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深水海上机组支撑结构降载减重关键技术(2)

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13
案例分析-载荷优化
水动力计算方法
• 以渤海湾抗冰锥单桩项目 为例。1）相较于常用的 Morison方程，采用更准 确的BEM（边界元方法） 塔底等效疲劳载荷降低 15%；2）若考虑基础的 兴波阻尼，塔底等效疲劳 载荷降低9%。
14
位移/最大位移
案例分析-基础设计IDO与SIA方法对比
泥面水平位移
SIA iDO
泥面
水面
弯矩/最大弯矩
弯矩对比
剪力对比
剪力/最大剪力
1.1
1.1
1.0
1.0
0.9
0.9
0.8 0.7
0.8
SIA
0.7
SIA
0.6
iDO
0.6
Hale Waihona Puke 0.5iDO0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
0.2
泥面
水面
基础顶
泥面
水面
基础顶
15
未来展望
• 一体化设计，风浪载荷耦合，指标提升 • 基于项目的定制化设计，利于减低LCoE • 提升环境输入准确性、系统性 • 产业链共同参与技术创新，制定行业设计标准
一体化建模
支撑结构一体化设计流程 5
深水海上支撑结构降载减重关键技术
优化建模降载
常规凝聚 各风速下 的波浪散 点数据凝 聚拟合
分块凝聚 同一风速下波浪
能量相对分散
考虑风浪联合分布 的载荷计算方法， 约含20000工况
p
由于桩土作用曲线非线性，细
分极限（ULS）和疲劳（FLS）
工况线性化刚度矩阵，疲劳工
停机策略 极端阵风控制
动态推力控制
备用偏航电源
广东福建区域
极限风速大，极限载荷控制设计采取控制措施： 备用偏航电源—降低极限载荷、 暴风算法—提升高风速发电量、增加电网友好性
7
深水海上支撑结构降载减重关键技术
塔架减重
塔架构型 1）选择合适的塔架底部直径，单台塔架预计可减重5-15t左右 2）在塔架其他参数保持不变的情况下，增加锥段，减少直段；
一体化耦合计算
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深水海上支撑结构降载减重关键技术
支撑结构减重 • 一体化建模 • 一体化载荷分析 • 一体化结构校核
一体化载荷分析
各截面： 马尔科夫矩阵 极限载荷
一体化建模
一体化结构校核
12
案例分析-载荷优化
风浪方向联合概率分布
• 以江苏深水单桩项目为例 ，相较于风浪同向载荷结 果，若考虑风浪之间的方 向联合概率分布塔底等效 疲劳载荷降低7%。
况对应频率提升约1~2%。
频率结果最大值 比最小值大3%！！！
y FLS ULS
大尺度基础精细化水动力分析技 术——基于边界元BEM的势流理 论的应用
考虑绕射
大直径单桩基础
复合筒基础
6
深水海上支撑结构降载减重关键技术
控制降载
独立变桨控制
塔架加阻
环渤海湾及江苏地区
极限风速低，低风速风机叶轮较大 采取措施：塔架加阻、Lidar控制、动态最小\最 优桨距角增加发电量
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深水海上支撑结构降载减重关键技术
支撑结构减重
设计 方法
加载方式
风机 载荷
波浪 载荷
ULS
风机 载荷SF
波浪 载荷SF
FLS
风载 损伤
浪载 损伤
分步 塔底极限载 设计波法计
迭代法
荷
算
1.35 ~
1.50
1.35 ~
1.50
单独 计算
单独 计算
一体化设计 法
一体化耦合计算
1.10~1.35 (IEC)
深水海上机组支撑结构降载减重关键技术
目录
01
技术创新推动海 上风电发展
02
深水海上支撑结 构降载减重关键 技术
03
典型案例分析
04
未来展望
2
技术创新推动海上风电发展
大机组开发 产业链
行业规模 项目工程设计
支撑结构 其它
非技术
技术促进
3
深水海上机组支撑结构设计挑战
Nacelle Rotor Tower
风浪方向
波浪参数凝聚 Nacelle 地质条件多变
性
大尺度结构水
Tower
动力载荷 地震、海冰等
特殊工况
Transition piece
Foundation (monopile)
Foundation (jacket)
4
深水海上支撑结构降载减重关键技术
降载&减重总体技术
通过风浪联合分布玫瑰图考虑风浪异向分布，改进载荷工况表更准确模拟风机生命周期
门洞优化 1）门框焊缝对门框外伸量和门框厚度较为敏感。通过优化得到一 个最优的尺寸组合。 2）门洞形状优化
焊缝细分 1）内附件焊缝和环焊缝分开计算； 2）采用更好的内附件连接形式可有效减重。
算法优化 1）考虑风浪异向的疲劳设计方法； 2）法兰弹性设计改为塑性设计；
8
深水海上支撑结构降载减重关键技术
内的实际情况，优化载荷；
通过一体化设计，将整个支撑结构作为一个系统进行设计，实现海上风电机组载荷优化
和结构定制化优化设计。
North 0deg
一体化载荷分析
浪 风
West 270deg
Y East 90deg
X South 180deg
风浪玫瑰图
风浪作用方向与塔架方位图
考虑风浪联合分布的载荷分析
耦合载荷
16
泥面水平转角
杆件UC值/最大UC
转角/最大转角
1.1
1.1
1.1
1.0
1.0
1.0
0.9
0.9
0.9
0.8
0.8
0.8
0.7
0.7
SIA
0.7
0.6
SIA
0.6
0.6
0.5
iDO
0.5
iDO
0.5
0.4
0.4
0.4
0.3
0.3
0.3
0.2
0.2
0.2
0.1
0.1
0.1
0.0
0.0
0.0
泥面
泥面
杆件UC
基础减重
大直径单桩泥面累积变形分析 简化分析法 经验分析法 数值模拟法
9
深水海上支撑结构降载减重关键技术
支撑结构减重
气动
结构
结构材
特定
料
项目
场址
的气 象、 水文 和地
水动力
海上整机载荷 计算
设计 迭代
塔架、基础设计
制造加 工
质条
件
桩土
控制
成本最 优
运输安 装
针对场址条件的定制化 优化设计方案

