漂浮風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的耦合動(dòng)態(tài)建模

譯文學(xué)院：船舶與建筑工程學(xué)院專業(yè)：船舶與海洋工程學(xué)號(hào)：姓名：王振翔指導(dǎo)教師：江蘇科技大學(xué)2012年5月25日漂浮風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的耦合動(dòng)態(tài)建模E.N.WaymanandP.D.SclavounosMassachusettsInstituteofTechnology摘要:本文提出了一種合作研究計(jì)劃，MIT和NREL已經(jīng)從事為水深10-200m的海上風(fēng)力發(fā)電開(kāi)發(fā)創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)的流動(dòng)和系泊系統(tǒng)。在頻率范圍內(nèi)給出了漂浮風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的耦合結(jié)構(gòu),水動(dòng)力和空氣動(dòng)力的分析方法。通過(guò)再生能源實(shí)驗(yàn)室用波浪載荷耦合空氣動(dòng)力和結(jié)構(gòu)動(dòng)力代碼FAST[4]和麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的回應(yīng)仿真代碼WAMIT[15]，共同構(gòu)成了這項(xiàng)分析。分析工具用來(lái)考慮風(fēng)力發(fā)電和漂浮系統(tǒng)之間的耦合作用。這些工具包括塔和浮子上的負(fù)載的風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子，風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的氣動(dòng)阻尼，波體干擾產(chǎn)生的流體動(dòng)力阻尼，和波干擾產(chǎn)生的流體動(dòng)態(tài)力。在水深為10-200m的情況下，對(duì)兩個(gè)加上可再生能源實(shí)驗(yàn)室5兆瓦海上基準(zhǔn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的浮子的概念進(jìn)行分析。選出這些概念來(lái)表示獲得穩(wěn)定的兩種不同方法，以致去分辨在運(yùn)行和成本上的區(qū)別。對(duì)這些結(jié)構(gòu)靜動(dòng)態(tài)的分析能夠估計(jì)系統(tǒng)在一定頻率范圍下對(duì)波干擾的反應(yīng)，系統(tǒng)的固有頻率，系統(tǒng)在各種風(fēng)浪環(huán)境下每個(gè)自由度運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)偏差。本文探究了耦合風(fēng)力發(fā)電和漂浮平臺(tái)的作用，水深的作用，風(fēng)速影響系統(tǒng)性能的作用。也經(jīng)常對(duì)這兩個(gè)概念的經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行分析。關(guān)鍵成本部分包括浮標(biāo)的材料和施工成本；系鏈的材料和安裝成本，系泊纜繩和錨固技術(shù);運(yùn)輸并在選定區(qū)域安裝系統(tǒng)的成本，和在平臺(tái)上裝配風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本。用靜動(dòng)態(tài)性能和徹底的更新費(fèi)用來(lái)評(píng)估這兩個(gè)系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)證明了合理的運(yùn)動(dòng)，預(yù)估成本為$1.4$1.8，不包括風(fēng)力發(fā)電的成本，動(dòng)力電子設(shè)備的成本，或是傳真的成本。簡(jiǎn)介在美國(guó)的海岸大約有1TW未開(kāi)發(fā)的富足風(fēng)力資源。這些資源在水深超過(guò)30米離海岸5m-50m的地方能夠得到。在此深度下，目前在深扎海底的木樁上安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)是經(jīng)濟(jì)可行的。在漂浮平臺(tái)上部署風(fēng)力發(fā)電技術(shù)為在深海岸風(fēng)能提供了可能的解決方案，并且有可能替代淺水區(qū)的木樁。