海上风电浮式基础运动特性试验研究

摘要

海上风力发电以其风资源稳定、风速高、无污染等独特的优势,在世界各国发展迅速。风力发电的关键装备风机系统的研究和开发属于工程技术领域的热点问题,应用于深海的浮式基础理论研究不断取得进展,为了将新型浮式基础推广应用,浮式基础模型试验受到了更多研究学者的重视。
　　本文介绍了了海上风机浮式基础运动特性模型试验研究进展,概述了海洋工程模型试验方法,在国外风电浮式基础模型试验的基础上,针对半潜型浮式基础和Spar型浮式基础,摸索出一种适用于海上风机浮式基础模型试验的方法。
　　针对两种海上风机浮式基础,在天津大学船舶与海洋工程水池中进行模型试验。采用适当的比例制作浮式基础在内的风机系统模型,并对系泊线、塔柱及叶片进行模拟,设计加工了人工风场产生风载荷,通过无接触式光学六自由度三维运动测量仪测量模型在风浪联合作用下下的运动响应,测试不同海况、不同风速下的风机系统运动响应,得到了风机系统的固有运动特性,幅频响应特性,以及定常风对浮式风机纵荡、垂荡、纵摇的影响规律。
　　通过对试验结果进行对比分析,得出了以下结论:1)通过自由衰减试验可以看出浮式风机的固有周期与理论值吻合的较好,并得到了三个自由度的无因次阻尼系数。2)风力机是否正常工作对浮式风机纵摇和纵荡的平衡位置有较大的影响。3)通过幅频响应曲线可以看出,三个自由度的运动响应均比较小,浮式风机运动性能良好。4)通过对两种浮式基础对比,半潜型的纵荡和纵摇幅值更小,Spar型在波浪短周期具有良好的垂荡性能。5)定常风对浮式风机的垂荡和纵荡影响很小,对纵摇在波浪长周期处(低频)有较大影响。
　　通过试验结果,评估了风机浮式基础在不同海况下的发电作业和生存能力。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外海上风电发展现状

1.3海上风电浮式基础结构形式及研究进展

1.4浮式风机基础模型试验研究进展

1.5本文主要研究工作

第二章 浮式风机试验研究基本理论

2.1 相似理论

2.2海洋环境条件的理论描述

2.3模型制作

2.4海洋环境条件模拟

2.5试验测量仪器

2.6本章小结

第三章 浮式风机的设计参数

3.1半潜型浮式风机的设计参数

3.2 Spar型浮式风机理论设计

3.3本章小结

第四章 半潜型浮式风机运动特性试验研究

4.1 半潜型浮式风机模型模拟

4.2环境条件模拟

4.3试验流程

4.4试验结果

4.5 本章小结

第五章 Spar型浮式风机运动特性试验研究

5.1 Spar型风机模型制作和调整

5.2 环境条件模拟

5.3试验流程

5.4试验结果

5.5 半潜型与SPAR型风机浮式基础运动特点的比较

5.6本章小结

第六章 总结与展望

6.1主要研究工作总结与结论

6.2本论文的创新点

6.3进一步研究工作与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