清华大学深圳国际研究生院任政儒团队在风电运输与安装海上作业领域取得新进展
2025/04/24
494风力发电作为最成熟的可再生能源之一，近年来呈现快速发展态势。其中，漂浮式风电的发展具有大型化、规模化及深远海化等特点，伴随而来的是安装难、成本高、运输慢、作业窗口期短等诸多安装和运输工程难题。风电运输与安装（Transport and installation,T&I）作为风电建造中的重要一环，其成本约占浮式风电总成本的10%左右，新型T&I方式的研究与使用，在提高海上风电安装效率、提高海上风电商业化水平、降低度电成本（Levelized cost of electricity,LCOE）等方面具有重要应用潜力。
图1.一体化浮式风电安装过程示意图
一体化浮式风电运输安装方式通过大型浮船携带并运输多个风机上部预装配件至作业海域，在原位执行浮式风机最终的整体装配。安装船与锚泊固定的浮式风机基础采用机械装置形成临时弱耦合，限制两者在水平方向的相对运动，并开启动力定位系统（DP）以维持系统整体位姿。
然而，在结构自身水动力差异影响及复杂的海洋荷载作用下，安装船与浮式基础形成周期性相对垂荡，安装船的纵向摇晃更加剧处在船首的风机上部预装配件同浮式基础间的相对运动，造成装配过程中潜在的作业风险。同时，海上吊装作业作为海上作业常用的技术手段，现有研究缺乏面向“浮船-吊机-风机-浮式基础”这类复杂多体系统的相关研究工作，风浪流多场耦合动力环境更是加剧了系统研究复杂程度。
图2.浮船-吊机-风机-浮式基础模型构建框架及接触力耦合模块
针对上述一系列问题，清华大学深圳国际研究生院任政儒团队围绕漂浮式风电一体化运输安装技术，对于装配下放过程的动力学进行了分析，建立“浮船-吊机-风机-浮式基础”多体耦合的高保真动力模型，并探究整个系统在不同海况及下放作业设置中的影响。研究揭示了在海洋荷载影响下进行装配下放作业过程中，浮式基础及风机在接触的一瞬间受到较大的冲击荷载作用，并且伴随缆绳张力突变，冲击荷载及缆绳张力幅值由相对速度决定。
在外部周期性荷载的影响下，风机上部结构预装配件与风机浮式基础间出现反复碰撞现象，并且风机预装配件下放过程中发生重载转移，安装船在重载下放过程中产生了明显的船退现象。在时域下的模拟仿真揭示了吊装缆绳下放速度及下放时刻选择，都会影响结构物间的作用力大小，并导致运动响应不同。该研究为浮式风电的运输与安装提供了工程借鉴与必要的作业决策支持。
图3.不同缆绳下放速度影响下的相对运动
相关研究成果以“漂浮式海上风力发电机一体化安装技术下放装配作业的动力响应分析”（Dynamic analysis of lowering operations during floating offshore wind turbine assembly mating）为题，于4月15日发表于《可再生能源》（Renewable Energy）上。
清华大学深圳国际研究生院助理教授任政儒为论文通讯作者，清华大学深圳国际研究生院2024级博士生马灿为论文第一作者，其他合作者包括清华大学深圳国际研究生院2024级博士生张泰瑜及挪威阿哥德大学教授蒋致禹。研究得到深圳市科创委及广东省科技厅等单位和项目基金的支持。
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