开题报告基于Spar浮式风电支撑结构及系泊系统设计
漂浮式海上风电机组基础及系泊系统设计导则
漂浮式海上风电机组基础及系泊系统设计导则以漂浮式海上风电机组基础及系泊系统设计导则为标题随着对可再生能源的需求不断增加，风能作为一种清洁、可持续的能源形式受到了广泛关注。
而在海洋中，海上风电机组成为了一种重要的风能利用形式。
相较于陆上风电机组，海上风电机组具有更稳定的风能资源、更大的发电潜力和更少的环境影响。
在海上风电机组中，漂浮式风电机组由于其灵活性和适应性而备受瞩目。
本文将就漂浮式海上风电机组的基础及系泊系统设计进行探讨。
1. 漂浮式海上风电机组基础设计导则漂浮式海上风电机组的基础设计是确保机组稳定性和安全性的关键。
首先，基础设计要充分考虑海洋环境的复杂性，包括海浪、风力和潮流等因素。
基础结构需要具备足够的刚度和稳定性，以抵抗海浪和风力的冲击。
同时，基础结构还需要具备良好的防腐性能，以应对海水的腐蚀。
基础设计还需要考虑到机组的安装和维护便利性。
基础结构应该能够支持机组的安装和维护，同时提供足够的空间和设施供人员操作。
基础设计还应考虑到环境保护因素。
在设计过程中要充分考虑到海洋生态环境的保护，避免对海洋生物和海洋生态系统造成过大的影响。
2. 漂浮式海上风电机组系泊系统设计导则漂浮式海上风电机组的系泊系统是确保机组稳定性和位置控制的核心。
首先，系泊系统设计要充分考虑到风力和海流对机组的影响。
系泊系统需要具备足够的刚性和强度，以抵抗外力的作用。
同时，系泊系统还需要具备一定的伸缩性，以应对海浪和风力的变化。
系泊系统设计还需要考虑到机组的位置控制。
通过合理的系泊设计，可以实现对机组位置的控制和调整，以确保机组始终处于最佳的发电位置。
系泊系统设计还应考虑到安全性和可靠性。
系泊系统需要具备足够的安全保障措施，以应对异常情况的发生。
同时，系泊系统还需要具备一定的可靠性，以确保机组的长期稳定运行。
漂浮式海上风电机组的基础及系泊系统设计是确保机组稳定性和安全性的关键。
基础设计需要考虑到海洋环境的复杂性和机组的安装维护便利性，系泊系统设计需要考虑到风力和海流的影响以及机组的位置控制和安全可靠性。
基于正交设计的浮式风机Spar平台动态响应优化
基于正交设计的浮式风机Spar平台动态响应优化丁勤卫;郝文星;李春;叶舟【摘要】为了研究螺旋侧板及其各设计参数(螺旋侧板片数、高度、螺距比)对浮式风机Spar平台动态响应的影响,建立附加螺旋侧板的Spar平台浮式风机整机模型.基于数值模拟和有限元方法,结合正交试验设计方法研究螺旋侧板及其各设计参数对浮式风机Spar平台动态响应的影响,并与不附加螺旋侧板的Spar平台进行对比.研究结果表明:螺旋侧板可明显抑制浮式风机Spar平台的垂荡、纵摇运动响应,对纵荡运动响应影响不大;在所设定的螺旋侧板各设计参数范围内,片数为2、高度为15％D(D为Spar主体直径)、螺距比为5为较佳的螺旋侧板设计参数组合;螺旋侧板高度和螺距比是优化Spar动态响应的最关键设计参数.%In order to study the effects of the helical strakes and their design parameters (the number of pieces of the helical strakes,the height of the helical strakes,the pitch ratio of the helical strakes) on the dynamic response of floating wind turbine Spar platform,a floating wind turbine Spar platform with additional helical strakes machine model was built.Considering the numerical simulation and the finite element method,numerical simulation was carried out to calculate the effects of the different parameters of the helical strakes on the dynamic response of platform,and compared with no additional helical strakes Spar