Numerical Assessments of a Hybrid Offshore Wind Turbine Concept

Abstract

I denne masteroppgaven blir det gjort numeriske vurderinger av Offshore Kinetics hybrid offshore vindturbin konsept, med mål om å finne verdier av dreiemomentet som oppstår i universalleddet I operasjoner hvor turbinen snur seg etter vinden og i forskjellige sjøtilstander. En vurdering av konseptes stabilitet og turbinens effektivitet i ulike sjøtilstander og ved ‘yaw misalignments’ er også inkludert. Alle nødvendige beregninger er gjort manuelt før noen av disse er sjekket ved hjelp av modellering i programmet Inventor. Inventor beregner verdier automatisk etter design og valg av materiale. En vurdering av stabiliteten til strukturen ble også utført både med og uten hensyn til ballast. På bakgrunn av disse beregningene ble konseptet modellert i Orcaflex og bestemmelser av hvilke sjøtilstander som skulle være inkludert ble gjort ved bruk av statistikk-beregninger av historiske data. I Orcaflex ble det også laget en improvisert “yaw controller” ved bruk av eksterne funksjoner i Python som ble implementert i en “constraint” i Orcaflex. Simuleringer ble basert på ulike sjøtilstander og “girhastighet” (vinkelhastiheten som turbine snur seg etter vinden med). Det ble konkludert med at økende vinkelhastighet bidrar betydelig mer til økende dreiemoment på universalleddet enn økende bølgehøyde, og at det er deakselerasjonen til turbinen som er hovedårsaken til økende dreiemoment. Den generelle stabiliteten til strukturen ble funnet til å være god, med en maks 2.7 grader helning i den verste sjøtilstanden. Effektiviteten til turbinen reduseres når den blir satt i bevegelse på grunn av bølger, men en videre økning i bølgehøyde bidrar ikke til økt reduksjon i effektivitet. Det ble også konkludert med at yaw misalignments (feilvinkling av turbin mot vind) ikke reduserte effektiviteten til turbine betydelig i forsøk ved 4 og 8 grader feil. En feilvinkling på 20 grader gjorde derimot et mer betydelig utslag i redusert effiktivitet.