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海上风力发电及其关键技术分析

海上风力发电及其关键技术分析

海上风力发电及其关键技术分析摘要：随着我国社会的不断发展和能源的日益短缺，低碳环保的理念已经引起人们的关注，并被应用到电力企业中，企业越来越重视清洁新能源的开发利用。

本文探讨了海上风力发电及其关键技术。

关键词：海上；风力发电；关键技术引言能量转换技术是现代人类社会生产和生活中最关键的技术之一，而发电技术是影响最深远的技术之一。

因此，利用自然能源最有效的方式是先将这些能源转化为电能，向个人或企业用户提供电能，然后根据具体使用需要将其转化为动能、热能、光能等形式。

1 海上风电的概述虽然一些学者在20世纪70年代提出了使用海上风力发电的假设，但直到上世纪末才真正开始全面的科学探索和具体应用。

这是因为与陆上风力发电技术的研究相比，可以看出海上风力发电面临的繁琐的施工地质条件缺乏成熟的参考工程技术作为基础，对于海水的波浪冲击和风向变化，还不能形成一套实用的计算标准和分析标准。

此外，由于受工程环境和运维技术需要等诸多因素的影响，海上风电场建设缺乏丰富的经验作为参考依据，导致海上风电场建设的规模和回报率存在一定的安全隐患，因此，海上风力发电的商业推广才真正开始于近十年来相关技术的不断成熟。

2 海上风力发电的优势海风比陆风有很大的优势。

首先，当风吹过陆地时，风的大小和方向会发生变化，因为陆地非常粗糙，有许多障碍物。

但由于海面相对平坦，摩擦力小，海洋风速小，风向相对稳定。

其次，由于海风比陆风更稳定、更强，因此无需建造该装置。

塔太高，这降低了风力涡轮机的成本。

据统计，距海岸线10公里的海域风速通常比沿海地区高20%左右，发电量可增加70%。

因此，海上风力发电不仅成本低，而且产量高。

最后，海面上的气流是稳定的，海面是复杂的，海上发电机不需要承受太大的工作强度。

陆上使用寿命为20年，海上发电机组的使用寿命可延长至25至30年。

此外，海上风力发电不受噪音、电磁、鸟类等因素的影响。

3 海上风电与陆上风电的对比及其技术难点3.1 海上风电与陆上风电的对比（1）随着高度的变化，近海风速呈下降趋势。

深潜型海水液压动力系统的研究

深潜型海水液压动力系统的研究


收稿日期: 2010- 04- 23 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( 50975101) 作者简介: 蒋卓 ( 1986 ), 男, 博士研究 生, 主要研 究方向 为水液 压传动。电 话: 15827192417, E- m a i: l tom co m。
jiangzhuo33@
第 13 期
蒋卓 等 : 深潜型海水液压动力系统的研究
5
接头的密封性及绝缘程度, 很大程度上决定了该动力 源的水下作业深度。 综上所述, 确定后的系统主要参数如表 2如示。
表 2 系 统及主要元器件参数 组成 系统 主要技术指标 参数 功率 /kW 作业深度 /m 额定压力 /M P a 海水液压泵 额定流量 / ( L m in 额定转速 / ( r m in 容积效 率 /% 额定功率 /kW 额定电流 /A 额定压力 /M P a 额定流量 / ( L m in
R esearch on th e D eep Seawater H ydraulic Pow er System
JI ANG Zhuo , L IU Y in shu,i WU Defa , GUO Zhiheng , CH EN Jingyue , ZHU Yuquan ( Schoo l o fM echanical Sc ience and Eng in eering , H uazhong Un iv ersity of Sc ience and T echnology , W uhan H ube i 430074 , Ch in a)
[ 4]
潜水电机 / ( L m in- 1 )
2 关键技术 深潜型海水液压动力源, 除必须研制出适应以海 水作为工作介质的高性能液压元件外, 必须着重解决 以下两个问题: ( 1 ) 关键电气元件及漏电保 护; ( 2 ) 污染控制。 2 1 关键电气元件及漏电保护 在大深度工况下, 潜水电机的关键技术是密封与 耐压。为达到指定设计深度, 在以往的基础上, 作了 如下改进: ( 1 ) 电机 的重 要 零部 件均 采 用新 材料, 结构简单, 运行可靠, 使用寿命 长, 维护方 便; ( 2 ) 电机尾部设有橡胶膜, 电机内部充有防冻液, 用于补 偿水深压力; ( 3 ) 电 机轴输 出端 有机 械密 封, 各止 口为 O 形圈密封; ( 4 ) 定 子绕组 有良好 的绝缘 和耐 [ 7] 水性能 。
10MW级海上风电机组技术

