Koukoura, Christina

For at forbedre pålideligheden af havvindmøller, kræves en præcis forudsigelse af deres respons. Det er derfor vigtigt at validere modeller med måledata. I denne afhandling er en 3,6 MW pitchreguleret havvindmølle med variable rotorhastighed på et monopæl fundament modelleret i HAWC2 – en aero-servo-hydro-elastisk kode. Resultaterne er valideret med fuldskala målinger fra en 3,6 MW Siemens offshore vindmølle installeret i Walney Havmøllpark 1 ved vestkysten af England. Estimering af dæmpning, tilfælde hvor vind og bølger kommer fra forskellige retninger samt storm belastninger er analyseret. Resultaterne bruges til at ændre designet af sub-struktur / fundament for at opnå potentielle besparelser af materiale.Først beskrives baggrunden for offshore vind, herunder vind- og bølgeforhold, understøttede struktur, fordeling af belastning over vingerne og vindmøllekomponenternes dynamik. Dernæst er der en detaljeret beskrivelse af testmøllens lokalitet og hydrografi og meteorologi for stedet. Den kombinerede vind og bølge fordeling samt sandsynligheden for forskel mellem vind og bølge retninger er anslået. Endelig er kalibreringsprocessen for de forskellige komponenter grundigt beskrevet. Turbulensintensiteten implementeret i simuleringerne er baseret på anamometer målinger fra nacellen.Modellen er baseret på en nedskalering af NREL 5 MW reference vindmøllen. Ændringer af den nedskalerede model er foretaget for at matche fuldskala vindmøllen (masse og egen frekvensen). Ekstreme og gennemsnitlige målte belastninger fra fri vind og wake retninger samt 1Hz tilsvarende belastninger anvendes til validering af modellen og usikkerheden kvantificeres.De vigtigste bidrag i denne afhandling er præsenteret i de sidste tre kapitler. Vindmøllestrukturens netto dæmpning estimeres ud fra impuls-gensvaret fra en båd kollision med vindmøllen. Den første og anden modal dæmpning af systemet under normal drift er identificeret fra både målinger og simuleringer ved hjælp af en forbedret frekvensdomæne dekomposition teknik. Virkningen af dæmpning på side-til-side udmattelse af strukturen i tilfælde hvor vind og bølger kommer fra forskellige retninger undersøges. Den målte netto dæmpning er højere end tidligere brugt og anvendes herefter i designprocessen af sub-struktur / fundament for at opnå besparelser af materiale. En detaljeret analyse af ultimativ brudstyrke, bulingsstyrke og udmattelse udføres for basis designet samt de modificerede designs for at sikre strukturel integritet af hele systemet.To improve the reliability of offshore wind turbines, accurate prediction of their response is required. Therefore, validation of models with site measurements is imperative. In the present thesis a 3.6MW pitch regulated-variable speed offshore wind turbine on a monopole foundation is built in the aero-servo-hydro-elastic code HAWC2. The results are validated with full scale measurements from a 3.6MW Siemens offshore wind turbine installed in the Walney Offshore Wind Farm 1 at the west coast of England. Damping estimation, wind-wave misalignment cases and storm loads are analyzed. The findings are used for the modification of the sub-structure/foundation design for possible material savings.First, the background of offshore wind engineering, including wind-wave conditions, support structure, blade loading and wind turbine dynamics are presented. Second, a detailed description of the site is given and the metocean conditions are analyzed. The joint wind-wave distribution and the probability of the misalignment angles are estimated. Third, the calibration process of the different components is thoroughly depicted. The turbulence intensity implemented in the simulations is extracted from a nacelle mounted cup-anemometer.The model setup is based on the downscaled 5MW NREL reference wind turbine. Modifications on the downscaled model to match the actual full-scale wind turbine (mass and natural frequency) are applied. Extreme and mean measured loads from the free wind and the wake sectors, as well as 1Hz equivalent loads are used for the validation of the model. The uncertainties both in the model and full-scale wind turbine are quantified.The main contribution of the current thesis is presented in the final three chapters. The support structure net damping is estimated from the impulse response of a boat impact. The first and second modal damping of the system during normal operation both from measurements and simulations are identified with the implementation of the Enhanced Frequency Domain Decomposition technique. The effect of damping on the side-side fatigue of the support structure due to wind-wave misalignment cases is examined. The higher measured net damping is then used in the design process of the sub-structure/foundation for material savings. A detailed ultimate strength, stability strength and fatigue analysis are performed in the baseline and the modified designs to ensure structural integrity of the system

Online Research Database In Technology

Validated Loads Prediction Models for Offshore Wind Turbines for Enhanced Component Reliability

http://orbit.dtu.dk/ws/files/117795837/PhD_Thesis_kouk..PDF

Validated Loads Prediction Models for Offshore Wind Turbines for Enhanced Component Reliability

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology