| dc.description.abstract | En økende etterspørsel etter fornybar energi har plassert vindenergi i frontlinjen for bærekraftig kraftproduksjon. I nyere tider har vindindustrien utvidet seg fra landbaserte installasjoner til offshore-lokasjoner, spesielt i dype farvann som overstiger 150 meter. Offshore vindparker tilbyr store åpne områder til mer overkommelige priser. Imidlertid står denne industrien overfor flere utfordringer, spesielt når det gjelder de uforutsigbare miljøforholdene, som skaper vanskeligheter for driften og vedlikeholdet av store offshore-strukturer.
Målet med denne avhandlingen er å undersøke ytelsen til INO-WINDMOOR 12MW halvt nedsenkbar flytende vindturbin opererende i områder med vanndybde på 280 meter. Studiene fokuserer på å analysere det valgte designet for den halvt nedsenkbare flotøren og evaluering av atferden under både operative og ekstreme forhold ved hjelp av moderne prediksjonsverktøy.
Numeriske modeller av den halvt nedsenkbare enheten ble utviklet ved hjelp av panel modeller og rom modeller. Den endelige panel modellen, opprettet i GeniE-programvaren, representerte nøyaktig de strukturelle komponentene, mens rom modellen representerte de interne volumene fylt med sjøvann for skadesituasjoner. Disse modellene, sammen med en overflate modell, ble benyttet i HydroD-programvaren for å utføre første- og andreordens frekvensdomeneanalyser og å beregne de hydrodynamiske egenskapene til flotøren. For å ta hensyn til andreordenseffekter, ble en fri overflate-modell inkludert. De hydrodynamiske egenskapene som ble utrettet fra disse analysene ble deretter integrert i SIMA-programvaren for å opprette en koplet tidsdomenmodell.
På grunn av kompleksiteten og beregningskostnaden for analysene, ble symmetriske modeller av flotøren benyttet. I tillegg ble det utført undersøkelser for å vurdere anvendeligheten av symmetriske modeller for ikke-symmetriske lasttilfeller, med ett mål om å forenkle beregningskravene samtidig som akseptable resultater opprettholdes. Alle hydrodynamiske resultatene ble nøye undersøkt for å sikre nøyaktighet og gyldighet.
Området Hywind Tampen, kjent for sine dype farvann, ble valgt som ett egnet sted for studiene på grunn av sine passende egenskaper for offshore-vindprosjekter. Miljøforhold fra en nærliggende lokasjon ble brukt til å generere miljøbelastningstilfeller for tidsdomensimuleringene. Tre krevende miljøbelastningstilfeller ble etablert for å fange opp mer ekstreme forhold, som var av spesiell interesse.
De numeriske modellenene benyttet i disse studiene gjennomgikk strenge valideringsprosedyrer, inkludert konvergensstudier, verifikasjon mot offisielle analyser, forfallstester og tester med regulære bølger. Videre ble det gjennomført en konstant vindtest for å verifisere ytelsen til vindturbinen. Deretter ble tidsdomensimuleringer utført ved hjelp av SIMA-programvaren for å evaluere responsen til de numeriske modellene under ulike lastekonfigurasjoner og skadesituasjoner. Disse simuleringene ble brukt til å utføre statistisk analyse av turbinens respons, miljøbelastninger, spenningsnivåer i fortøyningssystemet og akselerasjoner langs aksen som blir opplevd av turbinens komponenter. De oppnådde resultatene ble grundig sammenlignet og diskutert for å trekke verdifulle innsikter om atferden til skadde flytende offshore-vindturbiner (FOWTs).
Resultatene viste tilfredsstillende samsvar mellom Newman's tilnærming og analyser som brukte QTFs i surge-retningen. Imidlertid ga ikke analysene og simulasjonene gjennomført uten å ta hensyn til statiske helninger tilfredsstillende resultater. Bemerkelsesverdig viste atferden til de skadede konfigurasjonene seg å være kritisk, spesielt under nødstanssimuleringer der akselerasjonen langs aksen til nacellen økte betydelig sammenlignet med intakte konfigurasjoner. | |
| dc.description.abstract | The increasing demand for renewable energy has placed wind energy at the forefront of sustainable power generation. In recent years, the wind energy industry has expanded beyond land-based installations to offshore locations, particularly in deep waters exceeding 150 meters. Offshore wind farms offer vast open areas at more affordable prices. However, this industry faces several challenges, particularly regarding the unpredictable environmental conditions, which pose difficulties for the operation and maintenance of large offshore structures.
The objective of this thesis is to investigate the performance of the INO-WINDMOOR 12MW semi-submersible FWT at a water depth of 280 meters. This study focuses on analyzing the chosen semi-submersible floater design and evaluating its behavior under both operational and extreme conditions using state-of-the-art prediction tools.
Numerical models of the semi-submersible were developed using finite element panel and compartment models. The finite element panel model, created in GeniE software, accurately represented the structural components, while the compartment model represents the internal volumes filled with seawater for damage cases. These models, along with a finite element surface model, were utilized in the software HydroD to perform first- and second-order frequency-domain analyses and calculate the hydrodynamic properties of the floater. To account for second-order effects, a free-surface model was incorporated. The hydrodynamic properties obtained from these analyses were then integrated into the SIMA software to create a coupled time-domain model.
Given the complexity and computational cost of the analyses, symmetric models of the floater were employed. Additionally, investigations were conducted to assess the applicability of symmetric models for non-symmetric load cases, aiming to simplify computational requirements while maintaining acceptable results. All hydrodynamic properties were rigorously examined to ensure the accuracy and validity of the obtained results.
The Hywind Tampen area, known for its deep waters, was selected as the appropriate site for the study due to its suitability for offshore wind projects. Environmental conditions from a nearby location were utilized to generate environmental load cases for the coupled time-domain simulations. Three harsh environmental load cases were established to capture more extreme conditions, which were of particular interest.
The numerical models employed in this study underwent rigorous validation procedures, including convergence studies, verification against official analyses, decay tests, and regular wave tests. Furthermore, a dedicated constant wind test was conducted in order to verify the performance of the wind turbine. Subsequently, time-domain simulations were performed using the SIMA software to evaluate the response of the numerical models under various loading configurations and damage cases. These simulations were utilized to perform statistical analysis of the turbine's response, environmental loads, mooring line tensions, and axial accelerations experienced at the turbine nacelle. The obtained results were comprehensively compared and discussed to derive valuable insights into the behavior of damaged FOWTs.
The results indicated a satisfactory agreement between Newman's approximation and analyses utilizing full quadratic transfer functions (QTFs) in the surge direction. However, analyses and simulations conducted without considering static inclinations yielded unsatisfactory results, with significant uncertainties. Notably, the behavior of the damaged configurations proved critical, particularly during emergency shutdown simulations, where the nacelle's axial acceleration exhibited a substantial increase compared to intact configurations. | |
