基于多目标灰狼算法的漂浮式风电机组浮台内TMD参数优化

针对漂浮式风电机组浮台内调谐质量阻尼器(TMD)参数调优的问题,以5 MW Barge型漂浮式风电机组为研究对象,采用多目标灰狼算法(MOGWO)优化TMD参数配置。首先,基于欧拉-拉格朗日方程建立浮台内含TMD的漂浮式风电机组动力学模型,采用Levenberg-Marquardt(LM)法进行模型未知参数辨识;其次,同时考虑塔顶和塔基控制目标,采用MOGWO算法优化TMD的刚度和阻尼参数;最后,在不同工况下进行仿真分析。结果表明:相对于传统的单目标优化算法,使用MOGWO算法参数优化后的TMD对风电机组具有更好的振动抑制效果。

漂浮式风电基础顶法兰陆地安装焊接工艺研究

我国深远海风能资源丰富,以深远海风电开发为代表的新能源技术是我国实现碳达峰碳中和的关键手段。漂浮式风电是深远海风电开发的一种重要载体,具有广阔的发展前景,其中,基础顶法兰的安装是漂浮式风电项目中的关键环节。文中重点研究了顶法兰的陆地安装焊接工艺,对保障工程的顺利实施提供了支持。

漂浮式风电技术现状及中国深远海风电开发前景展望

随着海上风电高速发展及近海场址资源趋紧,适用于深远海域风资源利用的海上漂浮式风电成为中国海上风电未来发展方向。本文介绍国外和国内漂浮式风电发展历程与现状,详细阐述了漂浮式风电从样机示范、小型漂浮式风电场到大规模商业化开发的发展路径,分析不同漂浮式风电基础概念及其特点。剖析了中国漂浮式风电本土化发展所需要面临的技术挑战,主要包括大容量漂浮式风力发电机组、低成本漂浮式风电基础平台、新型系泊系统国产化研制、动态缆系统研制、高效建造安装施工模式和智慧运维安全保障等。针对中国独有的海洋环境、港口码头状况和风电产业链情况,提出了海上漂浮式风电研究方向和发展建议:研发设计适用于中国深远海抗台型大容量漂浮式风电,突破漂浮式风电降本平价发展瓶颈;考虑高效集约用海布局,规模化发展漂浮式风电场;强健漂浮式风电产业完整供应链,推进核心部件和设备国产化进程;创新“海上风电+”新模式新路径,探索海上风电与油气田多能互补融合发展。本文研究对海上漂浮式风电平价商业化开发和扩展海洋能源利用空间具有重要意义。

系泊连接装置发展现状及其在漂浮式风电中的应用

连接装置是海洋浮体系泊系统的重要组成部分,用于不同系泊组件之间以及系泊系统与浮体的连接。近几年,漂浮式风电发展迅猛,全球报道了多个示范项目,成规模的风场建设已见规划。要实现商业化,就必须进一步控制项目成本,而系泊系统作为漂浮式风电的重要组成部分,驱需通过技术创新实现降本增效。在海工行业,各种系泊连接装置已经过多年应用和验证,在系泊连接、安装、维护、更换等方面相对成熟。针对漂浮式风电应用场景,开展系泊系统优化设计,优化配置各种系泊连接装置,并在此基础上开发新的连接组件,进而提升漂浮式风电的系泊设计、制造和安装能力,从而实现风电成本有效控制。

漂浮式风电开发技术研究

针对全球能源需求的增加,通过总结漂浮式风电技术发展现状及面临的挑战,并对关键技术及其安全性进行了分析,找出了该项技术在能源开发方面的潜力及其应用。通过对漂浮式风电系统结构安全性,运行环境安全性以及实践应用案例进行深入研究,提出了改善系统安全性的一些措施和方法。同时讨论了漂浮式风电技术在技术创新,产业化发展以及国际合作等方面的未来趋势,以期对漂浮式风电可持续发展起到理论支持与实践指导作用。

漂浮式风电发展趋势综述

随着漂浮式风电商业化进程的加快,漂浮式风电的技术发展从最初的导入期逐渐过渡到创新发展期。围绕漂浮式风电产业链的主要环节,以降本增效为导向,阐述漂浮式风电的发展趋势,综合分析漂浮式风电发展面临的挑战与机遇。