10MW级海上风电机组技术


低平均 高极端
高温
√√
腐蚀
可达性差
施工窗 口期短
投资成本高
√ √√ √
度电成本示意
主要矛盾：
功率大、风轮大、度电成本低
Vs
零部件设计制造技术成熟度不够、
？
成本高
根据 windmonitor 研究趋势判断 7MW 机组需要 180m+ 风轮直径（高风速机型所需的风轮直径略小， 低风速机型所需的风轮直径略大）。
3957.67
H171-5MW 运行数据
低风速造诣： H151-5MW 机组创造了 2013 年的全球最大风轮记录 H171-5MW 机组创造了 2017 年的全球最大风轮记录，使长江口
以北的低风速海域具备了开发价值，被评为 2018 年度最佳机型， 也被鉴定为海上低风速全球领先。
在使用和协同设计碳纤维、大叶片上积累丰富经验。
98.80
323508.21
3235.08
H151-5MW 运行数据
时间
风机可利用率 %
发电量 MWh
等效满发小时数 h
01 月 02 月 03 月 04 月 05 月 06 月 07 月 08 月 09 月 10 月 11 月 12 月
总计
99.91 97.7 99.49 99.38 95.68 97.42 96 99.05 98.18 100.00 100.00 100.00
压器 ➢ 轴承、齿轮箱、铸造件、锻造件 ➢ 制造、运输、吊装
➢ 变桨系统 ➢ 主轴承系统 ➢ 传动链系统 ➢ 发电系统 ➢ …… .
长度区间、功 率区间的整机
载荷计算
迭代分析
确定叶片长度、 功率等级等
控制降载
整机及零部件 载荷
海上风力发电的关键技术

海上风力发电的关键技术

海上风力发电的关键技术１、概述随着海上风电场建设的推进，一些关键技术左右了海上风电场建设的施工周期，掌握了这些关键技术，就能够高质量地完成海上风电场的建设。

海上风电涉及诸多关键技术，以及开发运营、环境和市场潜力。

海上风能项目评估，涉及环境评估、风能评估等。

２、关键技术（1）基础结构由于风电机组的基础往往会承受水动力、空气动力双重载荷作用，因此，需要综合考虑风及波浪载荷、支撑结构和风电机组机头的动力学特性以及风电机组控制系统的响应等因素。

海上风电机组的安装与维护成本远远高于陆上风电机组，这就对其可靠性提出了较高的要求。

风电机组的基础是决定风电机组可靠性的重要因素之一，基础是否稳定对于海上风电机组而言起着至关重要的作用。

常用的基础形式有：①单桩固定式基础；②三脚架固定式基础；③重力固定式基础；④漂浮式基础等。

其中，漂浮式海上风电机组依赖漂浮式基础，由于能够较大程度地利用深海的风能资源，成为深海风能利用的主要方式，目前已有多个国家建立或者正在规划建设漂浮式海上风电场。

相对固定式风电机组，漂浮式风电机组增加了浮式基础和锚泊系统，其外界载荷条件比固定式风电机组复杂，除了受通常的风浪载荷以外，还因漂浮式风电机组本身由于基础漂浮不固定，其漂浮特性对风电机组发电性能也有较大影响，需要考虑漂浮特性对风电机组的影响，如低频响下的漂浮式风电机组塔架的动态响应，漂浮式风电机组叶片和塔架的长周期极限载荷，漂浮式基础的波浪载荷计算和锚泊系统建模，并通过建立漂浮式风电机组的性能分析模型，研究漂浮特性对风电机组发电性能的影响。

分析结果表明，漂浮特性对风电机组的发电性能影响较大，需要针对漂浮式风电机组进行改进设计。

下表所示为某５ＭＷ漂浮式变速恒频风电机组主要技术参数。

５ＭＷ漂浮式变速恒频风电机组主要技术参数（2）场址选择场址选择需要综合考虑多种因素，如：①风资源情况；②项目建设许可；③获得的场址海域使用权；④附近电网基本情况，包括陆地变电站位置、电压等级、可接入的最大容量以及电网规划等；⑤场址基本情况，包括范围、水深、风能资源以及海底地质条件；⑥环境制约，包括当地旅游业、水中生物、鸟类、航道、渔业和海防等负面影响等。