深海大兆瓦級(jí)浮式海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

金 超， 王 煒

(1. 國(guó)電電力浙江舟山海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)有限公司， 浙江 寧波 315100；2. 中國(guó)海洋大學(xué) 工程學(xué)院， 山東 青島 266100)

0 引 言

加強(qiáng)對(duì)可再生能源的利用是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，風(fēng)能在可再生能源中占據(jù)重要地位。風(fēng)能分布較為廣泛，主要以風(fēng)力發(fā)電的形式被開(kāi)發(fā)利用。隨著陸上風(fēng)電開(kāi)發(fā)逐漸飽和，海上風(fēng)電成為風(fēng)能開(kāi)發(fā)的主要形式。海上風(fēng)電的開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)3個(gè)集中特點(diǎn)：大規(guī)模化、離岸化、深水化[1]。

隨著海域深度和離岸距離的增加，傳統(tǒng)固定式海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)的成本大幅上升，漂浮式風(fēng)電結(jié)構(gòu)逐步得到開(kāi)發(fā)應(yīng)用。自挪威于2009年安裝立柱漂浮式海上風(fēng)電機(jī)組以來(lái)，歐美和日韓海上風(fēng)電巨頭逐步聚焦深海風(fēng)電技術(shù)的研發(fā)，海上風(fēng)電跨入漂浮式時(shí)代[2]。

海上風(fēng)電離岸化、深水化不可避免地會(huì)帶來(lái)成本的升高，為克服這一問(wèn)題，提出大兆瓦風(fēng)機(jī)的概念，例如西門子與三菱重工維斯塔斯使用功率更高的渦輪機(jī)。大兆瓦風(fēng)機(jī)的2個(gè)發(fā)展方向如下：(1) 保持葉片長(zhǎng)度不變，提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；(2) 增加葉片長(zhǎng)度，保持風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變。二者都對(duì)風(fēng)電平臺(tái)的性能提出更大的考驗(yàn)[3]。

本文針對(duì)深海大兆瓦浮式風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題，以美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的5 MW OC3 Spar風(fēng)電結(jié)構(gòu)作為基準(zhǔn)模型，采用比例因子設(shè)計(jì)法提出不同大兆瓦風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)浮式支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，建立結(jié)構(gòu)有限元模型，進(jìn)行水動(dòng)力分析和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，得到浮式結(jié)構(gòu)水動(dòng)力特性和結(jié)構(gòu)應(yīng)力隨上部風(fēng)機(jī)功率變化的規(guī)律?！?br>