新型风光渔一体化半潜式浮式系统非线性动力响应特性的实验研究

为解决深海养殖空间利用率低与浮式风电成本高的问题，研究人员开展10 MW风光渔一体化半潜式浮式系统(FOWT-FCP)动力响应实验，通过1:30缩尺模型测试发现系统在极端海况下动态响应低于规范限值，且渔网对阻尼与载荷的非线性影响与工况相关，为多产业融合海洋装备设计提供重要基准。

　　

随着全球对海洋资源开发需求的增长，深海养殖与可再生能源的融合成为热点。然而，传统近岸养殖空间受限且污染严重，而浮式风电(Floating Offshore Wind Turbine, FOWT)的高平准化度电成本(Levelized Cost of Energy, LCOE)制约其商业化进程。中国虽占据全球50%以上海上风电装机量，但浮式风电技术仍不成熟，LCOE高达固定式基础的3倍。与此同时，深海钢制养殖网箱虽能提升鱼类品质，却面临电力供应不足与水面空间浪费的困境。为此，清华大学深圳国际研究生院的研究团队提出了一种集10 MW浮式风电、光伏(Photovoltaics, PV)与养殖网箱于一体的新型半潜式系统(FOWT-FCP)，并通过物理模型实验揭示了其非线性动力特性，相关成果发表于《Marine Structures》。

研究采用1:30缩尺模型在25×8×5米海洋水池中开展测试，结合人工风场与波浪场校准技术，通过Qualisys运动捕捉系统测量6自由度(6-DOF)运动、塔筒加速度及缆绳张力等参数。关键实验设计包括有无渔网的对比配置，覆盖规则波、白噪声波及临界风浪工况。

Prototype
系统由上部10 MW风机与下部半潜式养殖网箱构成，采用钢材建造以适应深水环境，并通过优化布局实现风光电协同供给。

Experimental model
实验在清华大学深圳国际研究生院海洋水池进行，模型包含高精度传感器阵列，并通过锤击试验验证结构动力学特性。

Environmental conditions
基于海南海域实测数据设定额定工况(LC5)与50年一遇生存工况(LC6)，通过白噪声波(LC3/LC4)获取运动响应幅值算子(RAOs)。

Dynamic responses of FOWT-FCP
时频域分析表明：渔网使6-DOF运动阻尼小幅增加，但在额定工况下降低响应标准差，生存工况下则增强非高斯性；塔筒一阶固有频率(f_FA¹与f_SS¹)受风载显著影响，低频与高频成分均因气动载荷而增大。

Conclusions
研究证实FOWT-FCP具有优异的耐波性，动态响应均低于规范限值。渔网对系统的影响呈现工况依赖性：在额定工况下抑制响应，而在生存工况下加剧非高斯分布特征。该成果为风光渔多能互补系统的工程应用提供了实验基准，尤其揭示了多体耦合动力学中非线性效应的调控机制，对降低浮式风电LCOE与提升海洋空间综合利用效率具有重要指导意义。