风浪流联合作用下漂浮式风机-波浪能集成平台动力响应试验研究

文献来源：许俊龙，刘明月，陈敏，郭嘉宁，贾志超. 风浪流联合作用下漂浮式风机-波浪能集成平台动力响应试验研究[J]. 海洋工程，2026, 44(2): 105–118. DOI: 10.16483/j.issn.1005-9865.2026.02.007

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研究背景与目的

        将漂浮式风机与波浪能装置集成于同一平台，是降低海上可再生能源度电成本的重要技术路径，但风、浪、流多场耦合作用下集成平台的动力响应机制尚不清晰。本文针对一种新型半潜式风机与摆式波浪能浮子集成平台开展模型试验，系统研究海洋环境条件下该平台的动力响应特性，重点关注风载荷与海流对平台运动及系泊张力的影响规律。

试验方法

        以国家重点研发计划项目为支撑，针对新型半潜式风机与摆式波浪能浮子集成平台开展物理模型试验，在风、浪、流联合加载条件下测量平台纵荡运动、系泊张力及塔筒弯矩等关键响应参数。

关键结论

（1）风载荷显著放大纵荡运动与系泊张力。在波浪作用基础上叠加额定风速（9.3 m/s）风载荷时，纵荡运动响应最大值增加29.2%，系泊张力响应最大值增加20.2%。

（2）气动阻尼抑制纵荡响应波动，海流加剧该抑制效应。气动阻尼主要作用于纵荡运动固有频率处，有效抑制响应波动，且海流作用进一步增强这一抑制效应。

（3）塔筒弯矩自塔顶至塔底逐级放大。相同海况下，塔底迎风向弯矩最大值是塔顶的10倍以上，表明塔筒对载荷具有显著的放大传递效应。

（4）塔筒双向传递动力响应。塔顶和塔底载荷中，波频响应与高频响应均处于主导地位，塔筒不仅将高频响应从塔顶传递至塔底，还将平台运动产生的波频响应传递至塔顶。

思考总结

        本研究通过物理模型试验揭示了风载荷对集成平台动力响应的主导作用及气动阻尼的抑制机制，为风-波集成平台的设计与安全评估提供了关键试验依据。值得注意的是，风速超出额定值后风机保护控制系统可能改变平台响应特性，未来研究可进一步关注变速变桨控制策略对集成平台动力特性的影响，并考虑不同PTO（能量输出系统）阻尼参数对平台运动与波浪能俘获效率的耦合效应。