Modell for beregning av kraftproduksjon og kostnader for et nytt, flytende bølgekraftverkskonsept

Abstract

Oppgaven består av resultater fra en litteraturstudie på bølgekraft og simuleringer i Orcaflex på et bølgekraftkonsept utviklet av Langlee Wave Power. Litteraturstudien inneholder en gjennomgang av dokumentasjon fra utviklingen av Langleekonseptet, Oyster, Frond, studier på punktabsorberende konsepter utført ved NTNU og andre universiteter; gjennomgang av grunnleggende hydrodynamisk teori; samt metoder for effektuttak og kontrollstrategier for effektuttak.

Resultater fra ca 2000 simuleringer i Orcaflex har blitt brukt for å se på mulige forbedringer av vinger, forankringssystem og stivhet i kraftuttak. Oppgaven er omfattende, og det har derfor ikke blitt gått i dybden på alle områder. Hovedfokus ligger på litteraturstudien, optimalisering av vinge, samt identifisering av forhold som påvirker effektopptak. Resultater fra vingeoptimaliseringen har blitt sammenlignet med tester i bølgetank, utført ved Universitetet i Aalborg for Langlee Wave Power parallelt med studien. Den gjennomsnittlige produksjonen for en Langlee enhet ved Runde i Møre og Romsdal har blitt beregnet med resultater fra Orcaflexmodell og bølgetilstanddiagram.

De viktigste parameterne ved vingeutformingen er funnet å være oppdrift, dempingskraft og mengde tilleggsmasse. For å stille effektiviteten til Langlee WEC inn til de bølgetilstander med mest energi, må hel konstruksjon skaleres. Test av vinger i bølgetank med omtrentlig optimal oppdrift viste ca 50 % økning i produksjon i forhold til opprinnelig vinge på testmodell, og mer økning ble funnet ved heving av toppen av vingen over vannet.

For modell med vinge helt under vann, har gjennomsnittlig produksjon ved Runde blitt estimert til omtrentlig 44 KW. Langlee vil mest sannsynligvis fortsette utviklingen av konseptet med vinge som går til over overflaten, og siden Orcaflex ikke kan modellere overflateeffekter på vingen, bør et annet program benyttes i fremtidige studier.

This study consists of results from a literature study on Wave Energy Conversion and simulations in Orcaflex on a Wave Energy Converter developed by Langlee Wave Power. The literature study involves documentation from the development of Langlee WEC, Oyster, Frond, studies on point absorbing concept performed by NTNU and other universities; a revision of basic hydrodynamic theory; in addition to methods and control strategies for the Power Take Off unit.

The results from approximately 2000 simulations in Orcaflex have been used to investigate possible improvements in flaps, mooring system and Power Take Off settings. The breadth of the topics touched by this study leads to shallow investigation on some of the subjects; the main focus lay on the literature study, optimization of flaps, and identifying the main factors that affect power production. Results are compared with experimental tests, performed at the University of Aalborg for Langlee Wave Power in parallel with the study. The average power production for a Langlee WEC placed at Runde in Norway has been calculated based on results from Orcaflex model and wave scatter diagram.

The most influential parameters when designing the flap are found to be buoyancy, PTO damping and amount of added mass. To tune the efficiency of the Langlee WEC to the waves with the most energy, the size of the construction needs to be scaled to each location. Tests with near optimal buoyant wings produced approximately 50 % more power than tests with the original test wing. An additional increase was found when raising the top of the wing over still water level.

For the model with wings fully submerged below still water level, the average power production at Runde has been estimated to be about 44 KW. Langlee will most likely use a wing that reaches above still water level in further development, and due to Orcaflex not being able to model surface effects on the wing, it should be replaced with other programs in future studies.