海上浮式风机在极端海况下的响应和优化研究
发布时间：2021-08-02 02:45
加快风电尤其是海上风电发展已成为推动我国社会能源转型、实现中华民族伟大复兴的重要保障。海上风电的发展有赖于针对海上特定环境设计的风机基础性能研究,开展浮式风机基础的水动力学研究对于开发水深超过50米以上的海上大功率风电开发意义重大。因此,研究海上浮式风机基础及其系泊结构在海洋动力环境尤其是极端波浪作用下的水动力特性,将对海上风电场的建设具有重要科学意义和实用价值。为此本文首先参考了国际电工协会关于OC4-Deep Cwind的具体参数和美国可再生能源实验室提出的NREL 5MW半潜式浮式风机基础的具体信息进行结构模型搭建,并基于水动力学的三维势流理论,运用Matlab和ANSYS-AQWA对风机平台开展水动力分析研究,得到不同环境下风机平台的RAO、附加质量、辐射阻尼等水动力系数,从而完成海上浮式风机平台的水动力数值模型搭建工作。其次,为了进一步考虑浮式风机在极端波浪作用下的安全性能,本文基于一种特殊的极端波浪——畸形波的生成理论,利用Matlab构建畸形波生成的数值模型,并通过ANSYS中的AQWA-Drift模块导入其波面时程曲线进行时域分析,考虑到浮式风机的垂荡响应对风机发电性能...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球海上风电年累计装机总量（2011-2018）（单位：GW）
第一章绪论3图1-22018年海上风电累计装机总量（单位：MW）自2010年6月我国第一个海上风电示范项目上海东海大桥3MW项目机组并网以来，在国家相关风电产业政策的驱动和相关联企业的共同努力下，我国风电行业逐年保持健康发展势头。国家能源局对十三五期间我国风电行业的发展提出了以下目标：要加快风电产业持续健康发展，保证全国风电累计装机总量要超过210GW，其中对海上风电装机容量也做了相应要求，要保证在2020年底实现5000MW的目标。国家发改委与国家海洋局对十三五期间我国海洋经济的发展也提出了新要求：要贯彻落实海洋强国战略，早日攻克海洋产业相关技术的难点重点[3]。据统计，风电装机制造商西门子歌美飒（SiemensGamesa）2018年新增海上风电装机容量达1.36GW，占全球新增海上风电装机容量的32%，位列第一；维斯塔斯（MHIVestas）位列第二，装机容量达1.29GW，占比30%。在相关政策的支持鼓励和行业技术人员的共同努力下，国内企业——上海电气、金凤科技、远景能源和明阳智慧能源表现优异，在榜单中位列第三至第六（见图1-3）。虽然和行业领先企业仍有不小差距，但相信在不久的将来，我国的风电企业能够实现产量和技术的双重超越。
华南理工大学硕士学位论文4图1-3全球各整机制造商2018年新增装机容量近年来，得益于国家的大力支持，我国海上风电发展迅速，但仍存在以下问题：（1）相关极端海洋环境数据不足；（2）面临各类技术的重点难点，缺乏自主解决能力；（3）发电成本高，目前主要依靠政策补贴。风电产业的发展周期较长，需要强有力的经济和技术支持，相信在相关产业人员的努力下，我国能早日突破技术瓶颈，降低风电成本，提高发电效益。1.3海上浮式风机基础的结构形式和研究进展随着海上风机安装处水深的增加，相应的海况、建造方法和安装方式也不一样，所以要针对不同水深选用不同的风机基础形式。相关文献显示，在水深30m以内的浅水区域，使用单桩式基础较为简便；当水深为30m-50m区间内时，使用导管架式基础和三桩式基础更符合相关的经济效益；而在水深大于50m的海域，采用浮式基础可以更好的兼顾经济效益和安全效益。1.3.1海上浮式风机基础的结构形式海上浮式风机基础的结构形式主要有三种：单桩式基础（Spar）、半潜式基础（Semi-Submersible）、张力腿式基础（TLP）。如图1-4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]半潜浮式风机基础设计方法[J]. 任重进,马东,王力群,胡海娟. 船海工程. 2020(01)