以前J.E.Witheea],K.H.Lee⑻and⑼，andK.C.Tong點(diǎn)]的模擬研究表明漂浮的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是一個(gè)很有可能實(shí)現(xiàn)的結(jié)果。盡管如此，風(fēng)力發(fā)電和漂浮平臺(tái)的耦合只是在某種程度上已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，最理想的設(shè)計(jì)概念仍然還不知道，而在漂浮平臺(tái)上安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)成本過(guò)高。因此，本文有四個(gè)目的：（1）首先將耦合考慮到風(fēng)力石油天然氣行業(yè)的正確代碼，并開(kāi)發(fā)工具來(lái)模擬分析風(fēng)力發(fā)電和漂浮平臺(tái)系統(tǒng)的耦合行為；（2）研究理解在各種風(fēng)浪環(huán)境下這些系統(tǒng)的行為；（3）來(lái)確定最劃算的能夠解決深水問(wèn)題的結(jié)構(gòu)；（4）海上操作的時(shí)候能夠避免在平臺(tái)上安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)。首先要測(cè)試機(jī)械的穩(wěn)定性，并且建議兩個(gè)能分離不同穩(wěn)性機(jī)制的結(jié)構(gòu)。下一步去觀察耦合系統(tǒng)在各種風(fēng)浪水深情況下的動(dòng)態(tài)。這兩個(gè)平臺(tái)概念是麻省理工學(xué)院/國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室提出的SDB和TLP。通過(guò)高水線面積修復(fù)來(lái)獲得恢復(fù)力矩，因此在漂浮和安裝的過(guò)程中使用安裝好的風(fēng)力發(fā)電是很穩(wěn)定的。SDB的系泊系統(tǒng)最初能保證平臺(tái)協(xié)調(diào)，并不會(huì)有利于系統(tǒng)在俯仰和側(cè)滾的穩(wěn)定性。另外，TLP通過(guò)張力腿漂泊系統(tǒng)取得最初的重建在漂浮和用發(fā)電機(jī)安裝的時(shí)候，有足夠的水性和慣性來(lái)提供穩(wěn)性。下面的段落通過(guò)詳述靜態(tài)設(shè)計(jì)和靜動(dòng)態(tài)分析來(lái)概括這個(gè)過(guò)程。稍后將給出并討論這個(gè)作為結(jié)果的結(jié)構(gòu)和他們各自的靜動(dòng)態(tài)特性，然后再討論極端的波情況。最后，初步的經(jīng)濟(jì)分析總結(jié)會(huì)預(yù)測(cè)每個(gè)結(jié)構(gòu)的成本。結(jié)論概括了每個(gè)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵并討論他們的可行性。系統(tǒng)坐標(biāo)及其運(yùn)行模式耦合的風(fēng)力發(fā)電和漂浮平臺(tái)系統(tǒng)的假設(shè)，是基于承受嚴(yán)格波體互動(dòng)理論的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行模式。模型1-3是3葉逆風(fēng)5-MW；它的性能是通過(guò)操作機(jī)器和概念研究來(lái)猜測(cè)得到的。主要性質(zhì)詳見(jiàn)表1。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向逆風(fēng)操控可變速率，總變矩轉(zhuǎn)子直徑/槳轂直徑126m/3m槳轂高度90m最大旋轉(zhuǎn)角/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速12.1rpm/1173.7rpm最大槳葉梢速80m/s懸垂/傾斜軸/旋翼參數(shù)5m/5°/-2.5°旋轉(zhuǎn)質(zhì)量110000kg貨艙質(zhì)量240000kg塔臺(tái)質(zhì)量347460kg表15-MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)再生能源實(shí)驗(yàn)室5-MW海岸風(fēng)力發(fā)電機(jī)再生能源實(shí)驗(yàn)室在5中給出了這種模型的詳細(xì)信息及工作原理。