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文檔簡介
1、進(jìn)入二十一世紀(jì)以來,能源緊張與溫室氣體效應(yīng)已經(jīng)成為人們面臨的兩大主題。世界各國都在積極探索發(fā)展新型能源,特別是清潔可再生能源。因此,風(fēng)能、太陽能等可再生能源已在世界范圍內(nèi)受到重視,尤其是近海風(fēng)能就更是許多發(fā)達(dá)國家開發(fā)的重點(diǎn)。
海上有豐富的風(fēng)能資源和廣闊平坦的區(qū)域,使得近海風(fēng)力發(fā)電技術(shù)成為近年來研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。發(fā)電成本是海上風(fēng)電發(fā)展的瓶頸.研究表明,按照目前的技術(shù)水平和20年設(shè)計(jì)壽命計(jì)算,海上風(fēng)電的發(fā)電成本約合人民幣0.4
2、2元(或0.05美元)/kWh。而影響海上風(fēng)電成本的主要因素是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)成本(包括制造、安裝和維護(hù))。目前,海上風(fēng)電場的總投資中,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)占15~25%,而陸上風(fēng)電場僅為5~10%。因此,發(fā)展低成本的海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是降低海上風(fēng)電成本的一個(gè)主要途徑。
本文的研究工作包括如下幾個(gè)方面:
(1)在研究各種海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出一種整體桁架式海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)。采用了風(fēng)機(jī)與支撐結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的方法求得系統(tǒng)的固有頻
3、率,并利用有限元分析軟件ANSYS建立水深為10m的整體桁架結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型,進(jìn)行模態(tài)分析。得出固有頻率值,以確定結(jié)構(gòu)不會(huì)與風(fēng)機(jī)的工作頻率耦合發(fā)生共振。同時(shí)與當(dāng)前海上風(fēng)電場流行的支撐結(jié)構(gòu)單柱式支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。
(2)采用風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)載荷與環(huán)境載荷聯(lián)合的方法對支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析。在此基礎(chǔ)上研究了風(fēng)機(jī)載荷、風(fēng)、海浪、流和冰單獨(dú)作用的情況下對整體桁架式與單柱式支撐結(jié)構(gòu)不同動(dòng)力作用,并作了比較。然后研究了極端工況和操作工況下支撐結(jié)構(gòu)
4、的動(dòng)力分析,得出關(guān)鍵部位單元的位移和等效應(yīng)力時(shí)程曲線。
(3)利用Miner線性累積疲勞損傷算法以及雨流計(jì)數(shù)法理論,通過MATLAB編程估算了整體桁架式支撐結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。
研究表明:整體桁架式支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度利用率較單柱式結(jié)構(gòu)有所提高。此外,整體桁架式結(jié)構(gòu)具有環(huán)境載荷(不包括風(fēng)機(jī)載荷)小,材料、制造和安裝成本低的特點(diǎn),而且還符合我國目前海洋工程的施工技術(shù)水平,可利用現(xiàn)有的海洋工程施工機(jī)具和裝備進(jìn)行海上安裝。<
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