Offshore vindturbin : effekt av aerodynamisk demping, og utmattelse av støttekonstruksjonen

Master's thesis in Structural engineeringHensikten med denne oppgaven er å analysere effekten av aerodynamisk demping på en offshore vindturbin, og hvilken effekt denne vil ha på utmattelse av støttekonstruksjonen. Spesielt interessant er det å se hva effekten er ved et tilfelle der vindretningen ikke er den samme som bølgeretningen. Det kan ikke ses at det er foretatt noen form for analyse av den aerodynamiske dempingseffekten i slike tilfeller fra før. Gjeldende standard[11], tar heller ikke hensyn til slike lasttilfeller. Det diskuteres i denne oppgaven hvorvidt det er konservativt. Oppgavens utgangspunkt blir dermed de to tilfellene, lik bølge- og vindretning og ulik bølge- og vindretning. Bevegelsen inn og ut av vinden vil være mer dempet enn side til side bevegelsen. Dersom bølgene kommer inn fra siden, vil sideveis bevegelser eksiteres. Dette er en rent teoretisk oppgave og faktiske målinger er ikke gjort. Det er tatt utgangspunkt i en 5MW Referanse vindturbin for offshore systemutvikling. Vindturbinen er tenkt fundamentert på et såkalt sugeanker fundament på 25 meters dyp. Antatt plassering er Dogger bank, som ligger øst for Storbritannia. Støttekonstruksjonen, det vil si tårnet og overgangsstykket, er modellert i analyseprogrammet SESAM-GeniE. Hvor tårnet er modellert etter spesifikasjoner gitt i[18]. Modellen er videre lagt inn i analyseprogrammet FEDEM-Windpower, der tårnet kobles sammen med referanse vindturbin. Det er videre kjørt simuleringer med forskjellige vind og bølgekombinasjoner. FEDEM-Windpower genererer resultatfiler for varierende bølger og vindturbulens, samt konstruksjonens lastrespons og bevegelse. Disse resultatene er så blitt fremstilt grafisk ved hjelp av Matlab. I Matlab er det også foretatt en utmattings analyse, ved hjelp av Mlife-applikasjon. Lastkombinasjonene som er simulert består av 4 ulike vindhastigheter fra 0 til 20 m/s, og 5 ulike bølgestørrelser, avhengig av signiffikant bølgehøyde fra 1,0 til 7,8 meter og perioder fra 4,0 til 12,9 sekund. Det er også kjørt simulasjoner der en vindhastighet og en bølgestørrelse er kombinert med ulike vind- og bølgeretninger, fra 0 til 90 graders vinkel mellom dem. De viktigste observasjonene i denne oppgaven, er forskjellen i konstruksjonens responsspektra ved to spesifikke tilfeller. En hvor vind- og bølgeretningen er den samme, og en hvor bølgeretningen er normalt på vindretningen. Det vises at lasttilfellet med bølgeretning normalt på vindretning gir en mye høyere energitetthet over konstruksjonens egenmoder. I utmattingsanalysen vises det samme resultat, hvor relativ utmattingsskade øker med vinkelen mellom vind- og bølgeretningen. Dette viser at det er mindre demping i side-til-side bevegelsen ved ulik vind- og bølgeretning