地震及风-浪载荷作用下大型10 MW桁架与单桩风力机响应对比研究

闫阳天， 岳敏楠， 李 春,2， 牛凯伦

(1.上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093；2.上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200093)

国家“十四五”规划纲要明确提出“30·60”目标，为此需要积极推动清洁能源安全高效利用[1]。近年来，陆上风资源的发展逐渐趋于饱和，海上风能具有风速稳定、风能密度高、湍流度低以及环境和生态易于大型化、不占用土地资源等优势，越来越受到世界各国的重视[2]。根据国际可再生能源机构(IRENA)测算，我国东南沿海地区风资源较为丰富，水深小于20 m区域拥有496 GW海上风电开发潜力，水深20～<50 m区域拥有1 127 GW的开发潜力，水深50～100 m区域，拥有2 237 GW的开发潜力[3]。

随着远海海域的风资源开发，风力机所处海域水深增加，其支撑结构逐渐向大跨度发展，受风波浪载荷的影响也更剧烈。桁架式结构主要由格栅桁架组成，耗钢量低，方便运输组装，且抗风浪性能良好，适用于水深较深的海域[4]，德国Bard I风电场的80台风力机组均采用桁架式结构，安装海域水深约40 m[5]。我国东南沿海地区位于环太平洋地震带，属于地震极易发生地区，随着风能产业的发展，将有越来越多的风电场建设于此[6-7]。然而，地震对大跨度大型风力机所造成的破坏难以预测[8]。现阶段对桁架式风力机抗震及承载特性的研究还较少。

风力机作为顶端大质量特征的力学结构，属细长柔性体[9]。叶片在湍流风作用下将产生气弹效应，这对地震发生时塔架的结构振动影响显著[10]。因此，在风力机抗震结构设计时需考虑湍流风与地震激励间的耦合效应。同时，针对海上风力机整机在风-浪载荷作用下的地震响应需要庞大的计算资源。……