新型三浮筒Windsea式半潛浮式風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)數(shù)值研究

【摘要】：風(fēng)電經(jīng)多年發(fā)展已經(jīng)形成了重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，然而陸地資源是有限的，風(fēng)電由陸上向海上發(fā)展是一個(gè)必然的趨勢(shì)。我國(guó)海上風(fēng)電的研究起步較晚，目前研究和應(yīng)用集中于近海的固定式海上風(fēng)電，對(duì)于科技含量最高的浮式風(fēng)電的研究比較少。本文針對(duì)我國(guó)南海海域海況條件設(shè)計(jì)了一種裝機(jī)容量達(dá)到3×（3~3.6）MW的新型半潛浮式風(fēng)電基礎(chǔ)，在傳統(tǒng)的半潛浮式基礎(chǔ)底部增加了三個(gè)浮筒的設(shè)計(jì)用以增大排水體積和加強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。浮式基礎(chǔ)的水動(dòng)力性能、環(huán)境運(yùn)動(dòng)響應(yīng)、錨泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)、裝機(jī)容量及完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性是本文的重要研究?jī)?nèi)容，具體開(kāi)展了以下工作： 1.參考挪威最新研究的新型海上浮式風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)Windsea，基于國(guó)內(nèi)某型號(hào)風(fēng)機(jī)算出的上部氣動(dòng)荷載及風(fēng)機(jī)塔筒質(zhì)量等基本要素，詳細(xì)設(shè)計(jì)了三浮筒半潛式浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主要的浮筒、立柱排水尺寸和整體結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)GeniE建立完成浮式風(fēng)電模型，并導(dǎo)出多種類(lèi)型的有限元模型用于頻域、時(shí)域分析。 2.文中利用HydroD分析浮式基礎(chǔ)的水動(dòng)力性能，通過(guò)對(duì)整體結(jié)構(gòu)形式、尺寸的調(diào)整以及壓水板的設(shè)計(jì)，能夠使本文所設(shè)計(jì)的新型半潛浮式平臺(tái)水動(dòng)力性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)半潛浮式風(fēng)電平臺(tái)，浮式基礎(chǔ)的縱搖、橫搖及垂蕩周期要遠(yuǎn)離南海波浪能量集中區(qū)，具有良好的耐波性，適宜在南海海域工作。 3.通過(guò)DeepC模塊完成浮式風(fēng)電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的系泊系統(tǒng)約束下的時(shí)域分析，要求在短時(shí)預(yù)報(bào)周期內(nèi)浮式風(fēng)電系統(tǒng)六自由度位移、偏轉(zhuǎn)響應(yīng)符合國(guó)內(nèi)外規(guī)范要求，設(shè)計(jì)的系泊系統(tǒng)鋼纜強(qiáng)度滿足海上風(fēng)機(jī)安全運(yùn)營(yíng)要求。針對(duì)文中設(shè)計(jì)的浮式基礎(chǔ)進(jìn)行極限裝機(jī)容量研究，分析出其最大承載能力。 4.穩(wěn)性是平臺(tái)性能指標(biāo)的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，直接關(guān)系到造價(jià)昂貴的海上風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全和對(duì)風(fēng)資源的利用效率，文中針對(duì)浮式平臺(tái)在各種海況下的整體穩(wěn)性及破艙穩(wěn)性展開(kāi)研究，要求保證風(fēng)機(jī)在工作海況下平穩(wěn)運(yùn)行，在極端海況、破艙條件下能夠生存。 本文所設(shè)計(jì)的三風(fēng)機(jī)一體的新型半潛浮式結(jié)構(gòu)平臺(tái)，相對(duì)于國(guó)內(nèi)半潛浮式風(fēng)電平臺(tái)的研究是一種創(chuàng)新，研究結(jié)果表明，文中設(shè)計(jì)平臺(tái)水動(dòng)力性能優(yōu)越，耐波性能良好，3×3MW風(fēng)電系統(tǒng)能夠在有義波高不大于4.5m時(shí)安全發(fā)電，平臺(tái)最大裝機(jī)容量可達(dá)3×3.6MW，在50年一遇海況及任意兩壓載艙破損的情況依然能夠保證風(fēng)電系統(tǒng)的生存。這對(duì)我國(guó)近海乃至深海風(fēng)電開(kāi)發(fā)具有重要的參考價(jià)值。 【關(guān)鍵詞】：半潛浮式平臺(tái) 水動(dòng)力性能 頻域 時(shí)域分析 破艙穩(wěn)性 系泊系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TU476
