為助力全球可持續(xù)發(fā)展與能源轉(zhuǎn)型，風(fēng)力發(fā)電作為最成熟的可再生能源之一，近年來呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢。其中，漂浮式風(fēng)電因其大型化、規(guī)模化及深遠海化的特點備受關(guān)注，但同時也面臨安裝難度大、成本高昂、運輸效率低、作業(yè)窗口期短等工程挑戰(zhàn)。風(fēng)電運輸與安裝技術(shù)作為風(fēng)電建造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，新型運輸與安裝技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，對提升海上風(fēng)電安裝效率、推動商業(yè)化進程、降低度電成本具有重要意義。
近日，清華大學(xué)深圳國際研究生院助理教授任政儒團隊在風(fēng)電運輸與安裝海上作業(yè)領(lǐng)域取得新進展。相關(guān)成果發(fā)表于《可再生能源》上。
一體化浮式風(fēng)電運輸安裝方式通過大型浮船攜帶并運輸多個風(fēng)機上部預(yù)裝配件至作業(yè)海域，在原位執(zhí)行浮式風(fēng)機進行最終的整體裝配。然而，在結(jié)構(gòu)自身水動力差異影響及復(fù)雜的海洋荷載作用下，安裝船與浮式基礎(chǔ)形成周期性相對垂蕩，安裝船的縱向搖晃更加劇處在船首的風(fēng)機上部預(yù)裝配件同浮式基礎(chǔ)間的相對運動，造成裝配過程中潛在的作業(yè)風(fēng)險。
此外，海上吊裝作業(yè)作為海上作業(yè)常用的技術(shù)手段，現(xiàn)有研究缺乏面向“浮船-吊機-風(fēng)機-浮式基礎(chǔ)”這類復(fù)雜多體系統(tǒng)的相關(guān)研究工作，風(fēng)浪流多場耦合動力環(huán)境更是加劇了系統(tǒng)研究復(fù)雜程度。
對此，任政儒團隊圍繞漂浮式風(fēng)電一體化運輸安裝技術(shù)，對于裝配下放過程的動力學(xué)進行了分析，建立了“浮船-吊機-風(fēng)機-浮式基礎(chǔ)”多體耦合的高保真動力模型，并探究了整個系統(tǒng)在不同海況及下放作業(yè)設(shè)置中的影響。
在該研究中，科研團隊揭示了在海洋荷載影響下進行裝配下放作業(yè)過程中，浮式基礎(chǔ)及風(fēng)機在接觸的一瞬間受到較大的沖擊荷載作用，并且伴隨纜繩張力突變，沖擊荷載及纜繩張力幅值由相對速度決定。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，在外部周期性荷載的影響下，風(fēng)機上部結(jié)構(gòu)預(yù)裝配件與風(fēng)機浮式基礎(chǔ)間出現(xiàn)反復(fù)碰撞現(xiàn)象。并且，風(fēng)機預(yù)裝配件下放過程中發(fā)生重載轉(zhuǎn)移，安裝船在重載下放過程中產(chǎn)生了明顯的船退現(xiàn)象。在時域下的模擬仿真，他們揭示了吊裝纜繩下放速度及下放時刻選擇，都會影響結(jié)構(gòu)物間的作用力大小，并導(dǎo)致運動響應(yīng)不同。
該研究為浮式風(fēng)電的運輸與安裝提供了工程借鑒與必要的作業(yè)決策支持。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.122528
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