Aerodynamic Analysis of Floating Offshore Wind Turbines

Το θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της αεροδυναμικής συμπεριφοράς υπεράκτιων, πλωτών ανεμογεννητριών. Τα συμπεράσματα βασίστηκαν τόσο σε υπολογιστικά, όσο και σε πειραματικά αποτελέσματα. Το υπολογιστικό μέρος της εργασίας περιλαμβάνει την προσομοίωση μιας πλωτής ανεμογεννήτριας των 5 MW, με τον κώδικα GAST (General Aerodynamic and Structural Tool) που έχει αναπτυχθεί στο εργαστήριο Αεροδυναμικής του Εθνικού Μετσοβίου Πολυτεχνείου. Τα αποτελέσματα της πλωτής ανεμογεννήτριας παρουσιάζονται σε σύγκριση με αυτά μιας πακτωμένης στη στεριά, προκειμένου να γίνει εύκολα αντιληπτή η επίδραση της κίνησης του πλωτήρα στην απόδοση της μηχανής και η δυναμική σύζευξη των δυνάμεων του συστήματος. Επιπλέον πραγματοποιήθηκε παραμετρική ανάλυση ως προς την περίοδο του κυματισμού και το ύψος κύματος, ώστε να βρούμε την επίδραση αυτών των δύο χαρακτηριστικών στη μηχανή. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ενώ η συχνότητα του κύματος επηρεάζει σημαντικά την απόκριση της ανεμογεννήτριας και τις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτή, το ύψος κύματος δεν έχει τόσο σημαντική επίπτωση στην απόδοσή της. Κύρια συμβολή αυτής της εργασίας είναι το πείραμα που πραγματοποιήθηκε στην Αεροδυναμική σήραγγα του εργαστηρίου Αεροδυναμικής και αφορούσε στην προσομοίωση μιας πλωτής ανεμογεννήτριας. Για την πειραματική διαδικασία χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο μικρής ανεμογεννήτριας (AIR BREEZE 200 W) και μια βάση η οποία προσομοιώνει τον πλωτήρα. Η βάση αποτελείται από δυο πλάκες, οι οποίες ενώνονται μεταξύ τους με τρία ελατήρια σε διάταξη ισοπλεύρου τριγώνου. Ένας κινητήρας, ο οποίος ήταν συνδεδεμένος μέσω ενός διωστήρα με τη βάση δίνει κίνηση σε αυτήν προσομοιάζοντας με αυτόν τον τρόπο τον κυματισμό της θάλασσας. Η απόδοση της μηχανής μελετήθηκε για τρεις διαφορετικές ταχύτητες ανέμου, ενώ σε κάθε στάδιο της πειραματικής διαδικασίας υπολογίζονταν οι δυνάμεις και οι ροπές που ασκούνταν στη μηχανή καθώς και η ισχύς που αυτή παρήγαγε. Τα τελικά αποτελέσματα επαλήθευσαν όσα είχαμε υπολογίσει με τον GAST, καθώς η κίνηση του πλωτήρα επηρεάζει σημαντικά την παραγωγή ισχύος και τα φορτία της μηχανής. Τα διαγράμματα δίνονται τόσο στο πεδίο του χρόνου, όσο και στο πεδίο των συχνοτήτων προκειμένου να υπολογίσουμε τις κύριες συχνότητες διέγερσης του συστήματος. Εκτός όμως από το υπολογιστικό και το πειραματικό μέρος, σε αυτήν την εργασία, έγινε και μια ανάλυση του αιολικού δυναμικού των ελληνικών θαλασσών, καθώς και μια μελέτη γύρω από τα νησιά των Κυκλάδων για υπολογισμό του εκμεταλλεύσιμου αιολικού δυναμικού τους. Στο κεφάλαιο αυτό παρέχεται και ένας χάρτης, ο οποίος παρουσιάζει την θαλάσσια έκταση στην οποία μπορούν να εγκατασταθούν υπεράκτια αιολικά πάρκα.The topic of the current dissertation is the aerodynamic analysis of floating offshore wind turbines. The conclusions are based both on computational and experimental results. The computational part of this assignment consists of the simulation of a conceptual 5 MW floating offshore wind turbine, with the use of the in-house developed code GAST (General Aerodynamic and Structural Tool). The code has been developed in the laboratory of Aerodynamics at the National Technical University of Athens. The diagrams of the floating wind turbine are presented in contrast to those of an onshore, in order to comprehend better the impact of the floaters motion on the response of the machine and the dynamic coupling of the system. Furthermore, a parametric analysis has been carried out with respect to the peak spectral wave period and the significant wave height, through which we studied the influence of these characteristics to the machine. On the one hand, the wave frequency has a significant impact on the response of the wind turbine, while on the other the significant wave height doesn’t seem to affect the machine that much. The most important part of this dissertation is the experiment that took place in the wind tunnel on the laboratory of Aerodynamics and it is about the simulation of a floating wind turbine. For this purpose a small wind turbine was used (AIR BREEZE 200 W) and a base that simulates the floater. The base consists of two metal plates that are connected through three springs. A motor engine that is connected to the base through a con rod moves it sinusoidal, simulating in this way the waves. The response of the wind turbine was examined for three different wind speeds and each time they were measured the force and the torque acted upon it, as well as the power production. The final results verified our initial estimations with GAST, since the floater’s motion affect significantly the power that is produced and the loads on the machine. The diagrams are plotted both in the time and in the frequency domain, in order to find the eigenfrequencies of the system and the main frequencies of excitation. Apart from the above mentioned, in the current dissertation an analysis of the Greek wind potential across the sea has been carried out, as well as a study around the islands of Cyclades. In this chapter a map is provided, which presents the sea area, where offshore wind farms can be installed.Χριστίνα Μ. Κούκουρ