platform.The results show that helical strakes significantly control the heave and pitch response of platform,but have little impact on the Surge response.The best design parameters are that the number of pieces of the helical strakes is 2,the height of the helical strakes is 15％D (D is main body diameter of Spar platform) and the pitch ratio of the helicalstrakes is 5.The height and pitch ratio of the helical strakes is the most importance design parameters of dynamic response of Spar.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(048)008【总页数】7页(P2231-2237)【关键词】浮式风机;数值模拟;螺旋侧板;正交设计;Spar;设计参数【作者】丁勤卫;郝文星;李春;叶舟【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海,200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海,200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海,200093;上海市动力工程多相流动与传热重点实验室,上海,200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海,200093;上海市动力工程多相流动与传热重点实验室,上海,200093【正文语种】中文【中图分类】TK83随着陆上风电的日趋饱和，海上风能因能量密度高和湍流度低等优势逐渐为世界各国重视，“由陆地向海洋、由近海向远海”逐渐成为未来风电场发展的必然[1−3]。
一种新型SPAR平台系泊系统设计
一种新型SPAR平台系泊系统设计彭程1，孙春梅2，刘仲平1，郝金凤1（1.北京中船重工船舶设计研究中心，北京 100086； 2.中国石油集团海洋工程有限公司，北京 100176）摘要：SPAR平台是一类深海浮动式平台，它是海洋工程研究的热点之一。
目前已投入应用的SPAR平台有三种类型。
系泊系统是SPAR平台的重要组成部分。
系泊系统设计主要包括系泊索布置型式的选择、系泊索设计、以及锚固基础设计。
围绕系泊索的布置型式和系泊索设计两方面对现有SPAR平台的系泊系统进行了总结，并设计了一种新型SPAR平台——TCell SPAR平台系泊系统。
对TCell SPAR平台进行了耦合分析计算，结果表明该平台的系泊系统可以抵抗其所处的恶劣环境条件。
最后还提出了系泊系统设计需要注意的问题。
关键词：新型SPAR平台；系泊系统设计；系泊索；耦合分析；海洋工程1 概述SPAR平台是一类新型的浮动式平台。
自20世纪80年代以来，SPAR平台被广泛应用于深海石油开发，被很多石油公司视为下一代深水平台的发展方向[1]。
从结构上讲，SPAR平台可以分为三个部分，即平台上体，平台主体和系泊系统（包括锚固基础）。
系泊系统设计主要包括系泊索布置型式的选择、系泊索设计以及锚固基础设计三方面。
系泊索布置型式是系泊系统的基础，在已建成的SPAR平台当中，Truss SAPR平台的系泊系统一般采用的是分组式布置方式，如Horn Mountain SPAR平台的系泊索分为3组，每组包含3根系泊索，相邻两组系泊索之间相隔120°。
分组布置系泊系统的优点在于：便于系泊设备的布置，避免在主体下方安装导缆孔；简化系泊索长度优化的计算[4]；在需要的情况下可以布置更多的系泊索。
而Cell SPAR平台仅有Red Hawk 一座，它共有6根系泊索，呈散布式布置，相邻两根系泊索之间间隔为60°，每根系泊索均位于相邻两根立柱之间。
这种布置型式可以减少在侧板上的穿孔，也可以减少扰流，还可以减小VIV引起的横向运动，而且采用散布式系泊索在单根损坏的情况下更有效[3]。
