冰区海上风机支撑结构疲劳评估方法研究

发布时间：2020-04-24 14:48

【摘要】：海面宽广,障碍物少,风力大,有利于海上风力发电。海上风机长期遭受风、波浪、流、海冰等载荷的作用,容易发生疲劳破坏。高纬度海域冬季结冰,如渤海,波罗的海,此类海域海上风机冬季遭受冰载荷的作用,需考虑冰载荷对海上风机结构的影响。本文针对我国渤海海域的海上风机,分别建立风冰联合作用下海上风机支撑结构时域与频域疲劳评估方法。主要研究内容如下:(1)对目前渤海辽东湾海冰与风的资料进行整理分析,总结出冰区环境参数。海冰参数主要考虑冰速、冰厚、冰漂移方向以及冰压缩强度。风参数主要考虑风速。假设风速与冰速相互独立,风向与海冰漂移方向相同,冰参数之间相互独立,得到了风冰联合概率密度函数,并建立了疲劳工况。(2)以单桩海上风机为研究对象,进行风冰联合作用下海上风机结构时域疲劳分析。由FAST软件计算间歇挤压、频率锁定挤压、连续挤压三种不同冰失效模式冰载荷,FAST计算风载荷。分别计算风机在风、冰载荷单独与联合作用下结构的动力响应,并通过雨流计数法,计算结构的疲劳损伤。研究了不同冰失效模式对海上风机支撑结构疲劳损伤的贡献。(3)连续挤压冰载荷存在冰力谱,且连续挤压工况远多于间歇挤压与频率锁定挤压工况,风速也存在风速谱,因此可采用疲劳损伤组合与谱分析的方法进行疲劳评估。以全时域计算结果为准,对Tempel、DNV、Huang-Moan、Ma-Han疲劳损伤组合方法计算结果比较分析。频域内,使用线性系统在多载荷输入情况下最大主应力线性化理论,建立风冰载荷联合作用下海上风机支撑结构疲劳谱分析方法。以单桩和三桩海上风机为研究对象,验证疲劳损伤组合方法与谱分析方法对不同支撑结构形式海上风机的适用性与准确性。
【图文】：

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第 1 章绪论第 1 章绪论景及意义业革命以来，能源为生产力的发展提供了巨大的动力，人类的发展已经的支持。能源的大量使用(特别是化石能源)对环境造成了巨大的压力。从状来看，，风力发电无疑是最具有发展潜力的新能源之一。风力发电对环，基本不产生对环境有害的物质，属于清洁可再生能源。有着漫长的海岸线，近海风力资源丰富。周荣卫等利用数值模拟的方法资源状况进行了数值模拟[1]。如图 1 所示，我国近海风能资源最丰富的峡，而后逐渐向两侧递减。东海沿岸以及黄海中部、渤海辽东湾也有较资源。

风电场

建造地址为北海的 BARD Offshore 1 风电场于 2013 年 8 月正式启用。该风电场拥有 80 台风机，发电能力为 400MW。Greater Gabard 风电场建在英国萨福克以东23公里近海。该风电场拥有140台3.6MW风力发电机。图1.2(a)、(b)分别为LondonArray 风电场与 BARD Offshore 1 风电场。国外目前投入或者建设中的风电场如表 1.1所示。(a) LondonArray 风电场 (b) BARD Offshore 1 风电场图 1.2 国外海上风电场表 1.1 国外海上风电场概况风电场名称投资方规模LondonArrayE.ON、DONG Energy、Masdar、Caisse630MVGwyn y M rRWE Innogy、慕尼黑市政电力公司、西门子576MVGreater Gabbard SSE、RWE 500MVBARD Offshore 1 - 400MV备注：“-”表示缺乏资料。目前国内最大海上风电场为江苏省盐城市响水县近海风电场。风电场中心离岸距离为 10 公里，风电场水深在 8-12m。该风电场安装 37 台 4.0MV 和 3.0MV 风电机组，总装机容量为 202MV。我国目前在建或者已经投入使用的风电场还有南通如东县潮间带风电场、福建莆田平海湾海上风电场、广东珠海桂山海上风电场上海临港海上风电场等。图 1.3(a)、(b)分别为江苏如东潮间带风电场与上海东海大桥风电场。国内目前投入或者建设中的风电场如表 1.2 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK83;P75

【参考文献】