三浮体式海上风电基础结构响应分析

摘要

风能是一种可再生的、无污染的清洁能源,随着工业化的进程不断推进,能源短缺的压力日益加剧,能源价格持续攀升,作为最重要的可再生能源,风能资源的开发和利用已经引起了全世界的重视。目前,海上风电基础结构分为重力式、桩基式、桶形结构和浮式结构,而支撑塔架的结构有单桩式结构、三角架结构、导管架结构、张力腿结构、三浮体结构和Spar结构。随着海上风电场逐步向深海扩展,浮式风电基础结构已经越来越受到近海海域风能资源不足的国家的青睐,如美国、日本等。而三浮体结构正是适用于深海环境。
　　本文分析了海上风电场向深海发展的必然趋势,介绍了国内外海上风电场的发展现状。简单介绍了近年来全球主要国家的风能资源、风能开发的状况以及目前主流海上风电基础结构的主要类型和各自的特点,并详细地描述了三浮体式海上风电基础结构的结构特点,再与其他类型的结构进行比较优缺点。根据我国的具体风能资源的分布情况选择合适的场地,针对不同工况、不同吃水下的运动响应进行分析。
　　本文针对一种三浮体式海上风电基础结构,采用SESAM软件包进行了运动响应计算。采用GeniE模块建立了该三浮体海上风电基础结构的结构模型和水动力模型,并在 HydroD模块中进行了组合载荷以及运动响应的计算,对其水动力特性进行了分析。在其中的波浪载荷计算过程中,采用基于三维水动力理论的设计波方法。分析了不同载荷对结构的作用方式,并根据作业场地的实际情况对载荷进行组合。针对不同尺寸、不同环境参数、不同工况进行各自的计算,并将所得的数据进行比较,旨在对尺寸的选择提供数据支撑。

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Contents

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Bill of Figures

附表清单

Bill of Tables

第1章 绪论

1.1 研究问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的主要研究内容

1.4 研究的意义

1.5 创新点

第2章 有限元模型的建立及环境载荷的数值处理方法

2.1 有限元理论

2.2 有限元软件应用

2.3 三浮桶式海上风电基础结构的有限元模型

2.4 环境载荷的数值处理方法

2.5 运动响应概述

2.6 本章小结

第3章 环境载荷的参数设定

3.1 各环境载荷的设定

3.2 环境载荷的作用方式

3.3 环境载荷的组合方式

3.4 环境参数的确定

3.5 本章小结

第4章 运动响应的求解原理

4.1 运动响应的数值求解方法

4.2 基于SESAM的运动响应求解

4.3 本章小结

第5章 运动响应的结果分析

5.1 运动响应计算

5.2 运动响应函数曲线

5.3 连接杆长度变化对结构稳性的影响

5.4 吃水变化对结构稳性的影响

5.5 对称结构的运动响应函数曲线及比较

5.6 拖航时的运动响应函数曲线

5.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