漂浮式风电共享系泊系统设计与分析
2目录I.研究背景II.研究对象III.多风机-共享系泊系统设计IV.成本效益评估V.结语a.多海况全浪向仿真b.敏感性分析c.断缆工况d.系泊优化研究背景3 p漂浮式风机- 海上风电发展迅速，中国海上风电装机容量全球第一- 应用前景广阔：水深适应性好、开发深远海- 降本增效：成本问题导致竞争力减弱系泊相关成本三峡引领号扶摇号海油观澜号4p 共享系泊（Shared Mooring ）- 概念提出：在相邻的浮式风机之间布置横跨式的共享系泊线- 目的：减少风电场所需系泊线和锚的数量，降低系泊线和锚的材料、 锚的安装勘探等一系列成本，进而降低成本。
风机间横跨式系泊取代部分锚线研究背景多种共享系泊布置型式大型共享系泊风电场设计挑战p共享系泊带来的风机间复杂的耦合效应- 共享系泊非线性悬链线- 刚柔耦合、风机间耦合：非线性结构载荷；数值仿真计算久- 环境复杂：风电场对风场、波浪场的影响，即结构间的干涉影响研究对象p10MW OUCwind半潜式浮式风机Ø建立风机时域一体化分析模型Ø三立柱偏置风机、目标水深50米、3×1系泊布置Ø风浪流耦合：考虑湍流风、不规则波、二阶差频波浪力的时域耦合仿真单个风机系泊布置一体化仿真模型吃水15m干舷11.5m特征长度65m浮筒宽度11m浮筒高度 4.5m立柱直径11m重心高度-3.50m浮心高度-11.13m平台质量2910t排水量14197t设计分析流程梳理7基于10MW OUCwind半潜式风机设计多风机共享系泊系统建立“多风机-共享系泊系统”一体化时域分析模型共享系泊线敏感性分析多海况、全浪向仿真断缆工况模拟系泊优化方案共享系泊成本效益评估梳理总结共享系泊系统的设计分析技术要点8多风机-共享系泊系统设计锚链单位长度重量以50kg/m 左右为间隔进行敏感性分析p 等边三角形布置 - 相邻风机间隔1200米（相隔6-8倍的叶轮直径以上，认为水动力特性保持不变） - 锚线：采用与单风机一致，R3无档锚链，直径185mm- 共享系泊线：采用R3无档锚链进行敏感性分析共享系泊缆直径 [mm]重量 [kg/m]破断载荷[kN]Chain 1871516252Chain 21002008315Chain 31112469650Chain 412229811365Chain 5132********多风机-共享系泊系统布置型式9多海况、全浪向仿真全浪向仿真Hs Tp Uc -m/s m s m/s -海况18.0 2.539.85 1.0工作海况211.4 3.1010.10 1.0工作海况324.0 5.6911.23 1.0工作海况440.09.7712.95 1.0停机p 针对单风机和多风机-共享系泊系统进行多海况、全浪向仿真 - 多风机-共享系泊系统的主控海况与单风机一致，都为极端停机海况（LC4） - 危险工况为60度入射方向的极端停机海况- 相同海况下，共享系泊会造成水平回复刚度的下降10共享系泊缆敏感性分析环境参数：正向入射 LC 2: H s = 3.1m, T p = 10.1s, U c = 1m/s , U wind = 11.4m/s p敏感性分析n 随着共享系泊缆单位质量的增大，共享系泊和锚线的系泊张力也随之增大。
一种新型Spar平台结构方案设计
optimization
1
新层出不穷，作业水深更加深远。我国积极推进深海
开发技术，深海油气开发装备技术水平不断提高，自
主设计建造新型深海油气开发装备的能力不断增
Spar 平台结构分析
国际上 Spar 平台已发展了三代，分别为：传统式
Spar 平台、桁架式 Spar 平台和多柱式 Spar 平台。
传统式 Spar 平台的结构由顶部模块、主体结构、
中段圆柱结构，桁架上下设置多层垂荡板［3］。桁架结
局限性，设计一种新型 Spar 平台。该新型 Spar 平台不
式 Spar 平台中段结构采用空间桁架结构，代替原来的
需要拖船拖动的情况下实现自航。所以，本文首先分
构减小了水平方向的运动，垂荡板的设置减少了与波
基金项目：江苏省大学生创新训练项目；项目名称：新型 Spar 平台结构设计与模型制作；项目编号：
internal force of beam body is studied in this paper to determine the optimal lateral distance, which provides reference
for the similar engineering design.
