带月池驳船式浮式风力机水动力性能

参考Ideol-Floatgen相关设计,对带月池驳船式浮式风力机进行频域水动力性能研究,考虑了月池黏性阻尼的修正.首先对月池的共振模态进行分析,计算风力机在规则波下的水动力系数与不规则波下运动响应谱,并结合DNV相关规范对风力机的安全性进行了评估.结果表明,在作业工况与生存工况下,浮式风力机的动态纵倾与机舱加速度均符合安全性要求.通过对驳船式浮式风力机运动与月池共振的耦合作用的研究,发现风力机的运动会引起月池活塞共振频率的偏移与活塞共振幅值的减小,晃荡共振的频率基本不受影响,但一阶晃荡共振的幅值会增大.与无月池驳船式浮式风力机相比,月池可以降低风力机整体的运动响应,提升风力机整体的水动力性能.对浮式风力机驳船式平台的边长、月池边长与平台吃水进行参数化分析,将风力机的纵荡、垂荡、纵摇响应均方根(RMS)值与机舱加速度响应RMS值作为对比的指标,发现平台边长的增加可以有效降低风力机在作业工况与生存工况下的4项响应RMS值;月池边长的增加可以大幅降低平台生存工况下的4项响应RMS值;平台吃水的增加可以显著降低风力机在作业工况下的4项响应RMS值,并提高生存工况下的垂荡与纵摇响应RMS值.

极限海况下Barge平台漂浮式风电场动态响应

为提高漂浮式风力机平台稳定性,以Barge平台漂浮式风力机为研究对象,建立共用系泊系统3×3阵列Barge平台的漂浮式风电场。以叶素动量理论为基础,利用水动力学软件AQWA并结合有限元方法,对Barge平台漂浮式风电场和单个Barge平台在极限海况下考虑风波耦合作用的动态响应进行对比研究。结果表明,相较于单个Barge平台,风电场中各个平台的纵荡响应均小于单个Barge平台,位于两侧的各个平台产生不规则的横荡运动,但均较小;其次,Barge平台风电场的垂荡、纵摇及机舱加速度响应均优于单个Barge平台;同时,风电场中各平台表现出很好的首摇、横摇稳定性,波动幅度均未超过2°。研究结果验证了所建立的Barge平台漂浮式风电场的可行性,可为进一步开展新型漂浮式风电场研究提供理论依据。

2种海上风力机漂浮式风电场平台动态响应对比

为研究不同海上风力机漂浮式风电场平台风浪流联合作用下动态响应,分别建立基于OC3-Hywind Spar与ITI Energy Barge平台漂浮式风力机的2×2阵列漂浮式风电场,结合辐射/绕射理论与有限元方法,使用海洋工程软件AQWA及风力机仿真软件FAST分别进行水动力学与气动载荷计算,分析2种漂浮式风电场平台时频响应特性。结果表明:Spar与Barge平台频域响应均集中在2.00 rad/s以下低频区域,在2种风电场中,Spar风电场各平台在垂荡、纵摇、横摇、艏摇4自由度及机舱振动加速度上稳定性较好;风电场中平台横荡、纵荡及机舱振动加速度大小与其在风电场中所处位置有关。

基于动力特性的南海浮式风力机多准则评价

基于海上大功率风力机动力特性约束和海洋环境激励要素特征,采用理想最优多准则评估方法,综合考虑海上施工、安装、运营的环境影响、经济性能和结构水动力特性,比较评价南海环境条件下,3种不同大功率浮式风力机——Barge、Spar和TLP的整体工作性能。研究结果表明:浮式Spar风力机为给定条件下的理想最优。该方法可用于南海风力发电深水开发结构选型和新型结构开发的综合评价及方案决策。

基于载荷优化的漂浮式海上风力发电机组变桨距控制研究

首先建立漂浮式平台流体动力学模型,重点提出一种变桨距控制的改进方案,针对复杂载荷环境导致的海上风力机系统建模不精确,利用基于先进记忆的控制策略进行桨距角补偿,有效减少了不对称气动载荷和平台运动。基于FAST和Matlab/Simulink软件平台以NREL-5 MW漂浮式海上风电机组为仿真模型验证改进控制器的有效性。分析和仿真结果表明,相比传统的独立变桨控制,改进的控制器在减少疲劳载荷和平台振荡有更好的性能,提高了系统的稳定性和可靠性。