選用5MW的功率是因?yàn)樗谛詢r(jià)比的深海風(fēng)力發(fā)電中是功率最小的。把系統(tǒng)分析為4種風(fēng)速，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電的操作譜來(lái)描述耦合系統(tǒng)在各種風(fēng)速下的運(yùn)行情況。九米每秒的風(fēng)速代表了動(dòng)力曲線中的區(qū)域二。在這種風(fēng)速下，渦輪發(fā)電機(jī)幾乎用了一半的額定功率。它的額定功率表示成每秒12.2m，最先達(dá)到了其額定功率值。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)使螺旋槳順流交距來(lái)維持額定功率時(shí)，15m/s代表風(fēng)速超過(guò)了額定風(fēng)速;每秒25m是切出速度,或者是發(fā)電機(jī)操作時(shí)的最高風(fēng)速。綜合研究方法這個(gè)研究目的是增進(jìn)漂浮風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的可行性。它的目標(biāo)是研究耦合風(fēng)力發(fā)電和動(dòng)態(tài)漂浮系統(tǒng)的漂浮結(jié)構(gòu)，探討氣候狀況的影響，和確定最低成本的漂浮結(jié)構(gòu)去支持能展示良好操作性能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。避免不確定性和給海上漂浮平臺(tái)增加發(fā)電機(jī)的成本，這項(xiàng)研究尋求給這樣的結(jié)構(gòu)下定義，這些結(jié)構(gòu)允許把風(fēng)力發(fā)電安裝在海岸平臺(tái)上或是船塢中并且可以拖動(dòng)到已經(jīng)設(shè)置好的地點(diǎn)進(jìn)行安裝。為了達(dá)到這樣的目的，這項(xiàng)研究首先測(cè)試了為結(jié)構(gòu)提供恢復(fù)力的機(jī)器。在此背景下，進(jìn)行一個(gè)靜態(tài)設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)提供兩個(gè)成本較低的結(jié)構(gòu)體，并且能夠保證提供足夠的恢復(fù)力使系統(tǒng)運(yùn)行流暢，安裝的時(shí)候可以讓系統(tǒng)獲得穩(wěn)定的操作點(diǎn)。當(dāng)估測(cè)不同風(fēng)速下的操作點(diǎn)時(shí)，這些結(jié)構(gòu)就傳遞靜態(tài)分析。然后，當(dāng)估測(cè)出動(dòng)態(tài)內(nèi)容時(shí)，系統(tǒng)和不變的操作狀態(tài)傳遞了動(dòng)態(tài)分析語(yǔ)句，內(nèi)容包括系統(tǒng)的RAOs,固有頻率，和在各種風(fēng)速海況下的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行偏差。表2概述了一般的過(guò)程：STATC□E3IGNPHcmlEiigDes-gnE3TATFCAMMfSISOoerathnJoirrDYNAMCANALYSISDesIgTS'DpaiTlcPerTannansERESULTSEVALUATEDSteadySuaeOperationS^-temRAOsStandardguizborofGystemMotons卜伽turalF旳身“研究方法麻省理工學(xué)院/再生能源實(shí)驗(yàn)室SDB和TLP旳靜態(tài)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法耦合風(fēng)力發(fā)電漂浮平臺(tái)系統(tǒng)的靜態(tài)性能是帶動(dòng)漂浮平臺(tái)設(shè)計(jì)的最初規(guī)范。設(shè)計(jì)耦合系統(tǒng)來(lái)驗(yàn)證在其安裝階段靜態(tài)系統(tǒng)的不變性，是關(guān)于其應(yīng)對(duì)任何波浪所做出的振動(dòng)。而且，系統(tǒng)必須在拖曳的時(shí)候獲得一個(gè)確定的靜態(tài)平衡等級(jí)。系統(tǒng)在靜態(tài)操作中所處的位置是由外在施加的力和系統(tǒng)恢復(fù)力的屬性決定的。通過(guò)三種一般的機(jī)制獲得恢復(fù)力:水線面的運(yùn)動(dòng)，壓載力在系統(tǒng)重心和浮心間產(chǎn)生垂直間距，還有系泊系統(tǒng)。這些機(jī)器充當(dāng)了漂浮結(jié)構(gòu)的分類。