一种加装稳定翼的海上风电负压桶型基础研究

针对海上风电负压桶型基础,以提高桶基水平承载性能和降低结构动力响应为目的,提出了一种加装稳定翼的负压桶型基础型式。通过在桶身设置一组稳定翼,使得桶周土抗力得以充分利用。以单立柱负压桶基为例,建立桶土全实体有限元模型,进行了静力分析和包括模态分析、瞬态分析、谱分析在内的动力分析。结果表明:稳定翼的设置增强了桶基水平承载性能;水平位移和动力响应显著减小;结构低阶固有频率略有提高。     

风力发电机对黄河三角洲水体蒸发的影响研究

蒸发是湿地水循环的重要组成部分和水分损失的重要途径,风力发电对水体蒸发的影响干扰湿地生态系统的水热平衡。利用SEBAL模型,采用风力发电机建设前2004年、2005年、2009年的Landsat 5数据,风力发电机建成后2013年、2015年的Landsat 8数据,以及MODIS数据和气象数据,通过对比风力发电机建设前后以风机点为中心200m缓冲区范围内水体蒸发的变化,研究风力发电机对黄河三角洲湿地水体蒸发的影响。结果表明:①与建成前相比,风力发电机建成后风机周围各风向水体的蒸发在空间特征上趋于均匀;②与其他风向相比,风力发电机对下风向的影响更大,使下风向水体的蒸发值的均匀程度远大于上风向和旁风向。     

Impact of climate change on dynamic behavior of offshore wind turbine

Global warming is expected to change the wind and wave patterns at a significant level, which may lead to conditions outside current design criteria of monopile supported offshore wind turbine (OWT). This study examines the impact of climate change on the dynamic behavior and future safety of an OWT founded in clay incorporating dynamic soil–structure interaction. A statistical downscaling model is used to generate the time series of future wind speed and wave height at local level. The responses and fatigue life of OWT are estimated for present and future periods and extent of change in design is investigated at offshore location along the west coast of India. Wind speed, wave height, and wave period data are collected from the buoy deployed by Indian National Centre for Ocean Information Services and the future climate for the next 30 years is simulated using the general circulation model corresponding to Special Report on Emission Scenarios A1B scenario. The OWT is modeled as Euler–Bernoulli beam and soil–structure interaction is incorporated using nonlinear p-y springs. This study shows that changes in design of OWT are needed due to increased responses owing to the effect of climate change. Fatigue life is found to be decreased because of climate change.     

风力发电机地基的现场加速度测试和数值模拟

对某风电场风力发电机地基进行现场加速度测试,在土动力性能室内试验的基础上利用有限元对风机基础—地基系统进行数值模拟。在地基加速度的峰值、衰减规律和频率上,现场测试与计算结果吻合较好,验证了动力数值分析模型及相关参数取值的合理性,为建立风机振动对周围环境影响的数值模型提供了依据。     

近断层地震动作用下风机塔地震反应分析

为了研究近断层地震动速度脉冲及强竖向地震动对风机塔地震响应的影响,以某陆上风电场1.5 MW风机塔为研究对象开展了结构在水平向脉冲型地震动、水平向非脉冲型地震动、水平与竖向地震动组合3种地震输入工况的时程分析。通过3种工况下塔顶位移时程、加速度时程、塔底剪力、弯矩及轴力的对比分析发现:近断层速度脉冲对结构塔顶水平位移、塔顶水平加速度、塔底剪力与弯矩均影响显著;竖向地震动会加大结构的塔顶竖向加速度响应及塔底轴力响应;随着竖向与水平加速度峰值比增大,塔顶竖向加速度响应增大,最大轴力随着峰值比增大而增大,最小轴力随着峰值比增大而减小。此外,增量动力分析表明,采用自接触的有限元模型可以更真实地预测风机塔的失稳破坏机制。     

