漂浮式风电机组存在平台六自由度运动,使得风电机组气动特性的非定常性显著。本文采用自由涡尾迹法对NREL 5MW风电机组的气动特性进行了模拟。为了能清晰比较单个平台运动对气动性能的影响,将浮式平台的纵摇、纵荡以及横摇运动简化为给定的正弦函数,研究了不同振幅的平台纵荡、纵摇、横摇运动以及两者和三者之间耦合运动下风电机组的气动功率和推力变化。结果表明浮式平台的运动会导致风电机组功率和推力的波动,平台纵摇运动影响最大,横摇运动的影响最小;较剧烈的耦合运动会显著增加平均发电量;平台三自由度耦合运动中,增大纵荡振幅可以增大平均功率输出,并减少平均推力。

为了研究半潜式垂直轴浮式风机纵荡运动对风机气动载荷的影响,本文建立了5MW浮式风机、平台、系泊系统全非线性耦合的计算模型,采用流体固体交互方法和重叠网格技术对风浪双激励下平台纵荡运动时的风机气动载荷进行分析,研究了不同速比下纵荡运动对转矩系数、叶片推力系数、能量利用率的变化规律,并与相同速比下陆地垂直轴风机进行比较。结果表明:高速比下平台以较高纵荡均值做高频小幅振荡;回复运动时转矩系数大于正向运动时转矩系数;能量利用率系数在中低速比时大于陆地风机;叶片推力系数和转矩系数变化趋势相同。本文的研究结论对于分析浮式风力机叶片载荷和估算深远海风场年发电量具有理论指导意义。