風浪流荷載下基于AQWA的海上Spar型浮式基礎穩定性分析

徐 旭，丁 剛，姚文娟

(上海大學 力學與工程科學學院，上海 200444)

1 研究背景

能源是國民經濟及社會發展的重要物質基礎，然而世界各國對于不可再生的化石能源的利用存在著諸多環境問題，提高對清潔、豐富而又可再生的風能資源利用受到世界各國的廣泛關注。相比于近海風電場，深海區域的風能資源更為豐富，裝機容量大且對沿海居民生活及工作影響小[1]。因此，對深海漂浮式風力發電機的研究已經成為未來風能利用的必然趨勢[2]。其中Spar型浮式平臺擁有著水線面積較小、吃水深、穩性好且便于安裝和拖曳等眾多特點，被世界各國應用于深海風力資源的利用[3-5]。

海上漂浮式風機的概念最早由麻省理工大學的Heronemus教授于1972年率先提出，但直到20世紀90年代，對海上風能的利用才相對成熟，逐漸開始了對海上浮式風機的相關研究。挪威國家石油公司與該國能源公司[6]共同合作于2009年在距離海岸線10 km并有著極端海況條件的挪威西海岸安裝了世界上第一臺支撐Siemens-2.3 MW風力機的Spar型浮式風機樣機。Karimirad等[7-9]對NREL 5 MW Spar型風力發電機在極端海況環境下進行了氣動-水-伺服彈性時域模擬，發現動態響應的平均值主要由風荷載誘導，響應的標準差主要由波浪荷載誘導。Roberston等[10]對駁船式、張力腿式以及Spar型3種海上浮式風機概念進行了綜合動態響應分析，得出浮式系統可承受的極限載以及疲勞載，解決了浮式系統概念之間基本設計權衡。Meysam等[11-12]通過使用FAST及WAMIT軟件獲得頻域下的氣動及水動力特性，并提出了一種將風機、浮式平臺和系泊系統模型耦合的頻域建模新方法。……