漂浮式光伏电站漂浮方阵的锚泊计算研究

漂浮式光伏电站通常为漂浮于开阔水面上的矩形方阵。为了保证漂浮式光伏电站的安全性,提高其发电效率,文章对其锚泊问题进行了研究。文章以170 m×170 m漂浮方阵为研究对象。为了解决大型多浮体锚泊力无法直接求解的问题,提出了采用计算流体力学(CFD)方法对漂浮方阵的风载荷、流载荷进行计算。此外,基于刚体化光伏电站漂浮方阵的方法,采用势流理论计算了漂浮方阵的波浪载荷,近似求解了该光伏方阵的锚泊力。最后,基于各个环境载荷,建立锚泊计算简化模型,对漂浮方阵锚泊系统的张力和偏移进行了评估。研究成果为漂浮式光伏电站漂浮方阵锚泊问题的研究提供参考。     

光伏电站漂浮方阵波浪载荷数值分析研究

采取船舶与海洋工程通用软件SESAM,在鄱阳湖环境条件下,针对170 m×170 m大型漂浮方阵开展波浪载荷数值分析研究,研究在单位波幅规则波作用下漂浮方阵的波浪载荷随行列的变化规律,根据此规律获得整体漂浮方阵的波浪载荷,并据此计算50年一遇的极端条件下漂浮方阵所受的波浪载荷,为漂浮式光伏电站的系泊设计提供基础性数据及技术支持。     

考虑连接件刚度影响的多浮体漂浮光伏方阵运动响应分析

基于多浮体运动响应计算方法,采用OrcaFlex软件,针对光伏电站漂浮方阵模型多浮体连接件刚度与其运动响应进行数值分析研究。首先,通过与有关浮体连接件试验进行对比,验证数值模拟的合理性;然后,开展对漂浮式光伏方阵在不同刚度连接件下多浮体六自由度运动的数值计算,对横纵浮体六自由度运动进行评估;最后,分析浮体间相对运动对连接件载荷之间的影响。研究结果表明：该研究模型随连接件刚度的增加,横向浮体整体运动响应大于纵向浮体,应更关注横向浮体的连接加强问题。连接件刚度较小时,浮体间的运动约束能力较差;刚度较大时,不利于抵抗浮体间的相互冲击,造成不必要的实际工程成本。     

采煤塌陷区水面漂浮式光伏电站的锚固系统结构分析

在采煤塌陷区水域建设水面漂浮式光伏电站，可有效利用闲置废弃的水域，解决了在电力缺口较大且土地资源紧张的地区建设传统地面光伏电站的难题。水面漂浮式光伏电站中，光伏方阵在风荷载、波浪荷载和水流力的作用下，会产生较大的水平荷载，其锚固系统的设计成为难点，同时也是漂浮系统能否可靠工作的关键点。以某采煤塌陷区水面漂浮式光伏电站为例，对比分析了其锚固方案分别采用预应力高强度混凝土(PHC)管桩和普通重力式混凝土锚固块时的构造设计及经济性，并分析了与两种锚固方案配套使用的钢丝绳构造，最终选出最具经济性的锚固方案。分析结果表明：1)通过计算，锚固方案采用PHC管桩时，锚固设计主要由水平承载力控制；2)为适应光伏方阵在水位变化时产生的位移，锚固方案采用PHC管桩时，其桩头可采用“抱桩器+上下限位”的构造设计；锚固方案采用普通重力式混凝土锚固块时，需要在钢丝绳下增加一段弹力绳；3)在锚固点数量相同的情况下，在平均水深约为5 m的浅水区域，锚固方案采用PHC管桩可以提供更强的锚固力，且经济性较好。     