深远海漂浮式风电技术发展现状与思考

切实推进深远海资源开发是全面建设海洋强国的必然要求。随着“双碳”目标的提出,我国深远海资源开发肩负起绿色能源转型的历史使命。深远海漂浮式风电作为海洋绿色能源开发的重要组成部分,在欧洲已经逐步取代传统化石能源,相关技术和产业链优势明显。由于海洋环境条件特征和发展模式存在差异,我国深远海漂浮式风电开发无法照搬国外开发模式,需结合我国国情与现有工业基础,发展具有中国特色的深远海漂浮式风电技术体系。文章回顾我国海洋能源开发历程,结合我国深水油气工程技术发展,在分析国内外漂浮式风电发展现状和前景的基础上,提出我国深远海漂浮式风电发展面临的挑战。最后,针对国内漂浮式风电在大型化、轻量化、高端化、智能化发展趋势下需要解决的科学技术问题,给出国内漂浮式风电发展建议。

漂浮式风电开发技术研究综述

中国深远海海上风电资源储量巨大,是未来海上风电高质量发展的重要领域。漂浮式海上风电是深远海风电开发的主要形式之一,市场空间广阔,对实现“碳达峰、碳中和”具有重要意义。从漂浮式风电总体现状、漂浮式基础、机组容量、传动系统和外输方案等5个领域归纳总结我国漂浮式海上风电关键技术发展的趋势;针对目前我国海上风资源、台风条件等现状,给出潜在漂浮式风电场址并对其进行分析;提出促进我国海上风电产业健康有序发展的对策与建议,以期为相关从业人员提供参考。

漂浮式风电平台锚链检测机器人动力学仿真

提出一种新型锚链检测机器人用来检查海上漂浮式风电平台系泊锚链。与传统水下机器人相比,该机器人作业时沿锚链进行爬行作业。针对该新型锚链检测机器人,采用ADAMS软件对机器人沿锚链行进运动进行仿真分析。在此基础上,对机器人在锚链以45°和60°两种倾斜状态下的越障能力开展研究。结果表明,该锚链检测机器人在移动过程中运行平稳,符合结构设计要求,同时也为优化机器人结构提供重要数据。

海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析

以海上大型漂浮式风电机组三浮桶式支撑结构为对象,考虑风波联合作用,借助叶素-动量理论和线性波理论,联合风载荷和波浪载荷模型构建了风波联合载荷模型。计算过程中,考虑了风电机组不同的运行工况,依据浮桶直径与波长的比值来确定波浪载荷适用的计算模型(Morison理论与绕射理论);得到了不同工况、不同环境参数和结构参数条件下的载荷结果,分析了风波载荷的变化特征。

平台运动对漂浮式风电机组气动功率和推力的影响研究

漂浮式风电机组存在平台六自由度运动,使得风电机组气动特性的非定常性显著。本文采用自由涡尾迹法对NREL 5MW风电机组的气动特性进行了模拟。为了能清晰比较单个平台运动对气动性能的影响,将浮式平台的纵摇、纵荡以及横摇运动简化为给定的正弦函数,研究了不同振幅的平台纵荡、纵摇、横摇运动以及两者和三者之间耦合运动下风电机组的气动功率和推力变化。结果表明:浮式平台的运动会导致风电机组功率和推力的波动,平台纵摇运动影响最大,横摇运动的影响最小;较剧烈的耦合运动会显著增加平均发电量;平台三自由度耦合运动中,增大纵荡振幅可以增大平均功率输出,并减少平均推力。

漂浮式风电平台动态海缆用绝缘材料性能研究

近年来,利用海上漂浮式风电平台开发风电资源逐渐成为能源开发的重要发展方向之一。动态海缆作为风机与静态海底电缆间的连接装置,是海上能源输送系统的关键设备。在动态海缆运行过程中,其往往面临着电—热—机械等多种失效因素,这对动态海缆的关键材料尤其是绝缘材料的性能提出了更高的要求。文中针对一种超纯净均聚抗水树交联聚乙烯材料进行研究,结合动态海缆可能面临的失效风险因素,对绝缘材料的机械性能、电气性能及耐温性能进行测试,验证材料作为动态海缆绝缘材料的适用性。

风剪切与平台纵摇对漂浮式风电机组气动失谐的影响

漂浮式风电机组浮式平台在风浪流耦合作用下存在六自由度运动,使风轮旋转平面内的气动力不均匀,导致风轮产生气动失谐。而风剪切使风电机组的失谐特性更加明显。文中使用计算流体力学方法(CFD)研究风剪切来流与平台纵摇运动分别对风电机组总体性能与叶片不同展向截面气动载荷的影响。结果表明纵摇运动使风电机组的总体性能发生波动,且随着幅值的增加而增加。风剪切0.2与0.3使风电机组总体气动性能增加,且随着风剪切系数的增加而增加。平台纵摇使截面气动载荷的波动从外叶展到内叶展逐渐增大,风剪切造成的截面气动载荷的波动从外叶展到内叶展逐渐减小。风剪切与幅值较低的纵摇运动对截面气动载荷的影响相当。