锦州25—1南油气田主电站的选型设计

主电站作为海洋石油开采平台最重要的核心组成,为整个平台提供动力来源,是保证平台能够正常运转的心脏器官。从机组类型、特点,以及相应的工作原理等几个方面对海洋石油开采平台上的主电站作了简要的描述;依据相关基础数据,结合锦州25—1南油气田的特点,对油气田进行了电负荷分析,得出油气田设计所需要的典型电负荷量以及相关的数据;通过对机组容量、负荷率、备用率、机组占用平台面积、机组重量等几个参数的比对,从往复式发动机电站机组和燃气透平机电站机组中优选出了主电站机组方案。通过对锦州25—1南油气田主电站方案优选的详细阐述,为海洋石油开采平台主电站的选型设计提供参考和借鉴。     

波浪载荷及气动力引起的半潜浮式风机疲劳损伤分析

研究浅水半潜式大功率浮式风力机波浪载荷和气动力引起的基础结构疲劳损伤,揭示基础结构的疲劳损伤机理。采用谱疲劳损伤计算分析方法,以10 MW风力机为例,计算波浪载荷引起的热点应力及多种海况引起的疲劳损伤。采用叶素动量理论并基于所在海域的风速分布,计算叶轮转动引起的气动力及其引起的疲劳损伤。计算结果表明,对于半潜式三立柱浮式风力机,波浪载荷引起的基础结构应力远大于气动力引起的基础结构应力,基础结构损伤主要是由波浪载荷引起,气动力引起的浮式基础结构的损伤为10^-3量级,而波浪载荷引起的损伤为10^-1量级。     

浮式风机极限载荷与疲劳载荷对比分析

根据IEC61400-3设定工况,采用NREL开发的5 MW风机基础模型,应用FAST,以Aero-Hydro-Servo-Elastic耦合仿真技术对风机进行研究。对时域仿真得到的短期载荷,应用分块极大值法联合Gumbel分布外推计算风机极限载荷;以雨流计数法、线性累积损伤理论和S-N曲线为理论基础应用MLife软件,计算风机疲劳载荷。对比分析不同工况下浮式风机、近海单桩风机和陆上风机的极限载荷与疲劳载荷,进而探讨影响浮式风机动态响应的因素。结果表明,对于陆上风机和近海单桩风机,风是其主要载荷来源;而波浪是浮式风机主要载荷来源。对风机进行设计要根据特定海域统计的海洋气候条件,避免风机及其支撑结构的固有频率与波浪频率近似而产生共振;风机制造装配在一定误差范围内,质量不平衡对风机载荷几乎没有影响。     

潮流能水轮机仿真及尾流场分析

为了研究潮流能水轮机尾流场的变化规律,本文在水平轴水轮机现有理论基础上,采用计算流体力学技术建立了数值模型,计算了水轮机的功率特性,进行了网格独立性验证,比较了模型中旋转区域不同对结果的影响。仿真结果与试验结果进行了对比分析,验证了数值模型的有效性。研究了全工况下尾流场速度衰减随尖速比和距离变化的规律,结果显示在小尖速比下尾流场速度恢复情况相对大尖速比下较好;靠近水轮机轮毂中心线位置处,衰减相对较大。研究建议水轮机在同等功率表现下尽量选择在小尖速比下工作,水轮机组在实际排列时避免采用成列布置,水轮机设计阶段应综合考虑功率特性和尾流场衰减。本文研究内容可以为潮流能水轮机的研究以及阵列式应用提供参考。     

长江口北支潮汐能源的综合利用

长江口北支有着丰富的潮汐能源及淡水，航运、水产等资源，因长期未加规划、治理，以致远未开发利用，反使河道淤浅，迳流减少，通航能力降低，且有大量泥沙，盐倒灌南支，恶化航道、水质，亟待整治、开发。研究提出，北支潮汐能可有效地用以发电和疏浚河道。可利用北支有利的河势，建造大、小双库开发方式的潮汐电站，并利用该河上、下游端间具有潮时差的有利因素，使电站可以连续不断发电、供电。同时可利用建造的上、中、下游三座水闸，逐级集水攻沙，冲刷航道淤沙，提高通航能力，实现江、海直接联运。另可兼收淡水供应，水产养殖、旅游，以及沟通崇明岛与苏北的陆上交通等效益，潮汐电站工程可采用现实可行的新技术、新材料、新的结构形式，以降低造价，使我国潮汐能得到充分开发利用。