深水漂浮式光伏平台系泊结构动力响应分析

基于实际工程深水漂浮式光伏平台特征提出系泊对称布置方案,建立光伏平台与系泊结构耦合数值计算模型,通过对比验证计算模型的准确性。根据实测海洋环境风浪流条件,开展漂浮式光伏平台系泊结构全时域动力耦合计算分析,探究0°、45°与90°方向极端海况作用下光伏平台6个自由度运动响应及系泊结构张力响应。结果表明：光伏平台6个自由度运动均在最大波高发生时刻响应最大,0°方向下纵荡运动和90°方向下横摇运动最为显著;0°、45°和90°方向下迎浪面系泊缆张力最大,背浪面系泊缆张力响应相对较小;系泊缆张力达到最大时,0°、45°和90°方向下迎浪面系泊缆呈绷紧状,其余系泊缆呈松弛悬链线状,较好反映了系泊缆张力响应。     

漂浮式水上光伏电站锚泊系统设计方法

以漂浮式水上光伏电站的锚泊系统设计为研究对象,提出一种考虑环境水位、荷载变化与系泊定位要求的快速设计方法。该设计方法可确保浮体的运动范围在高、低环境水位工况和极限风压作用下均处于设计容许范围之内,且锚链的强度和浮体净浮力也满足设计要求。通过一个具体的漂浮式水上光伏工程算例,对该设计方法进行详细介绍。     

漂浮式水上光伏电站用耐候改性HDPE浮体材料的快速老化方法

基于漂浮式水上光伏电站的运营特点,分析了其所用浮体材料在25年寿命周期内所接收的紫外辐照总量,提出一种可靠的耐候改性高密度聚乙烯(HDPE)浮体材料的快速老化方法,利用该方法探索了壁厚和紫外辐照度对耐候改性HDPE耐紫外老化性能的影响,寻找多条件下该浮体材料老化后的力学性能变化规律,并提出了判断耐候改性浮体材料耐紫外老...     

漂浮式海上双转子风力机动态响应研究

为研究漂浮式海上双转子风力机的动态响应特性,采用OC3-Hywind Spar漂浮式平台,搭建了漂浮式海上双转子风力机仿真系统。采用自由涡尾迹法(Free Vortex Wake, FVW)和OpenFAST水动力计算模块,建立了漂浮式海上双转子风力机的气动-水动耦合分析模型,并进行了风浪耦合分析与控制仿真。结果表明：主副转子功率波动幅值随风浪夹角变大而逐渐减小;主副转子间流场比陆上双转子风力机更加复杂,多目标变桨控制既可减小功率波动又可缓解副转子的疲劳损伤;风浪夹角在0°和90°的工况下,平台运动响应波动较为明显。     

恶劣海况下系泊失效对漂浮式风电场平台影响

为研究风波联合作用下系泊失效对漂浮式风电场平台动态响应的影响,建立2×2阵列Barge平台漂浮式风电场模型,基于叶素动量理论及辐射/绕射理论,对比分析恶劣海况下风电场迎风浪侧、背风浪侧及侧向系泊失效前后漂浮式风电场平台时频响应特性。结果表明:恶劣海况下,漂浮式风电场平台动态响应以波频为主;系泊失效导致各平台各自由度稳定性大幅降低,且对失效系泊所连接的平台影响最大;迎风浪和背风浪侧固定悬链线失效对漂浮式风电场平台纵荡响应影响最大,侧向固定悬链线失效对漂浮式风电场平台横荡响应影响最大;迎风浪侧系泊失效对漂浮式风电场平台动态响应影响最大,背风浪侧其次,侧向最小。     

深海漂浮能源中心的风浪流联合试验装置

深海漂浮式能源中心的安装海域环境恶劣,其所受各种载荷多且复杂,为降低开发风险与成本,海洋工程水池实验被广泛应用于其各项研究中.提出了一种新型的风浪流联合试验系统用以对深海漂浮式能源中心进行试验研究,并介绍了该系统的各子系统及该装置可以进行的各种试验项目.该试验系统可以模拟深海条件下的风、浪、流,从而进行风力机浮台响应特性的测量与系泊拉力特性的研究.这对于深海漂浮式能源中心的研究具有非常重要的作用.     

