TLP型浮式风机动力响应性能分析

摘要

随着我国工业化和城镇化的发展，大量煤炭、石油等传统能源的使用，引起了严重的环境问题，因此风能作为一种绿色能源发展迅猛。海上风能具有风能稳定、资源更为丰富的优势，成为近年来风力发电方面发展的热门。张力腿浮式平台（TLP）具有半刚性顺应、极端环境载荷条件下优良运动性的优点，成为浮式风机有力载体。平台的动力响应性能是评估浮式风机系统耦合特性的重要因素，因此研究TLP型浮式风机平台的动力响应特性，具有重要的工程应用价值。主要有以下的研究内容：
　　首先在基础理论研究过程中，研究了TLP型浮式风机系统的多体动力学耦合作用，重点分析了相关的基本动力学特性以及外界环境荷载。然后基于理论分析，本文提出了针对海上风力发电的TLP型浮式风机平台的概念设计。建立了浮式风机平台的数值仿真模型，研究了频域中的附加质量、势流阻尼结果，分析了作用在浮式风机平台上波浪力以及其运动响应幅值算子等参数。最后，利用本文设计的数值模型计算了浮式风机平台的时域耦合特性。重点研究了TLP型浮式风机运动特性和风浪耦合特性。第一，研究TLP型浮式风机平台与风机的耦合效应。考虑风载荷、波浪载荷等环境载荷的共同激励作用，采用非线性时域耦合仿真方法，对比研究了非风机耦合平台和全耦合平台的运动响应特性和张力腿系泊系统张力幅值响应特性。结果表明风机的耦合作用激发了浮式平台的纵荡、横荡以及艏摇运动方向的低频运动；垂荡、横摇运动则表现出一定的高频特性。张力腿系泊系统的张力响应在耦合时相比非耦合出现大幅增加，并且#1号张力腿受平台纵摇运动影响最大。第二，考虑南海目标海域复杂海洋环境，评估了浮式风机平台风浪载荷联合效应。对比分析了在不同入射角环境载荷，不同工况条件下平台运动响应性能结果以及张力腿系泊张力幅值响应特性。第三，研究Cross海况对系统动力响应性能的不同影响。
　　本文完成了一种新式TLP型海上浮式风机平台的设计，并且分析了其频域特性以及时域动力耦合特性，对后续深入研究深海浮式风机有指导意义。

目录

第1章 绪论

1.1前言

1.2海上风电的特点与现状

1.3浮式风机基础介绍

1.4 TLP型浮式风机研究现状与不足

1.5研究内容

第2章 计算理论与平台概念设计

2.1概述

2.2计算理论

2.3环境载荷分析

2.4 TLP浮式平台模型概念设计

2.5本章小结

第3章 TLP型浮式风机数值建模及频域性能分析

3.1 TLP型海上浮式风机动力学仿真建模

3.2 TLP型海上浮式风机频域特性分析

3.3本章小结

第4章 TLP型浮式风机平台运动特性分析

4.1风机气动载荷计算与海况

4.2额定风速下风机时域耦合运动

4.3浮式风机张力腿时域耦合对比分析

4.4本章小结

第5章 TLP型浮式风机的风浪特性分析

5.1环境载荷入射角对风机平台的影响

5.2不同工况载荷对风机平台的影响

5.3 Cross海况对风机平台的影响

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及其它成果

声明

致谢