普通和恶劣海况下漂浮式风电场概念设计及平台动态响应

为研究风、波浪、海流联合作用下漂浮式风电场平台的动态响应,建立了基于Barge平台的2×2阵列漂浮式风电场模型,根据辐射/绕射理论结合有限元方法,对比研究了单平台和多平台在普通海况和恶劣海况下的时频响应特性。结果表明:在普通海况下,多平台动态响应以低频为主;多平台在纵荡、垂荡和纵摇方向上的稳定性均高于单平台;在恶劣海况下,多平台运动响应主要集中在波频区;多平台在纵荡和纵摇方向上的稳定性较好,且越远离迎风浪侧,风电场平台的纵荡位移和纵摇角度越小。

风机运输甲板驳结构强度评估

风机运输甲板驳是用于海上风机运输的海洋工程辅助船,近年来随着海上风力发电的兴起而迅速发展。本文采用全船有限元直接计算和CCS规范计算2种方法对某风机运输甲板驳的结构强度进行评估,计算表明该船结构强度满足设计要求。本文的研究成果和结论对同类型风电安装船舶的结构设计具有参考意义。

极端海况下附配重系泊漂浮式风力机响应分析

为提高风波作用下平台稳定性并降低系泊拔锚风险,提出对Barge平台系泊添加配重的新型系泊系统。基于辐射/绕射理论和有限元方法,对比系泊添加配重前后Barge平台动态响应、系泊受力及躺地长度变化,并研究配重位置的影响。结果表明:在保证系泊安全的前提下,添加配重可有效降低平台纵荡、垂荡及纵摇响应并增加系泊躺地长度;当配重距锚点约160 m时,平台纵荡响应最小且躺地长度最大,纵荡、垂荡及纵摇响应幅值分别减小41.9%、20.4%及11.8%。此外,1~4号系泊躺地长度为未加配重时的12.9、2.0、1.9及0.9倍,张力略有增大,但仍在安全范围内;1号系泊(迎风浪侧)躺地长度最小,拔锚风险最高,4号系泊(背风浪侧)添加配重后其躺地长度缩短,拔锚风险增加。

单立柱式和驳船式海上浮式风机动态响应对比

为研究风浪不共线作用下,不同类型海上浮式风机的动态响应,针对同一风浪大小下的不同风浪夹角工况,基于5MW单立柱式和驳船式两种不同类型海上浮式风机,通过Open FAST软件进行全耦合仿真。结果表明:在风浪不共线作用下,相较于驳船式海上浮式风机,单立柱式海上浮式风机的运动表现总体上更好。

风车安装船甲板装载布置浅析

简要介绍了海上风电机组的部件组成和安装方式,结合风机各部件的不同形状和风车安装船甲板装载区域特点给出了风机各部件在风车安装船甲板上的几种常用布置方案。通过对风车安装船研发项目的基本设计,重点总结了风车安装船甲板上风机各部件布置时需要考虑的要点和相关的注意事项。

风浪联合作用下驳船型海上浮式风机的PTMD减振控制

提出通过碰撞调谐质量阻尼器(PTMD)抑制海上驳船型漂浮式风机在风浪作用下的系统面内振动响应。首先,以ITI Energy Barge浮式平台为下部支撑,搭载美国国家可再生能源实验室(NREL)提出的5MW风机为研究对象,建立16-DOF全耦合动力模型,并与OpenFAST对比验证准确性。利用考虑Prandtl修正和Glauert修正的叶素动量理论计算风荷载导致的气动力,通过线性势流理论计算波浪力,准静态法计算系泊力,发电机采用恒功率策略并搭配叶片集体变桨控制。而后进一步引入非线性粘弹性碰撞模型,研究置于机舱中的PTMD对Barge型浮式风机面内振动响应的控制效果,并对碰撞参数进行优化。结果表明,PTMD对浮式风机平台横摇和塔架纵向位移有显著减振抑制作用,同时对振子行程有着较好的约束能力。