三浮体风电平台浮式基础和塔架动力响应分析
发布时间：2020-07-22 23:19
【摘要】：21世纪以来的科技迅猛发展导致了能源的剧烈消耗,传统的化石能源的使用又伴随着大量的污染从而加速了环境的恶化。寻找清洁而高效的新型能源就成为各个国家的重要关注点。风能作为一种新型能源,具有储备量大、利用率高、技术发展成熟等特点。一般地,风力发电技术分为陆地风力发电和海上风力发电。相比陆地风电,海上风电起步较晚,技术难度大,但海上风能更加丰富和强大,因而更具研究价值,故本文选取海上风电作为研究对象,主要研究了海上风电浮式平台和塔架的问题。根据目前的主流研究模型,采用美国可再生能源实验室(NREL)的三浮体风机平台(OC4-DeepCwindSemi)为研究基础,对其公布的风机数据进行建模,并使用FAST软件进行时域模拟,计算分析了三浮体平台在规则波和不规则波中的时域动力响应特性。在此基础上,按照缩尺比制作了相应的测试模型并进行了水池试验,测得了模型的运动特性数据。最后,将数值模拟和水池试验结果进行比较,发现风速和波浪对于风机动力响应的影响变化趋势基本一致,验证研究具有一定合理性。本文的具体研究内容如下:(1)分析了浮式风力机的发展前景和类型,并选取三浮体风机平台为研究目标。(2)使用FAST软件进行时域模拟分析,分别分析了无风情况下、平均海风(8.7m/s)情况下、风机额定风速下(11.4m/s)和不规则波浪不同入射角度下的风机动力响应,得出了 54种工况下风机平台和塔架动力响应曲线,发现当海浪波长接近平台长度时,塔架振动位移最大;而塔架振动在波浪入射角为75°时较为剧烈,最大值可达2.93m。但整体上平台的动力响应受波浪入射角变化影响不明显。(3)以FAST软件模拟的三浮体风机平台为基础,按照1:30的比例制作水池测试模型,按照设计的54种试验工况开展水池试验研究。可以发现,在单独波浪作用下,塔架切向和塔架拍向的位移变化随着波长呈现减小趋势;在风浪联合作用下时,塔架受到风载荷影响,位移变化与波长成一种非线性关系,在考虑风载荷的影响后,风机动力响应有比较明显的随波长变化趋势。经数据结果对比,发现试验结果与数值模拟结果基本吻合,验证了设计的合理性。
【学位授予单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM614;P75
【图文】：
大范围的开阔平坦的地面用以安装风机，所以对于场地的要求比较严格，不利于大规逡逑模推广。海上风机对于场地的要求就比较容易，因为海面平整，没有高大的山脉丘陵逡逑阻挡，并且海风比陆地风速更大，持续时间更长，是风力发电的理想场地。欧美发达逡逑国家海洋意识强，以及具有先进的陆地风机技术，率先进入海洋领域并在海上风机方逡逑向取得一定的领先地位。逡逑资料显示，早在十九世纪末，丹麦人一一皮？拉库尔［５］第一次发明了可以使用的逡逑风力发电机，但是后来的１００年间世界对于风电技术的发展仍比较缓慢。直到１９７３逡逑年时，由于受到第四次中东战争的影响，国际原油价格短时间内急速增长％进而导逡逑致了一些西方发达国家的经济衰退，于是各国开始加大对风力发电技术的重视和研逡逑宄，并给予技术开发支持和政策支持，从而大大推进了风电技术的工业化发展。在上逡逑世纪卯年代初，丹麦建立了世界上第一个海上风力发电场温娜比（Ｖｉｎｄｅｂｙ）邋［７］，它逡逑由１１台４５０千瓦的风力发电机组成，总发电量达到了邋４．９５兆瓦，这也标志着风电技逡逑术正式投入工业化生产，为取代火力发电走出了重要的第一步。丹麦作为发电技术的逡逑老牌强国，截止到２０１５年，风电技术以占其总发电量的４５％，图１－１给出了丹麦近逡逑几年的风电发展趋势。逡逑
