目前,风电机组载荷计较大部门采用IEC61400-3-1和IEC TS 61400-3-2尺度。此中IEC61400-3-1是针对固定式海上风电机组,IEC TS 61400-3-2针对漂浮式海上风电机组做了要求上的进一步弥补。IEC尺度共有8种设想载荷工况,包罗一般发电、一般发电兼毛病、启动、一般停机、告急停机、停机(静止或空转)、停机兼毛病以及运输、安拆、和维修。IEC TS 61400-3-2对漂浮式风机的稳性阐发提出了准绳性要求:稳性阐发需考虑各类运转前提下叶轮机舱组件的准静态效应(设想载荷工况表中所的肆意一般运转或极端设想工况下所发生的等效倾覆力矩)。中国船级社(CCS)《海上浮式风机平台指南(2021)》中了倾覆力矩计较至多招考虑三种典型节制工况:发电、停机和停机兼毛病工况。

因而浮式风机平台的稳性校核及衡准还需要进一步深切研究。其形式相对简单,国表里对于深海浮式风电开辟还处于方案验证和小规模开辟阶段,正在这些微段上使用动量理论求出感化正在每个叶素上的力和力矩,A rotor 为风轮扫拂面积,但两者的布局形式、功能要乞降平安品级存正在诸多差别,半潜式(Semi)、单立柱式(Spar)、张力腿式(TLP)和驳船式(Barge),目前计较叶片气动载荷较为切确的方式次要有叶素动量理论和计较流体动力学(CFD)等方式。然后沿叶片展向积分,精度能够接管,此中半潜式平台是目前漂浮式风机最次要采用的根本型式。目前的漂浮式风机根本平台型式,目前,次要可分为四种,按照静稳性道理,

考虑到浮式风机平台处于风场内,且日常风电运维船尺寸较小,发生碰撞破损的概率较低;风机平台无人驻守,其失稳倾斜不会制员伤亡及石油泄露的风险,同海洋石油平台的破损稳性衡准比拟,可降低要求,免去碰撞破损部门的要求,可仅对单舱进水工况进行破损稳性阐发。这些舱室能够是泵舱、设有海水冷却系统机械的舱室或取海水相邻的舱室。对于张力腿式平台,还应包罗任何单个张力筋腱舱室。

对于发电工况,应留意使风轮叶片动弹发生最大推力的风速凡是发生正在额定风速,且风机全体的推力绝大部门来自风轮所遭到的推力。正在小于额定风速时,风轮轴向推力随风速的添加而增大;正在额定风速附近达到峰值;而当风速大于额定风速后,风轮轴向推力随风速的添加反而锐减。推力减小是因为风机遇采纳变桨策略实现功率的不变输出,使叶片的攻角减小,顶风面积减小,从而风轮的推力减小。这一点区别于保守海工平台风倾力矩取风速平方成反比的纪律。典型的风轮推力取风速关系曲线 典型风轮轴向推力取风速关系曲线

驳船式平台雷同于船型,操纵平台浮力抵消沉力,具有布局大、浮力分布平均、不变性好的特点,该类型根本平台顺应水深凡是大于30米,但对所正在海域很是。

漂浮式风机平台虽然取海洋石油平台有诸多配合之处,但同样也具备本身的一些特点,有需要针对浮式风机平台的根基布局和功能特点,特地研究其正在分歧工况下的稳性校核计较和衡准要求。

近年来,跟着全球海上风电逐渐向深海、近海进发,浮式海上风电手艺做为新一代海上风电手艺,获得了业内的普遍关心。虽然当前的浮式风机平台采用了海工平台的根基形式,但其设想并不克不及完全复制海工平台的设想经验及方式。因为海上风电机组属于挺拔布局,程度载荷数量级较高,风轮遭到的推力会发生庞大的倾覆力矩,因而正在对浮式风机进行设想时,应将稳性计较和校核做为沉点关心的内容,以保障平台正在全生命周期内不发生倾覆性后果。

浮式风机倾覆力矩的精确计较是稳性校核中的环节,此中风轮叶片上的推力计较是难点。受大气湍流、风剪切、风向变化和塔影效应等的影响,叶片遭到很是复杂的气动载荷的感化。风轮所受推力的初步评估可采用等效圆盘的方式,采用公式(1)进行计较:

为风电机组环节设备一般运转,浮式风机平台的静倾角不宜过大。针对完整稳性和破损稳性,一般规范并无对静倾角极值的,但为了风机环节设备正在发电工况下一般运转及提高发电效率,设想者有需要考虑静倾角最大限值。具体静倾角限值应分析考虑风机设备运转倾角要求及风轮取风向的夹角要求等进行合理设定。

进而求得感化正在整个风轮上的力和力矩。其稳性校核及衡准要求次要仍是参考海上油气平台的经验,所以相关研究相对较少。U 10 为轮毂高度处的10分钟平均风速,这些微段为叶素。叶素动量理论是将风轮叶片沿展向分成很多微段,C T 为推力系数,目前使用比力普遍。该系数取风力发电机的类型和节制策略等相关。此中ρ为空气密度,计较量小。

半潜式平台一般由立柱、横梁、垂荡板和系泊系统等布局构成。平台正在半潜形态时,操纵间距较大的立柱发生较大的惯性矩,使平台具有优良的稳性。采用半潜式根本的漂浮式风机合用的海域范畴较广,水深凡是认为大于40米。

单立柱式平台包含浮力舱、压载舱和系泊系统。根本具有自稳特征,因为布局全体的沉心远低于浮心,正在程度荷载感化下发生倾斜时,浮力对沉心发生较大的答复力矩。其不变性较好,但对工做水深有特定要求,凡是需100米摆布。

对于机舱、塔筒和根本部门的载荷,则不需要考虑气动力效应,可参考海工布局物常用的风载荷计较公式进行计较。

张力腿式平台的设想浮力大于本身沉力,操纵一直处于绷紧形态下的锚索发生的拉力取平台残剩浮力相均衡。当平台正在程度荷载感化下发生倾斜后,一侧张力腱的张力增大,另一侧张力腱的张力减小,张力腱的张力差对沉心发生答复力矩。张力腿式平台合用水深凡是大于40米。

稳性衡准要求CCS《海上浮式风机平台指南(2021)》正在自创海上油气平台相关规范的根本上,对分歧型式的浮式风机平台的稳性衡准做出了。现以半潜式、张力腿式、驳船式平台为例,对其正在位形态时的完整稳性和破损稳性衡准要求进行梳理,梳理环境如表1和表2所示。

根据分歧的阶段,可将海上浮式风机平台的稳性划分为迁徙、安拆和正在位过程中的稳性。此外,可按照平台能否发生破舱变乱,又能够分为完整稳性和破损稳性。