Identification of support structure damping of a full scale offshore wind turbine in normal operation

The support structure damping of a 3.6 MW pitch controlled variable speed offshore wind turbine on a monopile foundation is estimated both in standstill conditions and in normal operation. The net substructure damping is identified from the parameters of an exponential curve fitted to the relative maxima of an impulse response caused by a boat impact. The result is used in the verification of the non aerodynamic damping in normal operation for low wind speeds. The auto-correlation function technique for damping estimation of a structure under ambient excitation was validated against the identified damping from the decaying time series. The Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD) method was applied to the wind turbine response under ambient excitation, for estimation of the damping in normal operation. The aero-servo-hydro-elastic tool HAWC2 is validated with offshore foundation load measurements. The model was tuned to the damping values obtained from the boat impact to match the measured loads. Wind turbulence intensity and wave characteristics used in the simulations are based on site measurements. A flexible soil model is included in the analysis. The importance of the correctly simulated damping in the model is stressed for accurate load prediction. Differences in the identified damping between the model and the wind turbine are detailed and explained. Discrepancies between simulated and measured loads are discussed. © 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved

Elective cancer surgery in COVID-19-free surgical pathways during the SARS-CoV-2 pandemic : an international, multicenter, comparative cohort study

PURPOSE As cancer surgery restarts after the first COVID-19 wave, health care providers urgently require data to determine where elective surgery is best performed. This study aimed to determine whether COVID-19-free surgical pathways were associated with lower postoperative pulmonary complication rates compared with hospitals with no defined pathway. PATIENTS AND METHODS This international, multicenter cohort study included patients who underwent elective surgery for 10 solid cancer types without preoperative suspicion of SARS-CoV-2. Participating hospitals included patients from local emergence of SARS-CoV-2 until April 19, 2020. At the time of surgery, hospitals were defined as having a COVID-19-free surgical pathway (complete segregation of the operating theater, critical care, and inpatient ward areas) or no defined pathway (incomplete or no segregation, areas shared with patients with COVID-19). The primary outcome was 30-day postoperative pulmonary complications (pneumonia, acute respiratory distress syndrome, unexpected ventilation). RESULTS Of 9,171 patients from 447 hospitals in 55 countries, 2,481 were operated on in COVID-19-free surgical pathways. Patients who underwent surgery within COVID-19-free surgical pathways were younger with fewer comorbidities than those in hospitals with no defined pathway but with similar proportions of major surgery. After adjustment, pulmonary complication rates were lower with COVID-19-free surgical pathways (2.2% v 4.9%; adjusted odds ratio [aOR], 0.62; 95% CI, 0.44 to 0.86). This was consistent in sensitivity analyses for low-risk patients (American Society of Anesthesiologists grade 1/2), propensity score-matched models, and patients with negative SARS-CoV-2 preoperative tests. The postoperative SARS-CoV-2 infection rate was also lower in COVID-19-free surgical pathways (2.1% v 3.6%; aOR, 0.53; 95% CI, 0.36 to 0.76). CONCLUSION Within available resources, dedicated COVID-19-free surgical pathways should be established to provide safe elective cancer surgery during current and before future SARS-CoV-2 outbreaks