基于状态空间的漂浮式风电机组控制策略研究

在保证漂浮式风电机组正常发电、可靠运行的前提下,以降低机组的载荷和浮动基础的运动幅度为设计目标,研究基于状态空间理论的多输入多输出控制算法。结合线性二次型调节器(LQR)最优算法的设计,寻找风电机组发电性能和浮动平台载荷两者之间的平衡,实现最优设计。通过扰动跟踪控制(DTC)与扰动适应控制(DAC)的方法实现转矩与变桨控制设计,并采用FAST软件进行仿真。与传统比例积分微分(PID)控制策略对比,有效降低塔底及漂浮式基础载荷;状态空间控制更能反映机组内部的耦合,可为后续漂浮式控制算法升级应用提供设计平台。

日本漂浮式风电技术现状及未来发展方向

漂浮式风电是未来海上离岸风电的重点发展方向。日本海域面积大,风资源丰富,漂浮式风电起步较早,受福岛核电站爆炸事故影响,日本决意弃核,转而大力发展漂浮式风电,目前已建成多座漂浮式风机的样机并投入运行,取得了良好的经济效益。文章对日本漂浮式风电的发展概况、目前已实施的重点项目及其创新技术和未来的发展方向进行论述。日本在漂浮式风电的研究、设计、施工走在了世界前列,其技术可为我国漂浮式风电发展提供良好的参考借鉴作用。

深远海域TLP漂浮式风电施工技术

通过结合国外TLP施工技术以及国内近海风电施工经验,研究了陆域建造、风机拼装、海上运输与海上安装的TLP风电施工技术,同时调研分析了海上安装采用的锚固基础、筋键与连接器的适应性等,并对TLP风电大规模施工提出建议,研究结论对我国将来开发深远海漂浮式风电具有一定借鉴意义。

适用于过渡水深的漂浮式风电机组的研究

在借鉴国内外已有的研究成果的基础上,介绍了几种适用于过渡水深的漂浮式风电机组,并从主尺度、总体性能、荷载与控制系统、结构设计与成本等方面进行了对比分析。通过分析发现,半潜(Semi-Sub)式漂浮式风电机组的技术成熟度最高,但运动响应和产生的疲劳荷载要比张力腿(TLP)式大,船(Barge)式、Semi-Sub式与TLP式的控制系统优化逻辑有一定差别;TLP式和Barge式的结构设计比Semi-Sub式简单,但TLP式的施工难度较大;不同类型漂浮式风电机组总建设成本相差不多,只有从整个产业链上降低成本,漂浮式风电机组的商业价值才能显现。

海上漂浮式风电机组空气动力特性的仿真模拟研究

采用NREL开发的5 MW风电机组基础模型,分别应用BEM和CFD方法进行仿真研究,并对在不同运行状况下,由不同方法产生的计算结果进行对比分析。结果显示,FAST软件在复杂工况下(风浪流联合作用下)与STAR CCM+软件的计算结果存在一定差异,特别是在大运动的情况下,这种差异尤为明显。

Hywind及WindFloat漂浮式风电项目技术路线研究

结合国外漂浮式风机的2个主要系列工程Hywind和WindFloat项目的进展和特点以及国内类似项目的现状,梳理总结了国外漂浮式风机工程的主要技术特点及开发经验,对我国深远海风电工程开发提供借鉴作用和启示。

基础运动对漂浮式风电机组齿轮箱传动系统附加激励的影响

风电齿轮箱传动系统是漂浮式风电机组中传递力与运动的关键传动装置,受到频繁的基础运动影响,振动特性复杂。提出一种适用于非惯性坐标系下六自由度基础运动与含公转/自转运动构件六自由度振动位移的耦合建模方法,并利用集中参数法和拉格朗日方程建立了风电齿轮箱传动系统动力学模型,分析了基础运动对构件产生的附加激励以及振动响应影响。研究结果表明:基础运动会对传动系统中构件产生时变的附加参数激励,这些附加激励的特征频率主要以系统自身特征频率与基础运动频率及其倍频的组合频率为主;作用在构件上的附加激励幅值与纵荡、纵摇基础运动幅值及其频率呈现非线性关系,纵荡、纵摇基础运动的幅值越大、频率越高,附加激励中纵荡与纵摇运动之间的耦合效应也愈明显;基础运动会增大构件的径向与轴向振动响应,使其出现与基础运动频率相关的特征频率。