[2]绷紧式系泊浮式风机动力响应及系泊优化[J]. 陈映宇,张玉明,刘海笑. 中国海洋平台. 2019(06)
[3]海上风电发展现状及大规模接入对电网影响分析[J]. 邱剑洪,林寿南. 电工电气. 2019(12)
[4]海上风电发展趋势与国际标准化现状[J]. 冯书桓,王斌,田维珍. 船舶标准化工程师. 2019(06)
[5]一种新型Semi-Spar式海上风机平台系泊系统优化分析[J]. 李秋辰,陈兵,刘雅楠. 海洋技术学报. 2019(04)
[6]海上风机半潜型浮式基础水动力性能研究[J]. 范子谦,陈超核. 中国水运(下半月). 2019(03)
[7]垂荡板对漂浮式风力机水动力特性的研究[J]. 叶舟,张俊伟,周国龙,李春,丁勤卫. 太阳能学报. 2019(01)
[8]广东省海上风电产业发展形势分析[J]. 黄超,段晓峰,朱凌,郑艳,王涛. 海洋经济. 2018(06)
[9]垂荡板对浮式风力机平台动态响应的影响[J]. 余万,丁勤卫,李春,郝文星,周红杰,张凯. 动力工程学报. 2018(09)
[10]浮式风机在风浪联合作用下的动力响应分析[J]. 蔡恒,朱仁传,汪小佳,范菊. 哈尔滨工程大学学报. 2019(01)
博士论文
[1]畸形波生成、演化及内部结构研究[D]. 崔成.大连理工大学 2013
[2]深水畸形波的数值模拟研究[D]. 张运秋.大连理工大学 2008
[3]畸形波的生成及基本特性研究[D]. 裴玉国.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]风浪联合作用下新型半潜浮式风机全耦合数值分析[D]. 张礼贤.大连理工大学 2019
[2]考虑极端波浪的新型可阵列化波浪发电装置水动力优化研究[D]. 朱玲.华南理工大学 2019
[3]畸形波作用下固定式海上风机基础结构响应特性研究[D]. 林炅增.华南理工大学 2019
[4]三浮体风电平台浮式基础和塔架动力响应分析[D]. 杨海松.浙江海洋大学 2019
[5]半潜浮式风力机平台概念设计研究[D]. 胡超.哈尔滨工程大学 2018
[6]风浪联合作用下半潜式浮式风机结构响应及故障分析[D]. 郑侃.大连理工大学 2018
[7]畸形波对小尺度海工立柱式结构作用的数值模拟[D]. 刘师辉.华南理工大学 2018
[8]半潜式浮式风机系统流体动力性能研究[D]. 邹春玲.哈尔滨工程大学 2018
[9]潜式浮式风机耦合动力特性及系泊系统研究[D]. 李彦娥.天津大学 2018
[10]半潜-Spar混合式浮式基础的海上风机动力响应研究[D]. 韩袁昭.天津大学 2018
本文编号：3316732
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球海上风电年累计装机总量（2011-2018）（单位：GW）
第一章绪论3图1-22018年海上风电累计装机总量（单位：MW）自2010年6月我国第一个海上风电示范项目上海东海大桥3MW项目机组并网以来，在国家相关风电产业政策的驱动和相关联企业的共同努力下，我国风电行业逐年保持健康发展势头。国家能源局对十三五期间我国风电行业的发展提出了以下目标：要加快风电产业持续健康发展，保证全国风电累计装机总量要超过210GW，其中对海上风电装机容量也做了相应要求，要保证在2020年底实现5000MW的目标。国家发改委与国家海洋局对十三五期间我国海洋经济的发展也提出了新要求：要贯彻落实海洋强国战略，早日攻克海洋产业相关技术的难点重点[3]。据统计，风电装机制造商西门子歌美飒（SiemensGamesa）2018年新增海上风电装机容量达1.36GW，占全球新增海上风电装机容量的32%，位列第一；维斯塔斯（MHIVestas）位列第二，装机容量达1.29GW，占比30%。在相关政策的支持鼓励和行业技术人员的共同努力下，国内企业——上海电气、金凤科技、远景能源和明阳智慧能源表现优异，在榜单中位列第三至第六（见图1-3）。虽然和行业领先企业仍有不小差距，但相信在不久的将来，我国的风电企业能够实现产量和技术的双重超越。