不同类型漂浮式风电场内机组塔基载荷研究

构建基于NREL 5 MW 风电机组的海上固定式风电场和不同类型的漂浮式风电场,考虑不同类型风电机组尾流特性、平台漂浮特性的差异,在不同工况下对风电场内机组动力学响应进行仿真计算。通过时域分析与箱线图分析,对风电场内各位置处机组在风、浪、尾流联合作用下的塔基载荷进行对比研究。结果表明：在相同工况下,Spar式风电场内机组风轮与平台位移值、塔基载荷在来流方向上最大;在中低风速下,风电场内机组塔基载荷相差较大;高风速时,塔基载荷相近;随着风速的增大,漂浮式机组塔基载荷呈先增大后减小的规律。     

不同入射角风波流海上漂浮式风力机频域与时域动态特性

采用边界元并结合多体动力学方法分析了张力腿平台(TLP)漂浮式风力机结构,研究了平台结构在不同方向上的频域与时域运动响应变化,并比较了漂浮式平台在海洋环境条件下风波流联合作用时和波浪载荷独立作用时的运动响应,得到了平台结构在时域中的动力响应.研究结果表明:漂浮式平台在频域变化范围内,运动响应主要集中在低频部分,绕射力对漂浮式海上风力机TLP的作用力不能忽略;风波流联合作用时的运动响应标准差大于波浪载荷独立作用时的运动响应标准差,且平台偏离平衡位置的程度更加剧烈;平均运动响应及标准差在入射角分别为0°、22.5°和45°时相差微小.研究结果对海上张力腿平台结构设计与优化具有很高的参考价值.     

极限海况下Spar平台漂浮式风电场平台动态响应研究

平台稳定性是漂浮式风力机安全运行的基础。以漂浮式风力机Spar平台为研究对象,借鉴"铁索连舟"增强船舶稳定性的思想,建立了共用系泊系统基于Spar平台漂浮式风电场。运用水动力学软件AQWA,采用辐射/衍射理论并结合有限元方法,研究了极限海况下风、浪及流载荷联合作用下多平台的动态响应特性。结果表明:频域分析中,Spar平台在纵荡方向上的幅值响应算子随频率增加逐渐减小,最后趋向于零;在垂荡和纵摇方向上,幅值响应算子随频率增加先增加后减小,最后趋向于零,且峰值频率在低频区域。时域分析中,较之于单平台,漂浮式风电场平台在纵荡、横荡方向上的位移均得到了一定程度的减小,横摇及艏摇运动响应亦得到了抑制。增大系泊链接点半径的方法对于抑制漂浮式风电场平台艏摇响应效果明显。     

基于正交化的混合式平台漂浮式风电场平台动态响应研究

为研究混合式平台漂浮式风电场平台动态响应,分别建立基于Spar和Barge平台的漂浮式风力机整机模型,采用链接悬链线和固定悬链线将其链接以建立2×2阵列漂浮式风电场。采用叶素动量理论计算风载荷,通过辐射/绕射理论求解波浪载荷,采用水动力学软件AQWA研究风波载荷作用下漂浮式风电场平台的动态响应。针对Spar和Barge平台尺度大小不同导致系泊系统不对称引起的Spar平台横摇和艏摇响应较大问题,提出"依照尺度最大平台正交布置链接悬链线"的漂浮式风电场系泊系统布置准则。为验证所提出的系泊系统布置准则的可行性,对比研究系泊系统正交化前后漂浮式风电场平台的动态响应。结果表明,在极限海况下,系泊系统的正交化布置可减小Spar平台横荡响应,但一定程度会增加纵荡响应;而系泊系统正交化与否对漂浮式风电场平台垂荡、纵摇响应和机舱加速度影响较小。此外,正交化布置的系泊系统可显著减小Spar平台横摇和艏摇响应、Barge平台艏摇响应,而Barge平台横摇响应几乎不受影响。     

