10 MW驳船型浮式海上风机与养殖网箱集成系统的动态响应实验研究

为解决深远海风电与养殖空间竞争及成本优化问题，研究人员开展驳船型浮式风机与网箱集成系统(BWACS)的水动力性能实验。通过1:75缩尺模型对比测试发现，网箱结构显著提升系统在浪流联合作用下的纵荡(surge)、垂荡(heave)和纵摇(pitch)运动阻尼，使极端工况运动响应满足DNVGL-ST-0119规范要求，同时为海上风电-养殖一体化设计提供实验依据。

　　

随着全球向深远海开发迈进，海上风电与海水养殖两大产业正面临近岸空间资源枯竭的挑战。据统计，海水养殖已贡献全球50%以上食用水产品，而浮式海上风机(FOWT)则被澳大利亚海洋能源集团评为最可靠的海洋能源形式。然而，传统分离式开发模式导致海域使用效率低下，且风电基础结构产生的噪声可能影响鱼类健康。针对这些问题，大连理工大学团队在《Renewable Energy》发表研究，通过创新性集成10 MW驳船型浮式风机与养殖网箱系统(BWACS)，为深远海空间资源协同开发提供解决方案。

研究采用1:75缩尺模型在波浪水池开展实验，关键技术包括：多物理场耦合测试系统模拟同向风-浪-流联合作用；基于IEC 61400-3标准设计8种环境工况；对比分析BWACS与无网箱系统(BWS)的运动响应谱；通过系统辨识方法提取纵荡/垂荡/纵摇自然周期与阻尼比参数。

描述 of BWACS
改进后的BWACS由10 MW风机、带月池的矩形驳船平台、养殖网箱及8点系泊系统构成。坐标原点设于水面平台中心，x轴逆向指向风机，z轴垂直向上。平台主体尺寸为75 m×75 m×10 m，通过分布式浮力设计增强稳定性，月池结构可吸收波浪载荷并降低运动幅度。

实验 setup
在模拟60 m水深条件下，测试涵盖正常与极端工况。边缘安装风扇模拟风场，波浪发生器产生规则波，电流系统提供0.2 m/s流速。运动响应通过光学追踪系统采集，采样频率达100 Hz，确保捕捉高频动态特性。

环境 conditions
依据IEC标准设定4级海况，包括：纯波浪(波高1.5-8.5 m，周期5-12 s)、风浪流组合(风速11-50 m/s)。特别设计网箱透空率梯度实验(30%-70%)，以量化网孔结构对水动力阻尼的影响。

结论
研究发现：(1) BWACS在50年一遇极端工况下最大纵荡位移为平台长度的12.7%，低于DNVGL规范15%限值；(2) 网箱使纵荡自然周期延长23%，阻尼比提升40%，显著抑制共振风险；(3) 网箱透空率与垂荡响应呈非线性关系，最优透空率为55%时运动响应最小。

讨论
该研究首次通过实验验证驳船型FOWT与网箱集成的技术可行性。网箱结构产生的附加质量效应和粘滞阻尼，使系统在保持发电性能的同时降低运动响应，尤其对纵荡这一关键自由度改善显著。经济性分析表明，集成系统可节省30%系泊成本，并通过渔电联产提升综合收益。未来研究需关注网箱生物污损对长期水动力性能的影响，以及风机振动对鱼类行为的作用机制。这一成果为深远海多用途平台开发提供了重要实验依据。