從概念上講，這三種恢復(fù)機(jī)制可以由三種極端機(jī)構(gòu)概括:水線面的運(yùn)動(dòng)，重心和浮心間的垂向間距，系泊系統(tǒng)。這些重建的方法和典型的結(jié)構(gòu)見(jiàn)表3灰色部分：本文測(cè)試了極端情況下結(jié)構(gòu)的性能及最實(shí)用的表象特征。最近，麻省理工學(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室通過(guò)水線面運(yùn)動(dòng)和系泊系統(tǒng)，初步恢復(fù)了SDB和TLP的研究。這些結(jié)構(gòu)構(gòu)見(jiàn)圖3中紅色部分。沒(méi)有在這里提出極端的壓載情況，是因?yàn)槌醪娇紤]到結(jié)構(gòu)類型，它表明吃水需要有足夠的慣性恢復(fù)力去彌補(bǔ)其結(jié)構(gòu)在任何實(shí)際船塢和碼頭存在的不可行性。接下來(lái)的部分概述了靜態(tài)過(guò)程來(lái)滿足麻省理工學(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室SDB和TLP提出的技術(shù)規(guī)范。麻省理工學(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室SDB的靜態(tài)設(shè)計(jì)麻省理工學(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的SDB是為了展示水線面獲得恢復(fù)力的方法。盡管如此，機(jī)構(gòu)也要維持一定的壓載來(lái)獲得合理的吃水。因此，麻省理工學(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的SDB通過(guò)水線面和壓載的最佳混合來(lái)獲得恢復(fù)力。靜態(tài)設(shè)計(jì)和分析階段正在初步進(jìn)行，參考［3］和［11］中的原理，確定好麻省理工學(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的SDB的型號(hào)和形狀，能夠在解纜操作中提供足夠的穩(wěn)性。一旦系泊，系泊纜繩就只提發(fā)揮定位作用了。因此，麻省理工學(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的SDB系統(tǒng)應(yīng)該能夠在涌浪中保持平衡。并且需要合理的論證在無(wú)附加系泊纜繩恢復(fù)力的全面運(yùn)作模型情況下，其他所有運(yùn)動(dòng)的靜動(dòng)態(tài)性能，平臺(tái)幾何的問(wèn)題決定了最優(yōu)尺寸和形狀，它把耦合漂浮風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的靜態(tài)不變螺距限制在了指定界限值的螺旋角內(nèi)了。系統(tǒng)必須在操作中所承受的最大風(fēng)速載荷情況下，維持一個(gè)不變的合理螺旋角，系統(tǒng)承受的俯仰力矩和系統(tǒng)螺距的恢復(fù)性能決定了不變螺距，見(jiàn)下面的等式：55F是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)上的風(fēng)力載荷產(chǎn)生的關(guān)于起始坐標(biāo)系的俯仰力矩，F(xiàn)用5F 表示，這里表示力矩。見(jiàn)下面等式：ThrustF二FZ5 ThrustHub在麻省理工學(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的SDB的情況下，通過(guò)流體靜力學(xué)（水線面力矩和浮心的位置）和慣量（壓載和質(zhì)心的位置）。圓柱體和圓柱表面的靜力學(xué)和慣性縱搖系數(shù)表示如下：R4C55H&1-FBZB-MiigZG+Pg兀丁F和Z表示浮力和浮心，M是系統(tǒng)的總質(zhì)心，Z是重心，p是海水密度，RB B 11 G是圓柱半徑。可以推算出，縱搖超過(guò)10度風(fēng)力發(fā)電機(jī)就會(huì)失效。因此，在本文中極限縱搖值取10度。最大的風(fēng)力載荷取800000牛，穩(wěn)態(tài)推力為每秒11.2m并且作用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輪轂上，Z等于91.5米。