the spatial model of the box girder bridge with special- shaped curve is established by MIDAS/FEA software. The
漂浮式海上风电机组基础及系泊系统设计导则
漂浮式海上风电机组基础及系泊系统设计导则漂浮式海上风电机组是一种利用风能发电的装置，它可以在海上进行安装和运行。
为了确保机组的稳定性和安全性，需要设计合适的基础和系泊系统。
本文将介绍漂浮式海上风电机组基础及系泊系统的设计导则。
一、基础设计导则1. 基础类型选择：根据海洋环境条件和机组规模，选择合适的基础类型，常见的有浮式基础、半浮式基础和沉管基础等。
浮式基础适用于较浅的海域，半浮式基础适用于中等深度的海域，沉管基础适用于深海。
2. 基础材料选择：考虑到海水的腐蚀性和机组的重量，基础材料需要具备良好的耐腐蚀性和强度。
常见的基础材料有混凝土、钢材和复合材料等，选择合适的材料可以提高基础的稳定性和耐久性。
3. 基础形状设计：基础的形状设计应考虑到机组的重心和风力对基础的影响。
合理的基础形状可以减小基础的倾斜和摇晃，提高机组的稳定性。
常见的基础形状有圆形、方形和多边形等。
4. 基础固定方式设计：基础的固定方式有锚链固定、钢缆固定和锚桩固定等。
选择合适的固定方式可以提高基础的稳定性和抗风性能。
同时，还需要考虑到基础的安装和维护便捷性。
二、系泊系统设计导则1. 系泊系统类型选择：根据基础类型和海洋环境条件，选择合适的系泊系统类型。
常见的系泊系统类型有单点系泊、多点系泊和主动控制系泊等。
单点系泊适用于浅海区域，多点系泊适用于中等深度的海域，主动控制系泊适用于深海。
2. 系泊系统材料选择：系泊系统的材料需要具备良好的耐腐蚀性和强度。
常见的系泊系统材料有钢材和合成材料等，选择合适的材料可以提高系统的耐久性和可靠性。
3. 系泊系统布置设计：系泊系统的布置设计应考虑到基础的形状和机组的重心。
合理的布置设计可以减小系泊系统的摆动和张力，提高机组的稳定性。
同时，还需要考虑到系统的安装和维护便捷性。
4. 系泊系统参数计算：根据机组的重量、风力和海洋环境条件，计算系泊系统的参数，包括锚链长度、钢缆长度和系泊点位置等。
合理的参数计算可以确保系统的稳定性和抗风性能。
基于响应面方法的Spar平台可靠性分析的开题报告
基于响应面方法的Spar平台可靠性分析的开题报告一、研究背景Spar平台是一种广泛应用于海洋领域的浮式生产平台，其具有稳定性、承载能力强等优点，因此在海洋石油开发中被广泛应用。
然而，在长期的使用过程中，Spar平台的可靠性问题频频出现，如漏油事故、组件失效等，这些问题不仅影响了生产效率，也对环境保护造成了不良影响。
因此，对Spar平台的可靠性进行研究具有重要意义。
二、研究目的和意义本研究的目的是利用响应面方法对Spar平台的可靠性进行分析，探究其影响因素及相互关系，并提出有效的可靠性改进方法，以提高Spar平台的操作安全性和可靠性。
本研究具有以下意义：1.优化Spar平台设计：通过分析Spar平台的可靠性问题，为平台设计提供优化方向，降低平台的故障率和失效率。
2.提高生产效率：Spar平台的故障率和失效率直接影响到生产效率，通过提高平台的可靠性，提高平台的生产效率。
3.减少环境污染：Spar平台的故障率和失效率也会影响到环境保护，通过提高平台的可靠性，降低环境污染风险。
三、研究内容和思路本研究将利用响应面方法对Spar平台的可靠性进行分析，具体研究内容包括以下几个方面：1.确定Spar平台的可靠性指标体系：通过文献研究和实际调研，确定Spar平台的可靠性指标体系，建立评估模型。
2.分析Spar平台的可靠性影响因素：通过试验或实际数据分析，确定Spar平台的可靠性影响因素。
3.建立响应面模型：根据Spar平台的可靠性指标体系和影响因素，建立响应面模型。
4.优化响应面模型：根据模型分析结果，综合考虑各因素间相互作用的影响，通过优化模型，得到最优方案，提高Spar平台的可靠性。
四、预期研究成果1.建立Spar平台可靠性评估模型。
