【开题报告】测风塔的结构设计

开题报告

船舶与海洋工程

测风塔的结构设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

发展可再生能源是应对气候变化、优化能源结构、解决能源和环境问题的关键,是我国能源战略调整、转变电力发展方式的重要内容。随着全球范围内石油、煤炭等化石能源紧缺状况的进一步加剧,各国都在大力提倡和实现节能减排的低碳型经济发展模式,我国风能资源储量巨大,风力发电是一种清洁能源,开发风力发电是可持续发展能源的途径之一。近年来，随着全球对风能资源的普遍关注和风力发电行业的迅速发展，各国政府、企业或是风电开发商开始投资兴建测风塔，为将来风电场的投资建设获取第一手风能资料。在国家相关政策的持续支持和各方的不懈努力下,我国风电建设快速发展,装机容量年均增长率达到70%以上,截至2009年12月31日我国(不含台湾省)累计风电装机21581台,风电建设容量达到2580万千瓦。在当前我国风电机组的装机容量和上网电量所占比重不断增加,风电场的建设规模和数量也在逐年大幅攀升的背景下,测风塔技术及其应用在风能开发利用过程中的作用更显得尤为重要。在风能资源的开发和利用过程中,测风塔处于十分重要的位置,主要表现在风电场前期的风资源评估、风场微观选址、风电场规划设计、风电场风况实时监测、超短期预测,数值预报模式预报输出数据比对和数值模式参数校正等方面。随着风能资源开发利用相关研究和应用工作的不断深入推进,测风塔技术在风电开发利用中的重要性认识在逐步提高,测风塔技术的应用领域也愈来愈广泛,而目前与此相关的全面研究工作甚少。

测风塔架设在风电场场址内，多为绗架式结构和圆筒式结构，采用钢绞线斜拉加固方式，高度一般为10-150米。在塔体不同高度处安装有风速计、风向标以及温度、气压等监测设备。可全天候不间断地对场址风力情况进行观测，测量数据被记录并存储于安装在塔体上的数据记录仪中。

我国海岸线漫长，相比陆地风力发电，海洋风力发电前景更广阔．为了获得不同高度处的准确风参数，需要在海上建造测风塔，依靠固定在测风塔上不同高度处的测风设备对风能进行观测．由于海洋环境的特点和测风设备的运行特点，导致测风塔的设计有其特殊性。

中国海洋石油总公司计划于2009年在威海建立210万千瓦的风力发电站, 为了获取威海海域风能的数据, 需建造测风塔。测风塔是风电场建设的先导工程, 主要功能是检测、收集不同季节风能气象资料, 为风电场的装机编组、海底电缆铺设及岸基变电站设计建设和电力并网工程建设提供科学依据。威海测风塔是我国建立在海上的第一个测风塔,该测风塔与陆地测风塔相比,具有以下特

点：

（1）设计要同时考虑风、浪、冰、海流等的作用和影响。

（2）在水平面以下需建桩基式导管架。

（3）海洋潮湿的环境和周围的盐雾容易引起结构和部件的腐蚀问题。

（4）安装地点的海水比较深, 距离海岸较远, 海上安装过程受天气情况制约, 作业难度大。

（5）如果发生故障维修起来要比陆上困难得多。

此次研究主要对海上测风塔在不同风浪载荷下的结构强度进行研究计算，设计出符合要求的海上测风塔。采用patran进行测风塔钢结构的优化设计。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

学习掌握MSC-Patran&Nastran的基本功能，了解海上建筑基本规范，了解测风塔的基本知识。

完成测风塔的建模和强度计算，计算其是否符合强度要求。

三、研究步骤、方法及措施：

利用有限元MSC-Patran建立模型，利用Nastran计算测风塔的应力与变形。

四、参考文献

［１］　ＧＢ５００６８－２００１，建筑结构可靠度设计统一标准［Ｓ］．

北京：中国建筑工业出版社，２００１．

［２］　ＧＢ５０１３５－２００６，高耸结构设计规范［Ｓ］．北京：中国计

划出版社，２００７．

［３］　ＧＢ５００５１－２００２，烟囱设计规范［Ｓ］．北京：中国计划出

版社，２００３．

１１７