02-漂浮式风电共享系泊系统设计与分析.pdf

1、胡志荣，徐琨，杨灿，程正顺*上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院2024年8月16日2目录I.研究背景II.研究对象III.多风机-共享系泊系统设计IV.成本效益评估V.结语a.多海况全浪向仿真b.敏感性分析c.断缆工况d.系泊优化3研究背景p 漂浮式风机 -海上风电发展迅速，中国海上风电装机容量全球第一 -应用前景广阔：水深适应性好、开发深远海 -降本增效：成本问题导致竞争力减弱系泊相关成本三峡引领号扶摇号海油观澜号4p 共享系泊（Shared Mooring）-概念提出：在相邻的浮式风机之间布置横跨式的共享系泊线 -目的：减少风电场所需系泊线和锚的数量，降低系泊线和锚的材料、锚的安装勘探等

2、一系列成本，进而降低成本。风机间横跨式系泊取代部分锚线研究背景多种共享系泊布置型式大型共享系泊风电场5p 共享系泊带来的风机间复杂的耦合效应 -共享系泊非线性悬链线 -刚柔耦合、风机间耦合：非线性结构载荷；数值仿真计算久 -环境复杂：风电场对风场、波浪场的影响，即结构间的干涉影响设计挑战双风机共享系泊纵荡方向一阶、二阶模态共享系泊悬链线平面6p 10MW OUCwind半潜式浮式风机 建立风机时域一体化分析模型 三立柱偏置风机、目标水深50米、31系泊布置 风浪流耦合：考虑湍流风、不规则波、二阶差频波浪力的时域耦合仿真研究对象单个风机系泊布置一体化仿真模型OUCwind 浮式基础几何参数吃水1

3、5m干舷11.5m特征长度65m浮筒宽度11m浮筒高度4.5m立柱直径11m重心高度-3.50m浮心高度-11.13m平台质量2910t排水量14197t设计分析流程梳理7与单风机对比基于10MW OUCwind半潜式风机设计多风机共享系泊系统建立“多风机-共享系泊系统”一体化时域分析模型共享系泊线敏感性分析多海况、全浪向仿真断缆工况模拟系泊优化方案共享系泊成本效益评估梳理总结共享系泊系统的设计分析技术要点8多风机-共享系泊系统设计锚链单位长度重量以50kg/m左右为间隔进行敏感性分析p 等边三角形布置 -相邻风机间隔1200米（相隔6-8倍的叶轮直径以上，认为水动力特性保持不变）-锚线：采用

4、与单风机一致，R3无档锚链，直径185mm -共享系泊线：采用R3无档锚链进行敏感性分析共享系泊缆直径 mm重量 kg/m破断载荷kNChain 1871516252Chain 21002008315Chain 31112469650Chain 412229811365Chain 513234812993多风机-共享系泊系统布置型式9多海况、全浪向仿真全浪向仿真多海况仿真海况UwindHsTpUc风机状态-m/smsm/s-海况18.02.539.851.0工作海况211.43.1010.101.0工作海况324.05.6911.231.0工作海况440.09.7712.951.0停机p 针对

5、单风机和多风机-共享系泊系统进行多海况、全浪向仿真 -多风机-共享系泊系统的主控海况与单风机一致，都为极端停机海况（LC4）-危险工况为60度入射方向的极端停机海况 -相同海况下，共享系泊会造成水平回复刚度的下降10共享系泊缆敏感性分析环境参数：正向入射 LC 2:Hs=3.1m,Tp=10.1s,Uc=1m/s,Uwind=11.4m/s p敏感性分析平动变化显著风机的垂荡、纵摇变化小n 随着共享系泊缆单位质量的增大，共享系泊和锚线的系泊张力也随之增大。n 随着共享系泊缆单位质量的增大，共享系泊缆的安全系数增大，锚线安全系数减小。环境参数：60入射 LC 4:Hs=9.8m,Tp=12.9s

6、,Uc=1m/s,Uwind=40m/s 11断缆工况仿真p 仿真设置 环境参数：60入射 LC 4:Hs=9.8m,Tp=12.9s,Uc=1m/s,Uwind=40m/s 假定60度入射极端停机海况下，系泊张力最大共享系泊线断缆，进行仿真p 运动响应显著增大 状态风机偏移量mMax涨幅Mean涨幅断缆FOWT113.823.2%8.966.7%FOWT236.5117.3%15.483.3%FOWT313.020.3%7.241.2%完整FOWT111.2-5.1-FOWT216.8-8.4-FOWT310.8-5.1-断缆工况下风机的偏移量会显著 断缆处迎浪处风机偏移量小，较为安全；背浪