2024中國可再生能源大會：漂浮式風(fēng)電共享系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院2024年8月16日22I.研究背景II.研究對象III.多風(fēng)機(jī)-共享系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)a.多海況全浪向仿真b.敏感性分析c.斷纜工況d.系泊優(yōu)化IV.成本效益評估V.結(jié)語3研究背景3漂浮式風(fēng)機(jī)-海上風(fēng)電發(fā)展迅速，中國海上風(fēng)電裝機(jī)容量全球第一-降本增效：成本問題導(dǎo)致競爭力減弱系泊相關(guān)成本-降本增效：成本問題導(dǎo)致競爭力減弱系泊相關(guān)成本三峽引領(lǐng)號扶搖號 研究背景4共享系泊（SharedMooring）-概念提出：在相鄰的浮式風(fēng)機(jī)之間布置橫跨式的共享系泊線-目的：減少風(fēng)電場所需系泊線和錨的數(shù)量，降低系泊線和錨的材料、錨的安裝勘探等一系列成本，進(jìn)而降低成本。5設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)5共享系泊帶來的風(fēng)機(jī)間復(fù)雜的耦合效應(yīng)-共享系泊非線性懸鏈線-剛?cè)狁詈?、風(fēng)機(jī)間耦合：非線性結(jié)構(gòu)載荷；數(shù)值仿真計(jì)算久-環(huán)境復(fù)雜：風(fēng)電場對風(fēng)場、波浪場的影響，即結(jié)構(gòu)間的干涉影響雙風(fēng)機(jī)共享系泊縱蕩方向一階、二階模態(tài) 研究對象610MWOUCwind半潛式浮式風(fēng)機(jī)建立風(fēng)機(jī)時(shí)域一體化分析模型三立柱偏置風(fēng)機(jī)、目標(biāo)水深50米、3×1系泊布置OUCwind浮式基礎(chǔ)幾何參數(shù)OUCwind浮式基礎(chǔ)幾何參數(shù)特征長度重心高度-3.5平臺質(zhì)量291設(shè)計(jì)分析流程梳理7 與單風(fēng)機(jī)對比基于10MWOUCwind半潛式風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)多風(fēng)機(jī)共享系泊系統(tǒng)!建立“多風(fēng)機(jī)-共享系泊系統(tǒng)”一體化時(shí)域分析模型!多海況、全浪向仿真 !!!!--共享系泊線敏感性分析斷纜工況模擬系泊優(yōu)化方案共享系泊成本效益評估!梳理總結(jié)共享系泊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析技術(shù)要點(diǎn)8多風(fēng)機(jī)-共享系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)8等邊三角形布置-相鄰風(fēng)機(jī)間隔1200米（相隔6-8倍的葉輪直徑以上，認(rèn)為水動力特性保持不變）-錨線：采用與單風(fēng)機(jī)一致，R3無檔錨鏈，直徑185mm-共享系泊線：采用R3無檔錨鏈進(jìn)行敏感性分析共享系泊纜直徑重量[kg/m]破斷載荷Chain16252Chain22008315Chain32469650Chain4298Chain5348多風(fēng)機(jī)-多風(fēng)機(jī)-共享系泊系統(tǒng)布置型式錨鏈單位長度重量以50kg/m左右為間隔進(jìn)行敏感性分析9多海況、全浪向仿真9針對單風(fēng)機(jī)和多風(fēng)機(jī)-共享系泊系統(tǒng)進(jìn)行多海況、全浪向仿真-ms-全浪向仿真多海況仿真全浪向仿真多海況仿真共享系泊纜敏感性分析敏感性分析環(huán)境參數(shù)：正向入射LC2:Hs=3.1m,Tp=10.1s,Uc=1m/s,Uwind=11.4m/s平動變化顯著風(fēng)機(jī)的垂蕩、縱搖變化小平動變化顯著風(fēng)機(jī)的垂蕩、縱搖變化小環(huán)境參數(shù)：60°入射LC4:Hs=9.8m,Tp=12.9s,Uc=1m/s,Uwind=40m/sn隨著共享系泊纜單位質(zhì)量的增大，共享系泊和錨線的系泊張力也隨之增大。n隨著共享系泊纜單位質(zhì)量的增大，共享系泊纜的安全系數(shù)增大，錨線安全系數(shù)減小。斷纜工況仿真仿真設(shè)置?