Effekten av turbulens modeller på utmattingsskade (OC4 vindturbin)

Abstract

Dette studiet handler om å finne hvilken effekt turbulens har i ulike atomsfæriske stabilitet på utmattingen av en offshore vindturbin. De aller fleste av dagens operative offshore vindparker har kun vært i drift i noen få år og det er begrenset tilgang på gode erfaringsdata. I tillegg, dagens baserer standarder seg i stor grad på kunnskaper fra onshore vindturbiner. Turbulens parameterne som blir brukt i standarder er blitt utviklet mens en hadde mindre vindturbiner, og for det meste onshore vindturbiner. Derfor er det en del usikkerheter rundt fremgangsmåter som er brukt for å etablere disse parameterne og om disse parameterne er konservative. Hovedfokuset i dette studiet er rettet mot konsekvensen av turbulente vindfelt som skaper økte laster og dermed utmatting på en offshore vindturbin. De sentrale temaene i dette studiet oppsummeres som følgende: • Simulering av ulike turbulente vindfelter • Utføring av dynamiske analyser for en offshore vindturbin m.h.t. vindlaster og estimere reaksjonslastene for de mest utsatte nodene • Estimering av skade ekvivalent last som representerer utmattingsskaden

Totalt, så er 10 ulike vindfelt klasser simulert. Simuleringene er basert på forskjellige turbulens modeller (Manns og Kaimal). Turbulensintensitet er estimert, dette for å finne effekten av turbulens parameterne i de forskjellige vindfeltene. Resultatene av turbulensintensitet viser fallende trend fra veldig ustabil til veldig stabil klasse. Denne trenden gjenspeiler også lastbildet som påvirker vindturbinen. I tillegg, resultatene viser store forskjeller mellom den veldig ustabile klassen og den anbefalte IEC standard verdien.

Offshore vindturbiner er utsatt for betydelig dynamiske laster. Noe som fører til økt slitasje (utmatting) av kritiske komponenter i en offshore vindturbin. Utmatting oppstår på grunn av uregelmessige spenninger i form av varierende sykluser som materialet har opplevd gjentatte ganger over en tidsperiode. Skade ekvivalent last er estimert for de mest utsatte områdene på vindturbinen; vingeroten, toppen og bunn av tårnet. Resultatene viser store prosentvis forskjeller for skade ekvivalent last mellom den veldig ustabile og den anbefalte IEC standard verdien.

Basert på antagelsene i metoden og utførelsen av dette studiet, har det kommet fram at IEC standardverdien kanskje ikke er en konservativ antagelse og stabilitet bør inkluderes i utmattingsanalysene.