Tilbake til søkeresultatene

INTPART-International Partnerships for Excellent Education and Research

Green energy at sea: offshore wind turbines and energy systems for ships, ports, and offshore structures

Alternativ tittel: Grønn energi til havs: offshore vindturbiner og energisystemer for skip, havn, og offshore konstruksjoner

Tildelt: kr 3,3 mill.

Dette prosjektet er et samarbeid mellom to institutter ved NTNU (marin teknik og teknisk kybernetikk) og to institutter ved University of Michigan (Naval Architecture and Marine Engineering, og Aerospace Engineering). Prosjektet innebærer workshops, utveksling av forskere, og samarbeid for bedre utdanningstilbud i grunnleggende fagområder relatert til to forskningstemaer, nemlig 1) stokastisk dynamikk og flerfaglig designoptimering for offshore vindturbiner og 2) energisystemer for skip, havn, og offshore konstruksjoner. Offshore vindturbiner er viktige fornybare energikilder i dag, og blir sannsynligvis enda viktigere i fremtiden. Flerfaglig designoptimering (MDO) betyr at man optimerer designet ved å ta hensyn til flere fysiske effekter samtidig: hydrodynamiske laster fra bølger og strøm, aerodynamiske laster fra vinden, reguleringssystemet som bestemmer hvordan turbinen opereres, strukturrespons, og effekten av andre turbiner i samme park. Denne metoden kan føre til større kostnadsbesparelser enn å optimere turbinen med hensyn til hver effekt isolert sett. Den komplekse dynamikken av offshore vindturbiner, inkludert effekten av stokastiske variasjoner i vind, bølger, strøm og is, gjør at dette blir en utfordrende oppgave som krever kunnskap fra flere fagområder. Kraft- og energiregulering for skip og offshore konstruksjoner - som hybridelektriske kraftsystemer som bruker diesel og naturgass som energi kilder; batterier, superkondensatorer, og svinghjul til energilagring; og innovative metoder for kraft- og propulsjonssystemer sammen med avansert reguleringsteknikk - har et stort potensial, både miljømessig og økonomisk. Hybrid elektrisk propulsjon kan øke effektivitet og redusere forurensning. Dette prosjektet samler eksperter i disse områder for å finne nye løsninger, og for å utdanne studenter og ph.d kandidater innenfor de grunnleggende fagene. Så langt har samarbeidet inkludert flere aktiviteter tilknyttet forskning og undervisning. Vi har hatt seks workshops (et oppstartsworkshop og et workshop fokusert på vindturbiner USA, et større workshop og en teknisk workshop relatert til bruk av OpenMDAO i Norge, og to digitale workshoper). Til sammen har det vært 34 faglige presentasjoner og en digital poster sesjon. To phd stipendiater har vært på utveksling (en i hver retning), og vi har publiserte nye metoder for optimering av en spar-type flyttende vindturbin. Optimeringen varierer designet av både tårn og skrog, samt kontrollsystemparametere. En master student fra NTNU skrev sin masteroppgave ved University of Michigan i 2019, og en master student fra NTNU fikk medveiledning digitalt fra U.Michigan i 2020, og en master student fra U.Michigan skrev sin masteroppgave ved NTNU i 2021, men flere utvekslinger ble utsatt eller avlyst på grunn av pandemien. Ved NTNU tilbys et nytt emne om MDO for tredje gang i høst 2021. Dette emnet er utviklet med mye hjelp fra et eksisterende emne ved University of Michigan, og med ny referansematerialer i år. Emnet marin dynamikk er også blitt fornyet og oppdatert ved NTNU. Mange endringer til kompendiet og innholdet i emnet er blitt diskutert sammen med University of Michigan. Ved University of Michigan har vi introdusert integrert dynamisk analyse av vindturbiner som en del av et emne i høst 2018; en ny variasjon i et annet emne i vår 2020, og en digital variasjon høst 2020. Det har også vært felles utvikling av digitale læringsformer, og en populærvitenskapelig artikkel om bruk av disse for marin teknikk er sendt inn.

-

This project aims to achieve better connection between two departments at NTNU (Marine Technology and Engineering Cybernetics, via SFF AMOS) and the University of Michigan (Naval Architecture and Marine Engineering, and Aerospace Engineering): workshops and research exchanges in order to share experience and develop joint proposals for further collaboration, as well as boosting the educational offerings in the fundamental disciplines related to two specific research topics. The two research topics are 1) stochastic dynamics and multidisciplinary design optimization (MDO) for offshore wind turbines and 2) energy systems for ships, ports, and offshore structures. Offshore wind turbines are an important part of the renewable energy mix for the future. Multidisciplinary design optimization (MDO) - accounting for hydrodynamics, aerodynamics, the wind turbine control system, overall park, and structural design simultaneously - is a promising method to reduce costs. The complex dynamics of offshore wind turbines, including the effects of stochastic wind, wave, current, and ice, make this a particularly complicated problem. Combined expertise from marine technology and stochastic dynamics, MDO, control, and aerodynamics is needed. Power and energy management for ships and offshore structures, especially hybrid electric power plants utilizing diesel and LNG as energy sources, battery banks, supercapacitors, and flywheels as energy storage, together with novel concepts related to power and propulsion plant configurations combined with advanced control methods, can offer environmental and economic benefits for society as a whole. In particular, hybrid electric propulsion can provide improved efficiency and fewer emissions. The present project will help to connect experts in these fields as well as educate both master’s and PhD level students on related fundamental topics.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Aktivitet:

INTPART-International Partnerships for Excellent Education and Research