Σχεδιασμός και πειραματική διερεύνηση υδροδυναμικής συμπεριφοράς πλωτής ανεμογεννήτριας για ελληνικές θάλασσες

• Κύριος συγγραφέας: Βαβουράκη, Αργυρώ
• Άλλοι συγγραφείς: Vavouraki, Argiro
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Πλωτές ανεμογγενήτριες; Ανεμογεννήτριες; Ελληνικές θάλασσες; Αιολική ενέργεια; Πλωτή πλατφόρμα; Wind turbines; Greek seas; Wind energy

Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι ο σχεδιασμός και η υδροδυναμική ανάλυση πλωτής ανεμογεννήτριας τύπου ιστού σημαντήρα (Spar-Buoy) προσαρμοσμένη σε συνθήκες που επικρατούν στις ελληνικές θάλασσες, μέσω εργαστηριακού ομοιώματος γεωμετρικής κλίμακας 1:100. Ο σχεδιασμός της νέας ανεμογεννήτριας βασίστηκε στην υπάρχουσα του National Renewable Energy Laboratory (NREL) ισχύος 5ΜW, πάνω στην οποία έγιναν οι κατάλληλες μετατροπές ώστε να προσαρμοστεί στα δεδομένα του Ελληνικού αιολικού δυναμικού έχοντας πάντα ως γνώμονα και την βελτιστοποίηση ως προς το συνολικό κόστος κατασκευής. Η νέα ανεμογεννήτρια σε κλίμακα 1:1 έχει ύψος πύργου 77m, διάμετρο γραμμικά μεταβαλλόμενη από τα 6.5m στην στάθμη επιφάνειας στα 5.4m στην κορυφή του πύργου, ισχύς 3.6MW και διάμετρο δίσκου που διαγράφει η κίνηση των πτερυγίων 106.5m. Η πλατφόρμα υποστήριξης της ανεμογεννήτριας έχει βύθισμα 72m και αγκυρώνεται με τρεις αλυσίδες-καλώδια αγκύρωσης. Οι προσομοιώσεις εκτελέστηκαν για ταχύτητες ανέμου u10 με εύρος από 0 έως 11Βft. Το εύρος των 0-8 Bft αντιστοιχεί σε κατάσταση κανονικής λειτουργίας της ανεμογεννήτριας, τα 9 Bft σε οριακή κατάσταση λειτουργίας, ενώ για το εύρος 10-11 Bft η ανεμογεννήτρια βρίσκεται εκτός λειτουργίας. Τρία διαφορετικά σενάρια αρμονικών και στοχαστικών κυματισμών εξετάστηκαν με ύψη κύματος (Hs) 3m, 5m και 7m οι οποίες προκλήθηκαν από ανέμους ταχύτητας 9, 10 και 11 Bft σε ένα εύρος περιόδων από 8sec έως 20sec. Ακόμη, για λόγους πληρότητας, εξετάστηκε και η περίπτωση ακραίου αρμονικού κυματισμού με ύψος κύματος 10m για εύρος περιόδων από 10sec έως 15sec. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση των αποτελεσμάτων με τη χρήση του προγράμματος Matlab, η οποία περιλαμβάνει τα φάσματα επιταχύνσεων και μετατοπίσεων της κατασκευής τόσο για τις γραμμικές (surge, sway και heave) στις τρεις διευθύνσεις x,y,z, κινήσεις όσο και για τις περιστροφικές, κατά τους άξονες x,y (roll και pitch) κινήσεις καθώς και τον προσδιορισμό του συντελεστή εύρους απόκρισης (RAO) της κατασκευής. Από τα αποτελέσματα προκύπτει ότι κρίσιμες κινήσεις για την ανεμογεννήτρια είναι η γραμμική κίνηση surge στον άξονα της φόρτισης και η περιστροφική κίνηση pitch. Για αρμονικούς κυματισμούς, κρίσιμη συχνότητα ταλάντωσης αποτελούσε η συχνότητα του εκάστοτε κύματος φόρτισης ενώ για στοχαστικούς, η συχνότητα του εκάστοτε βαθμού ελευθερίας. Σε μικρές περιόδους τόσο αρμονικού όσο και στοχαστικού κύματος φόρτισης, παρουσιάζεται μια περιοχή συχνοτήτων στις οποίες η ανεμογεννήτρια “κλειδώνει” και ταλαντώνεται με την φυσική της συχνότητα. Το φαινόμενο αυτό παύει σταδιακά να αναπτύσσεται με την αύξηση της περιόδου και του ύψους κύματος της φόρτισης.