نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

استفاده از انرژی باد به عنوان منبع تجدید شونده و جایگزین مناسب سوخت های فسیلی بسیار مهم است. با توجه به اینکه در دریا پایداری و سرعت بادها بیشتر می باشد، لذا اکثر کشورهایی که به دریا دسترسی دارند به نصب توربین های بادی در دریا توجه ویژه-ای دارند. با نصب توربین های بادی در دریا، مسائل جدیدی در مقایسه با نصب این سازه ها در خشکی بوجود می آید که از بارهای اضافی محیط دریا (موج، جریان و...) و ویژگی های خاص طراحی این سازه ناشی می شود. لذا مدلسازی و تحلیل توربین بادی دریایی تحت بارهای باد و موج به صورت توأم امری ضروری است. در این تحقیق یک توربین بادی دریایی با سکوی سه پایه تحت اثر توأم بارهای موج و باد با توجه به معادلات حاکم بر آن ها، مدلسازی شده و تحلیل دینامیکی بر روی آن انجام شده است. سپس به بررسی اثرات مشخصه های موج و باد بر روی پاسخ این سازه می پردازد. نتایج تحقیق نشان می دهد که لزوماً افزایش مشخصات موج و باد باعث افزایش پاسخ سازه نمی شود به عنوان مثال با افزایش سرعت متوسط باد تا مقدار 12متر بر ثانیه، میزان نیروی برشی و لنگر خمشی پای سازه افزایش می یاید ولیکن با بیشتر شدن سرعت، مقادیر نیروی برشی و لنگر خمشی روند کاهشی را طی می نمایند که ناشی از سیستم کنترلی توربین بادی دریایی می باشد. همچنین میزان اثر این پارامترها بر روی پاسخ سازه متفاوت است به نحوی که با افزایش ارتفاع مشخصه موج از 2 متر به 8 متر متوسط نیروی برش پایه سازه و لنگر واژگونی پای سازه به ترتیب 104 و 56 درصد افزایش می یابد لیکن با افزایش پریود حداکثر موج از 8 ثانیه به 16 ثانیه، متوسط نیروی برش پایه سازه و لنگر واژگونی پای سازه، تنها حدود 4 درصد افزایش

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Dynamic analysis of tripod offshore wind turbine under wind and wave loads considering water-strucure interaction

نویسنده [English]

  • R Dezvareh

Faculty of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran.

چکیده [English]

Abstract
Applying wind energy as a source of renewable and alternative fuels is very important. Given that the sea is the more stable and fast winds, so most of the countries that have access to the sea, are in particular attention to the installation of wind turbines in the sea. New problem arise with the installation wind turbines in the sea, which is due to additional sea states such as wave and current loads. Therefore modeling and analysis of offshore wind turbines under wave and wind loads is essential. In this research the offshore wind turbine with tripod platform has been modeled and analyzed under wave and wind excitations. Then it considers the effects of wave and wind parameters on the response of strucuture. The results show that increasing the waves and the wind parameters does not increase the response of the structure necessarily. Also effect of these parameters on the structural response is different.

کلیدواژه‌ها [English]

  • offshore wind turbine
  • tripod
  • Dynamic Analysis
  • wave
  • Wind
  • water- structure interaction

[1] Jens, V., Brandstrup, L., and Robert D. Goddard, “A Brief History of the Wind Turbine Industries in Denmark and the United States”, In Academy of international business (Southeast USA Chapter) Conference proceedings, pp.322-327, 2004.

[2] Brown, L.R. “World on the Edge: How to Prevent Environmental and Economic Collapse WW Norton”, 2011.

[3] Johannes, K.M., “Dynamics and Design Optimisation of Offshore Wind Energy Conversion Systems”. DUWIND, Delft University Wind Energy Research Institute, 2001.

[4] Dong, W., Moan, T., and Gao Z., “Long-Term Fatigue Analysis of Multi-Planar Tubular Joints for Jacket-Type Offshore Wind Turbine in time Domain”, Engineering Structures, Vol.33, No.6, 2002-2014.

]5[ فیض­اله زاده، مهدی و محمودی، محمدجواد، تحلیل ارتعاشات ناشی از نیروی تراست برج توربین بادی فراساحلی با سکوی ثابت تک شمع، نشریه دریافنون، سال دوم، بهار و تابستان 1394، صفحه 31 الی 46.

[6] Jonkman, J. M., Marshall L., and Buhl Jr., “Loads Analysis of a Floating Offshore Wind Turbine using Fully Coupled Simulation”, In Wind Power Conference and Exhibition, Los Angeles, CA. 2007.

[7] Jonkman, J., Butterfield, S., M. Walter, and Scott G., “Definition of a 5-MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development”, No. NREL/TP-500-38060. National Renewable Energy Laboratory (NREL), Golden, CO., 2009.

[8] Jonkman, Jason M., and Buhl, M., and Jr, L., Renewable Energy Laboratory”, No. NREL/EL-500-38230, Golden, CO, 2005.

[9] Jonkman, B., and Jonkman, J., “FAST v8. 15.00 a-bjj”, National Renewable Energy Laboratory, 2009.

[10] Dezvareh, R., Bargi K., and Mousavi, A., “Control of Wind/Wave-Induced Vibrations of Jacket-Type Offshore Wind Turbines through Tuned Liquid Column Gas Dampers”, Structure and Infrastructure Engineering, Vol.12, No.3, pp.312-326, 2016.

[11] Damiani, R., Jonkman, J., Robertson, A., and Song, H., “Assessing the Importance of Nonlinearities in the Development of a Substructure Model for the Wind Turbine CAE Tool FAST: Preprint. No. NREL/CP-5000-57850. National Renewable Energy Laboratory (NREL), Golden, CO., 2013.

[12] Bargi, K., Dezvareh, R., and Mousavi, Amin. “Contribution of Tuned Liquid Column Gas Dampers to the Performance of Offshore Wind Turbines under Wind”, Wave, and Seismic Excitations”, Earthquake Engineering and Engineering Vibration, Vol.15, No.3, pp.551-561, 2016.

[13] Laya, E., Jerome J., Connor, J., and Shyam Sunder S., “Hydrodynamic Forces on Flexible Offshore Structures”, Journal of Engineering Mechanics, Vol.110, No.3, pp.433-448, 1984.

[14] Hansen, M.O.L., “Aerodynamics of Wind Turbinessecond Edition Earthscan”, London, UK, 2008.

[15] Jonkman, B.J., and M. Buhl, Jr, L., TurbSim User's Guide: Revised February 2007 for Version 1.21. No. NREL/TP-500-41136. National Renewable Energy Laboratory (NREL), Golden, CO., 2007.

[16] Dean, R.G., and Dalrymple, R.A.. Water Wave Mechanics for Engineers and Scientists. Vol.2. world scientific publishing Co Inc, 1991.