的海上5MW風(fēng)機(jī)為模型,綜合駁船和Spar平臺(tái)的特點(diǎn),概念性地設(shè)計(jì)了一種海上風(fēng)機(jī)Spar型浮式基礎(chǔ)。 考慮粘性阻尼矩陣和系泊系統(tǒng)回復(fù)剛度矩陣,建立風(fēng)機(jī)和基礎(chǔ)的整體模型,在頻域范圍內(nèi)研究了波浪入射角、水深等因素對(duì)浮式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響�？紤]風(fēng)機(jī)與基礎(chǔ)的整體模型、系泊系統(tǒng)與基礎(chǔ)之間的耦合作用,研究了Spar浮式基礎(chǔ)在規(guī)則波中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng),分別分析了系泊系統(tǒng)回復(fù)力和波面升高對(duì)垂蕩和縱搖耦合運(yùn)動(dòng)的影響。在風(fēng)、浪、流的聯(lián)合作用下,編程計(jì)算了不同風(fēng)速下葉片和塔柱的氣動(dòng)彈性載荷,建立風(fēng)機(jī)、基礎(chǔ)與系泊系統(tǒng)的整體模型,考慮系泊系統(tǒng)與基礎(chǔ)之間的耦合作用,利用DeepC軟件對(duì)海上風(fēng)機(jī)整體模型進(jìn)行了時(shí)域分析。 得到以下結(jié)論:(1)波浪入射角對(duì)縱搖和縱蕩自由度的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)影響較大,水深對(duì)縱蕩自由度的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)影響十分明顯,該Spar型浮式基礎(chǔ)更適用于深水。(2)在規(guī)則波中,波面升高對(duì)垂蕩為主共振時(shí)的垂蕩運(yùn)動(dòng)響應(yīng)影響很大,而系泊系統(tǒng)的回復(fù)力作用能有效地避免內(nèi)共振現(xiàn)象的發(fā)生。(3)在風(fēng)速達(dá)到切出風(fēng)速25m/s之前,風(fēng)機(jī)在有義波高小于5m的海況1、海況2和海況3中運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值較小,能滿足發(fā)電的條件,而在有義波高大于5m時(shí),由于運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值均過大,應(yīng)該停止發(fā)電。因此,本文設(shè)計(jì)的Spar型風(fēng)電浮式基礎(chǔ)具有一定實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：P752
【圖文】：

圖 1-1 海上風(fēng)能分布圖 以上的深水區(qū)域，海上風(fēng)電還具有以下特點(diǎn)：（1）本消除電磁波、噪聲等對(duì)居民的影響，減少噪音和，面臨浮冰、臺(tái)風(fēng)等海上自然條件，對(duì)海上風(fēng)機(jī)系統(tǒng)時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行也是巨大的考驗(yàn)。（3）傳統(tǒng)的固定式導(dǎo)管架基礎(chǔ)等）的成本隨水深的增加成本急劇上升，浮式基礎(chǔ)支撐大型的海上風(fēng)機(jī)[2]。究 60m 以上水深的海上風(fēng)電的技術(shù)，對(duì)于未來的深重要的意義。本文的內(nèi)容基于 60m 以上水深的海上式支撐基礎(chǔ)，研究 Spar 型浮式基礎(chǔ)在海上特定環(huán)境風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的發(fā)展上風(fēng)機(jī)一般安裝在水深 30 米以下的沿岸淺水海域，

圖 1-2 海上風(fēng)機(jī)固定式基礎(chǔ)海上風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)與固定式基礎(chǔ)比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）浮式基礎(chǔ)安裝在 30 米到數(shù)百米的海域，可采用 5MW 乃至 10MW 的大風(fēng)機(jī)，提高風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量；（2）固定式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)底部彎矩和傾覆力矩很大，隨水深增加塔柱直徑增加很快，錨固困難；浮式基礎(chǔ)幾乎不存在海底彎矩，可以降低基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的造價(jià)；（3）風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)錨泊定位，便于拆除，可以遷移安裝在風(fēng)能更豐富的較深海域，不一定局限在面積有限的淺水大陸架；（4）采用集成結(jié)構(gòu)，不需要對(duì)每個(gè)工程項(xiàng)目重新設(shè)計(jì)塔柱和基礎(chǔ)的連接，這種結(jié)構(gòu)形式也便于安裝，可以簡(jiǎn)化海上安裝程序。目前海上風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)的研究尚處于初步階段，浮式基礎(chǔ)主要借鑒深海石油開采平臺(tái)。海上風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式主要分為：Spar 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，TLP 結(jié)構(gòu)和半潛式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)等幾種型式，目前均屬于概念方案，也有其它比較新穎的浮式基礎(chǔ)出現(xiàn)[4]。圖 1-3 所示為風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)型式，從左至右依次為 Spar 型、TLP 型和半潛式基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2732265