通過(guò)解決恢復(fù)系數(shù)限制10度縱搖來(lái)找Hub到必要的系數(shù)，等式如下所示：FC=—5=4.2x108[N—m]55辛G5通過(guò)調(diào)整平臺(tái)的吃水和半徑，往圓柱內(nèi)傾注混凝土增加壓載來(lái)得到足夠的恢復(fù)力系數(shù)。麻省理工學(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室SDB的最終規(guī)模和性能已經(jīng)在表2中列出。圓柱半徑18m圓柱高度6.5m混凝土壓艙塊高度1.65m鋼板厚度0.01m實(shí)際吃水5m甲板間隙1.5m鋼重量218metricton混凝土重量4299metricton發(fā)電機(jī)重量218metricton總重量5210metricton浮心重量5210metricton儲(chǔ)備浮力0kg重心4.25m浮心-2.5m表2麻省理工學(xué)院/再生能源實(shí)驗(yàn)室SDB性質(zhì)麻省理工學(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室TLP的靜態(tài)設(shè)計(jì)

麻省理工學(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的TLP旨在展示一種結(jié)構(gòu)，它能夠通過(guò)張力腿系泊系統(tǒng)獲取恢復(fù)力。在這個(gè)穩(wěn)性過(guò)大的系統(tǒng)中得到的結(jié)果，與麻省理工學(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的SDB相關(guān)，通過(guò)錨索來(lái)施加可觀的力。靜態(tài)設(shè)計(jì)過(guò)程沿著［16］的主線進(jìn)行并利用［3］和［11］的原理，最后決定錨索的張力和TLP的規(guī)模。縱搖的恢復(fù)力系數(shù)由錨鏈提供，如下所示：55Tethers—2 Tethers55Tethers—2 Tethers"LTethers(R)2+FTethers（EA） 是彈性模數(shù)乘以錨鏈的軸截面面積，L是錨鏈的原長(zhǎng)，R是圓Tethers Tethers柱半徑（或是到錨鏈導(dǎo)纜孔的徑向距離），F(xiàn)是錨鏈產(chǎn)生的總力，T是圓柱Tethers吃水（或者是到錨鏈導(dǎo)纜孔的垂直距離）。等式表明了恢復(fù)力和錨鏈彈性剛度之間的關(guān)系。本文考慮了剛性構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)情況，因此在本文范圍內(nèi)的彈性運(yùn)動(dòng)模數(shù)，和錨鏈的剛性都取無(wú)窮。假設(shè)使錨鏈的縱搖恢復(fù)力趨向無(wú)窮。剛性防止了任何在縱搖、橫搖方向上的運(yùn)動(dòng)，因此喘振、橫蕩、首搖限制了平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必須能夠充分的限制這些模型的運(yùn)動(dòng)。張力腿系泊系統(tǒng)也必須提供所有錨鏈足夠合適的張力。作用在X正方向的不變風(fēng)力，增加錨鏈3的張力，減少錨鏈1的張力來(lái)保持力和力矩的平衡。最初選定的錨鏈張力必須保證迎風(fēng)纜繩的張力不會(huì)超過(guò)最大許用張力，并且背風(fēng)纜繩的張力不小于最小許用張力。傳統(tǒng)TLP有一個(gè)缺點(diǎn)，它沒(méi)有系泊系統(tǒng)并且恢復(fù)性能較差，使它自身不能垂直漂浮。這種特性就需要在安裝平臺(tái)和拉緊錨鏈之后，才能把風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在漂浮平臺(tái)上。為了避免把風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在海上，選定漂浮平臺(tái)的型大小和形狀必須在拖曳和安裝的時(shí)候給結(jié)構(gòu)提供足夠的恢復(fù)力。結(jié)構(gòu)內(nèi)部的壓載水在這過(guò)程中也提供了部分的恢復(fù)力。一旦系統(tǒng)到達(dá)了其安裝地點(diǎn)，就用錨鏈固定住，并拉伸錨鏈排放壓載水。排放壓載水的過(guò)程需要結(jié)構(gòu)內(nèi)部的壓載水來(lái)提供等量的總張力。系統(tǒng)的錨鏈張力一定要滿足三個(gè)需求：（1）錨鏈一定要在工作中提供足夠的恢復(fù)力來(lái)限制穩(wěn)態(tài)偏置；（2）迎風(fēng)錨鏈的張力必須不能超過(guò)最大許用張力，背風(fēng)錨鏈的張力必須時(shí)刻不能低于最小許用張力；（3）在安裝過(guò)程中，錨鏈產(chǎn)生的總力必須和穩(wěn)定系統(tǒng)的壓載水的重量相匹配。操作方案詳見(jiàn)圖4：