環(huán)境參數(shù)：60°入射LC4:Hs=9.8m,Tp=12.9s,Uc=1m/s,Uwind=40m/s?假定60度入射極端停機(jī)海況下，系泊張力最大共享系泊線斷纜，進(jìn)行仿真運(yùn)動響應(yīng)顯著增大斷纜工況下風(fēng)機(jī)的偏移量會顯著斷纜處迎浪處風(fēng)機(jī)偏移量小，較為安全；背浪處風(fēng)機(jī)偏移量大較危險(xiǎn)；系泊完整的風(fēng)機(jī)偏移量略有增大狀態(tài)風(fēng)機(jī)偏移量[m]斷纜完整----FOWT310.8--共享系泊斷纜工況分析12動力響應(yīng)顯著增大與完整狀態(tài)相比，斷纜狀態(tài)下的系泊張力在環(huán)境荷載作用下明顯增大共享線故障可能會導(dǎo)致部分情況下會個(gè)別錨線的張力有所減小最大系泊張力[KN]----非迎浪錨線張力變化時(shí)歷對比共享系泊纜張力變化時(shí)歷對比錨線張力變化時(shí)歷對比共享系泊系統(tǒng)優(yōu)化懸浮段配重法配重使系泊張力的波動降低配重使系泊張力的波動降低共享系泊系統(tǒng)優(yōu)化14更換材料法5風(fēng)機(jī)偏移量增大系泊張力增大風(fēng)機(jī)偏移量增大系泊張力增大運(yùn)動響應(yīng)系泊張力成本效益評估15成本效益評估參與經(jīng)濟(jì)效益比較的多風(fēng)機(jī)-共享系泊形式以共享系泊安全系數(shù)為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)Chain3（安全系數(shù)1.69）、Wire（安全系數(shù)1.68）、30t配重的Chain2（安全系數(shù)1.68）錨點(diǎn)成本評估-基于錨類型、該錨所受最大穩(wěn)態(tài)凈荷載系泊成本評估-Cost=Length*Weight*Price成本效益評估16錨成本計(jì)算錨成本計(jì)算系泊纜成本計(jì)算系泊纜成本計(jì)算--9-63636結(jié)語結(jié)語共享系泊系統(tǒng)復(fù)雜的耦合效應(yīng)-共享系泊使風(fēng)機(jī)水平運(yùn)動剛度下降，對垂蕩、縱搖影響較小-對共享系泊纜單位重量較為敏感，對錨線的動力響應(yīng)同時(shí)存在影響-斷纜工況下響應(yīng)明顯增大，可能造成聯(lián)級反應(yīng)共享系泊系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化的可行性-懸浮段配重法、更換材料法-共享系泊動力響應(yīng)差異共享系泊系統(tǒng)成本效益評估-單個(gè)錨成本增大，錨數(shù)量減小仍占主導(dǎo)；系泊纜成本有效降低-系泊總成本顯著下降參考文獻(xiàn)1）GoldschmidtM,MuskulusM.Coupledmooringsystemsforfloatingwindfarms[J].EnergyProcedia,2015,80:255-262.2）LiangG,JiangZ,etal.MooringAnalysisofaDual-SparFloatingWindFarmWithaSharedLine[J].Journalofoffshoremechanicsandarcticengineering,2021(6):143.3）WilsonS,HallM,HousnerS,etal.Linearizedmodelingandoptimizationofsharedmooringsystems[J].OceanEngineering,2021,241:11000.4）KlinganKE.AutomatedOptimizationandDesignofMooringSystemsforDeepWater[D].NTNU,2016.5）FontanaC.AMultilineAnchorConceptforFloatingOffshoreWindTurbines[D].Amherst,Massachusetts:UniversityofMassachusettsAmherst,2019.6）ConnollyP,HallM.Comparisonofpilot-scalefloatingoffshorewindfarmswithsharedmoorings[J].OceanEngineering,2019,171:172-180.7）XuK,LarsenK,ShaoY,etal.Designandcomparativ