漂浮式風力機
關注創建者：姜講蔣醬 創建時間：2023-02-24
漂浮式風力機的實例教程
摘 要：深海漂浮式風力機平臺穩定性是保證系統安全運行的基礎，其系泊在風、浪及海流等動態載荷周期性作用下引發蠕變后會加速腐蝕，從而導致系泊失效。為了研究系泊失效后風力機所受載荷對平臺動態響應的影響，參考Barge平臺的NREL 5 MW風力機建立了漂浮式風力機整機模型，通過對AQWA的二次開發實現了與FAST間的實時數據交換，開展了漂浮式風力機的風波耦合數值仿真。結論表明：系泊失效后漂浮式風力機平臺響應增大、風力機的結構安全性降低。其中，迎風側系泊失效對平臺影響最為明顯，尤其是橫蕩和艏搖方向受到的影響更大，失效后的最大響應幅值分別為失效前的6.3倍和9.7倍。
關鍵詞：漂浮式風力機;系泊;失效;動態響應;
0 引言
漂浮式風力機因其基礎為浮式平臺，在受風浪載荷長期持續的作用下，會發生慢漂、低頻及波頻等響應，直接威脅漂浮式風力機結構安全及運行穩定性[1]。因此，需對漂浮式風力機的平臺附著系泊，通過將其鏈接至海底，為平臺提供定位與回復力，以保證漂浮式風力機正常工作[2]。但隨著運行時間增加，系泊隨平臺運動時存在與海底間摩擦、海水腐蝕和海洋微生物等作用，系泊使用壽命將大幅衰減[3]。此外，沿海地區為極端臺風高發區，系泊極易因受力劇增而發生失效，從而導致平臺動態響應急劇增大，極端條件下甚至可能發生整機傾覆等嚴重事故，直接威脅漂浮式風力機的安全[4]。因此，有必要對系泊失效下漂浮式的風力機的動態響應進行分析。
隨著各種漂浮式風力機平臺的提出與應用，已有較多學者就其應用范圍、參數、張力特性及組合系泊等方面展開了研究。孫金偉等[5]討論了不同系泊模式，即分組式系泊與分布式系泊對半潛式平臺動態響應的影響，并就兩種系泊模式中單根系泊失效下對平臺的影響進行了對比。
展開 近日，國家市場監督管理總局正式頒布了《《漂浮式海上風力發電機組設計要求》（標準編號：GB/Z 44047-2024），該標準將于2024年12月1日起正式生效執行。此舉標志著我國在漂浮式海上風電技術領域的國家標準建設實現了零的突破，填補了該領域的空白，為推動我國漂浮式海上風電產業的規范化、標準化發展奠定了堅實基礎。。
此標準作為國內漂浮式海上風電領域的首個國家標準，其制定過程中嚴格遵循并等同采用了國際電工委員會（IEC）的國際標準IEC TS 61400-3-2:2019。該標準詳盡規定了漂浮式海上風電機組在設計載荷工況、結構設計、仿真分析要求、控制及保護系統、錨定系統性能、浮態穩定性以及組裝、安裝與吊裝等關鍵環節的明確技術要求，為漂浮式海上風電項目的工程化設計提供了權威、全面的指導依據。
展開 論文精讀 雙饋式風力發電機齒輪箱的動態特性分析
利用風機仿真軟件（ＳＷＴ），對某１．５ＭＷ 雙饋式風力發電機齒輪箱的動態特性進行
了研究。應用梁單元和超單元建立了齒輪箱參數化模型，對其進行了模態分析，將得到的固有頻率與激勵頻率比較，確定不存在共振點；在考慮風剪切效應和塔影效應的基礎上，建立了風機整機全耦合模型，得到了正常發電和緊急停機工況條件下齒輪箱系統的動態響應、齒輪嚙合力和軸承受力情況。研究結果表明，風機齒輪箱的動態響應及動態載荷與其運行工況和外部風載荷密切相關，且各級齒輪的動態嚙合力與齒輪軸的轉矩有相同的變化趨勢；行星輪軸承所受載荷最大，更容易發生損壞。研究結果為風力發電機齒輪箱傳動系統的動態優化設計提供了理論依據。
雙饋式風力發電機齒輪箱的動態特性分析2016.pdf
展開 本文以實際工程項目為例,研究漂浮式海上風力機在數值仿真過程中的關鍵技術。通過建立等效推力模型等手段,實現工程樣機的數值建模并進行典型工況的動力響應分析。本文的研究成果可以有效解決實際工程項目中浮式風力機數值模型建立的難點,對促進我國風電產業技術發展,加速我國海上風電商業化進程具有重要意義。
浮式風力機數值模型建立方法
目前,對于風力機氣動載荷的計算大多采用葉素-動量理論,盡管該方法無法給出葉片翼型附近的流場信息,但是,其計算簡便效率高,廣泛應用于浮式風力機工程計算。水動力載荷的分析則主要基于三維勢流理論,采用海洋工程領域常用的水動力分析軟件求解浮體水動力系數,進而進行時域水動力分析。由于三維勢流理論無法考慮浮體的黏性效應,軟件采用Morison方程的拖曳項模擬浮式風力機的黏性阻尼。
浮式風力機系統結構形式復雜,既包括了葉片、塔柱和傳動軸等柔性構件,又包括了機艙和浮式基礎等剛性結構。因此,不同數值仿真軟件對于浮式風力機系統結構動力學模型的建立區別較大。目前,對于浮式風力機整體結構采用的建模方法主要有多體方法和有限元方法,對于葉片和塔柱等彈性體動力響應的求解則主要采用模態法和有限元方法。
海上浮式風力機數值仿真模型建立
本文以某浮式風力機工程項目為例,針對海上浮式風力機工程樣機在數值仿真過程中的關鍵技術進行研究。浮式風力機系統的結構形式如圖1所示,整個系統上部設置7.25MW風力發電機,底部采用四立柱半潛型浮式基礎。系泊系統的布置情況如圖2所示,在每個邊立柱的底部設置3根系泊錨鏈,采用3×3的懸鏈線式系泊。
圖1 浮式風力機結構示意圖
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圖2 浮式風力機系泊系統布置圖
水動力模型的建立
在AQWA中建立浮式基礎的水動力模型如圖3所示。
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本文以實際工程項目為例,研究漂浮式海上風力機在數值仿真過程中的關鍵技術。通過建立等效推力模型等手段,實現工程樣機的數值建模并進行典型工況的動力響應分析。本文的研究成果可以有效解決實際工程項目中浮式風力機數值模型建立的難點,對促進我國風電產業技術發展,加速我國海上風電商業化進程具有重要意義。
關鍵詞：漂浮式風力機;系泊;失效;動態響應;
0 引言
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