圖4圖4TLP操作方案在穩(wěn)態(tài)情況下，平臺(tái)會(huì)在運(yùn)動(dòng)中達(dá)到穩(wěn)態(tài)排水量。在這排水量之下，錨鏈會(huì)在垂直方向形成一個(gè)夾角，用0表示，見(jiàn)圖4。錨鏈一定要有足夠的張力提供恢復(fù)力把角度限制在5度，防止系統(tǒng)承受過(guò)高的非線性恢復(fù)力和排水量。在喘振中由錨鏈引起的恢復(fù)力與錨鏈張力和長(zhǎng)度相關(guān)，見(jiàn)如下等式：CiiCii二TethersTethers恢復(fù)力通過(guò)如下等式造成了穩(wěn)態(tài)排水量:FThrustC11C11C11限制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)恢復(fù)力來(lái)達(dá)到。這個(gè)張力必須也要滿足第二個(gè)需求：線張力。在操作情況下，通過(guò)解決力與力矩的平衡來(lái)。如圖4所示，通過(guò)4來(lái)給錨鏈標(biāo)記數(shù)字1靜態(tài)時(shí)導(dǎo)纜孔和錨鏈1的錨與X軸的正向，錨鏈2,Y軸的正向，錨鏈3,X軸的負(fù)向，錨鏈4,與Y軸的負(fù)向?qū)R。假設(shè)風(fēng)一直沿著X的方向傳播，錨鏈3一直是逆風(fēng)錨，錨鏈1一直是順風(fēng)錨。力在垂直方向上的平衡需要浮力加上機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的額外浮力。系統(tǒng)重量必須等于錨張力向下部分的力。下面的等式表達(dá)了力的平衡，0代表了錨鏈在垂直方向上形成的角度。FB+Pg^R2(—-Lether )-M11g二COS0E FTi

使用小角度近似法cose約等于1,sine約等于e,這個(gè)等式化簡(jiǎn)見(jiàn)下等式:fb—mng=工FTi4個(gè)錨鏈每隔90度環(huán)繞安置在結(jié)構(gòu)周圍,把總張力分成4份得到平均錨張力。因?yàn)殄^鏈2和錨鏈4不受作用在結(jié)構(gòu)上慣性矩作用的影響，假定他們的張力等于平均張力。F=F=F=F+Pg^R2(Aether一AetherC0S)—M11gT2 T4 Tave 4cos9再一次調(diào)用小角度近似法:F=F=F二Fb_MiigT2T4Tave關(guān)聯(lián)的錨鏈?zhǔn)清^鏈1和錨鏈3,它們各自都有崩潰或超過(guò)最大許用張力的危險(xiǎn)。為了平衡作用在系統(tǒng)上的慣性力矩，錨鏈3的張力等于F加上一個(gè)額外的張T,ave力AF。為了維持垂直方向上的受力平衡，錨鏈1等于F 減去AF。下面給出T，ave的方程表示慣性力矩的平衡。F5=Ft3Rcos9-Ft1Rcos9=(FTave+AF)Rcos9-(FTave-AF)Rcos9調(diào)用小角度近似法，方程可以化簡(jiǎn)為下面等式：F5-FT3R-FT1R二(FTave+AF)R-(Fave-AF)R最初選定的線張力必須要防止每個(gè)錨鏈的張力值趨于零或是超過(guò)最大許用張力。最終需要錨鏈的張力必須等于在拖曳和安裝時(shí)用于壓載穩(wěn)定系統(tǒng)的水的重量。在操作過(guò)程中錨鏈拖曳產(chǎn)生的推力是最小的時(shí)候，希望系統(tǒng)能承受最大的力為250000N。在拖曳和安裝的時(shí)候，不會(huì)去使用錨鏈，因此在操作過(guò)程中，作用在結(jié)構(gòu)上的風(fēng)力一定要小于任何的風(fēng)力載荷。因此，最小推力作為風(fēng)力載荷的上界。在拖曳和安裝過(guò)程中，需要系統(tǒng)有足夠的靜水力和慣性恢復(fù)力來(lái)把穩(wěn)態(tài)縱搖限制為10度。選定的界限必須保證系統(tǒng)在安裝過(guò)程中一直保持垂直狀態(tài)，并且允許安裝人員可以再穩(wěn)性要求范圍內(nèi)拖動(dòng)系統(tǒng)。為了執(zhí)行這個(gè)要求，下列等式可以得到在拖曳過(guò)程中所需的最小靜水力和慣性系數(shù)：55H55H&1min5=1.3xl08[N-m]E5通過(guò)調(diào)整圓柱高度和半徑和水泥壓載的水平得到這個(gè)恢復(fù)力。以上列出的都要達(dá)到TLP的大小、形狀和錨鏈張力的要求。10.