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堅毅不拔-大型化離岸風機支撐結構分析與設計


更新時間:2019-02-27  09:50

 
【技術簡介】
極限限度狀態(ultimate limit state, ULS)與疲勞限度狀態(fatigue limit state, FLS)為結構物設計準則中主要考量之限度狀態。考量我國風場之風、波浪、海流、颱風及地震等本土環境極端條件,離岸風機之固定式水下支撐結構,須進行系統性地極限強度檢核與疲勞損傷評估。本技術主要對於支撐結構在本土化環境極端環境條件下,採用序列分析法(Sequentially approaches)進行整體及局部之兩階段結構動態載重分析計算,針對一系列的動態載重計算及支撐結構的極限強度檢核與疲勞損傷進行評估,提出國內離岸風機支撐結構於初步設計階段之動態設計載重計算程序(Load Calculation Procedure)建議,並作為初步設計階段,提升計算效率之重要參考依據,其成果可有效概估桁架式支撐結構的尺寸與設計成本。
並且,為因應國際上離岸風力機大型化趨勢,例如:9.5MW以上單機裝置容量,目前廣泛使用之單樁支撐結構將面臨諸多挑戰。因此,複合重力式基礎即具有能裝置大型風機與深水區域設置的優勢存在,並且本技術可延伸針對重力式基礎進行波浪負載、風力負載以及穩定性分析比較,研究成果也發現大型化離岸風力機結合重力式基礎,可適用於國內風場。此外,相較於常用之單樁與桁架式支撐結構,複合重力式基礎具有施工時間較短、無須打樁、減少疲勞損傷、降低生態衝擊等優勢,將為未來具有發展潛力的支撐結構之一。
 

圖1、結構極限強度應力檢核

圖2、疲勞損傷評估

圖3、初步設計階段之建議載重計算程序

圖4、桁架式支撐結構(左)與複合重力式基礎(右)示意圖(按比例)

圖5、風力負載與波浪負載對重力式基礎之穩定性評估
 

【計畫規劃/技術應用】
核研所透過產學合作方式,協助業者完成風場規劃,包含基礎結構敏感度分析、支撐結構基礎型式選定與成本評估計算,補足技術缺口,並使能結合國外團隊順利取得300MW開發權;此外,亦協助業者進行9.5MW離岸風機支撐結構設計之初步評估研究(包含3-leg桁架式支撐結構與新穎複合重力式基礎),可應用於未來大型離岸風機之關鍵技術,落實離岸風機支撐結構國產化與技術本土化之目標。
 
【未來佈局】
國內相關單位皆已著手進行支撐結構等零組件之設計分析,本研究團隊除配合產業需求,分享適用於本土化離岸風機整合型動力分析之研發成果,並與業者進行技術及船舶暨海洋產業研發中心等單位進行交流,協助提升國內產官研機構中對於離岸風機支撐結構之了解,提供其水下結構設計驗證技術支援及可靠度評估,將可針對離岸風力發電場之開發及離岸風機之適用性進行協助,以確保能安全、可靠及有效地推動離岸風力發電建設。

【連絡資訊】
姓名:林晉宇
電話:03-4711400分機3372
E-mail:alienfish@iner.gov.tw