ENERGIX-Stort program energi

Offshore vind blir en stadig viktigere del av dagens energimarked, og er en nødvendighet for å øke andelen av fornybar energi i dagens energimiks. Trenden i dagens havvindsprosjekt er større turbiner med dertil økt produksjon av grønn energi. Samtidig fører større installasjoner til nye utfordringer for konstruksjon av vindturbiner som potensielt kan være kostnadsdrivende. Et eksempel her er at en økning i turbinstørrelse også medfører større rotorer og monopel konstruksjoner med dertil økende laster og endrede responskarakteristikker. I sin tur krever dette økt kunnskap rundt hvordan store bunnfaste vindturbiner oppfører seg med tanke på bølgelaster og hvordan dette igjen virker inn på oppførsel selve konstruksjonen og fundamentering i jord. Dette er hovedtema for WAS-XL og utføres i samspillet SINTEF Ocean, NGI og NTNU. Prosjektet er delt inn i fire arbeidspakker, også omtalt som WPer, og dekker temaene: hydrodynamiske laster, geoteknisk respons, globalrespons av vindturbiner, laboratorieforsøk og modelltesting av monopeler. Formålet med arbeidet er å utforske hvordan last og responsbildet endrer seg når offshore vind turbiner blir større, både med tanke på utmatting, ekstremrespons og bruksgrensetilstand. Videre har prosjektet som formål å utarbeide analysemetoder og anbefalinger for analyse av store bunnfaste vind turbiner. Prosjektet hadde oppstart i 2017 med varighet på 4 år. Prosjektet er avsluttet i mai 2021. Ved avslutning har prosjektet ferdigstilt arbeidet med numerisk bølgetank og metodikk for beregning av bølgelaster, ferdigstilt og prosessert resultater fra hydrodynamiske modelltester, validert og rapporter metodikk for analyse av struktur-jordrespons, samt ferdigstilt og gitt anbefalinger for forbedrede analysemetoder for utmattingsberegninger i design av store vindmøllefundament. Prosjektet er nå formelt avsluttet, men deler av arbeidet med ferdigstillelse av vitenskapelige artikler fortsetter ut året. Dette arbeidet utføres av NTNU, PhD student og post doc. Samarbeidspartnere for WAS-XL, utover forskningspartnerne, er NFR, Equinor, EDF, Innogy, Vattenfall og Multiconsult.

KPN WAS-XL har bidratt til å øke kunnskapen rundt analysemetodikk innen temaene: respons av sjøtilstander hydrodynamisk respons, globalrespons og geoteknisk respons for offshore wind turbiner. Videre har det blitt utviklet analyseverktøy og ny metodikk for modelltesting. Følgende virkninger er registrert: - Bidrag til sammenstillelse av FME North Wind - Applikasjon av beregningsmetodikk og modelltestmetodikk for Equinors Empire Wind prosjekt I tillegg til forbedrede analysemetoder etablert i WSA-XL, forventer vi også at genererte data fra modelltester vil anvendes i fremtidig forskning, e.g. som valideringsbasis.

Economies of scale are pushing for larger (6-12MW) offshore wind turbines (OWT), which require larger support structures. For shallow and intermediate water depths, large-diameter monopile foundations are considered most promising with respect to the levelized cost of energy. However, the eigenfrequencies decrease - getting closer to the primary wave frequencies - as structure size increases, making the structure more susceptible to nonlinear wave loading, for which more accurate and validated analysis methods are needed. Also, the wave load history on the monopile has an impact on the soil response, which current design practices do not address properly. The research proposal addresses uncertainties related to nonlinear wave loads and responses of large-diameter wind turbines with a focus on integrated engineering analysis including soil responses. The proposed work combines numerical and experimental methods. The project consists of the following WPs: WP1: Modelling of nonlinear wave kinematics and loads. WP2: Interaction between hydrodynamic loads and nonlinear soil response. WP3: Long-term structural response analysis methodologies. WP4: Hydrodynamic experiments validation. The combination of expertise in hydrodynamics and geotechnical engineering permits detailed study of non-linear phenomena and application of new models to long-term structural response modelling. The project aims to produce and disseminate results of academic and practical importance: -New model scale data for validation of nonlinear hydrodynamic wave kinematics and loads on monopiles in steep waves. -Advances in numerical and empirical engineering methods for including nonlinear wave loads in the design of offshore wind turbines. -Improved and verified design tools for integrated analyses. -Recommended practice on the use of monopile soil models accounting for irregularity in cyclic load histories and partial drainage in the soil. -Recommendations to design practice and standard.