基于正交化的混合式平台漂浮式风电场平台动态响应研究

为研究混合式平台漂浮式风电场平台动态响应,分别建立基于Spar和Barge平台的漂浮式风力机整机模型,采用链接悬链线和固定悬链线将其链接以建立2×2阵列漂浮式风电场。采用叶素动量理论计算风载荷,通过辐射/绕射理论求解波浪载荷,采用水动力学软件AQWA研究风波载荷作用下漂浮式风电场平台的动态响应。针对Spar和Barge平台尺度大小不同导致系泊系统不对称引起的Spar平台横摇和艏摇响应较大问题,提出"依照尺度最大平台正交布置链接悬链线"的漂浮式风电场系泊系统布置准则。为验证所提出的系泊系统布置准则的可行性,对比研究系泊系统正交化前后漂浮式风电场平台的动态响应。结果表明,在极限海况下,系泊系统的正交化布置可减小Spar平台横荡响应,但一定程度会增加纵荡响应;而系泊系统正交化与否对漂浮式风电场平台垂荡、纵摇响应和机舱加速度影响较小。此外,正交化布置的系泊系统可显著减小Spar平台横摇和艏摇响应、Barge平台艏摇响应,而Barge平台横摇响应几乎不受影响。     

光伏电池板风荷载数值模拟计算

以大型光伏电站常见的一种电池板为研究对象,对38m/s的风速条件下电池板所受风荷载进行了大量数值模拟计算,并对计算结果进行分析研究.结果表明:电池板风荷载主要是垂直于电池板面的正压荷载;相同风速条件下,逆风时电池板风荷载较大;有一定风向角时,电池板正压荷载减小;电池板侧面电池板侧向荷载较小,为脉动冲击荷载;电池板阵列中,电池板间距对风荷载影响很小.计算结果可对光伏电站的支架设计提供设计依据.     

基于HFLTS的漂浮式水上光伏电站投资风险评价

水上光伏是未来我国南方发展光伏产业的最优选择.但当前对水上光伏电站的研究较少,且风险评价是项目可行性研究的重要组成部分.为推进水上光伏电站的健康发展,通过对影响漂浮式水上光伏电站项目的投资风险因素进行识别,归纳梳理后建立了一套包含技术风险、经济风险、环境风险和社会风险的指标体系.考虑到评价语言的不确定性以及决策环境的模糊性,本文采用犹豫模糊语言术语集(HFLTS)进行信息收集,并采用最优最劣法(BWM)确定指标权重,最后通过模糊综合评价得出我国漂浮式水上光伏电站整体投资风险处于较低水平.     

漂浮式海上风机平台阻尼结构设计与研究

[目的]为了寻求经济有效的漂浮式风机水动力性能提升方案,研究了加装垂荡板的设计方案,从而提升浮体水动力阻尼性能和减摇效果,最终改善漂浮式海上风电机输出功率的稳定性.[方法]以10 MW半潜型浮式风机为例,通过计算流体力学的方法,探讨了垂荡板结构不同设计参数对于提升漂浮式风机基础水动力阻尼的效用,寻找出优化设计方案.[结...     

基于双目视觉位移视频监控技术的漂浮式水上光伏电站浮筒位移监测的研究

漂浮式水上光伏电站是通过在水面建设浮筒平台,将光伏组件安装在浮筒上进行发电,此类电站不占用土地,且水体对光伏组件有冷却效应,可以抑制光伏组件表面温度的上升,从而使光伏电站可以获得更高的发电量.但漂浮式水上光伏电站的浮筒会随着水位、季风等外在环境因素的变化而发生位移,导致照射到光伏组件的太阳入射角发生改变,从而影响光伏组...     

新型螺旋扰流片漂浮式风力机半潜平台动态响应研究

为改善半潜式平台漂浮式风力机动态响应,提出将扰流片螺旋布置于半潜式平台浮筒下部的结构设计方法,将附加螺旋扰流片的半潜平台漂浮式风力机与原平台进行对比,并研究扰流片布置螺距对平台性能的影响。结果表明：频域分析中扰流片能够显著降低平台所受横摇波浪激励力矩,对平台垂荡、横摇、纵摇辐射阻尼及附加质量均有一定提升,平台频域幅值响应算子(RAO)峰值明显降低;安装扰流片后,平台固有周期增加,抗共振性能更好;时域分析中,在垂荡、纵摇方向上扰流片布置螺距对平台运动响应影响较小,对横摇运动响应抑制明显,其中0.29D(D为半潜式平台浮筒半径)扰流片平台性能较佳。