15 MW张力腿平台浮式风机地震与系泊断裂工况下的动态响应特性研究

本文聚焦15 MW张力腿平台浮式风机（TLP FOWT）在极端工况（地震激励与系泊断裂）下的动态行为，通过水-气-伺服-弹性耦合分析（OrcaFlex软件）对比两种系泊系统（含/不含弯曲刚度）的稳定性差异，为海上风电结构设计提供关键数据支撑。研究揭示：含弯曲刚度系泊可降低平台俯仰响应但易受地震诱发局部屈曲，而无刚度系泊则抗震性更优。

　　

Highlight

目标系统——浮体与系泊线配置

本研究采用韩国船舶与海洋工程研究所（KRISO）与韩国能源研究所（KIER）联合开发的15 MW张力腿平台浮式风机（TLP FOWT）系统（Boo等，2024）。该自主设计系统假设安装于韩国东海137米水深海域，额定功率15 MW，轮毂高度150米。注：本研究中TLP型浮式风机的系泊组件统称为"系泊线"。图3展示了TLP平台布局。

环境条件

数值模拟采用商业软件OrcaFlex进行水-气-伺服-弹性耦合分析，以考虑下部结构、叶片、涡轮机与塔架间的动态相互作用效应。模拟周期为3600秒，含350秒预升温时间，总时长3950秒（分析时取升温后的3600秒数据）。图6展示了海面高程时程曲线与频谱。

结论

本研究分析了15 MW TLP浮式风机在突发事故工况下的动态行为，并对比了两种系泊线（含弯曲刚度的实心圆梁 vs 无刚度的钢丝系泊）的性能差异，主要发现：

1. 1.

   常规工况下：圆梁系泊系统俯仰响应更小，但地震时会引发锚点附近局部动态屈曲；

2. 2.

   无刚度系泊：俯仰响应较大但抗震性显著提升；

3. 3.

   建议：地震频发区优先选用无刚度系泊，其他海域推荐含刚度系泊以确保平台运动稳定性。

（注：翻译保留专业术语如TLP/FOWT等缩写，动态学术表述增强可读性，省略文献引用与图示标识）