海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)動力響應(yīng)研究

【摘要】：海洋發(fā)電的主要風(fēng)能資源分布在離海岸線5～50km的海域,而該海域水深一般在20m以上。為了提高海洋發(fā)電量和海上風(fēng)電場的經(jīng)濟效益,需要采用浮式基礎(chǔ)安裝風(fēng)力發(fā)電機。因此,研究海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的動力特性具有重要意義。 本文綜述了國內(nèi)外對于海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)的研究現(xiàn)狀,提出浮式風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)計中的關(guān)鍵因素,總結(jié)了風(fēng)、浪、流載荷計算的理論,分別介紹了計算浮式結(jié)構(gòu)物響應(yīng)的頻域和時域方法。根據(jù)600kW水平軸風(fēng)電機的基本資料,從減小浮式基礎(chǔ)運動的角度出發(fā),詳細(xì)設(shè)計了塔柱、半潛式基礎(chǔ)以及系泊系統(tǒng)。 利用SASAM軟件的GeniE模塊,合理地處理壓水板、葉輪和機艙,建立了精細(xì)的有限元模型。在HydroD模塊中,采用復(fù)合水動力模型,計算浮式風(fēng)電系統(tǒng)波浪載荷以及運動響應(yīng)的傳遞函數(shù)和響應(yīng)譜。針對60m水深的海域,在DeepC模塊中考慮風(fēng)電機-塔柱-浮式基礎(chǔ)與系纜之間的耦合,計算浮式風(fēng)電系統(tǒng)在紊動風(fēng)、定常流以及不規(guī)則波浪聯(lián)合作用下的動力響應(yīng)。分析浮式風(fēng)電系統(tǒng)的動態(tài)運動與系纜張力,確定可以正常發(fā)電的海況,并提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化的建議。 時域的計算結(jié)果表明,所設(shè)計的浮式風(fēng)電系統(tǒng)在有義波高不大于4m時可以安全地發(fā)電。該海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)設(shè)計和動力響應(yīng)計算的方法對我國近海乃至深海風(fēng)電資源的開發(fā)具有一定的參考價值。 【關(guān)鍵詞】：海上風(fēng)電場 浮式基礎(chǔ) 壓水板 動力響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 緒論7-15
• 1.1 研究意義7-8
• 1.2 國內(nèi)外海上風(fēng)力發(fā)電的歷史、現(xiàn)狀及前景8-9
• 1.3 海上風(fēng)電機組的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)9-12
• 1.4 海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)設(shè)計的關(guān)鍵因素以及研究進展12-14
• 1.5 本文工作14-15
• 第二章 海洋環(huán)境描述與載荷計算的基本原理15-29
• 2.1 風(fēng)的描述以及風(fēng)載荷計算15-18
• 2.1.1 平均風(fēng)速與脈動風(fēng)速15-16
• 2.1.2 風(fēng)載荷計算16-18
• 2.2 波浪的描述以及波浪載荷計算18-26
• 2.2.1 Airy波浪理論18-19
• 2.2.2 隨機波浪理論19-22
• 2.2.3 小尺度構(gòu)件上的波浪載荷計算22-23
• 2.2.4 三維線性勢流理論23-26
• 2.3 海流的描述以及海流載荷計算26-28
• 2.3.1 海流速度26
• 2.3.2 海流載荷計算26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 浮式基礎(chǔ)設(shè)計與模型建立29-37
• 3.1 600kW風(fēng)電機浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計29-32
• 3.1.1 600kW水平軸風(fēng)電機介紹29-30
• 3.1.2 浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)30-32
• 3.2 SESAM軟件在結(jié)構(gòu)有限元建模時的應(yīng)用32-33
• 3.3 結(jié)構(gòu)幾何模型與有限元模型的建立33-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第四章 浮式風(fēng)電系統(tǒng)載荷及運動響應(yīng)的頻域分析37-55
• 4.1 結(jié)構(gòu)物所受波浪載荷的組成37-38
• 4.2 結(jié)構(gòu)物在波浪中運動的組成38
• 4.3 頻域運動方程38-39
• 4.4 傳遞函數(shù)與響應(yīng)譜39-40
• 4.5 SESAM在頻域計算時的應(yīng)用40-41
• 4.5.1 HydroD模塊介紹40
• 4.5.2 Wadam子程序介紹40-41
• 4.6 坐標(biāo)系41-42
• 4.7 水動力計算的有限元模型42-44
• 4.7.1 水動力模型（Hydro model）42-43
• 4.7.2 結(jié)構(gòu)模型（Structural model）43-44
• 4.7.3 質(zhì)量模型（Mass model）44
• 4.8 浮式風(fēng)電系統(tǒng)頻域響應(yīng)計算44-54
• 4.8.1 頻域響應(yīng)的計算過程簡介44-45
• 4.8.2 頻域響應(yīng)的計算結(jié)果45-54
• 4.9 本章小結(jié)54-55
• 第五章 浮式風(fēng)電系統(tǒng)載荷及運動響應(yīng)的時域分析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)的機理及分類55-56
• 5.1.2 系泊系統(tǒng)的靜力分析與動力分析56-58
• 5.2 系泊結(jié)構(gòu)物響應(yīng)的時域分析理論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 時域運動方程60-61
• 5.3 SESAM在時域計算時的應(yīng)用61-62
• 5.3.1 DeepC模塊介紹61-62
• 5.3.2 SIMO與RIFLEX子程序介紹62
• 5.4 坐標(biāo)系62-63
• 5.5 浮式風(fēng)電系統(tǒng)時域響應(yīng)計算63-73
• 5.5.1 時域響應(yīng)的計算過程簡介63-64
• 5.5.2 時域響應(yīng)的計算結(jié)果64-73
• 5.6 本章小結(jié)73-74
• 第六章 全文總結(jié)74-76
• 參考文獻(xiàn)76-79
• 發(fā)表論文和科研情況說明79-80
• 致謝80

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