Dimensioning sea loads on offshore wind turbines in shallow to intermediate waters

Offshore vindturbiner er utsatt for vind og sjø, og krefter som virker på dem fra havet er viktige for deres design, oppførsel, pålitelighet og kostnad. DIMSELO-prosjektet fokuserte på å utvikle kunnskap og simuleringsverktøy for ingeniører knyttet til krefter fra bølger på offshore vindturbiner på grunt og mellomdypt vann. Dette muliggjør mer realistisk beregninger av bølgelaster, reduksjon av usikkerhet og reduksjon av kostnaden for offshore vindkraft. Prosjektet dekket både simuleringer av bølgene selv og kreftene de forårsaker på offshore vindturbiner. De mest spennende innovasjonene fra DIMSELO er kanskje to nye metoder som muliggjør mer realistiske datasimuleringer av bølger. Den første innovasjonen er en ny metode som tillater ingeniører å simulere ekstreme bølger mer realistisk. Den andre innovasjonen er en ny metode som for første gang gjør det mulig for ingeniører å simulere middels store bølger både raskt og uten forenklinger. Vi ønsket så å se på konsekvensene av å bruke forskjellige eksisterende og nye datasimuleringsverktøy for sjølaster. Vi la inn alle de forskjellige alternativene i IFEs offshore vindturbin simuleringsverktøy 3DFloat, slik at vi kan gjøre nøyaktig sammenligning. Deretter konstruerte vi tre vindturbiner som vi kunne teste de forskjellige alternativene på, en 10MW monopel-vindturbin på 25m vanndyp, en 10 MW monopel-vindturbin i 35m vanndyp og en 10MW vindturbin på et fagverksunderstell i 35m vanndyp. Så sammenlignet vi all de forskjellige verktøyene ingeniører kan bruke for å beregne laster fra bølger. Vi så at de alternative metodene kunne gi vesentlige forskjellige resultater. Beregnet levetid kan for eksempel variere med opptil 15% for de forskjellige alternative verktøyene en ingeniør har til rådighet. Prosjektet hadde også andre aktiviteter. Det jobbet med utviklingen av neste generasjon havbølge-modeller med et enda høyere nivå av realisme. Vi utviklet metoder som tillot oss å simulere realistiske havbølger og belastningene ved bruk av CFD-simuleringer (Computational Fluid Dynamics). Vi jobbet med vindlast på offshore vindmøller og viste at de to godkjente teknikkene for simulering av vind som treffer en vindturbin kan gi vesentlig forskjellige belastning på offshore vindturbiner.

The lifetime cost of energy (LCOE) is currently relatively high for offshore wind turbines and very important for the viability of large scale deployment of environmentally friendly offshore wind energy. In some cases the hydrodynamic sea loads drives the design, dimensions and cost of the offshore wind turbines. Our main focus will be on how to with sufficiently accurately model the sea behaviour and the following dimensioning sea loads with engineering tools. There is a significant potential for cos t reductions if larger, but unproven wind turbine rotors were to be used offshore. Enhanced knowledge of their performance with respect to interaction between wind, rotor, structure, sea and dimensioning loads is needed to enable their deployment. This wi ll be our other main area of research. Our focus will be on conditions and offshore wind turbine concepts relevant for North Sea sites with shallow to intermediate water depths.