成本分析基于麻省理工學(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的SDB和TLP做出一項(xiàng)成本分析，來(lái)推斷漂浮結(jié)構(gòu)，系泊系統(tǒng)，及每次設(shè)計(jì)所關(guān)聯(lián)的安裝過(guò)程的總成本。這里的成本預(yù)測(cè)不包括風(fēng)力發(fā)電，電子電力設(shè)備，或是運(yùn)輸系統(tǒng)。做了幾個(gè)關(guān)于施工和安裝過(guò)程，勞動(dòng)力、物資和設(shè)備的成本的假設(shè)。這些假設(shè)源于水產(chǎn)業(yè)中生產(chǎn)商、咨詢商、承包商提供的信息。漂浮風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)用來(lái)部署在風(fēng)力農(nóng)場(chǎng)中，由眾多的個(gè)體單元構(gòu)成。因?yàn)槁槭±砉W(xué)院和國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室的SDB和TLP可能用已經(jīng)安裝好的風(fēng)力發(fā)電機(jī)部署完畢，所以每個(gè)單元會(huì)由船塢中的組裝流水線生產(chǎn)完成并且拖到安裝地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試。平臺(tái)首先會(huì)在船塢中裝配。然后用船塢中的起重機(jī)把風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在平臺(tái)上。13.參考文獻(xiàn)Butterfield,S.,Musial,W.,Jonkman,J.,Sclavounos,P.,Wayman,E., “EngineeringChallengesforFloatingOffshoreWindTurbines,”CopenhagenOffshoreWind2005ConferenceandExpeditionProceedings, 25-28October2005,Copenhagen,Denmark(tobepublished).Eltaher,A.,Rajapaksa,Y.,Chang,K.“IndustryTrendsforDesignofAnchoringSystemsforTOC\o"1-5"\h\zDeepwaterOffshoreStructures,”O(jiān)ffshoreTechnologyConference, 2003.Faltinsen,O.M.SeaLoadsonShipsandOffshoreStructure,Cambridge,UK:CambridgeUniversityPress, 1999.Jonkman,J.M.,Buhl,M.L.,FASTUserGuide,Golden,CO:NationalRenewableEnergyLaboratory, 2005.Jonkman,J,Butterfield,S.,Musial,W.,andScott,G.,“Definitionofa5-MWReferenceWindTurbineforOffshoreSystemDevelopment,”NREL/TP-500-38060,Golden,CO:NationalRenewableEnergyLaboratory,January2006(tobepublished).Jonkman,J.M.,Sclavounos,P.D., “DevelopmentofFullyCoupledAeroelasticandHydrodynamicModelsforOffshoreWindTurbines”Proceedingsofthe44thAIAAAerospaceSciencesMeetingandExhibit9-12January2006,Reno,NV,WashingtonD.C.:AmericanInstituteofAeronauticsandAstronautics,January2006;NREL/CP-500-39066.Kim,S.,Sclavounos,P.D., “FullyCoupledResponseSimulationsofThemeOffshoreStructuresinTOC\o"1-5"\h\zWaterDepthsofupto10,000Feet,”ProceedingsoftheEleventhInternationalOffshoreandPolarEngineeringConference, 2001.Lee,K.H.,ResponsesofFloatingWindTurbinestoWindandWaveExcitation,MasterofScienceThesis,Ma