海洋生物附着对浮式海上风电系泊系统的多参数影响分析与优化策略

这篇综述通过开源建模方法，系统分析了贻贝类海洋生物附着（marine growth）对15 MW浮式风机两种典型系泊系统（聚酯纤维 taut 系统与链状悬链线 catenary 系统）的静动态影响。研究揭示了生物附着质量密度与厚度对系泊线张力（fairlead tension）、节点深度等关键参数的敏感性差异，提出了针对浅水海域（<100 m）的监测指标优化建议，为降低平准化度电成本（LCOE）提供数据支撑。

　　

Highlight

海洋生物附着通过改变系泊线的质量分布和几何特征，显著影响浮式海上风电系统的可靠性与经济性。本研究创新性地结合开源工具（OpenFAST/MoorPy），量化了贻贝附着对15 MW风机两种系泊设计的差异化影响。

Methodology and modeling

采用开源软件构建高保真模型，基于法国近海真实场址数据（水深<60 m），模拟幼体与成体贻贝附着场景。通过静态分析评估线密度变化对系统平衡的影响，结合准静态方法识别海洋生物附着敏感海况。

Results

研究发现：

1. 1.

   导缆器张力（fairlead tension）对两种系泊系统的生物附着均敏感

2. 2.

   合成纤维 taut 系统受生物质量增加影响更显著（最大张力变化达1%）

3. 3.

   链状悬链线系统在动态响应中表现出更复杂的非线性特征

Discussion

生物附着效应具有深度依赖性（光照/营养梯度），浅水系泊系统需特别关注：

• •

  合成纤维线：海床摩擦风险↑

• •

  链状系统：共振频率偏移可能引发疲劳寿命↓10%（Yang et al.数据）

  推荐在数字孪生（Digital Twin）系统中集成实时张力监测，优先关注表层硬壳生物附着区。

Conclusions

本研究建立的开放式建模框架可推广至其他海洋可再生能源装置。建议将生物附着参数纳入系泊系统早期设计阶段，并通过结构健康监测（SHM）技术（如ROV巡检+热传感）实现动态风险评估。