Spar型海上浮式風力機系統(tǒng)運動耦合計算方法及性能研究.pdf

1、風能清潔無污染、可再生，是極具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N可再生能源，相應地，海上風能發(fā)電技術的開發(fā)應用在全球范圍內增長迅猛。相對于陸地上、近海淺水海域風資源相比，遠海深水水域風資源更豐富、平均風速更高、風也更穩(wěn)定，且深海可利用區(qū)域大，從風電產量及發(fā)電穩(wěn)定性方面考慮，適合風電開發(fā)的長遠發(fā)展。因此，海上浮式風力機研究成為國際研究的熱點。海上浮式風力機系統(tǒng)與陸地風力機以及浮式采油平臺不同，浮式風力機系統(tǒng)處于復雜海洋環(huán)境中，其載荷和運動呈現(xiàn)復雜的非線性和非

2、定常性。雖然國內外已經有浮式風力機系統(tǒng)的數(shù)值計算工具，但在運動對風力機氣動性能的影響規(guī)律、在風浪環(huán)境下浮式風力機系統(tǒng)的響應特性等方面沒有完整的認知和論述。本文以海上浮式風力機系統(tǒng)為研究對象，將廣義動態(tài)尾流（GDW）理論、Beddoes-Leishman動態(tài)失速理論、葉素理論、完全細長體理論及懸鏈線理論等結合，針對浮式風力機系統(tǒng)研究了葉輪氣動特性以及風力機系統(tǒng)運動響應特性。
　　在風力機氣動力方面，本文基于風力機坐標系統(tǒng)和海洋工程坐

3、標系統(tǒng)建立了適用于海上浮式風力機的坐標系統(tǒng)；基于廣義動態(tài)尾流（GDW）理論、Beddoes-Leishman動態(tài)失速理論、葉素理論建立了海上浮式風力機氣動數(shù)值模型，并驗證了該數(shù)值模型的準確性；以NREL5MW風力機為計算模型，研究了控制系統(tǒng)工作、不工作兩種狀態(tài)下風力機偏航氣動特性，研究了周期性縱蕩對風力機氣動性能的影響，并總結了影響規(guī)律。
　　在浮式風力機系統(tǒng)的動力響應模型方面，建立了浮式風力機系統(tǒng)的時域非線性耦合動力學方程；建立

4、了風環(huán)境，根據(jù)風力機氣動載荷數(shù)值模型、海洋結構物風載荷模型建立了浮式風力機系統(tǒng)的風載荷模型；在考慮規(guī)則波、不規(guī)則波和海流作用的基礎上，基于細長體理論建立風力機系統(tǒng)水環(huán)境數(shù)值模型以及水動力載荷計算模型；基于準靜態(tài)懸鏈線理論建立了系泊系統(tǒng)數(shù)值模型；形成了海上浮式風力機系統(tǒng)動力響應數(shù)值模型。根據(jù)環(huán)境條件分別分析了定常風和規(guī)則波對 Spar型海上浮式風力機系統(tǒng)響應的影響，在隨機風浪環(huán)境條件下分析了 Spar型浮式風力機系統(tǒng)運動響應特性，總結了風