Zoptymalizowana komputerowo konstrukcja cumowania dla pływających turbin wiatrowych
Pływające morskie turbiny wiatrowe mogłyby w większym stopniu przyczynić się do walki ze zmianami klimatycznymi, wykorzystując znaczne ilości energii wiatrowej dostępne na głębszych wodach. Jedną z przeszkód jest fakt, że na tych głębokościach tradycyjne cumowanie turbin wiatrowych nie jest możliwe, głównie ze względu na wymaganą długość, co utrudnia instalację i konserwację fundamentów mocowanych do dna. W przeciwieństwie do nich, turbiny pływające są z definicji ruchome, a więc mogą być rozmieszczane na szerszym obszarze, co oznacza, że mogą wykorzystywać silniejsze, bardziej stabilne wiatry na morzu. Jednak w przypadku pływających turbin wiatrowych nadal występuje szereg wyzwań inżynieryjnych. „Ich konstrukcje wchodzą w złożone interakcje z otaczającym powietrzem i wodą, natomiast interakcja systemu cumowniczego z dnem morskim jest szczególnie skomplikowana. W związku z tym rozwiązania pływające są zazwyczaj bardziej kosztowne i wymagające technicznie niż turbiny montowane na dnie” — wyjaśnia Shengjie Rui(odnośnik otworzy się w nowym oknie), główny badacz projektu MLSITDAIAFWT, korzystający ze wsparcia działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (MSCA). We wspomnianym projekcie wykorzystano modelowanie komputerowe do opracowania lepszych konstrukcji cumowniczych pływających turbin wiatrowych. Projekt szczególną uwagę poświęcił ustaleniu, w jaki sposób interakcje między liną cumowniczą a dnem morskim mogą powodować powstawanie rowów, które zmniejszają zdolność kotwiczenia.
Pierwszy dokładny komputerowy model obciążeń kotwic
Finansowany z programu MSCA zespół MLSITDAIAFWT połączył eksperymenty laboratoryjne z symulacjami komputerowymi w Norweskim Instytucie Geotechnicznym(odnośnik otworzy się w nowym oknie), gospodarzu projektu i partnerze Norweskim Uniwersytecie Nauki i Technologii(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Testy laboratoryjne, zwane testami penetracji prętów łańcuchowych, zostały najpierw przeprowadzone w celu zbadania, w jaki sposób gliniaste dno morskie odkształca się i eroduje w wyniku powtarzających się ruchów elementów cumowniczych. „Kluczowym odkryciem było to, że ruchome konstrukcje wielokrotnie przecinały i naruszały glebę, co zmiękczało glinę oraz zmniejszało integralność i wytrzymałość dna morskiego, tworząc rowy” — dodaje Rui. Te wyniki laboratoryjne w połączeniu z dostępnymi danymi literaturowymi wykorzystano do kalibracji modelu numerycznego interakcji lina cumownicza–dno morskie. Dane te zostały następnie wprowadzone do oprogramowania SIMA(odnośnik otworzy się w nowym oknie), co umożliwiło przeprowadzenie zintegrowanych analiz systemowych tych interakcji. Pomiary wykazały, że osadzona część liny cumowniczej znacząco zmienia naprężenie zarówno na prowadnicy (okucie prowadzące łańcuch), jak i na kipie (płyta i pierścień ze stali nierdzewnej do mocowania łańcucha), co wpływa na ogólną wydajność systemu cumowniczego. „Według mojej wiedzy jest to pierwszy model, który pozwala projektantom bezpośrednio obliczać obciążenia kotwiczne w ramach analiz na poziomie systemu, przy jednoczesnym uwzględnieniu efektów wbudowanej linii. Nasze badanie ostatecznie pomoże zwiększyć niezawodność systemów cumowniczych, obniżyć koszty konserwacji i poprawić wykonalność pływających turbin wiatrowych” — mówi Rui.
Wspieranie ambicji w zakresie czystej energii i innowacji morskich
Poprzez zwiększenie niezawodności pływających technologii wiatrowych prace MLSITDAIAFWT przekładają się na zwiększone wytwarzanie energii odnawialnej na dużą skalę na głębokich wodach, co pomaga zmniejszyć emisje CO2 i zależność od paliw kopalnych, wspierając ambicje w zakresie czystej energii UE(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Dzięki zastosowaniom — w tym komercyjnym pływającym farmom wiatrowym, hybrydowym systemom energii morskiej i zaawansowanym rozwiązaniom cumowniczym dla infrastruktury oceanicznej — technologia ta stymuluje również innowacje w zakresie inżynierii oceanicznej, jednocześnie zachęcając do szerszego rozwoju zasobów morskich” — zauważa Rui. Po zaprezentowaniu wyników projektu podczas szeregu wydarzeń, w tym wykładu plenarnego na ważnej międzynarodowej konferencji we Francji(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Rui obecnie bezpośrednio stosuje model projektu do projektowania pływających turbin wiatrowych, aby zweryfikować ich właściwości robocze w rzeczywistych scenariuszach inżynieryjnych. „Jeśli model konsekwentnie poprawi dokładność i wydajność projektowania, metody i ustalenia projektu mogą zostać włączone do standardów branżowych i wytycznych projektowych dla systemów cumowania pływających turbin wiatrowych” — mówi Rui.