半潜式风流联合发电装置总体设计

摘要

世界范围内能源问题日趋紧张，环境污染不断加剧，开发可再生能源成为了缓解能源紧张，降低环境污染的有效途径。为了提高电力生产能力、电力输出质量和收益投资比，多能互补综合发电已经成为了海洋可再生能源发展的一种新趋势。目前，针对多能互补海洋能装置的设计研究大多处于早期探索阶段，本文基于这些研究所取得的成果，进行一种新型风能-潮流能联合发电装置的总体设计，并在复杂海洋环境载荷下，通过对 AQWA软件进行二次开发，对风流联合发电装置进行频域及时域耦合分析，验证设计方案的合理性。 本文首先通过查阅资料确定设计海况，选取合适的风力发电机与潮流能水轮机，确定风流联合发电装置载体平台的结构形式和主尺度，并完成平台各构件的骨材布置和舱室划分等细节设计。利用Maxsurf软件计算得到了平台静水力曲线、船型系数曲线，并对平台初稳性进行校核，确定平台稳性满足规范要求。 接着以半潜式风流联合发电装置为研究对象，基于频域势流理论，研究风流联合发电装置的频域水动力性能，得到漂浮式载体在规则波中的运动响应RAO和水动力系数。根据载体频域分析结果、水轮机 CFD数值模拟结果及风力机载荷特性确定装置的风浪流载荷，参照设计规范，确定系泊线的材料与布置形式，完成系泊系统初步设计。 为了验证系泊系统设计的合理性，本文最后对装置运动响应及系泊线张力进行时域耦合分析。利用 CFD方法求解水轮机强迫振荡时的水动力载荷，并拟合求解水轮机的水动力系数，然后对 AQWA软件进行二次开发，将水轮机的附加质量、辐射阻尼以及实时变化的平均力加载到系统时域计算数值模型上，实现不规则波中的系统运动响应和系泊线张力的时域耦合计算，计算结果证明半潜式风流联合发电装置在各设计工况下都具有良好的响应性能，设计安全可靠。 本文可为风能-潮流能联合发电装置的设计、开发和工程应用提供理论指导和技术支持。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2海洋能研究现状

1.3半潜式平台发展现状

1.4本文研究意义

1.5本文主要研究工作

第2章 载体选型与总布置设计

2.1选型依据

2.2平台方案与主尺度设计

2.3构件设计

2.4布置设计

2.5稳性校核

2.6本章小结

第3章 风流联合发电装置频域水动力分析

3.1载体频域计算理论

3.2数值计算及结果分析

3.3本章小结

第4章 系泊系统初步设计

4.1设计工况

4.2轮机载荷计算

4.3平台载荷计算

4.4系泊系统设计的基本原理

4.5系泊系统总布置

4.6本章小结

第5章 风流联合发电装置时域耦合分析

5.1载体时域计算方法

5.2水轮机对载体影响的处理

5.3时域耦合计算结果及分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