Installation of an offshore wind turbine blade using a jack-up installation vessel in water depth of 60m

Abstract

Vindturbiner til havs er viktige kilder til fornybar energi. Vindturbinindustrien til havs vokser veldig raskt. Den globale havvinden forventes å vokse med en årlig vekstrate på 18,6%. fram til 2024 og 8,2% til 2030. Vindturbinens størrelse blir større. 10MW og 15MW vindturbiner er frigitt. Knivlengden når omtrent 100 meter. Navhøyden er over 100 meter. Delene av vindturbiner blir tyngre. Bladet til en 10 MW vindturbin veier 42 tonn. Nacellevekten til 10MW vindturbinen er 446 tonn. Installasjonsnummeret på havvindturbinene blir større. Nylig konstruerte vindparker hadde 50 ~ 180 vindturbiner. På grunn av disse trendene med havvindturbiner blir installasjonen av havvindturbiner viktig. En av de mest kritiske fasene i offshore vindturbininstallasjonen er bladinstallasjonen. Siden bladet er en veldig stor og slank kropp, kan det bli sterkt påvirket av miljøkrefter. I denne oppgaven blir installasjonen av bladet undersøkt. Knivbevegelsene er simulert av SIMA. Bladet til DTU 10MW vindturbin brukes. Et oppjekkningsfartøy brukes til bladinstallasjonen. Den aerodynamiske kraften på bladet er simulert av TurbSim. Den hydrodynamiske belastningen på jack-up fartøyet er simulert av SIMA. I 2 ~ 5m / s konstante vindforhold er bladets translasjonsendring mindre enn 0,5m. Rotasjonsvinkelen er mindre enn 2 grader. Den opprinnelige stigningsvinkelen til bladet gir en effekt på de påførte kreftene og momentene. De er minste når den første stigningsvinkelen er -15 ~ 0 grader. Vinden påvirker gjennomsnittet og standardavviket til bladposisjonen. Bølgen påvirker standardavviket til bladposisjonen. Den naturlige perioden med oppjekkningsfartøyet er omtrent 3 sek. Bladets overspenning, heving og stigning har toppfrekvens ved den naturlige frekvensen til oppjekkningsfartøyet. Toppfrekvensene til sving-, rull- og girbevegelsene er null. Bølge er viktig for et blad installert av en nedsenkbar del. Bladets sving, heving, stigning og gjenging har samme toppfrekvens som toppfrekvensen til bølgen.

Offshore wind turbines are important sources of renewable energy. The offshore wind turbine industry grows very rapidly. The global offshore wind is expected to grow with an annual growth rate of 18.6%. until 2024 and 8.2% to 2030. The size of the wind turbine gets larger. 10MW and 15MW wind turbines have been released. The blade length reaches about 100 meters. The hub height is above 100 meters. The parts of wind turbines become heavier. The blade of a 10MW wind turbine weighs 42 tons. The nacelle weight of the 10MW wind turbine is 446 tons. The installation number of the offshore wind turbines becomes larger. Recently constructed wind farms had 50 ~ 180 wind turbines. Because of these trends of offshore wind turbines, the installation of offshore wind turbines becomes important. One of the most critical phases of the offshore wind turbine installation is the blade installation. Since the blade is a very large and slender body, it can be highly affected by environmental forces. In this thesis, the installation of the blade is investigated. The blade motions are simulated by SIMA. The blade of DTU 10MW wind turbine is used. A jack-up vessel is used for the blade installation. The aerodynamic force on the blade is simulated by TurbSim. The hydrodynamic load on the jack-up vessel is simulated by SIMA. In 2~5m/s constant wind conditions, the translational change of the blade is less than 0.5m. The rotational angle is less than 2 deg. The initial pitch angle of the blade gives an effect on the applied forces and moments. They are smallest when the initial pitch angle is -15 ~ 0 deg. The wind affects the average and the standard deviation of the blade position. The wave affects the standard deviation of the blade position. The natural period of the jack-up vessel is about 3 sec. The surge, heave, and pitch motion of the blade have peak frequency at the natural frequency of the jack-up vessel. The peak frequencies of the sway, roll and yaw motions are zero. Wave is important for a blade installed by a sem-submergible. The surge, heave, pitch, and yaw motion of the blade have the same peak frequency as the peak frequency of the wave.