在建５个项目，容量达１．４吉瓦。根据资料，英国在２０１３年间，新增加的海上风机装逡逑机量达到了邋７５０兆瓦，风机的容量占据世界新X椃绲缱苋萘康模叮叮福ィ锏搅耸澜缱铄义细咚剑τ诓抵鞯嫉匚弧Ｍ迹保布次⒐Ｉ献畲蟮姆缌Ψ⒌绯。蹋铮睿洌铮铄澹粒颍颍幔ｅ义媳泵赖姆缁际醴⒄沟靡嬗诿拦图幽么螅淙黄鸩浇贤恚瞧窘枳琶拦岣诲义系暮０断咦试春途薮蟮牡缌π枨笠驳玫搅搜杆俜⒄埂Ｃ拦冢玻埃保赌昊ǚ迅叽铮常兑诿厘义显ㄉ柙擞吮泵赖谝桓龊Ｉ戏绲缦钅恳灰唬拢桑停祝郏保眩菹钅俊＝刂粒玻埃保纺辏对拢拦义显擞⒔ㄉ韬凸婊械暮Ｉ戏绲缦钅坑校玻父觯ぜ谱钪丈蠛恕⑴及沧暗姆绲缁殄义先萘课玻矗奔摺ｅ义显谘侵薜厍毡窘履茉醇际跏游浞⒄共豢扇鄙俚闹匾铰灾唬郏保保荨Ｔ冢玻埃保卞义夏辏毡靖５汉说缯痉⑸诵孤┦录贾氯毡久裰诙杂诤说缟枋┎艽蟮牡执デ殄义闲鳎虼巳毡窘履茉茨勘曜蛄寺躺尬廴镜奶裟芎头缒埽躺低蹲蔢棾ご镥义希玻常ィ锏搅隋澹福挂诿涝ｅ义贤迹保掣５焊∈椒缌Ψ⒌缁郏保保蒎瓮迹保雌∈胶Ｉ戏缁ㄓ冒沧按埃疲欤铮幔翦义希遥幔椋螅澹颉卞义希疲椋纾澹卞澹冲澹疲酰耄酰螅瑁椋恚徨澹疲欤铮幔簦椋睿珏澹祝椋睿溴澹裕酰颍猓椋睿邋危疲椋纾澹保村澹疲欤铮幔簦椋睿珏澹铮妫妫螅瑁铮颍邋澹鳎椋睿溴澹簦酰颍猓椋睿邋澹螅穑澹悖椋幔戾义希椋睿螅簦幔欤欤幔簦椋铮铄澹螅瑁椋疱澹ⅲ疲欤铮幔翦澹遥幔椋螅澹颉卞义先毡镜暮Ｉ戏绲缱试捶岣
本文编号：2766506
【学位授予单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM614;P75
【图文】：
大范围的开阔平坦的地面用以安装风机，所以对于场地的要求比较严格，不利于大规逡逑模推广。海上风机对于场地的要求就比较容易，因为海面平整，没有高大的山脉丘陵逡逑阻挡，并且海风比陆地风速更大，持续时间更长，是风力发电的理想场地。欧美发达逡逑国家海洋意识强，以及具有先进的陆地风机技术，率先进入海洋领域并在海上风机方逡逑向取得一定的领先地位。逡逑资料显示，早在十九世纪末，丹麦人一一皮？拉库尔［５］第一次发明了可以使用的逡逑风力发电机，但是后来的１００年间世界对于风电技术的发展仍比较缓慢。直到１９７３逡逑年时，由于受到第四次中东战争的影响，国际原油价格短时间内急速增长％进而导逡逑致了一些西方发达国家的经济衰退，于是各国开始加大对风力发电技术的重视和研逡逑宄，并给予技术开发支持和政策支持，从而大大推进了风电技术的工业化发展。在上逡逑世纪卯年代初，丹麦建立了世界上第一个海上风力发电场温娜比（Ｖｉｎｄｅｂｙ）邋［７］，它逡逑由１１台４５０千瓦的风力发电机组成，总发电量达到了邋４．９５兆瓦，这也标志着风电技逡逑术正式投入工业化生产，为取代火力发电走出了重要的第一步。丹麦作为发电技术的逡逑老牌强国，截止到２０１５年，风电技术以占其总发电量的４５％，图１－１给出了丹麦近逡逑几年的风电发展趋势。逡逑
在建５个项目，容量达１．４吉瓦。根据资料，英国在２０１３年间，新增加的海上风机装逡逑机量达到了邋７５０兆瓦，风机的容量占据世界新X椃绲缱苋萘康模叮叮福ィ锏搅耸澜缱铄义细咚剑τ诓抵鞯嫉匚弧Ｍ迹保布次⒐Ｉ献畲蟮姆缌Ψ⒌绯。蹋铮睿洌铮铄澹粒颍颍幔ｅ义媳泵赖姆缁际醴⒄沟靡嬗诿拦图幽么螅淙黄鸩浇贤恚瞧窘枳琶拦岣诲义系暮０断咦试春途薮蟮牡缌π枨笠驳玫搅搜杆俜⒄埂Ｃ拦冢玻埃保赌昊ǚ迅叽铮常兑诿厘义显ㄉ柙擞吮泵赖谝桓龊Ｉ戏绲缦钅恳灰唬拢桑停祝郏保眩菹钅俊＝刂粒玻埃保纺辏对拢拦义显擞⒔ㄉ韬凸婊械暮Ｉ戏绲缦钅坑校玻父觯ぜ谱钪丈蠛恕⑴及沧暗姆绲缁殄义先萘课玻矗奔摺ｅ义显谘侵薜厍毡窘履茉醇际跏游浞⒄共豢扇鄙俚闹匾铰灾唬郏保保荨Ｔ冢玻埃保卞义夏辏毡靖５汉说缯痉⑸诵孤┦录贾氯毡久裰诙杂诤说缟枋┎艽蟮牡执デ殄义闲鳎虼巳毡窘履茉茨勘曜蛄寺躺尬廴镜奶裟芎头缒埽躺低蹲蔢棾ご镥义希玻常ィ锏搅隋澹福挂诿涝ｅ义贤迹保掣５焊∈椒缌Ψ⒌缁郏保保蒎瓮迹保雌∈胶Ｉ戏缁ㄓ冒沧按埃疲欤铮幔翦义希遥幔椋螅澹颉卞义希疲椋纾澹卞澹冲澹疲酰耄酰螅瑁椋恚徨澹疲欤铮幔簦椋睿珏澹祝椋睿溴澹裕酰颍猓椋睿邋危疲椋纾澹保村澹疲欤铮幔簦椋睿珏澹铮妫妫螅瑁铮颍邋澹鳎椋睿溴澹簦酰颍猓椋睿邋澹螅穑澹悖椋幔戾义希椋睿螅簦幔欤欤幔簦椋铮铄澹螅瑁椋疱澹ⅲ疲欤铮幔翦澹遥幔椋螅澹颉卞义先毡镜暮Ｉ戏绲缱试捶岣
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