Design and Numerical Analysis of Mooring Systems for Floating Wind Turbines – Comparison of Concepts for European Waters

Fornybare energikilder tilføres energimiksen i stor fart, med flytende havvind som en av de ledene nye teknologiene. En av hovedutfordringene med den flytende vindteknologi er kostnadene, hvor store bidrag er de komplekse underkonstruksjonene med høye produksjonskostnader og fortøyningssystemer opprinnelig designet for olje- og gassinstallasjoner. Nye fortøyningssystemer, spesiallaget for flytende vindturbiner, er for tiden under utvikling. Felles for disse systemene er bruken av lettere og nye materialer, i søken etter et mer kostnadseffektivt fortøyningssystem. I denne oppgaven er det utført en numerisk simuleringssammenligningsstudie av ulike fortøyningskonsept og designmetoder for flytende vindturbiner i samsvar med ULS-design. Seks fortøyningskonfigurasjoner er undersøkt i fire designlasttilfeller som virker i to forskjellige retninger på 100 m vanndybde. Syntetiske fibertau brukes i fem av fortøyningskonfigurasjonene, hvor blant annet fire av systemene er med polyesterliner og ett er med nylonliner. Base case fortøyningskonfigurasjon er et catenary system med kjetting liner. For kjetting systemet er det utført både en kvasistatisk og heldynamisk fortøyningsanalyse ved bruk av to forskjellige modelleringsoppsett i SIMA-programvarepakken. Dette er gjort for å sammenligne de to beregningsprosedyrene i ULS-design på grunt vann. For de syntetiske systemene har en nyutviklet designpraksis, SyROPE-modellen, blitt brukt til ˚a modellere syntetiske fibertau i SIMA. I sammenligningen mellom den kvasistatiske og heldynamiske simuleringstilnærmingen er det funnet store forskjeller i dynamiske responser og utnyttelsesfaktorer under ekstreme belastningsforhold. Selv på grunt vann undervurderer den kvasistatiske tilnærmingen spenningen i linene p˚a grunn av dynamisk bevegelse av fortøyningslinene som er forårsaket av en alvorlig sjøtilstand. Fortøyningskonfigurasjoner av ren syntetisk fiber har vist seg ˚a være svært egnet for fortøyning av flytende vindturbiner i grunne europeiske farvann. For systemer med fortøyningstau i polyester kan det være nødvendig ˚a inkorporere klumpvektskomponenter for ˚a redusere mengden dynamisk respons i fortøyningslinene. Videre bør det benyttes tilstrekkelig fortøyningslinelengde for systemer med polyesterliner for å unngå en for stiv oppførsel. Nylontau viser seg ˚a være mest egnede materialet for fortøyning av flytende vindturbiner på grunt vann på grunn av materialegenskapene som resulterer i en passende stivhet selv med korte fortøyningsliner