Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorMarilena Greco
dc.contributor.advisorErin Bachynski
dc.contributor.advisorClaudio Lugni
dc.contributor.authorHaga, Mildrid Sofie Breivik
dc.date.accessioned2019-10-17T14:08:17Z
dc.date.available2019-10-17T14:08:17Z
dc.date.issued2019
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/2622947
dc.description.abstractIdag er alle flytende vindturbiner installert på dypt vann(>100 m). Nærhet til kyst og tilgjengelige områder, gjør derimot også installasjon på vanndybder fra 50-70 m lønsomt. Men, ved denne vanndybden oppstår det tekniske problemer knyttet til design av forankringslinene og andvendbarheten til hydrodynamiske lastberegningsmodeller. Målet med denne masteroppgaven var å studere vindturbin modellen OO Star 10 MW Wind Floater med halvt-nedsenkbar platform på 50 meters vanndybde. Bevegelsene til den flytende vindturbinen ble studert for operasjonelle og ekstreme værtilstander, samt anvendbarheten til ulike last modeller. En numerisk modell av den flytende vindturbinen ble utviklet. En panel modell ble laget med programvarene GeniE og HydroD, og en første og andre ordens frekvensdomene-analyse ble utført for å anskaffe de hydrodynamiske egenskapene til strukturen. For at andre ordenseffekter skulle bli tatt med i beregningene, ble også en panel modell av den frie overflaten modellert. De hydrodynamiske egenskapene ble så importert til programvaren SIMA hvor en koplet model ble utviklet. Å utføre en frekevensdomene-analyse krever høy datakapasitet. Derfor ble en forenklet metode bestående av å bruke stripeteori til å beregne tilleggsmasse benyttet og sammenlignet med de numeriske modellene utviklet med frekvensdomene-analyse. Dette ble gjort ved å regne ut to-dimensjonal tilleggsmasse basert på potensialteori og å legge disse verdiene til slanke legemer definert i den koplede modellen i SIMA. Buchan dypet ble valgt til lokasjon for den flytende vindturbinen. Værdata fra dette området ble anskaffet og brukt til å lage last-tilfeller for tids-domene simuleringer. Seks ulike last-tilefeller som representerer operasjonelt og ekstremt vær ble laget. Egenskapene til de numeriske modellene ble bekreftet ved å utføre fri-osilleringstester og regulær bølge tester. En konstant vind test ble utført for å forsikre at vindturbinen var riktig modellert. Deretter ble hver numerisk modell utsatt for en tidsdomene-analyse utført i SIMA. En statistisk analyse av responsen, lastene og spenning i foran-kringslinene ble gjort og PSDer ble fremstilt. Resultatene for tidsdomene-analysene ble sammenlignet og diskutert. Resultatene viste at det er veldig viktig å ta hensyn til andreordens effekter for å få med store, resonante lav-frekvente bevegelser i beregningene. Newmans tilnærming viste enighet med analysene utført med fulle kvadratiske transferfunksjoner i jag og det ble konkludert med at denne tilnærmingen er anvendbar når jag-bevegelsen vurderes. Modellen som anvendte stripeteori underestimerte bevegelsene ved høye frekvenser og overestimerte bevegelsene ved lave frekvenser. Denne modellen ble derfor ikke vudert til å gi tilstrekkelige resultat ved beregning av responser.
dc.description.abstractToday, all floating wind turbines are installed at deep water (>100 m). However, due to proximity to land-based demand centers and available areas, installations at water depths from 50-70 m become profitable. At these water depths, several technical challenges arise concerning critical mooring line loads and the applicability of hydrodynamic load models. The objective of this thesis is to study the OO Star 10 MW Wind Floater, a floating wind turbine with a semi-submersible platform, at 50 m water depth. The behavior of the structure in operational and extreme conditions has been analyzed, as well as the applicability of different hydrodynamic load models. A numerical model of the floating wind turbine was developed. A panel model was created with the software GeniE and HydroD, and first and second order frequency domain analyses were carried out to obtain the hydrodynamic properties of the body. To account for second-order effects, a panel model of the free surface was included in this model. The hydrodynamic properties were imported into the software SIMA, where a coupled model was created. Performing a frequency domain analysis is computationally expensive. Therefore, a simplified method applying strip theory to calculate the added mass was considered and compared to the model from the frequency domain analysis. This was done by calculating the two-dimensional added mass for a cross-section based on potential theory and adding the terms to slender elements defined in the coupled model in SIMA. The Buchan Deep was chosen as the site for installing the floating wind turbine. Environmental conditions from this site were obtained and used to create load cases for time-domain simulations. Six load cases, representing operational and extreme conditions, were established. The numerical models were verified by carrying out decay tests and regular wave tests. A constant wind test was conducted to ensure that the performance of the wind turbine was correct. Then, each numerical model was subjected to time-domain simulations performed with SIMA. A statistical analysis of the responses, loads, and mooring line tensions was carried out, and power spectral density(PSD)-diagrams were created. The results obtained from the time-domain analyses were compared and discussed. The results showed the importance of considering second-order effects to capture large resonant low-frequency motions. Newman's approximations showed good agreement with analyses carried out with a full quadratic transfer function(QTF) in surge, and was concluded to be applicable to this motion. The model applying strip theory underestimated responses at high frequencies and overestimated responses at low frequencies. This model was therefore not considered to provide satisfactory results for the calculation of the responses.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleHydrodynamiske utfordringer av flytende vindturbiner i grunnere dybder
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail
Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel