本技术涉及海上风力发电平台结构的振动控制,介绍了一种新型海上风机漂浮基础及其配套的海上漂浮式风机。该系统由漂浮平台、阻尼板和调谐液柱阻尼器组成,调谐液柱阻尼器被集成于漂浮平台中,旨在有效控制海上风力发电平台的振动,提高结构稳定性和发电效率。
背景技术
在风力发电领域,随着风电技术的不断开发,近海风电未来必不能满足可再生能源发展的需求,随着理论知识的不断完善和建造技术的逐步发展,人们开始探索更深更远的海域,以求获取更大海域范围内的风能资源。未来海上风电发展必将由浅海转入深海。传统的固定式基础由于成本太高,并且在深海环境中稳定性得不到保证而无法使用。而漂浮式基础的适用水深为60m以上,因此,漂浮式基础未来必将成为深海风电开发的最佳选择。
然而,漂浮式风机相比陆上风机和海上定桩式风机存在更多的技术难题,一是在海洋环境中,同时受到风、浪、流等环境荷载的作用,运动将以浮式平台和风机的整体刚性位移为主,而不再是风机结构内部的振动,如何对浮式平台进行减振控制,是当下海上风电的研究热点;二是波浪和洋流作用,使得海上漂浮式风机浮式平台产生纵摇和横摇运动,从而导致风力机入流风速波动比较大,气动荷载明显加大,引起发电机和机舱较大的简谐振动响应,造成风机结构的疲劳损伤、降低海上风机的疲劳寿命,对海上风电场的整体输出功率、发电量和稳定性产生不同程度的影响。
目前,为了减小漂浮式风机的荷载影响以及优化结构设计,通常会优先对漂浮式平台进行振动控制,对于海上浮式风机平台的振动控制研究主要有主动控制和被动控制两种方法,考虑到海上风机复杂的荷载环境以及多方向频率振动特性,采用主动控制技术费时费力,需要大量公式推导以及仿真研究,且对于实际工程应用性较差。而现有的被动控制技术,对于TMD采用单一的质量和阻尼系数,只能控制单一方向的振动频率,如要控制多个方向的频率,则TMD数量和成本会大大增加,显然对于海上风机漂浮平台的复杂运动并不适用;同时TMD虽然利用了质量块惯性,实现了能量从主结构向阻尼器系统的转移,但需要的质量块重量较大,质量块导向系统要承担较大的摩擦力,工程应用成本较高。相比于TMD被动控制技术,调谐液柱阻尼器(TLCD)减振控制系统,采用矩型或U型水箱作为附加阻尼调节装置,利用水箱液体运动产生的阻尼消耗机组振动的能量,从而达到减小结构振动的目的,其结构承载形式简单,易于调节,具有成本和维护费用低、易于制造和安装等优点,同时,管状的外形更适合于海上风力发电机半潜式漂浮平台的狭小空间,故被广泛应用于结构减振领域。随着海上风能资源的不断开发,利用TLCD对海上风力机结构振动特别是漂浮平台的动力响应进行经济且有效控制成为当前研究重点。
除此之外,在目前的海上风力发电机领域,对于半潜式平台风力发电机的研究还处于积极探索阶段,半潜式漂浮基础对风、浪联合荷载激励的水动力特性反应较好,动力响应相对平稳,适应性强,且运输安装难度小、适应水深灵活,技术相对成熟,具有良好的商业应用前景。但目前对于半潜式漂浮平台的创新与优化相对不足,需要一种适用性更好且具有良好减振效果的半潜式漂浮平台,为大功率浮式海上风力发电机组提供安全可靠的平台支撑基础结构,保证其稳定运行以及寿命,推动海上风电创新发展。
实现思路