深海漂浮式风力机的概念设计与气动水动力耦合.pdf

能源研究与信息 第27 卷 第3 期 Energy Research and Information Vol. 27 No. 3 2011 文章编号: 1008-8857 (20 11)03-0168-06 深海漂浮式风力机的概念设计与气动—水动 力耦合特性评述 高 伟, 李 春, 刘 全 (上海理工大学 能源与动力工程学院, 上海 200093) 摘 要: 海上风电场建设是风力发电技术的重要方向之一，随着近海风场深入开发，风场建 设从近海到远海是其未来必然发展趋势。但海水深度增加将导致深海风电场建设成本急剧上 升，漂浮式风力机(发电)技术是解决这一问题的有效途径。较为系统地介绍了工作在深海的 漂浮式风力机的各种概念设计，并依据水动力学特性对其进行评价，指出漂浮式的设计计算 核心是气动—水动力学耦合问题，同时探讨了现有漂浮式风力机气动—水动耦合理论模型和 解耦算法的缺点。 关键词: 深海; 漂浮式风力机; 概念设计；耦合特性 中图分类号: TK83 文献标识码: A 风能的清洁性、可再生性及其大规模应用技术的日益成熟，使风力发电日益成为新能源 领域中除核能外，技术最成熟、最具开发条件和最有发展前景的发电方式。我国海岸线长，风 能资源比较丰富，仅近海的风能资源就是陆上风电可开发量的3 倍。因此海上风力发电日益成 为一种具有战略意义的新能源形式。 1 漂浮式风力机的概念设计 海上漂浮式风力机最大特点就是能够克服在海床底部安装基础结构受水深的影响的缺 点，使海上风电场的建设可以向深水区发展。下文(1)~ (6)为国内外漂浮式平台的各种形式， 经过最近十多年的研究，其中比较有代表性的漂浮式风力机概念设计如图1 所示。 (1) 荷兰代尔夫特理工大学(TU Delft)为主的多家荷兰研究机构在 2004 年前后实施的 [1] Drijvende 漂浮式风力机项目，即所谓的三支架浮子平台(Dutch Tri-floater) ，是目前比较合理 和可靠的漂浮式平台。 后来很多研究者延续这个思路，或者采用偏心式布置风力机，直接将风力的塔架作为平 [2] [3] 台支架的一部分 ，或者在三个柱子顶部各布置一台风力机 ，或者采用四个柱子或者六个柱 [4] 子构成的张力腿平台，如Blue-H 漂浮式风力机就是采用六个柱子的漂浮式平台 。 收稿日期：20 11-05-2 1 作者简介：高 伟(1978-)，男(汉)，博士研究生，Gawain_GAO@ 第3 期 高 伟, 等: 深海漂浮式风力机的概念设计与气动—水动力耦合特性评述 169 图1 漂浮式风力机代表性的概念设计 Fig. 1 Representative concept design of floating wind turbines (2) 英国格拉斯哥—斯特拉思克莱德大学的W. J. M. J. Vijfhuizen 于2006 年设计了一个基 [5] 于驳船平台的5 MW 的风力发电机系统 。其特点是可以结合其他形式海洋能源进行发电，缺 点是造价过于高昂，而且水动力特性不佳。 (3) 英国伦敦大学A. R. Henderson 博士在2001 年前后提出一系列的漂浮式风力机概念设 [6] 计中较有特色的Spar 平台 。其特点是简单，建造成本相对较低，缺点是平台的自由度太多， 稳