漂浮式光伏电站中漂浮方阵的流荷载数值预报研究

漂浮式光伏电站遭遇突发泄洪等极端情况时流荷载骤增,对漂浮方阵的整体安全构成威胁,正确评估漂浮方阵的流荷载变得十分重要。以国家能源菏泽发电有限公司建设的某大型漂浮式光伏电站为例,首先基于计算流体力学(CFD)方法对单个浮体模型所受流荷载进行数值研究,确定符合计算要求的最优网格数量;然后通过计算光伏组件以10行10列(即10×10)方式排布的漂浮方阵在0°~90°流向角下的流荷载,得到该漂浮方阵最大流荷载流向和初步的流荷载分布规律;最后通过对比分别利用3D、2.5D和2D计算方法得到的30×28漂浮方阵流荷载计算结果,完成了195×98漂浮方阵整体流荷载的预测。研究结果显示:1)不同流向角下,0°流向角时漂浮方阵所受的流荷载最大,随着流向角增大流荷载逐渐减小;当流向角为90°时,流荷载达到最小值,仅为0°流向角时的48%左右。2)0°流向角时,迎流第1行浮体所受流荷载最大,受遮蔽效应影响,后续各行的流荷载逐渐减小。3)漂浮方阵所受流荷载基本不随列变化;30×28漂浮方阵中间某列采用2D和2.5D计算方法得到的漂浮方阵流荷载与采用3D计算方法所得的结果一致。研究成果可为漂浮式光伏电站等类似大规模漂浮式结构物的流荷载预报提供参考。

漂浮式光伏电站漂浮方阵的锚泊计算研究

漂浮式光伏电站通常为漂浮于开阔水面上的矩形方阵。为了保证漂浮式光伏电站的安全性,提高其发电效率,文章对其锚泊问题进行了研究。文章以170 m×170 m漂浮方阵为研究对象。为了解决大型多浮体锚泊力无法直接求解的问题,提出了采用计算流体力学(CFD)方法对漂浮方阵的风载荷、流载荷进行计算。此外,基于刚体化光伏电站漂浮方阵的方法,采用势流理论计算了漂浮方阵的波浪载荷,近似求解了该光伏方阵的锚泊力。最后,基于各个环境载荷,建立锚泊计算简化模型,对漂浮方阵锚泊系统的张力和偏移进行了评估。研究成果为漂浮式光伏电站漂浮方阵锚泊问题的研究提供参考。

光伏电站漂浮方阵波浪载荷数值分析研究

采取船舶与海洋工程通用软件SESAM,在鄱阳湖环境条件下,针对170 m×170 m大型漂浮方阵开展波浪载荷数值分析研究,研究在单位波幅规则波作用下漂浮方阵的波浪载荷随行列的变化规律,根据此规律获得整体漂浮方阵的波浪载荷,并据此计算50年一遇的极端条件下漂浮方阵所受的波浪载荷,为漂浮式光伏电站的系泊设计提供基础性数据及技术支持。

考虑连接件刚度影响的多浮体漂浮光伏方阵运动响应分析

基于多浮体运动响应计算方法,采用OrcaFlex软件,针对光伏电站漂浮方阵模型多浮体连接件刚度与其运动响应进行数值分析研究。首先,通过与有关浮体连接件试验进行对比,验证数值模拟的合理性;然后,开展对漂浮式光伏方阵在不同刚度连接件下多浮体六自由度运动的数值计算,对横纵浮体六自由度运动进行评估;最后,分析浮体间相对运动对连接件载荷之间的影响。研究结果表明:该研究模型随连接件刚度的增加,横向浮体整体运动响应大于纵向浮体,应更关注横向浮体的连接加强问题。连接件刚度较小时,浮体间的运动约束能力较差;刚度较大时,不利于抵抗浮体间的相互冲击,造成不必要的实际工程成本。

漂浮式光伏电站漂浮方阵流载荷数值计算研究

漂浮式光伏电站具有组件多和规模大的特点,对其流载荷的评估尚未有成熟方法。该文首先以风洞试验对缩尺的部分模型方阵风载荷的CFD计算进行精度验证,然后对170 m×170 m三维漂浮方阵在不同来流角度下所受流载荷进行了计算和分析,获得了流载荷的分布规律。结合典型工况下流载荷CFD的3D计算结果,验证了该文提出的2.5D方法模拟3D计算的合理性。大型漂浮方阵的流载荷研究可先计算2.5D流载荷,再通过3D计算得到的载荷分布规律推算出整个方阵的流载荷。在0.5 m/s流速以上,无量纲的流载荷系数与流速基本无关。

水面光伏电站环境载荷数值预报方法研究

环境载荷评估的准确性直接关系到水面光伏电站锚固系统设计的安全性和经济性。光伏漂浮方阵组件多、支架结构及排布方式各异、规模日趋庞大,现有相近规范均不能给出令人信服的环境载荷估算结果。本文提出了一套基于多尺度分析的数值计算方法,对风载荷、流载荷和波浪载荷进行了预报。在数值考察验证的基础上对方阵几何模型进行适当简化,将网格单元数控制在2.5亿以内,使大规模数值计算成为可能;从漂浮方阵中摘选不同行列数的子区域,通过彼此对比确认,分析各组件环境载荷随方阵行列的变化规律,完成整体方阵环境载荷的预报。研究结果表明:上游组件对下游组件存在着明显的遮蔽效应,迎风第5行会形成风载荷次峰;方阵内部载荷基本趋于稳定;风、流载荷沿列的分布规律存在明显差异。本研究解决了水面光伏电站多尺度、大规模、无法直接进行建模计算的问题,为水面光伏电站的锚泊设计提供了数据支持。