Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorErikstad, Stein Ove
dc.contributor.authorMildal, Simen Diserud
dc.date.accessioned2021-09-21T16:34:41Z
dc.date.available2021-09-21T16:34:41Z
dc.date.issued2020
dc.identifierno.ntnu:inspera:54166542:44029230
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11250/2780156
dc.description.abstractUtbyggingen av offshore vindkraft er i sterk vekst, og det forventes at samlet installert effekt i verden vil mer enn dobles fra dagens nivå innen 2024. Teknologiutvikling medfører stadig mer effektive vindturbiner gjennom å øke dimensjonene og ytelsene per turbin. For å installere dagens store vindturbiner på 10 MW kreves spesialiserte oppjekkbare installasjonsfartøy med stor krankapasitet. Den estimerte økningen i antall vindturbiner, og få tilgjengelige installasjonsfartøy med tilstrekkelig kapasitet, er forventet å øke dagens allerede høye dagrater. Kostnad til installasjonsfartøy utgjør en betydelig del av installasjonskostnadene ved etablering av nye felt. For å redusere kostnadene er det i oppgaven undersøkt muligheter for å forbedre utnyttelsen av installasjonsfartøy. Tilgjengelige erfaringstall fra feltinstallasjoner viser at installasjonsfartøy kan benytte opp mot 40 prosent av tiden sin på andre oppgaver enn selve installasjonsprosessen. Konseptet med å benytte dedikerte transportfartøy til å frakte vindturbinkomponenter fra havn til felt er identifisert som en mulig løsning for å effektivisere utnyttelsen. Vindturbinkomponentenes størrelse og vekt vil stille store krav til transportfartøyets stabilitet og utforming. For å kunne sammenligne ulike lastearrangement, og evaluere effekten av stabilitet på skipets design, er det utviklet en modell for å vurdere stabiliteten tidlig i designprosessen for et fartøy som skal frakte høy og tung dekkslast. Modellen baserer seg på fremgangsmåten til systembasert skipsdesign (SBSD). Den eksisterende metoden for systembasert skipsdesign benytter kun minimumskrav til metasenterhøyde (GM) som test på stabilitet. Dette kravet er kun ett av mange absolutte stabilitetskriterier som må være oppfylt for at et fartøy kan bli godkjent av myndighetene. Som en del av modellen utviklet i oppgaven er det laget to tester for stabilitet. Én for de generelle stabilitetskriteriene og én for værkriteriet. Testene er utformet ved å ta utgangspunkt i en skrogmodell fra et plattform supplyskip, som er tilpasset hoveddimensjonene for nødvendig lastekapasitet til et transportfartøy. Deretter er stabilitetsberegninger utført i et stabilitetsprogram for ulike sett hoveddimensjoner. Den første testen for de generelle stabilitetskriteriene tar utgangspunkt i KG-grensekurver beregnet for ulike hoveddimensjoner. Fra KG-grensekurvene kan fartøyets stabilitet testes basert på beregnet deplasement og tyngdepunkt. Den andre testen fokuserer på oppfyllelse av værkriteriet. Testen tar utgangspunkt i GZ-kurvene og kontrollerer om fartøyet har tilstrekkelig rettende energi til å motstå krefter påført fra vind og bølger. Basert på tyngdepunkt og deplasement kan fartøyets maksimale vindarealmoment før værkriteriet ikke er oppfylt bestemmes. Aktuelle vindarealmoment fra ulike lastearrangement kan deretter kontrolleres mot grenseverdiene. Denne testen er utviklet som en del av denne oppgaven. For å illustrere hvordan modellen kan benyttes i praksis er det tatt utgangspunkt i en case. I casen er det utformet seks ulike lastearrangement for frakt av komponentene til én, to eller tre vindturbiner. Ved benytte modellen ble lastearrangementene og ulike hoveddimensjoner sammenlignet og effekten på stabiliteten vurdert. Fra sammenligningene i casen ble det funnet at stabilitet og spesielt værkriteriet vil være den mest sannsynlige begrensende faktoren i designet av transportfartøy. For å tilfredsstille stabilitetskriteriene måtte bredden for fem av seks transportfartøy økes ut over nødvendig arealbehov til lastearrangementet. Detaljerte stabilitetsberegninger ble utført for et av lastearrangementene i casen for å validere testene for stabilitet. Sammenligningen viste godt samsvar mellom beregnet stabilitet og resultatet fra testene utarbeidet i oppgaven.
dc.description.abstractThe development of offshore wind power is growing strongly, and it is expected that the total installed power in the world will more than double from the current level by 2024. Technological development has resulted in increasingly efficient wind turbines by increasing the dimensions and performance per turbine. To install today's large wind turbines of 10 MW, specialized jack-up installation vessels with large crane capacity are required. The estimated increase in the number of wind turbines, and the low number of available vessels with sufficient capacity, is expected to increase today's already high day rates. The cost of installation vessels makes up a significant part of the installation costs of establishing new wind farms. In order to reduce costs, opportunities to improve the utilization of installation vessels were explored. Available data from wind farm installations show that installation vessels can spend up to 40 percent of their time on tasks other than the installation process itself. The approach of using dedicated transport vessels to transport wind turbine components from port to the wind farm has been identified as a possible solution to improve efficiency. The size and weight of the wind turbine components will put great demands on the stability and design of the transport vessel. In order to be able to compare different loading arrangements, and to evaluate the effect of stability on the ship's design, a model has been developed to assess stability in the preliminary design process of a vessel carrying high and heavy deck cargo. The model is based on the System Based Ship Design (SBSD) method. The existing method for SBSD uses only the minimum requirement for metacentric height (GM) to test for stability. This requirement is just one of many mandatory stability criteria that must be met by a vessel in order to be approved by the authorities. As part of the model developed in the thesis, two stability tests have been made. One for the general stability criteria and one for the weather criterion. The tests are generated by using the lines from a platform supply vessel to make a hull model, which is fitted to the main dimensions required by a transport vessel. Based on the hull model stability calculations are performed on different sets of main dimensions using a stability program. The first test for the general stability criteria is based on maximum allowable VCG curves calculated for different main dimensions. From the maximum allowable VCG curves, vessel stability can be tested based on the vessels' calculated displacement and center of gravity. The second test focuses on meeting the severe wind and rolling criterion. The test is based on the GZ curves and checks the vessels' ability to withstand the combined effects of beam wind and rolling. Using the center of gravity and displacement, the vessels' maximum wind area moment, before the severe wind and rolling criterion is not met, can be determined. The calculated wind area moment from different loading arrangements can then be checked against the maximum limit values. This test is developed as part of this thesis. A case study has been made to illustrate how the model can be used in real life. In the case study, six different loading arrangements are designed, transporting components corresponding to one, two or three wind turbines. Using the model, the load arrangements and varied main dimensions were compared and the effect on stability assessed. From the comparisons in the case, it was found that stability and especially the severe wind and rolling criterion will be the most likely limiting factor in the design of transport vessels. In order to satisfy the stability criteria, the beam of five of the six transport vessels in the case study had to be increased beyond the required area requirements set by the loading arrangement. Detailed stability calculations were performed for one of the load arrangements in the case study to validate the stability tests. The comparison showed a good correlation between calculated stability and the results generated by the tests prepared in the thesis.
dc.language
dc.publisherNTNU
dc.titleSammenligning av ulike lastearrangement for vindturbinkomponenter på et transportfartøy med fokus på stabilitet
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel