半潜式海上漂浮式风力机气-水动全耦合分析

针对传统水动力学求解软件与其他数值分析代码不能充分考虑叶片气动载荷分布、涡尾迹结构以及风波耦合效应。通过STAR-CCM+中具有叠加运动和悬链线系泊求解器的动态流动相互作用模块建立一套气动-水动-系泊完全耦合动力学方法,开发较为可靠的漂浮式风力机数值模型。通过分析平台自由衰减曲线、6自由度响应以及风轮气动性能验证了所提耦合模型的可靠性;三维可视化流场分析表明,漂浮式风力机在波浪载荷作用下产生6自由度运动,叶片表面与涡管产生的脱落涡与塔架、机舱后方尾涡相互作用,加剧流场复杂性。结果可为漂浮式风力机流场优化与设计提供一定理论参考。

海上漂浮式光伏电站中光伏组件性能影响因素分析及解决策略

阐述了海上漂浮式光伏发电的应用现状,并分析了影响海上漂浮式光伏发电中光伏组件性能的因素,对未来海上漂浮式光伏发电的发展前景和研究方向进行了预测。分析结果显示:盐雾和海水的侵蚀、高紫外线辐射、高湿度等均会导致光伏组件出现腐蚀、老化和性能降低的情况。针对这些问题,需要在光伏组件材料选择、光伏组件检查和维护、先进的监测和控制技术方面加以关注。未来,海洋漂浮式光伏发电技术将面临新材料开发、技术革新和环保型解决方案等方面的研究需求。面对海洋漂浮式光伏发电领域的挑战需要政府、企业和研究机构的合作与创新,以推动其可持续发展。

波浪作用对海上漂浮式光伏光照辐射能的影响

海上漂浮式光伏是应对光伏开发与土地资源之间矛盾的有效方式,但在波浪作用下,漂浮式海上光伏结构的光伏板将时刻随波浪摇动,使得光伏板的对日角度不断变化,这将对光伏板的发电量具有较大影响。本文推导了光伏板在规则波作用下光照辐射能计算公式,总结提出了“时均倾角”概念,并通过地处渤海湾的算例,计算了同纬度规则波下不同光伏板倾角的海上光伏与最佳光伏板倾角的陆地光伏之间所受辐照能的效率比。根据计算结果,发现不同倾角的光伏板所受辐射能受波浪影响的规律基本一致,都随时均倾角增大而减小,并给出了算例光伏板运动幅值的建议标准,为海上光伏浮体结构研发提供了水动力响应的设计参考边界。

薄膜型海上漂浮式光伏技术现状及展望

[目的]海上漂浮式光伏的研究开发顺应国家能源战略发展的需要,迎合行业发展科技引领的背景,助力新兴经济产业链的开拓。为了深入探索海上漂浮式光伏系统的主要组成和核心技术,为我国发展海上漂浮式光伏提供理论依据。[方法]文章基于国内外关于海上漂浮式光伏的现有研究,提炼出柔性光伏的相关建设技术,验证了海上漂浮式光伏开发的商业可行性,介绍了大型海上漂浮式光伏(LOFPV)系统的配置组成并就柔性膜结构、系泊系统的水动力设计理论和方法依据进行了阐述,展示了海上漂浮式光伏的典型工程实践。[结果]海上柔性薄膜型漂浮式光伏具备轻质化、小型化、高换电效率、配置灵活等诸多优势,此外,膜结构可折叠,运输方便,安装便捷,整体结构无复杂衔接器,系统可靠性高,运维方便,文章的相关成果将对我国的海上漂浮式光伏技术发展具有较高借鉴价值。[结论]文章说明了柔性膜结构漂浮式光伏建造技术的功能性和可靠性,该结构型式未来必将是海上漂浮式光伏的重要应用型式。

海上漂浮式风机气动阻尼效应全耦合数值分析

海上漂浮式风机的风轮气动阻尼效应对基础运动有重要影响。建立了基于气动-水动-弹性-伺服的全耦合漂浮式风机数值模型,通过自由衰减动态模拟,利用轮毂单一自由度运动模型评估漂浮式风机的纵摇阻尼水平范围;根据初步评估的纵摇阻尼水平,设置风浪联合工况矩阵对漂浮式风机进行气动阻尼的动态评估。结果表明,动态工况下的漂浮式风机气动阻尼效应与简单评估模型中通过闭环方法计算获得的阻尼曲线变化趋势保持一致;气动阻尼效应对纵摇运动功率谱密度(PSD)曲线影响不显著,能够减缓纵摇运动幅度;与纵摇运动耦合的纵荡固有频率PSD峰值显著体现气动阻尼效应;相同波浪工况下,气动阻尼效应抑制浮体纵摇运动平均值,纵摇PSD曲线及极值统计结果也得出相似结论;小于额定风速时,气动阻尼效应减小纵摇角极大值与平均值之差;高于额定风速时,气动阻尼效应减小浮体纵摇幅值。研究结果为海上漂浮式风机气动阻尼效应评估提供了参考。

海上漂浮式风机变桨距控制策略研究

海上漂浮式风机服役环境复杂,为了在风浪载荷的联合作用下减少漂浮式风机的发电功率以及风轮转速的波动。在FAST基础控制的基础上提出了将分数阶比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)变桨控制,来抑制风、浪载荷的影响。以美国可再生能源实验室的5 MW的OC4海上漂浮式风机为研究对象,首先建立了基于分数阶PID变桨距控制的漂浮式风机的动力学模型,结合遗传算法对控制的参数进行寻优,来提高系统的控制效果。使用了FAST与SIMULINK联合仿真,研究其对发电功率和风轮转速以及平台6自由度运动的影响,并且对变桨以后平台6自由度的运动进行了建模与分析研究。结果表明,与FAST基础PID控制器相比,基于遗传算法寻优的分数阶PID控制器具有更高的控制精度,有效降低输出功率和风轮转速的波动,而且会对6自由度的运动产生影响。

海上漂浮式风力机变桨距减载控制研究

海上漂浮式风力机在受到风浪载荷作用,会引起漂浮式海上风机的叶尖位移和平台运动,造成载荷变化,使得风机的稳定性变差。为减小风机受到的载荷影响,基于Coleman坐标变化,提出一种基于模糊PID算法独立变桨距控制策略,利用模糊控制器对PID参数进行在线整定。通过FAST与Matlab/Simulink联合仿真,结果表明:提出的基于模糊PID独立变桨距控制技术有效减小了由漂浮式平台的晃动引起的载荷,提高了平台稳定性;对由叶片摆动引起的载荷有一定的减载作用;同时降低了漂浮式海上风力机塔基载荷,提高了风机的稳定性。

南港冰期海上漂浮式光伏技术试验研究

海上漂浮式光伏在北方冬季面临被海冰破坏的危险,冰期海洋环境对漂浮式光伏的影响尚处于研究初级阶段,因此非常有必要开展相关研究。为了有效防冰与抗冰,本文从水动力、波浪冲击性、支架稳定性、海水腐蚀、锚固方式等方面入手,首先对光伏方阵总环境载荷进行计算与仿真,然后对集装箱式漂浮防波堤、浮体方阵结构、支架、配件材料及锚固系统等进行优化设计,最后在潮汐变化显著的天津南港近海水域进行了冰期试验。试验数据与结果表明:浮式防波堤能有效阻挡围堰外海冰,消浪效果达到设计要求;塑料螺栓不仅可以有效避免因潮汐产生的浮体松动,而且能抵抗来自高盐高雾环境的腐蚀;设计的锚固系统能有效固定光伏方阵,使其漂移在可控范围内。本文研究成果为优化北方冰期海上光伏技术方案提供了试验依据与理论支持。

分布式海上漂浮光伏波浪水动力特性

为了加快发展非化石能源建设,坚持集中式和分布式并举,发展分布式海上漂浮光伏成为重中之重。基于DualSPHysics开源程序建立了中尺度无反射数值波浪水槽,并结合系泊浮箱运动状态和系泊线张力实验结果,验证了波浪水槽模型的可靠性。以分布式海上漂浮光伏为研究对象建立原尺寸模型,波浪传播方向上10个光伏板为1排,分析了单排光伏系统与多排光伏系统在5 m水深和多种波浪要素的波浪作用下光伏系统结构的整体受力和运动响应,以及4根系泊线的张力变化规律。结果表明,单排光伏系统4根系泊线的张力周期性同步变化,与波高存在非常好的线性关系,在保证单一浮体极限受力条件下推出的极限波高为1.63 m。对多排光伏系统运动规律和系泊线张力进行综合分析,得出多排光伏系统阵列的长宽比应小于3.0。

海上漂浮式风力机研究进展及发展趋势

介绍海上漂浮式风力机概念及其发展,列出了浮式结构的分类以及所面临的挑战,重点论述了目前世界上漂浮式风力机研究现状,给出了目前漂浮式风力机的发展趋势,并对其在我国的适用性做了简要分析。

