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干货 | WindFloat漂浮式风电技术简析

北极星风力发电网  来源:千尧科技  作者:沧海一粟  2020/6/4 15:30:18  我要投稿  

北极星风力发电网讯:WindFloat技术是半潜型漂浮式风机的标杆,采用简洁的结构型式和独到的创新设计,受到众多机构的关注和研究。WindFloat技术将应用在第一个半潜型漂浮式示范风电场WindFloat Atlantic中,并将刷新漂浮式风机的功率等级。可以说,目前能够与Hywind技术相媲美的只有WindFloat技术。因此,本期文章千尧科技专门对WindFloat的关键技术进行简析,与读者分享。

来源:微信公众号“千尧科技”

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作者:沧海一粟

WindFloat技术的里程碑事件

WindFloat技术的设计理念源于海上油气领域的半潜式石油平台,最初的概念是由MI&T提出,最后被Principle Power买断并发扬光大,主要里程碑事件如图1所示。2011年,WindFloat示范项目在葡萄牙沿海5km处安装了一台2MW-VESTAS样机,项目得到了包括葡萄牙政府、欧洲委员会和欧洲投资银行等机构的支持。这台样机在陆地上完成组装后,经过400km的海上湿拖到达目的地。样机投入运行后连续发电5年,共计发出16GW电能。它经历过高达17米海浪和60节风速的极端天气,没有受到任何损坏,具有良好的可靠性。目前,WindFloat样机已拆除,基础被转移到其他海域继续测试。

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图1WindFloat技术里程碑事件

WindFloat技术经过不断的改进和优化,结构型式趋于简洁,三个立柱间斜撑连接形式更加优化,具体见图2。

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图2WindFloat结构型式演化

2020年1月3日,EDP及其合作伙伴宣布,葡萄牙25MW Wind Float Atlantic(WFA)项目的第一台风机在电缆成功连接了风力发电场和葡萄牙维亚纳堡城的变电站之后,已成功开始并网发电。WFA项目由Windplus财团开发,该财团包括葡萄牙公用事业公司EDP、法国能源巨头Engie、西班牙石油巨头Repsol和美国浮动风电基础专家Principle Power。全面投入运营后,WFA项目预计每年将生产满足6万名用户使用的电力。

漂浮式风电场位于距葡萄牙维亚纳堡20公里处,由三台MHI Vestas V164-8.4 MW海上风力发电机组成,安装在Principle Power的半潜式WindFloat基础上。三个WindFloat Atlantic基础用链条锚固到海底,每个基础的高度为30m,柱距为50m。表1分别给出了WindFloat I(WF1)和WindFloat Atlantic项目主要设计参数。

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表1WindFloat项目主要技术参数

WindFloat 关键技术

1总体设计

半潜型基础是目前漂浮式风机最主要采用的基础型式,千尧科技认为,WindFloat之所以受到广泛的关注和研究,最重要的原因是其独特的结构设计方案。与众多半潜型漂浮式风机基础相比,WindFloat最大区别就是省去中心立柱和大浮箱,把上部机组布置在一根立柱上,从而降低结构复杂性。据PPI介绍,WindFloat的设计有如下几大优势:

一是风机通用性强。可以搭载各种商业化的海上风机,只需对风机的控制系统和塔架与基础连接进行较少的优化设计。

二是水动力性能好。在立柱底部压载舱装满压载水来保证稳性要求,而在每个立柱中上部布置主动压载舱,可以实现三个立柱间压载水动态调整,用来补偿风速和风向变化。这套系统采用两条独立的管路设计,水泵能力具备冗余功率,可以在30分钟内运送200吨的压载水。同时采用垂荡板设计,增加自身的阻尼,使得基础固有周期避开波浪能量集中范围,从而减小风机运动响应。

三是适用范围广。浅吃水设计方案使其可以适应更多的场址,整个系统可以在码头进行组装,然后采用湿拖方案运置目标风电场。QQ截图20200604151846.jpg

图3WindFloat设计方案

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图4 WF1到WFA的优化内容

2性能分析

图5是WindFloat水动力分析模型和运动响应结果,从结果中可以看出,风对于基础surge和heave方向影响不大,但是对于pitch和yaw方向有较大影响。结合模型试验的结果,WindFloat在极端空转工况最大摇摆角度为7deg,极端发电工况最大摇摆为5deg,各工况最大首摇角度不超过10deg。

对于WindFloat这种既有大直径杆件又有小尺度构件的结构,在进行水动力分析时采用纯面元模型还是面元模型+莫里森混合模型还是值得研究的。

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图5 WinFloat水动力分析

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