徐应瑜，胡志强，刘格梁

(1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240; 2. 上海交通大学 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海 200240)

10 MW级海上浮式风机运动特性研究

徐应瑜1, 2，胡志强1, 2，刘格梁1, 2

(1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240; 2. 上海交通大学 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海 200240)

以DTU 10 MW基准风机为研究对象，单柱式平台作为基础支撑结构，使用FAST软件计算分析，考虑单独风、单独波浪以及风浪组合三种环境条件，对10 MW级海上浮式风机的运动特性进行研究。研究发现：系统摇荡是风激励的低频运动和波浪激励的波频运动的合成，气动阻尼削弱系统的波频运动；系统纵荡和纵摇运动存在明显的耦合现象，而垂荡运动和其他方向的运动没有耦合关系；受纵摇影响，转动的风轮产生陀螺惯性力矩，激励首摇运动；随着风机单机容量的增加，风激励的低频运动比例增大，波浪激励的波频运动比例减小。

浮式风机；运动特性；气动阻尼；耦合；陀螺惯性力矩

Abstract: In this paper, a numerical analysis is made on the DTU 10MW reference wind turbine supported by a spar-type platform, through the using of FAST code. Kinetic characteristics of the 10 MW offshore floating wind turbine is investigated considering wind only, wave only, and wind-and-wave cases. The results indicate that the oscillation of the system is synthetic motions of low frequency oscillation induced by wind and wave frequency oscillation induced by wave. Aerodynamic damping weakens the wave frequency oscillation of system. Surge and pitch motions have a strongly coupling effect with each other, but heave motion is independent. Motion in yaw is induced by gyroscopic inertia moments derived from rotor spinning and platform pitch. Proportion of motions in low frequency increases, while proportion of motions in wave frequency decreases with the upscaling of wind turbines.

Keywords: floating wind turbine; kinetic characteristics; aerodynamic damping; coupling; gyroscopic inertia moments

风能以其储量大、可再生等优势，成为新能源开发的热点。相比于陆上风能，海上风能具有风速高、风况稳定、选址不受空间限制等优势，海上浮式风机成为开发利用风能的必然选择。海上浮式风机基础主要有四种，分别为驳船型、单柱式、半潜式和张力腿式。相较于传统陆地风机，海上浮式风机面临着复杂的海洋环境条件，系统的大幅度运动会导致风机功率的波动，引起电力输出的不稳定性[1]，对风机系统的输电质量和运行安全有着至关重要的影响。……