Utmatting i strømkabel til flytende vindturbin

Abstract

Offshore vindkraft har hatt en enorm vekst de siste 20 årene, men flytende vindturbiner er fortsatt i en tidlig fase. Per 2017 var det kun tre operative vindturbiner på flytende plattform, men som i all hovedsak er brukt til testing og forskning. Fra de flytende vindturbinene henger det en strømkabel som blir utsatt for kontinuerlig dynamiske påkjenninger fra omgivelsene.

I denne masteroppgaven blir ekstremlaster og utmatting for den dynamiske strømkabelen beregnet i detalj. Hovedfokuset er å undersøke utmattingsutviklingen i armeringslaget langs strømkabelen ved å se på damage equivalent load (DEL) forholdene mellom definerte elementer i kabelen. Undersøkelsene er rettet mot den øvre og bøyde seksjonen av strømkabelen.

For å danne et grunnlag til konfigurasjon, geometri og materialegenskaper, blir utgangspunktet hentet fra en masteroppgave skrevet av Karoline Bakken. Det blir benyttet en lazy wave konfigurasjon med oppskalerte lengder. Strømkabelen blir simulert i 21 forskjellige sjøtilstander med det aero-hydro-servo-elastic programmet 3DFloat, hengende fra den semi-submersible plattformen, Windmoor 12 MW, som er plassert ved 150 meters havdyp. Plattformbevegelsene kommer fra en medmasterstudents simulering, der forankringslinene til samme plattform med identiske sjøtilstander undersøkes.

I simuleringen er kabelkonfigurasjonen delt i elementer, der element 74, 72, 70 og 68 er valgt å fokusere på for den øvre seksjonen av strømkabelen. I bøyd seksjon er element 35, 36, 37 og 38 valgt for undersøkelsen. Spenningene i kabelen beregnes i 8 punkter i tverrsnittet, som det videre blir gjort utmattingsberegninger på. Delskadene på kabelen blir regnet om til spenningsvidder som påfører den samme skaden med 10^7 sykluser (DEL).

Resultatene viser at element 74 får de største påkjenningene med en Damage Equivalent Load på 77 kPa og en gradvis nedgang i spennvidden i underliggende elementer. For bøyd seksjon ligger spennvidden på bare 1/5 av de øvre elementene.