Mooring Systems For Floating Wind Turbine Farms In Deep Water
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2780089Utgivelsesdato
2020Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Institutt for marin teknikk [3409]
Sammendrag
Verdas energibehov aukar stadig, samtidig som global oppvarming og stigandetemperaturar truar klima og miljø. Fornybare energikjelder må derfor utviklast.Havvind er ein veksande teknologi som kan bidra til å løyse denne utfordringa.Flytande vindturbinar kan bli brukt til å få tilgang til områder med storeenergipotensiale, då dei kan operere på djupt vatn. Optimalisering avforankringssystemet kan redusere den totale kostnaden til ein flytande vindturbin.
I forkant av forankringsdesign vart det gjort litteratursøk for å innhenteinformasjon kring oppførselen til ein flytande vindturbin med tilhøyrandeforankringssystem, i tillegg til andre forankringssystem på djupt vatn. Vidare bleibakgrunnsteori for design av vindturbinar og forankring studert. Simuleringarav ein eksisterande modell, kalla OO-Star Wind Floater, blei gjennomførti dataprogrammet SIMA. Denne modellen var på 130 m havdjup og nyttavindturbinen DTU 10 MW Reference Trubine. Naturkreftene i simuleringane varbasert pa kondisjonar frå eit interessant områade utanfor kysten av California.
På grunn av begrensa datakapasitet blei resultata frå desse simuleringane brukttil å lage ein forenkla modell av vindturbinen. Rotorblada blei bytta utmed vindkoeffisientar og andre mindre justeringar blei gjort for å reduseresimuleringstida. Då samanlikninga av den opphavlege og den forenkla modellengav tilsvarande resultat, kunne den forenkla modellen bli brukt når dei nyeforankringssystema på 700 m havdjup skulle testast. To forankringssystem til éinvindturbin, i tillegg til eit forankringssystem med ei delt forankringsline mellomto turbinar, blei foreslått. Desse systema blei simulert i ulike operasjonelle ogekstreme kondisjonar og resultata blei samanlikna og diskutert.
Ein av utfordringane ved forankring av vindturbinar på djupt vatn varnødvendigheita av lange ankerliner. Likevel blei den estimerte totale kostnadenav desse systema redusert samanlikna med eit kjettingsystem på 130 m havdjupfordi polyester blei nytta som linemateriale. Samtlege designa forankringssystembestod testane gjennomført i ekstreme kondisjonar, basert på standardar frå DNVGL. Resultata viste at både dei horisontale bevegelsane til vindturbinane, ogspenningane i ankerlinene var innanfor sine respektive restriksjonane.
Resultata frå simuleringane av forankringssystemet med ei delt line mellom toturbinar gav dei største utslaga på horisontal bevegelse og linespenning. På grunnav utfordringar med kopla bevegelsar var det vanskeleg å finne gode dimensjonarpå den delte lina. Dette er ein av fleire anbefalte forbetringar som bør undersøkastnærmare ved vidare studie av dette prosjektet. The worldwide energy demand is rapidly increasing. Simultaneously, globalwarming and increasing temperatures threaten the environment. Therefore,renewable energy sources must be developed. Offshore wind energy is a growingtechnology and can be part of the solution to this problem. Floating offshore windturbines can be used to access areas with great potential, as they can operate atlarge water depths. By optimizing the mooring system, the total cost of a floatingoffshore wind turbine can be reduced.
Before designing new mooring systems, a literature review was done to acquireinformation about the behavior of floating offshore wind turbines and theirmooring system, in addition to other mooring systems at deep water. The theoryregarding wind turbine and anchor design was also studied. Simulations of anexisting model called OO-Star Wind Floater was performed in SIMA. This modelwas designed at 130 m water depth with the wind turbine DTU 10 MW ReferenceTurbine. The environmental forces in the simulations were based on conditions inan interesting area outside the coast of California.
Due to computational limitations, the results from these simulations were used tomake a simplified model of the wind turbine. The rotor blades were substitutedwith wind coefficients, in addition to other minor adjustments, to reduce thesimulation time. The comparison between the initial and the simplified modelshowed similar results. Therefore, the simplified model was used when testingthe designed mooring systems at 700 m water depth. Two mooring systems of asingle wind turbine, in addition to a mooring system with a shared mooring linebetween two turbines, were suggested. These systems were simulated in differentoperational and extreme conditions, and the results were compared and discussed.
When designing mooring systems of a wind turbine in deep water, long mooringlines are necessary. However, the total cost was estimated to be reduced comparedto a chain mooring system at 130 m water depth because polyester was used as themooring line material. All designed mooring systems passed the test simulated inextreme conditions based on standards from DNV GL. The results showed that thehorizontal offsets of the wind turbines and the tension in the mooring lines werewithin their respective restrictions.
The simulation of the system with a shared mooring line resulted in the largesthorizontal offsets and mooring line tension. The coupled motion of the systemmade it challenging to design the dimensions of this shared line. This is one ofthe recommended improvements if further study of this project is to be performed.