Utmattingsanalyse av oscillerende vakebevegelser på forankringssystem til flytende vindturbin av typen spar

Abstract

For å imøtekomme energibehovet på en bærekraftig måte kreves det økt satsning på miljøvennlige energikilder. Offshore vindkraft, og da spesielt flytende vindturbiner til havs, kan potensielt være en god løsning, da man ikke vil komme i konflikt med naturområder og vassdrag på samme måte som ved vannkraft og vindkraft på land eller kystområder.

Når det gjelder flytende vindturbiner er modeller og dokumentasjon i vesentlig grad vært analysert for enkeltstående turbiner, mens det er svært sparsomt med studier på flytende vindturbiner i park og interaksjonen som oppstår mellom disse.

I doktoravhandlingen til A. Wise våren 2019 fremkom det at forankringssystemet for flytende vindturbin av typen spar kan være spesielt utsatt for utmatting i en vindpark. Dette fordi høy stivhet i forankringssystemet kompenserer for plattformens lave treghet i yaw.

Det vil i denne oppgaven bli analysert påvirkning av oscillerende vakebevegelser på forankringssystemet til flytende vindturbin av typen spar. Analysen er gjennomført på referansemodellen OC3-Hywind, med referanseturbinen NREL 5-MW. For å kartlegge levetiden i forankringssystemet er den originale forankringsmodellen i OC3-Hywind modifisert med modellerte deltaliner.

Beregnede utmattingslevetider er gjort ved simulering av lasttilfellene benyttet i LIFES 50+, men kun for en retning av vind- og bølger. Dette er gjennomført for både uforstyrret turbulent vindfelt og tre vindfelt som er generert med oscillerende vakebevegelser for ulike avstander mellom turbinene.

Resultatene viser at forstyrret vindfelt medfører en betraktelig økning av utmattende belastninger på forankringslinene.

In order to meet the energy demand in a sustainable manner, increased focus on environmentally friendly energy sources is required. Offshore wind power, and especially floating offshore wind turbines, can potentially be a good solution, as it will not conflict with natural areas and waterfalls in the same way as with hydropower and wind power on land or coastal areas. When it comes to floating wind turbines, models and documentation have been significantly analysed for individual turbines, while studies on floating wind turbines in the park and the interaction that arise between them are very sparse. In the PhD thesis written by A. Wise in the spring of 2019, it emerged that the mooring system for floating wind turbines of the spar type can be particularly exposed in a wind farm. This is because high rigidity in the anchoring system compensates for the low inertia of the platform in yaw. In this project, the effect of dynamic wake meandering on mooring system loads for a spartype floating wind turbine is analyzed. The analysis is carried out on the reference model OC3- Hywind, with the reference turbine NREL 5-MW. To map the fatigue life of the mooring system, the original anchoring model in OC3-Hywind is modified with modeled delta lines. Calculated fatigue life is done by simulating the load cases used in LIFES 50+, but only for one direction of wind and waves. This is accomplished for both undisturbed turbulent wind field and three wind fields generated by disturbed Inflow wind analyser of different distances between the turbines. The results show that disturbed wind fields result in a considerable increase in exhausting loads on the mooring lines.