2.确定Spar平台的可靠性影响因素及其相互关系。
3.建立响应面模型，预测Spar平台可靠性的变化趋势。
4.提出优化措施，改进Spar平台的可靠性，提高其操作安全性和可靠性。
五、研究进度安排1.研究背景和研究目的：已完成。
浅吃水SPAR型浮式风力机断缆情况下的动力响应分析
第 36 卷第 3 期2023 年6 月振 动 工 程 学 报Journal of Vibration EngineeringVol. 36 No. 3Jun. 2023浅吃水SPAR型浮式风力机断缆情况下的动力响应分析李耀隆1，2，3，李焱1，2，3，高靖1，2，3，张若瑜1，2，3，唐友刚1，2，3，刘佳琪1，2，3（1.天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300350； 2.天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室，天津 300350； 3.天津大学建筑工程学院，天津 300350）摘要: 随着风电开发逐渐走向深远海，漂浮式风力机优势更为显著，但当前国际上相对成熟的SPAR型浮式风力机吃水较深，受中国海域水深条件限制，该技术难以直接应用。
为此，本文面向100 m深海域，提出一种浅吃水SPAR 型基础，基于三维势流理论分析其水动力性能，在此基础上研究该浅吃水SPAR型浮式风力机在不同情况下断缆后的动力响应，在时域内分析浮式风力机单根系泊缆破断后的风力机运动响应及系泊缆张力的变化。
进而分析了预张力与风力机作业状态对断缆后风力机运动状态的影响。
研究结果表明该浮式风力机能适应在100 m水深海域的正常工作，但系泊缆断裂后浮式风力机将发生大幅漂移，严重影响风场内其他风力机的正常作业，并对一定范围内运行的船舶存在潜在威胁。
关键词: 浮式风力机；水动力；空气动力；浅吃水SPAR基础；系泊缆断裂中图分类号: TK83； TV131.2； V211 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2023）03-0729-08DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2023.03.015引 言海上风资源具有蕴藏量大、风切变小、稳定性好、无污染等特点，是重要的可再生能源形式之一。
加快发展海上风力发电，已经成为国家发展战略。
随着近岸海域的开发逐渐趋于饱和，风电开发逐渐走向50 m以上水深的中远海域。
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2010年阮胜福、唐友刚等人以一座600KW水平轴风电机为模型，从减小浮式基础运动的角度出发，详细设计了塔柱、半潜式基础以及系泊系统。利用SESAM软件建立了纤细的有限元模型，借鉴深海平台计算风力的方法，应用Morison公式和线性势流理论计算基础的波浪力，充分考虑电机-塔柱-浮式基础与细缆之间的耦合作用，计算了浮式风电系统在紊动风，定常流以及不规则波浪联合作用下的动力响应，分析浮式风电系统的动态运动和系缆张力，并提出了优化建议，对海上风机系统进行了频毕业论文（设计）
开题报告
题目基于Spar浮式风电支撑结构及
系泊系统设计
院、系工程学院海洋工程系
专业年级船舶与海洋工程2010级
学生姓名
学号
指导教师教授
教务处制表
2014年3月7日
一、选题依据
课题来源、选题依据和背景情况；课题研究目的、学术价值或实际应用价值
课题来源、背景情况:
随着全球经济的发展，能源问题越来越受到各国的重视。在目前的能源结构中，煤、天然气、石油及核能等非再生能源占据着世界能源供应的主要形式。但其所带来的环境问题（大气污染、核残料辐射污染等）却不容乐观。而风能作为一种清洁的可再生绿色能源，开发效率好，具有大规模开发条件和商业化前景，越来越受到世界各国的重视。近几年，全球风电市场每年都在快速增长，预计未来20-25年，世界风能市场每年将递增25%。相比于传统的陆上风电海上风电有着明显的各项优势：1：海上空间大，风速大，且风力稳定,可利用时间长；2：我国沿海地区商业发达,用电量需求巨大,相比于传统的陆上发电,沿海地区的近海发电可通过较短的距离运输到企业用户，减少经济成本3：海上有大片广阔平坦的区域,风电产业的发展空间不受限制,允许风电场建设更为大型化和产业化。
