波浪能海上试验平台的设计可行性研究.pdf

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1、第32卷第2期2013年6月海洋技术OCEAN7rECHNOLOGYV01．32，No．2June，2013波浪能海上试验平台的设计可行性研究侯晓蕊1，李运霞1，王鑫2，金鑫1，路宽2，宋雨泽2韩林生z(1．天津海油工程技术有限公司，天津300100，2．国家海洋技术中心。天津300112)摘要：实海况试验是波浪能装置从工程样机走向规模产业化应用的关键环节，我国波浪能海上试验与测试场建设方面仍处于是空白阶段，已成为制约我国波浪能技术成果转化的瓶颈。建设公益性的波浪能海上试验与测试场．是解决这一问题的最有效途

2、径，海上波浪能装置搭栽平台的设计也是迫在眉睫。关键词：波浪能；海洋能；海上试验平台中图分类号：P743．2文献标志码：B文章编号：1003—2029(2013)02埘23—041开发海洋能的必要性及需求分析海洋是一个巨大的能源宝库，包括温度差能、波浪能、潮汐与潮流能、海流能、盐度差能、岸外风能、海洋生物能和海洋地热能等8种，储存量高达天文数字，是蕴藏于海上、海中、海底的可再生资源，属新能源范畴。人们可以把这些海洋能以各种手段转化成电能、机械能或其他形式的能量，供人类使用。海洋能具有以下特点：(1)它在海洋总

3、水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位长度所拥有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。(2)它具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源图1点头鸭式装置就会再生，就会取之不尽用之不竭、用之不竭。(3)海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后。其本身对环境污染影响很小。《国家“十一五”海洋科学和技术发展规划纲要>中也指出，要“加强海洋科技平台建设，提高海洋科技基础能力”。“建设共享的综合研究试验平台”；《国家海洋事业发展纲要>提出“

4、建设国家科技试验室和海上试验场等研发平台”。波浪能、潮流能海上试验与测试场的建成与投入使用，将大大节省波浪能、潮流能装置实海况试验前期调查与海上基础工程建设的经费与时间，极大推动波浪能、潮流能开发利用技术与产业发展，因此有必要通过国家的专项资金的支持尽快开展相关工作，为我国海洋能事业的发展提供保障与支持。2发电设备鸭式装置外形像一只巨型的鸭头，漂浮在海中，在波浪的推动下上下摆动，故名点头鸭。由于体型比较庞大，运动时能带动发电装置产生电流。如图l所示。3海上平台设计波浪能试验平台为半潜式浮式平台，如图2一图3

5、所示，由旁通、横撑、立柱、上部结构(操作平台)及分布式多点系泊系统组成，是一小型半潜式平台。其所采用的设计、建造、安装及操作技术均为成熟的工业技术。系泊系统为4组×3根的分布式系泊系统，单根系泊缆长度为600m(从导缆孔到锚端)，系泊缆由纯锚链构成。锚链公称直径为56nlln，系泊锚优先选择大抓力锚，当海底泥面收稿日期：2012—10-27基金项目：海洋可再生能源专项资助项目——波浪能、潮流能海上试验与测试场建设论证及工程设计(GHME2010zcl0)作者简介：侯晓蕊(1982一)，女，助理工程师，从事海

6、洋工程设计研究。海洋技术第32卷图2波浪能试验平台(侧视图)图3波浪能试验平台(俯视图)处为基岩时，用重力锚代替大抓力锚。波浪能发电装置通过吊装或拖拉进入半潜式平台的月池内，发电装置需要维修或撤离时，通过升降系统提升到操作平台上进行维修或为撤离做准备。波浪能发电装置的可利用空间尺寸为25mxl5mxl6m，供发电装置设计参考。4设计试验平台按照50m水深进行设计，系泊系统强度按照百年一遇的风暴条件进行设计，设计极端环境条件为：百年一遇极端波浪条件有效波高胁=7．01m，有效周期Ts=l1．41s；百年一遇最

7、大风速为36．08m／s；极端工况流速按2．5m／s考虑。在本设计阶段，考虑到方向性不甚明显，故按照上述极值来进行试验平台各方向的性能分析。分析中保守考虑为风、浪和流为同向，且考虑任意来向的可能性。除各工况稳性分析之外，还需要针对在位的浮态进行多点系泊系统设计。多点系泊系统系泊缆的受力安全系数遵循美国石油学会的《浮式结构物定位系统设计与分析》规定。具体安全系数如表l所示。表1系泊缆设计安全系数4．1平台设计参数平台设计的主尺度如表2所示。其坐标系参照图4所示，平台的原点为浮体基线平面的形心，z轴方向为垂直向

8、上。4．2拖航阶段稳性分析试验平台湿拖时，其重量重心等数据如表3所示。第2期侯晓蕊，等：波浪能海上试验平台的设计可行性研究25表2试验平台主尺度xV硼凸桀肘向·形380≤总长．／⋯型宽zs．o八厂型深29．0I『长27．8Y旁通宽5．o图4坐标系统和环境萌}件方向型深4．0考虑到平台的对称性，仅仅考虑O一900范围内的完整稳长17．8性工况，选择0。,45。、90。三个特征角层E作为参考轴计算平台横撑宽5．o拖航