Numerical and Experimental Investigation of a Floating Substation

Abstract

Konseptet ”Floating Substation” er utviklet av Sevan SSP og har potensial til å bli brukt i flere ulike bransjer, fra offshore vindkraft, karbonfangst og -lagring til offshore akvakultur. Det spesielle med designet er den lave fribordshøyden, noe som gjør strukturen mer utsatt for bølgetopping og oversvømmelse p˚a dekk. De ikke-lineære effektene og konsekvensene av dette skulle være hoved temaet for avhandlingen, men bølgetoppingen forekom mindre hyppig enn antatt. Dette førte til en endring i fokuset i oppgaven, til et fokus på den generelle stabiliteten til strukturen.

Konseptet ble undersøkt gjennom numeriske analyser og modellforsøk i den lille slepetanken på NTNU. De numeriske analysene ble utført ved hjelp av WAMIT. Ved å undersøke ulike diametere på skjørtet, dypgang, forspenning av forankring og I55 viste resultatene at strukturen var mest sensitiv for endringer i diameteren på skjørtet. Analysene ble utført for å replikere modellforsøkene.

Det ble totalt testet seks ulike konfigurasjoner under modellforsøkene. To konfigurasjoner med ulik skjørt diameter, to konfigurasjoner med forskjellig dypgang og to konfigurasjoner med forskjellig forspenning av forankringen.

Resultatene fra forsøkene ble sammenlignet med de numeriske resultatene i både jag, hiv og stamp. Hvor de samsvarte godt. Funnene fra forsøkene viser at det er tendenser til Mathieu-instabilitet for konfigurasjoner med store skjørt, da resonans i stamping oppstår samtidig som det forekommer ikke linære bevegelser i rull. Dette opptrer ikke i like stor grad for konfigurasjoner med mindre skjørt.

The floating substation concept design developed by Sevan SSP has the potential to be used in different industries, ranging from offshore wind, carbon capture storage to offshore aquaculture farming. The special part about the design is the low freeboard, which makes it more prone to wave overtopping and deck flooding. The non-linear effects and the implications was supposed to be the topic of the thesis, however wave overtopping occurred less frequently than assumed. Which led to a change in area of focus in the thesis to the general stability of the structure.

The concept was investigated through numerical analyses and a model experiment in the Small Towing Tank at NTNU. The numerical analyses were performed using WAMIT. By examining different bilge keel diameters, draught, pre-tension of mooring and I55 values the results showed that the model was mostly sensitive to changes in the bilge keel diameter. The analyses were performed in order to replicate the model experiments.

There was a total of six different configurations tested during the model experiments. Two configurations with different bilge keel diameter, two configurations at a different draughts and two configurations with different pre-tension of the mooring.

The results from the experiments were compared to the numerical results in both surge, heave and pitch, coinciding well. Findings from the experiments shows that there are tendencies to Mathieu Instability for the configurations with a large bilge keel, as resonance in pitch occurs at the same period there are non linear movements in roll. The configurations with a smaller bilge keel do not experience non linear movements in roll to such a large extent.