海上浮式風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)計方案及垂直軸風(fēng)機性能分析.pdf

1、隨著海上風(fēng)電技術(shù)的日漸成熟，沿海岸線較近的淺水區(qū)域固定式海上風(fēng)電平臺取得了很大的發(fā)展。為了充分利用深水區(qū)域的海上風(fēng)能資源，歐洲國家已經(jīng)對海上浮式風(fēng)電進行了系統(tǒng)的研究和實驗。挪威石油公司的試驗性浮式風(fēng)機已在北海運行將近2年。海上風(fēng)電場向深海區(qū)域延伸是今后海上風(fēng)電發(fā)展的必然趨勢和研究熱點。針對這一趨勢，提前做好浮式風(fēng)電研究工作，是本課題的出發(fā)點。
　　目前的漂浮式風(fēng)力發(fā)電方案主要是以水平軸風(fēng)力發(fā)電機為對象進行浮式基礎(chǔ)設(shè)計。由于風(fēng)機功率

2、大，尺度也大，為減小風(fēng)機相互間干擾的影響，風(fēng)機之間的間距也隨之變得非常大。所以浮式基礎(chǔ)做的非常龐大，且一個浮式基礎(chǔ)之上僅能安裝一臺水平軸風(fēng)機，使得投資性價比偏低，影響到浮式風(fēng)電的發(fā)展。
　　本文嘗試設(shè)計一種新型的集群式漂浮式海上風(fēng)電基礎(chǔ)平臺，同時利用垂直軸風(fēng)機重心低、風(fēng)能利用率高、起動風(fēng)速低、噪音低等優(yōu)點，特別是垂直軸風(fēng)機相互間干擾比較小的特點，將集群式漂浮式海上風(fēng)電基礎(chǔ)平臺與垂直軸風(fēng)機相結(jié)合，形成多臺風(fēng)機共用一個集群基礎(chǔ)，以減小

3、海上浮式平臺所消耗的基礎(chǔ)成本，來增強其抗風(fēng)浪能力，以便獲得更大的風(fēng)能。本文提出了集群式漂浮式基礎(chǔ)平臺以及垂直軸風(fēng)機概念設(shè)計方案，并利用NAPA軟件算出其回復(fù)力矩，對設(shè)計模型進行穩(wěn)性分析，得出所設(shè)計的漂浮式基礎(chǔ)平臺滿足穩(wěn)性要求。
　　利用軟件SESAM/GeniE模塊，對集群式漂浮風(fēng)電基礎(chǔ)平臺建立了精確的有限元模型,并應(yīng)用模塊SESAM/DeepC模塊，研究了集群式漂浮風(fēng)電基礎(chǔ)平臺與系固纜的耦合情況；對集群式漂浮風(fēng)電基礎(chǔ)平臺系泊系統(tǒng)

4、進行了運動響應(yīng)時域分析。得到了漂浮風(fēng)電基礎(chǔ)平臺系統(tǒng)在風(fēng)浪的作用下?lián)u擺、垂蕩等運動響應(yīng)幅值和相應(yīng)的系纜張力。在所考慮的環(huán)境因素下，所設(shè)計的集群式漂浮風(fēng)電基礎(chǔ)平臺能夠在海洋中正常發(fā)電。
　　為研究垂直軸風(fēng)機的流體性能，利用嵌入式滑移動網(wǎng)格對處于均勻來流中的單臺垂直軸風(fēng)機和垂直軸風(fēng)機機群進行了流體性能數(shù)值模擬。在一定風(fēng)速下，根據(jù)單臺風(fēng)機和集群式風(fēng)機機群兩種情況下的模擬結(jié)果，分析出了單臺風(fēng)機的葉片周圍速度場和壓力場以及風(fēng)機群中每臺風(fēng)機的周