【论文推荐】| 不同布置形式的浮式风电场动力响应与发电性能对比研究

论文导读与观点概要

1. 研究目的

随着海上浮式风电场规模的扩大，风机间的尾流干涉成为影响发电效率的关键因素。现有研究多集中于固定式风电场或单一布局，缺乏对多种规则布局形式在浮式条件下的系统性对比。本文旨在开发一种高精度的浮式风电场耦合计算方法，通过编写时域仿真程序，对比分析正方形、圆形、三角形、直线形四种典型布置形式下，浮式风机的动力响应特性及风电场的整体发电性能。研究重点在于揭示尾流效应对叶片变形、平台运动及功率输出的影响机制，并综合考虑海域占用面积，为浮式风电场的优化设计提供决策依据。

2. 研究方法

本文采用数值模拟与多物理场耦合分析相结合的方法：

3. 主要结果

📉 尾流与动力响应

⚡️ 总发电量与稳定性

📊 能量密度分析（单位面积发电量）

4. 结论

文中将自主开发的单一浮式风机耦合求解程序、基于Bastankhah尾流解析模型的风机尾流模拟器以及多风机重排序算法相结合，建立了多体耦合计算程序，用于任意排布形式风电场的模拟分析，研究工作及结论如下：

1）研究了包含16台NERL 5MW-OC4浮式风机的正方形、圆形、三角形、直线形布置形式的浮式风电场在特定风向下的时域响应，结果表明尾流效应造成的盘面入流风速的差异导致了浮式风电场中各风机在叶片变形、基础运动与输出功率上的差异，其中叶片变形受到尾流的影响较小，而输出功率受到的影响较大。

2）对比了在不同风向、不同风机间距下各类型浮式风电场的总功率，结果表明：风机间距对输出功率的影响远小于风向的影响，当风向与风机行列的排布方向一致时，风电场将遭受明显的功率减损，功率减损程度随着该行或列上风机数量的增多或风机间距的减小而增大。

3）对比分析了各类浮式风电场总功率以及单位面积功率的均值与标准差，结果表明：对于确定的风机间距，三角形风电场的总输出功率具有一定优势；若以单位面积上的平均功率为目标，则圆形风电场同时具有较高的总输出效率及相对较好的功率输出稳定性。

文中对浮式风电场的研究工作还存在一些不足，如：使用解析尾流模型但未考虑尾流的湍流效应及发展速度，限定了风电场的形状但未与真实海洋环境、海岸线等进行整体分析；在多种布置类型对比时忽略了风速的影响；在获取风电场海域占用面积时限制了系泊形式且考虑并不全面等。在未来的研究中将逐步完善风电场整体耦合计算方法，研究更多种类的风电场布置形式，从而更全面地指导相关风电场的构建。

💡 推广语：

这篇文章为浮式风电场的“排兵布阵”提供了科学指南。研究团队通过自主研发的高精度仿真程序发现，传统的直线或正方形排列并非最优解。研究证实，圆形布局就像一个紧密协作的“能量圆环”，能在有限的海域面积内，以最高的能量密度和最强的稳定性捕获风能，且不受风向变化的干扰。对于正在寻求降本增效的海上风电开发商而言，这是一份极具价值的布局优化决策报告。

相关图表

本文引用格式：李昊, 刘利琴, 邓万如, 等. 不同布置形式的浮式风电场动力响应与发电性能对比研究[J]. 海洋工程, 2026, 44(3): 34-44.  (LI Hao, LIU Liqin, DENG Wanru, et al. Dynamic response and power generation comparison of floating wind farms with various arrangements[J]. The Ocean Engineering, 2026, 44(3): 34-44.  (in Chinese)）

作者简介：   

李 昊（1997—），男，博士，研究方向为浮式风机及风电场。E-mail： mzrt_21@tju.edu.cn

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