通用担架海上漂浮附加装置的研制

针对未来海上作战的要求,设计研制一种使用方便、造价低、质量轻、携带方便、舒适、适用于各种后送平台等特点的通用担架海上漂浮附加装置。并对该装置从漂浮性、抗风浪性进行了相关的力学分析。

海上漂浮式风力机支撑结构疲劳寿命研究

根据统计资料,得到IEC规范要求的目标海域各工况的风浪联合概率分布参数;首先对支撑结构进行总体强度分析,得到疲劳热点位于塔架与浮体连接处;然后对风力机整体结构进行耦合动力分析,计算得到疲劳热点在风浪联合作用下的载荷时间历程;最后基于S-N曲线、雨流计数法及Miner线性累积损伤理论计算结构在各工况下的疲劳损伤,估算出支撑结构的疲劳寿命。结果表明,支撑结构疲劳寿命满足规范要求。

海上漂浮式风力机结构振动的主动控制

为实现海上漂浮式风力机结构振动的主动控制,文中通过分析风轮及塔架所受风载荷和漂浮平台所受波浪载荷,建立气动-水动-结构耦合的风力机动力学分析模型.在非规则海浪工况下,建立风波联合作用的AMD控制系统运动方程.研究结果表明:利用最优二次型控制算法,实现了以最小能量消耗来对风力机纵荡位移振动的智能控制.对5 MW漂浮式风力机进行数值模拟,在额定载荷和极限载荷时机舱及塔架振动的最大位移振幅均减小了33%.

海上漂浮式综合发电平台设计

针对海岛区域的孤立性、海上环境的复杂恶劣性以及波浪发电的不稳定性,结合风能、太阳能、潮汐能及波浪能发电的特征,提出一种新型的海上漂浮式综合发电平台,该平台可以综合利用风电、太阳能、潮汐能、波浪能等能源,同时还可以为海岛提供大型养殖网箱。

海上漂浮式风机支撑结构疲劳强度分析研究综述

海上风力发电具有广阔的应用前景,因此有必要大力发展海上风机项目。海上风电是未来重要的可持续能源,国内外对于海上风电机组以及支撑结构的疲劳寿命进行了广泛和深入的研究,海上漂浮式风机支撑结构疲劳寿命问题开始引起国内外的关注,并成为海上风机研究的重点内容之一。

海上漂浮输油软管收放绞车的液压系统设计

海上漂浮输油软管收放绞车用于铺设和撤收直径 15 0mm、长 15 0 0m的海上漂浮输油软管 ,软管收放绞车采用液压驱动。通过分析软管收放绞车的工作负载特性和功能要求 ,设计了压力 流量控制变量泵与精密节流阀相结合的液压调速控制系统 ,通过海上实际软管收放作业验证 ,该系统具有高效节能、精确调速的功能。

自适应模糊控制在抑制海上漂浮式风力机振动响应中的应用

海上漂浮式风力机是一个复杂的刚-柔耦合非线性系统,难以建立其精确的动力学模型,无法利用常规控制方式提高风力机的抗风浪干扰能力。为解决此问题,采用自适应模糊控制器(AFC)抑制漂浮式风力机的动力响应。引入2个修正因子对模糊规则进行优选,得到了传统模糊控制器(FC);为应对漂浮式风力机工作过程中平衡位置变化和结构参数摄动情况,在FC基础上增加了自适应模块,设计了一种AFC,并对其有效性进行了验证;在随机风浪扰动和叶片桨距控制系统耦合作用下,研究了不同控制策略对海上漂浮式风力机振动响应的抑制效果。仿真结果表明,目标值改变时,AFC对目标值的跟踪能力明显优于FC;随机风浪扰动作用下,相对于被动控制策略,AFC对平台俯仰(PFPI)运动功率谱密度(PSD)峰值的抑制效果可提高39%。

海上漂浮式输油管线内部流体流速引起管线变形的研究

通过对海上漂浮式输油管线进行受力分析,建立其内部流体流速变化对管线作用的数学模型。利用ADINA软件,采用流固耦合方法,对DN100野战输油管线进行了分析,研究了管线的变形情况,并将其与理论计算结果进行了比较,验证了该模型的可行性。

波浪载荷作用下海上漂浮式管线变形研究

通过对海上漂浮式输油管线进行受力分析,建立波浪对管线作用的数学模型。利用ADINA软件,建立有限元模型,对DN100野战输油管线进行了分析,研究了管线不同跨度情况下的变形情况,并将其与理论计算结果进行了比较,验证了该模型的可行性。