清華新聞網(wǎng)4月17日電 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)電的發(fā)展具有大型化、規(guī)?；吧钸h(yuǎn)?；忍攸c，伴隨而來的是安裝難,、成本高,、運(yùn)輸慢、作業(yè)窗口期短等諸多安裝和運(yùn)輸工程難題,。風(fēng)電運(yùn)輸與安裝（Transport and installation,T&I）作為風(fēng)電建造中的重要一環(huán),，其成本約占浮式風(fēng)電總成本的10%左右，新型T&I方式的研究與使用,，在提高海上風(fēng)電安裝效率,、提高海上風(fēng)電商業(yè)化水平、降低度電成本（Levelized cost of electricity,LCOE）等方面具有重要應(yīng)用潛力,。
圖1.一體化浮式風(fēng)電安裝過程示意圖
一體化浮式風(fēng)電運(yùn)輸安裝方式通過大型浮船攜帶并運(yùn)輸多個風(fēng)機(jī)上部預(yù)裝配件至作業(yè)海域,，在原位執(zhí)行浮式風(fēng)機(jī)最終的整體裝配。安裝船與錨泊固定的浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用機(jī)械裝置形成臨時弱耦合,，限制兩者在水平方向的相對運(yùn)動,，并開啟動力定位系統(tǒng)（DP）以維持系統(tǒng)整體位姿。
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(jī)上部預(yù)裝配件同浮式基礎(chǔ)間的相對運(yùn)動,，造成裝配過程中潛在的作業(yè)風(fēng)險,。同時，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(jī)-風(fēng)機(jī)-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。
圖2.浮船-吊機(jī)-風(fēng)機(jī)-浮式基礎(chǔ)模型構(gòu)建框架及接觸力耦合模塊
針對上述一系列問題,，清華大學(xué)深圳國際研究生院任政儒團(tuán)隊圍繞漂浮式風(fēng)電一體化運(yùn)輸安裝技術(shù),，對于裝配下放過程的動力學(xué)進(jìn)行了分析，建立“浮船-吊機(jī)-風(fēng)機(jī)-浮式基礎(chǔ)”多體耦合的高保真動力模型,，并探究整個系統(tǒng)在不同海況及下放作業(yè)設(shè)置中的影響,。研究揭示了在海洋荷載影響下進(jìn)行裝配下放作業(yè)過程中,，浮式基礎(chǔ)及風(fēng)機(jī)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,。
在外部周期性荷載的影響下，風(fēng)機(jī)上部結(jié)構(gòu)預(yù)裝配件與風(fēng)機(jī)浮式基礎(chǔ)間出現(xiàn)反復(fù)碰撞現(xiàn)象,，并且風(fēng)機(jī)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(yùn)動響應(yīng)不同。該研究為浮式風(fēng)電的運(yùn)輸與安裝提供了工程借鑒與必要的作業(yè)決策支持,。
圖3.不同纜繩下放速度影響下的相對運(yùn)動
相關(guān)研究成果以“漂浮式海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)一體化安裝技術(shù)下放裝配作業(yè)的動力響應(yīng)分析”（Dynamic analysis of lowering operations during floating offshore wind turbine assembly mating）為題,，于4月15日發(fā)表于《可再生能源》（Renewable Energy）上。
清華大學(xué)深圳國際研究生院助理教授任政儒為論文通訊作者,，清華大學(xué)深圳國際研究生院2024級博士生馬燦為論文第一作者,，其他合作者包括清華大學(xué)深圳國際研究生院2024級博士生張?zhí)╄ぜ芭餐⒏绲麓髮W(xué)教授蔣致禹。研究得到深圳市科創(chuàng)委及廣東省科技廳等單位和項目基金的支持,。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.122528
供稿：深圳國際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
