文|许楠

极限风况下不同基础形式的风电机组塔架荷载估计

文|许楠

目前，从陆上风电机组到海上风电机组，随着离岸距离和水深的增加，基础形式分为陆上的固定式，近海的底部固定式和浮体式。以往研究大都只针对某一种基础结构形式来研究塔架的荷载。研究表明，不同的基础形式会产生不同的塔架荷载，对于浮体式风电机组，数值模拟是常用的荷载评估方法，鉴于固定基础模型不适用于计算浮体式风电机组的塔架荷载，因此有必要构建一种通用的荷载计算模型，从而可以运用解析公式来估计极限风况下的塔架荷载。本文提出了SR （Sway-Rocking） 模型作为任意基础形式的风电机组通用的荷载计算模型。SR模型可将复杂的浮体式风力发电机组的锚固体系简化为一个横向的弹簧及阻尼器和一个转动的弹簧及阻尼器，两个弹簧的刚度和两个阻尼器的阻尼可以通过FEM （Finite Element Model） 分析来获取。通过改变弹簧刚度和阻尼器阻尼可以模拟不同的基础形式风电机组的塔架荷载，从而可以利用等效静力荷载方法和模态分析来推导极限风况下塔架荷载的理论计算公式。对于每一种基础形式，理论公式均已由动力响应分析验证。

风电机组、基础与锚固体系

本文研究风荷载的模型选取半潜式浮体作为基础，锚固体系分别采用张力腿和悬链线体系，浮体之上安装NREL 5MW型号风电机组。浮体的详细参数参见表1：张力腿锚固体系，考虑到尽量消减浮体的纵摇效应，3条张力索分别连接浮体的3个角柱，参照图1（a）；……