基於風洞實驗的浮動式海上風電機組載荷控制技術研究獲進展

隨著陸上風電場可開發資源的減少，風電場建設「由陸到海、由淺到深、由固定式到浮動式」是發展必然趨勢，海上風電開發已逐漸成為風能利用的重要研究方向。海上風具有低湍流度和風速相對較高等優點，浮動式海上風電機組因其對海底環境破壞小而備受青睞。浮動式風電機組是複雜的多柔體系統，風-浪-流組合擾動具有非定常性和強非線性特點，由於其氣動-彈性-水動力學相互耦合作用，相對陸上風電機組其氣動載荷更為複雜和難以控制。如何在複雜海況下實現對浮動式海上風電機組的有效控制和調節是目前風能領域的熱點和關鍵問題點。

中國科學院工程熱物理研究所國家能源風電葉片研發（實驗）中心海上風電團隊針對複雜海況條件下浮動式風電機組氣動載荷控制難的科學難題，聯合團隊的海外合作單位日本三重大學，採用結合機械工程和空氣動力學的多學科交叉方法，研究了風浪組合模式下浮體平台水動力學耦合機制，提出了自適應來流風浪環境和浮體平台運動的載荷抑制技術，為實現浮動式海上風電機組對風能的高效利用提供了新的方法。

該團隊提出的周期性變槳技術通過浮動式海上風電機組的耦合機制，綜合考慮風電機組-浮動平台-洋流的內在關聯和本質規律，採用斜盤裝置控制槳距角（見圖1），給出該技術對風電機組性能量化影響的規律。在風洞中通過大量實驗驗證該項技術的有效性，研究發現，槳距角和迴轉角之間的相位差在不同風向下保持恆定，進而導致出力係數和推力係數也保持相對穩定（見圖2），從而實現對浮動式海上風電機組在風和波浪雙重衝擊影響下的有效調節，降低了風電機組的疲勞載荷，提升了風能利用效率。上述成果已在國際能源領域學術期刊Energy上發表，該成果為深遠海上浮動式風電機組載荷的有效控制提供了技術支撐。

來源：中國科學院工程熱物理研究所

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