漂浮式风电机组系泊系统与动态响应耦合机制研究.docx

漂浮式风电机组系泊系统与动态响应耦合机制研究

摘要

随着全球对可再生能源利用的重视及海上风能资源的不断开发，漂浮式风电机组作为一种新兴的海上风电技术，因其不受水深限制、能更高效利用风能资源的优势，逐渐成为海上风电领域的研究热点。然而，漂浮式风电机组长期工作于复杂多变的海洋环境中，面临着极端天气条件下的动态响应挑战，这对系泊系统的可靠性和稳定性提出了极高要求。本研究通过理论分析和数值模拟方法，深入探讨了漂浮式风电机组系泊系统与动态响应的耦合机制。研究构建了全面的气-水-弹-控-系泊动力耦合模型，模拟分析了机组在风浪流联合作用及极端海况下的动态响应特性，揭示了系泊系统刚度和阻尼特性、布置方式等对机组运动状态和稳定性的影响规律。研究还发现，机组的动态响应特性会对系泊系统产生反馈作用，极端动态响应可能导致系泊失效或断裂，严重威胁机组安全运行。

基于上述耦合机制分析，本研究提出了系泊系统的优化方法和动态响应的控制策略。研究通过调整系泊系统的参数和布置方式，有效降低了机组在风浪作用下的振动响应，提高了系统稳定性。同时，针对极端海况和系泊失效模式，本研究提出了相应的应对措施和风险控制策略，为漂浮式风电机组的优化设计和安全运行提供了科学依据。研究结果表明，合理的系泊系统设计和动态响应控制策略对于提高漂浮式风电机组的稳定性和安全性至关重要。这不仅有助于降低机组在复杂海洋环境中的运动响应，还能有效延长机组的使用寿命，减少运维成本，为漂浮式风电技术的商业化和规模化应用奠定坚实基础。

关键词：漂浮式风电机组；系泊系统；动态响应；耦合机制；数值模拟；优化设计；控制策略

ABSTRACT

Withtheincreasingglobalattentiontotheutilizationofrenewableenergyandthecontinuousdevelopmentofoffshorewindenergyresources,floatingwindturbines,asanemergingoffshorewindpowertechnology,havegraduallybecomearesearchhotspotinthefieldofoffshorewindpowerduetotheiradvantagesofnotbeinglimitedbywaterdepthandbeingabletomoreefficientlyutilizewindenergyresources.However,floatingwindturbinesoperateincomplexandever-changingmarineenvironmentsforalongtime,facingdynamicresponsechallengesunderextremeweatherconditions,whichputsextremelyhighdemandsonthereliabilityandstabilityofmooringsystems.Thisstudydeeplyexploresthecouplingmechanismbetweenthemooringsystemanddynamicresponseoffloatingwindturbinesthroughtheoreticalanalysisandnumericalsimulationmethods.Acomprehensivegaswaterelasticcontrolmooringdynamiccouplingmodelwasconstructed,andthedynamicresponsecharacteristicsoftheunitunderthecombinedactionofwind,waves,andcurrentsandextremeseaconditionsweresimulatedandanalyzed.Theinfluenceofthestiffnessanddampingcharacteristicsofthemooringsystem,aswellasthearrangementmethod,onthemotionstateandstabilityoftheunitwasrevealed.Thestudya