Новий модульний дизайн для плавучих морських фотоелектричних платформ

Дослідники з Китаю та Сполучених Штатів запропонували нове модульне плавуче фотоелектричне (FPV) рішення для оцінки поведінки кількох взаємопов’язаних модулів у морі за комбінованих умов вітру та хвиль. Команда, до складу якої входили вчені з Далянського технологічного університету та Університету штату Мен, проаналізувала різні типи фіксованих і шарнірних систем FPV, щоб визначити можливі методи оптимізації.

«FPV, — йдеться в дослідженні, — це складні багатотільні системи, які піддаються впливу пов’язаних вітру, хвиль, потоків та інших мультифізичних полів. Тому розробка надійних інженерних методів і моделей для проектування систем FPV для морських середовищ є важливою першорядної важливості.

Аналіз виявив, що кінематична реакція стала більш вираженою зі збільшенням кількості модулів, причому реакція на нахил платформи 2 x 2 була найсильнішою для досліджуваних конфігурацій. Команда також виявила, що додатковий рух, створений шарнірним з’єднанням, призвів до «незначної» динамічної реакції багатотілової системи FPV, тоді як система з фіксованим з’єднанням не показала значної динамічної реакції. Крім того, дослідники виявили, що напруга кріплення була більшою в системах із шарнірними з’єднаннями, ніж у системах із фіксованими з’єднаннями.

У цьому дослідженні команда представила нову модульну конструкцію для платформи FPV, яка включає в себе концепцію напівзануреної морської інженерної платформи. Він використовує трубчасту систему швартування на основі кривих, які зазвичай використовуються для швартування мостів, кораблів і морських платформ. Загальні гідродинамічні характеристики та поведінкові характеристики різних типів платформ FPV були оцінені за допомогою аналізу частотної області на морському майданчику в провінції Шаньдун у Китаї.

Дослідники побудували платформу FPV із циліндричного понтона та хвильової плити. Вони встановили сонячні панелі на сталевих балках над понтонами під кутом нахилу 10 градусів, причому кожна балка забезпечувала щонайменше 250 кіловат потужності на платформу. Вони досліджували рухову поведінку закріплених одиночних, 2 x 2 і 3 x 3 FPV систем в екстремальних умовах.

"Стабільність платформ FPV, - кажуть дослідники, - має вирішальне значення, коли йдеться про запобігання втраті електропостачання через перекидання та мінімізацію пошкодження кабелів передачі". Тому конструкція причалу має вирішальне значення для пом’якшення динамічної поведінки систем FPV.

У дослідженні підкреслюється, що на поведінку хвилі впливає співвідношення маси до жорсткості. Дослідники виявили, що система 2 x 2 FPV найбільш сильно реагує на хвилю, коли западина знаходиться саме там, де зустрічаються два модулі, і модулі мають V-подібну форму. Однак додавання третього ряду модулів допомогло зменшити відносний рух, так що «максимальний рух кидання платформи 3 x 3» був меншим за максимальний рух кидання платформи 2 x 2.

Грунтуючись на своєму аналізі, команда рекомендує встановлювати багатокорпусні системи FPV під кутом принаймні 15 градусів, щоб зменшити рух і реакцію конструкції.

Висновки команди опубліковано в дослідницькому звіті «Оцінка динамічної поведінки багатоз’єднаних морських плавучих фотоелектричних систем під комбінованим хвильово-вітровим навантаженням: комплексний числовий аналіз», який опубліковано в Sustainable Horizons.

"Систему швартування можна оптимізувати для подальшого покращення продуктивності та зменшення поведінки платформи. Така оптимізація може призвести до економії коштів і зробити систему в цілому економічно життєздатнішою", – підсумовує команда.