摘要
浮式海上风力发电机被认为是实现可持续电力生产的关键技术。风能资源评估用于确定浮式风电场的最佳位置。然而，现有方法没有考虑由于风力和波浪作用引起的固定式与浮式风力发电机性能差异。此外，目前还没有系统研究环境条件对风力发电机性能影响的研究。我们使用一种基于数值计算的叶片元件动量模型，并结合基于势流的求解器，比较了浮式和固定式海上风力发电机的平均功率和推力波动情况。首先在规则波浪条件下进行了研究，然后在靠近固定式与浮式技术过渡区的水深四个案例研究地点进行了进一步分析。研究发现，在低于额定风速的情况下，由于运动作用，浮式风力发电机的功率捕获能力有所提高；而在接近额定风速时，功率捕获能力则会下降。这一趋势在所有案例研究地点的规则波浪和不规则波浪条件下都是一致的。因此，在具有代表性的运行风速和波浪条件下，浮式风力发电机的年能量输出可以比固定底基风力发电机高出2%–5%。然而，这种功率增长伴随着更强的负载波动。与静态风力发电机相比，浮式风力发电机的推力在第10百分位数到第90百分位数范围内的波动幅度增加了50%。研究还表明，风与波浪的不对准会降低浮式风力发电机的年能量产出并增加推力波动。所提出的方法可用于改进浮式风力发电机的选址，因为我们的结果表明，目前由于未考虑平台运动，对功率捕获能力的预测存在偏差。此外，这些结果可以为风力发电机、平台及控制器的设计和优化提供了依据，从而进一步推动浮式风能技术的发展。
利益冲突
作者声明没有利益冲突。
数据可用性声明
模型软件可在https://github.com/jackson-pilgrim-hardin/FOWT_CoupledModel处免费获取。为了简洁起见，此处未包含部分额外案例研究地点的图表。这些图表可在此链接查看：https://github.com/jackson-pilgrim-hardin/FOWT_Performance_At_Four_Case_Study_Locations。如需支持本研究发现的数据，可向相应作者提出合理请求。
