2 南海海域特点和研究需考虑问题

随着世界各国对能源安全、生态环境和气候变化等问题日益重视，加快发展风电已成为国际社会推动能源转型发展、应对全球气候变化的普遍共识和一致行动。我国在近年来也极为重视风电事业的发展，过去10年，在国家政策的大力推动下，我国风电产业蓬勃发展。但数据显示，2017年全国（除港、澳、台地区外）新增装机容量1 966×1014kw，同比下降15.9%；累计装机容量达到1.88×109kw，同比增长11.7%，增速放缓，其主要原因在于陆上风电现有产能利用率低。因而，海上风电的开发及产能提高问题也是我国风电产业发展的重点关注问题。由于海域面积大，风能储藏量高等优势，南海海上风电开发则是我国风电发展的主要方向。

2.1 南海海域台风

我国广东省沿海拥有4 114 km海岸线和41.93×104km2辽阔海域。沿海地带处于亚热带和南亚热带海洋性季风气候区，冬、夏季季候风特征十分明显。同时，南海海域也是我国热带气旋影响最为频繁的区域，台风对海洋资源开发和利用的影响必须加以考虑和重视。南海海域台风过境情况下，海上浮式风机的空气动力特性是有待于研究的问题，采用物理模型试验和数值模拟方法获得叶片和主体结构所受气流荷载的预测值是对海上浮式风机的安全性研究的重要问题，这对于风机结构的设计有重要的参考意义。

2.2 南海海域波流作用强

热带气旋过境时，海面及海面以上的风力极大，由于夹卷作用，会引起巨大的波浪和海流。波浪作用于浮式风机的基础结构时，会产生波浪冲击和越浪等灾害性问题，波浪冲击力有作用时间短，作用力较大的特征，容易导致结构的损坏。另外，当流速较大，波浪作用较强的情况下，锚泊也会受到较大的拉力。因此，对于南海海域而言，需要对强非线性波浪和较大流速海流作用下浮式风机的水动力特性开展研究，针对风机结构所受流体荷载、风机结构的运动响应以及锚泊系统荷载全面系统地考察。

3 海上浮式风机研究方向和展望

3.1 研究理论、方法和问题多样化

海上浮式风机相比近岸固定式风机的研究起步较晚，仍存在诸多的问题有待于研究和解决。针对前人研究局限性和研究理论多样化角度来看，对于海上浮式风机在风、浪、流耦合作用下的研究由于其较复杂，现阶段研究多基于势流理论开展。但由于势流理论建立在一定的假设条件下，无法考虑流体黏性和流动有旋性，对于黏性效应较显著的物理问题，对结果预测无法足够准确。因此，考虑流体黏性和流动有旋性对结构承受荷载、结构运动响应和锚泊系统受力的影响，基于黏性流理论对海上浮式风机的耦合研究有待于进一步开展和完善。从研究方法多样化角度来看，数值模拟方法作为当今流体动力学研究的主流方法已逐渐成为浮式风机研究的主要方法。物理模型试验研究方法也可以作为研究手段对浮式风机的运动响应有直观的研究作用，并且可以用于对数值计算模型的验证，但由于其无法考虑比尺效应问题，物理模型试验研究仍存在一定的局限性。原型试验是在海洋真实环境中开展的试验研究，其具有真实、准确、直观的研究特点，可以结合近年来南海沿海地区开展的海上试验场项目进行相应的研究。从研究问题多样化角度来看，浮式风机的建造材料、锚泊系统的锚固型式以及传递电能的海底管线受海流冲刷、耐腐蚀性和涡激振动等均是需要进一步开展研究的问题。

3.2 结合海域特点开展区域特色研究

如前文所述，我国南海海域具有台风危害较大、强非线性波浪多、海流流速较大等特点。针对南海海域的这些特点，对浮式风机的荷载、运动响应以及锚泊系统荷载等问题开展研究。以浮式风机工作稳性和安全性为前提，研究各个海域海况常年的风力、海流流速以及波浪强度等特点，并对不同海域自然特征下浮式风机的动力特性开展研究，寻找适合开展浮式风机建设的海域。

3.3 海上浮式风机智能化

“智能化”对于当今世界已经不再陌生，它在很多领域已经给人们的日常生活带来了变革。但相比其他行业，海洋工程领域的生产工作仍比较粗放，智能化的概念还未普及。“智慧海洋”是近年来我国提出的新概念，海洋装备的智能化则是我国海洋工程领域课题研究的重要方向。海上浮式风机智能化的目的最终要落实到其工作生产效率和安全性上。结合智能化监测系统，对浮式风机的发电效率进行实时监控，同时可以分析该区域海况的风能特征。装配智能化感应设备，在风机承受荷载较大、运动响应剧烈并且锚泊荷载较大时进行预警，保障风机工作的安全。研制智能化动力系统，在风机受外界作用强烈，结构位移较大，锚泊系统受力较大时，动力系统为风机提供反向动力，使风机回到平衡位置，降低锚泊系统受力，提高安全性。

文章来源：《水动力学研究与进展》 网址: http://www.sdlxyjyjzzz.cn/qikandaodu/2021/0712/629.html

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