华南理工大学硕士学位论文4图1-3全球各整机制造商2018年新增装机容量近年来，得益于国家的大力支持，我国海上风电发展迅速，但仍存在以下问题：（1）相关极端海洋环境数据不足；（2）面临各类技术的重点难点，缺乏自主解决能力；（3）发电成本高，目前主要依靠政策补贴。风电产业的发展周期较长，需要强有力的经济和技术支持，相信在相关产业人员的努力下，我国能早日突破技术瓶颈，降低风电成本，提高发电效益。1.3海上浮式风机基础的结构形式和研究进展随着海上风机安装处水深的增加，相应的海况、建造方法和安装方式也不一样，所以要针对不同水深选用不同的风机基础形式。相关文献显示，在水深30m以内的浅水区域，使用单桩式基础较为简便；当水深为30m-50m区间内时，使用导管架式基础和三桩式基础更符合相关的经济效益；而在水深大于50m的海域，采用浮式基础可以更好的兼顾经济效益和安全效益。1.3.1海上浮式风机基础的结构形式海上浮式风机基础的结构形式主要有三种：单桩式基础（Spar）、半潜式基础（Semi-Submersible）、张力腿式基础（TLP）。如图1-4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]半潜浮式风机基础设计方法[J]. 任重进,马东,王力群,胡海娟. 船海工程. 2020(01)
[2]绷紧式系泊浮式风机动力响应及系泊优化[J]. 陈映宇,张玉明,刘海笑. 中国海洋平台. 2019(06)
[3]海上风电发展现状及大规模接入对电网影响分析[J]. 邱剑洪,林寿南. 电工电气. 2019(12)
[4]海上风电发展趋势与国际标准化现状[J]. 冯书桓,王斌,田维珍. 船舶标准化工程师. 2019(06)
[5]一种新型Semi-Spar式海上风机平台系泊系统优化分析[J]. 李秋辰,陈兵,刘雅楠. 海洋技术学报. 2019(04)
[6]海上风机半潜型浮式基础水动力性能研究[J]. 范子谦,陈超核. 中国水运(下半月). 2019(03)
[7]垂荡板对漂浮式风力机水动力特性的研究[J]. 叶舟,张俊伟,周国龙,李春,丁勤卫. 太阳能学报. 2019(01)
[8]广东省海上风电产业发展形势分析[J]. 黄超,段晓峰,朱凌,郑艳,王涛. 海洋经济. 2018(06)
[9]垂荡板对浮式风力机平台动态响应的影响[J]. 余万,丁勤卫,李春,郝文星,周红杰,张凯. 动力工程学报. 2018(09)
[10]浮式风机在风浪联合作用下的动力响应分析[J]. 蔡恒,朱仁传,汪小佳,范菊. 哈尔滨工程大学学报. 2019(01)
博士论文
[1]畸形波生成、演化及内部结构研究[D]. 崔成.大连理工大学 2013
[2]深水畸形波的数值模拟研究[D]. 张运秋.大连理工大学 2008
[3]畸形波的生成及基本特性研究[D]. 裴玉国.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]风浪联合作用下新型半潜浮式风机全耦合数值分析[D]. 张礼贤.大连理工大学 2019
[2]考虑极端波浪的新型可阵列化波浪发电装置水动力优化研究[D]. 朱玲.华南理工大学 2019
[3]畸形波作用下固定式海上风机基础结构响应特性研究[D]. 林炅增.华南理工大学 2019
[4]三浮体风电平台浮式基础和塔架动力响应分析[D]. 杨海松.浙江海洋大学 2019
[5]半潜浮式风力机平台概念设计研究[D]. 胡超.哈尔滨工程大学 2018
[6]风浪联合作用下半潜式浮式风机结构响应及故障分析[D]. 郑侃.大连理工大学 2018
[7]畸形波对小尺度海工立柱式结构作用的数值模拟[D]. 刘师辉.华南理工大学 2018
[8]半潜式浮式风机系统流体动力性能研究[D]. 邹春玲.哈尔滨工程大学 2018
[9]潜式浮式风机耦合动力特性及系泊系统研究[D]. 李彦娥.天津大学 2018
[10]半潜-Spar混合式浮式基础的海上风机动力响应研究[D]. 韩袁昭.天津大学 2018
本文编号：3316732
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