漂浮式潮流电站组合系泊系统设计分析

摘要

潮流能作为可再生能源的一种，具有巨大的开发潜力，近年来成为国内外的研究热点。漂浮式潮流能发电机组依托于浮式载体，其系泊系统关系着潮流能电站的安全运行和生存。关于载体系泊系统的研究，国际上主要集中在海洋钻井平台方面，由于工作的环境尤其是水深条件的差异，使潮流电站平台和深水钻井平台的系泊系统出现了很大不同。关于潮流电站的系泊系统的研究，目前可供参考的文献较少，这给潮流电站的系泊系统的设计带来了很大困难。因此，本文以浮式潮流电站为对象，通过对AQWA软件二次开发，合理的考虑了水轮机的作用，提出并研究带有弹性索以及浮筒的组合系泊系统，研究成果对系泊系统的设计具有参考意义。　　本文首先介绍能源利用背景、潮流能技术以及系泊系统的发展现状。接着阐述本文应用的载体水动力基本理论，包括频域理论、间接时域理论以及水轮机的水动力计算方法。考虑到水轮机载荷的周期性以及已经发展的计算方法，本文通过写Fortran语言对软件进行了二次开发，并开展算法的理论验证。　　在系泊系统的设计方面，基于悬链线理论，在系泊系统中加入弹性索，将弹性索的长度和位置作为设计变量，研究弹性索对系泊系统的作用规律。通过考察不同水深下载体的运动以及系泊链的张力，研究弹性索的适用范围以及它和传统的系泊系统性能的差异。　　借鉴FPSO的系泊形式，研究含有浮筒的系泊方案。考虑到潮流能水轮机的载荷特性，首先介绍了关于浮筒排水量的设计方法，针对不同外形浮筒的系统特性进行计算和优选，得到了球形浮筒对系泊系统最有利的结论。为了进一步研究浮筒设计参数的影响规律，以浮筒与载体之间的距离、浮筒方位与载体之间的夹角以及载体安装水深等参数为设计变量，分析了组合系泊系统的特性，得到了相关结论，供设计研究参考。

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第1章 绪论

1.1研究背景

1.2潮流能研究现状

1.3系泊系统国内外研究现状

1.4研究目的及主要工作内容

第2章 基础理论

2.1浮体水动力计算的数学模型

2.2载体的频域计算方法

2.3潮流电站的时域计算方法

2.4本章小结

第3章 水轮机与载体的水动力计算分析

3.1潮流电站载体水动力计算

3.2水轮机的水动力分析

3.3水轮机影响下载体的水动力分析及方法验证

3.4本章小结

第4章 弹性索对系泊系统的影响研究

4.1基本理论

4.2弹性索对系泊系统的影响

4.3不同水深下弹性索对系泊系统的影响

4.4本章小结

第5章 浮筒对系泊系统影响的研究

5.1设计方法

5.2浮筒外形的影响研究

5.3不同水深下浮筒对系泊系统的影响

5.4浮筒布置对系泊系统的影响研究

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果

致谢