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1.緒論11-22
• 1.1 研究的背景及意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-18
• 1.3 國(guó)內(nèi)外海上浮式風(fēng)電平臺(tái)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素以及研究進(jìn)展18-20
• 1.4 本文的研究目的與研究?jī)?nèi)容20-22
• 1.4.1 課題來(lái)源20
• 1.4.2 主要研究工作20-22
• 2. 基本理論22-35
• 2.1 風(fēng)荷載計(jì)算22-25
• 2.1.1 風(fēng)速的描述22-23
• 2.1.2 風(fēng)荷載計(jì)算23-25
• 2.2 波浪荷載計(jì)算25-33
• 2.2.1 Airy 波浪理論25
• 2.2.2 隨機(jī)波浪理論25-29
• 2.2.3 小尺度構(gòu)件上的波浪荷載計(jì)算29-30
• 2.2.4 三維線性勢(shì)流理論30-33
• 2.3 海流荷載計(jì)算33-34
• 2.3.1 海流流速33
• 2.3.2 海流荷載計(jì)算33-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 3. 浮式平臺(tái)的設(shè)計(jì)和模型建立35-43
• 3.1 裝機(jī)容量 3×3MW 浮式平臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35-38
• 3.1.1 3MW 水平軸風(fēng)機(jī)介紹35-37
• 3.1.2 浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)37-38
• 3.2 SESAM 軟件分析過(guò)程38-40
• 3.3. 結(jié)構(gòu)模型與有限元模型建立40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 4. 頻域分析43-55
• 4.1 結(jié)構(gòu)物所受波浪荷載的組成43
• 4.2 結(jié)構(gòu)物在波浪運(yùn)動(dòng)中的組成43-44
• 4.3 頻域運(yùn)動(dòng)方程44
• 4.4 傳遞函數(shù)與響應(yīng)譜44-45
• 4.5 SESAM 在頻域分析中的應(yīng)用45-46
• 4.6 水動(dòng)力計(jì)算的有限元模型46
• 4.7 浮式風(fēng)電系統(tǒng)頻域響應(yīng)計(jì)算46-47
• 4.8 頻域響應(yīng)計(jì)算結(jié)果47-53
• 4.9 本章小結(jié)53-55
• 5. 時(shí)域分析55-74
• 5.1 浮式結(jié)構(gòu)物的系泊系統(tǒng)55-58
• 5.1.1 系泊系統(tǒng)的機(jī)理和分類(lèi)55-56
• 5.1.2 系泊系統(tǒng)的靜力分析與動(dòng)力分析56-58
• 5.2 系泊結(jié)構(gòu)物響應(yīng)的時(shí)域分析理論58-61
• 5.2.1 波浪力的傅氏變換58-59
• 5.2.2 附加質(zhì)量與輻射阻尼的傅氏變換以及遲滯函數(shù)59-60
• 5.2.3 時(shí)域運(yùn)動(dòng)方程60-61
• 5.3 SESAM 在時(shí)域計(jì)算時(shí)的應(yīng)用61
• 5.4 浮式風(fēng)電系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)計(jì)算61-70
• 5.5 浮式基礎(chǔ)裝機(jī)容量研究70-73
• 5.6 本章小結(jié)73-74
• 6. 穩(wěn)性分析74-87
• 6.1 浮式風(fēng)機(jī)平臺(tái)完整穩(wěn)性計(jì)算原理74-78
• 6.1.1 初穩(wěn)性計(jì)算方法74-76
• 6.1.2 大傾角穩(wěn)性計(jì)算方法76-78
• 6.2 浮式風(fēng)機(jī)平臺(tái)破損穩(wěn)性計(jì)算原理78-79
• 6.3 穩(wěn)性分析結(jié)果79-85
• 6.3.1 完整穩(wěn)性分析結(jié)果81-82
• 6.3.2 破艙穩(wěn)性分析結(jié)果82-85
• 6.4 本章小結(jié)85-87
• 7.總結(jié)與展望87-89
• 7.1 主要結(jié)論87-88
• 7.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)88
• 7.3 研究展望88-89
• 參考文獻(xiàn)89-92
• 致謝92-93
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷93
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與發(fā)表的學(xué)術(shù)論文、專(zhuān)利及參與的科研項(xiàng)目93-94

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