Mooring of Floating Offshore Wind Turbines

Abstract

Målet med denne oppgaven var å undersøke hvilke instanser som er ansvarlige for å regulere offshore vind i Norge. Deretter forklarer oppgaven hvilke design for fortøyningssystemene som er tilgjengelige for flytende vindmøller i Norge. Til slutt foreslår oppgaven modifikasjoner som kan gjøres på ankerhåndteringsfartøyene til Solstad Offshore for at de skal være utrustet for installasjon av fortøyningssystemer for flytende vindmøller. Oppgaven undersøker regelverket for offshore vind i Norge, både med hensyn på søknadsprosessen for å få konsesjon, og med hensyn på hvilke etater som er ansvarlige for tilsyn av flytende vindmøller. Informasjonen var innhentet gjennom studier av lover, forskrifter og regelverk for flytende vindmøller i Norge i dag. Olje- og Energidepartementet har det overordnede ansvaret for offshore vind i Norge. Ansvaret er videre delegert til Petroleumstilsynet, som har ansvar for tilsyn med næringen. Norges vassdrags- og energidirektorat er assisterer Olje- og energidepartementet med faglige råd gjennom søknadsbehandlingen. Norges vassdrags- og energidirektorat er også ansvarlige for å godkjenne den prosjektspesifikke detaljplanen for vindkraftverket. Klasseselskapene har tilsyn med og godkjenner vindmøllene på oppdrag fra forsikringsselskapene, men dette ansvaret er ikke lovfestet. Oppgaven presenterer design av forankringssystemer for flytende vindmøller. Informasjonen om forankringsdesign var innhentet gjennom møter med fagpersoner i næringen og gjennom studier av eksisterende litteratur og forskning på området. Designene av forankringssystemene er hovedsakelig basert på design som er brukt i olje- og gassnæringen. Oppgaven beskriver hovedkategoriene av design, materialer brukt i førtøyningslinene og ankertypene som blir brukt. Slakkline forankring baserer seg på slakke fortøyningsliner, og har et stort fotavtrykk. Slakkline forankring gir store posisjonsforskyvninger, men derimot lav strekkspenning i fortøyningslinene. Stramline forankring baserer seg på stramme fortøyningsliner, og de motvirkende kreftene baserer seg på elastisiteten i materialet som er brukt i fortøyningslinen. Posisjonsforskyvningen i et stramline forankringssystem er mindre, men strekkspenningen i fortøyningslinen er høyere enn for et slakkline forankringssystem. Egenskapene til materialene brukt i fortøyningslinene og ankertypene er valgt for å gi ønskede egenskaper i fortøyningssystemet. Kostnader er også avgjørende for designet av forankringssystemet. Oppgaven foreslår modifikasjoner til Normand Drott for at fartøyet skal passe for installasjon av forankringssystemer for flytende vindmøller. Forslagene er basert på informasjon fra rederiet, Solstad Offshore. Utstyret som håndterer kjetting må modifiseres for å passe større kjettingdimensjoner. Et reaksjonsanker må brukes for å oppnå den påkrevde oppstrammingen av ankeret.

The aim of this thesis was to investigate who is the licencing authorities for offshore wind in Norway. Then, this thesis explains which mooring configurations that are available for floating offshore wind turbines. Lastly, this thesis suggests how Solstad Offshore could modify their AHTS vessels to fit for installation of mooring systems for floating offshore wind turbines. The thesis studies the regulations for offshore wind in Norway, both on the process of applying for a license and which authorities are responsible for supervision and inspection of floating offshore wind farms. The information was gathered by studying the current laws and regulations for offshore wind in Norway. The Ministry of Petroleum and Energy has the overall responsibility and has delegated the supervision to the Petroleum Safety Authority Norway. The Norwegian Water Resource and Energy Directorate assists the Ministry of Petroleum and Energy with professional advice during the application process. The Norwegian Water Resource and Energy Directorate are also responsible for approving the project specific detailed plan. The classification societies approve the wind farm on behalf of the insurance companies and are not required by the law. The thesis presents the mooring designs for floating offshore wind turbines. The information of mooring designs was collected through meetings with industry professionals as well as reading literature and research papers of the topics. The mooring designs are mainly based on designs developed in the oil and gas industry. This thesis describes the main categories of mooring designs, mooring line materials and relevant anchor types. The catenary design utilises slack mooring lines with a large footprint. The offset of the catenary design is large, and the tension is lower. The taut mooring configuration utilises taut mooring lines, and the resisting forces rely on the elastic stiffness of the mooring line. The offset in a taut mooring system is smaller, and the tension is higher than for a catenary system. The properties of mooring line materials and anchors are chosen to get the desired properties of the mooring configuration. The mooring design is also subject to cost. The thesis suggests modifications for Normand Drott to make the vessel fit for the installation of moorings for floating offshore wind turbines. The suggestions are based on information from the vessel owner, Solstad Offshore. The chain handling equipment must be modified to fit for larger chain diameters. A reaction anchor can be used to circumvent the problem of the high required proof tension.