二、文献综述
国内外研究现状、发展动态；查阅的主要文献
随着海洋资源开发越来越受到各国的重视，对于海上平台，海上风电的研究也日益成为人们研究的热点，目前国内外对海上浮式风电、深海采油平台系泊系统的研究现状为：
2008年张素侠,唐友刚等人采用针对海洋平台的Spar结构系泊系统，应用应力波理论分析了缆绳内水平张力、波数、缆索坐标等参数对缆绳内应力波传播特性的影响,并且计算得到了缆绳在松弛、松弛-张紧和张紧三种状态下缆绳的运动和张力，比较分析了缆绳三种运动状态的区别，发现三种状态下，缆绳结构的运动特点、最大张力以及对结构的破坏程度均有所不同。在此基础上对平台浮体和系泊系统进行了耦合分析，得到了缆绳的力与外界环境荷载的部分关系并通过实验验证了系缆张力随端点激励频率和激励幅值、缆绳刚度、缆绳直径、缆绳弹性模量的增大而增大，随缆绳长度的增大而减小的结论，且通过模型实验对系缆的冲击张力进行了部分研究[1]。
课题研究目的、学术价值或实际应用价值:
由于近海资源的有限：1近海风电场的建设不利于其它近海资源的开发以及船舶的航行。2随着生活品质的提高，人们对环境要求也越发苛刻，在国外有相关环境保护者已经提出海上风电场的建设，应该远离海岸线，建造在离岸30-50公里以外的海域的要求,也受到了相关部门的重视。这就使得风电场的建设将越来越深海化。深海化带来的问题使得固定式的风电基础随着水深的加深越发不经济，海上浮式风电的发展日益成为人们关注的对象。对于传统的海上浮式采油结构，国内外已有大量学者对其做个系统的研究，然而与传统的海洋油气产业相比，浮式风电有着其独特的特点，主要表现在：1浮式基础上的载荷小很多。风机连同支撑立柱的重量在数百吨而油气开发平台的重量在几千吨到数万吨。2投资回收期长、收益较油气开发低。3风电机组的收益远低于油气开发，受投资、收益限制，需开发适合（水深50-200米）的浮式风电基础结构及相应的系泊系统和安装装备。4浮式系统的运动响应控制更为严格。5所需要的数量远大于油气开采装置数量，要求大规模制造生产。而风电产业带来的经济效益不够明显造成的经济限制依旧海上浮式风电的产业化所面临的重大问题。但由于浮式风电基础相比于传统的海洋工程浮式结构，体积小，重量轻，相对水深较浅使得对浮式结构的优化，在一定范围内减少成本投入，使其能够得到大规模产业化生产提供了可行性。
自从1991年丹麦建立第一座海上风电场Vindeby以来，海上风电产业得到了快速的发展，特别是丹麦、英国、德国等欧洲国家成为了海上发电的主力，随着2010年上海东海大桥海上风电场并网发电，中国也逐步加入了海上风电开发的行列。2010年英国建成的Thanet海上风电场,总装机容量300MW，安装了100台功率为3MW的vestas风力涡轮机，电厂的发电量相当于20多万英国家庭的年用电量，成为目前（2012年6月）最大的已建成的海上风电场。而未来海上风电更是朝着更大型化发展，除了已经完成建设和正在建设的海上风电场外，各个国家提出了多项大型海上风电项目，其中最为引人注目的就是英国Dogger Bank海上风电项目，总装机容量达到9000兆瓦。2012年初，全球共有200多台涡轮机组在几个风电场实现了并网，总容量达到近900兆瓦。目前，全球正在建设近6000兆瓦容量的海上风电，其中有17兆瓦的容量建设已经获批。预期在未来海上风电容量将增加十倍。欧洲风能协会估计到2020年40000兆瓦的海上风电每年可供电148000000兆瓦时，足以满足超过欧洲电量总需求的4%，可减少二氧化碳排放8700万公顷]。所以近年来，近海风力发电技术成为国内外学者的研究的热点。我国近海风能资源预计可达7. 5亿千瓦，是陆上风能资源3倍，海上风力发电必将成为未来发展的重点，而远海的浮式风电必将成为风电发展的重中之重。