· · · Institutional Repository



Home · About · Disclaimer · Terms of use ·
   Options
 
Faculty:
Department:
Type:
Year:

Het effect van erosie en grondeigenschappen op het dynamisch gedrag van offshore windturbines betreffende stalen en betonnen monopile funderingen

Author: Van Ginhoven, J.
Mentor: Molenaar, W. · Zaaijer, M. · Vrijling, J.K.
Faculty:Civil Engineering and Geosciences
Department:Hydraulic Engineering
Type:Master thesis
Date:2006-09-01
Keywords: wind turbine · dynamic behaviour · offshore structures · monopiles
Rights: (c) 2006 Van Ginhoven, J.

Abstract

Voor de opwekking van duurzame energie neemt het aandeel offshore windturbines stelselmatig toe, dit door de vele voordelen ten opzichte van landelijke windturbines. Het principe is overal hetzelfde; in de gondel wordt de mechanische energie wordt omgezet in elektrische energie. Hoe hoger de mast, hoe hoger de energieproductie omdat de windsnelheid in hoogte toeneemt. De uitvoering van de mastconstructie boven het wateroppervlak is vrijwel gelijk voor alle offshore windturbines maar onder de waterlijn kan de fundering verschillen van plaatst tot plaats. Dit naargelang de diepte, draagkracht zeebodem, optredende belastingen veroorzaakt door drijvend ijs golven, waterstroming. De fundering van offshore windturbines in de Noordzee wordt meestal uitgevoerd in de vorm van een monopaal. Waar ter plaatse van de bodem een bodembescherming wordt toegepast.

In dit verslag wordt aan de hand van vereenvoudigde rekenmethoden gekeken of het weglaten van een bodembescherming rondom de paal grote gevolgen heeft op de dynamische response van de constructie als gevolg van erosie. Er wordt hierbij gekeken hoe groot de verandering is van de eigen frequentie nabij of in het excitatieveld, omdat dit een goede indicatie geeft betreffende de mogelijke gevolgen hiervan. Er zijn een viertal belangrijke dynamische excitatiefrequenties die van invloed zijn op de dynamische response van de constructie. De uitgevoerde excitatie door wind rondom de mast is in dit verslag buiten beschouwing gelaten. Indien de eigenfrequentie dichter in de buurt komt van een excitatiefrequentie dan heeft dit invloed op de levensduur omdat bij gelijkblijvende dimensionering de kans op vermoeiingschade groter wordt. Dit kan extra onderhoudskosten met zich meebrengen of een beperking in levensduur betekenen. Naast het effect van lokale erosie is er gekeken naar het dynamisch effect bij een verschil in funderingsgrond zoals zand of klei en anderzijds het gebruik van een materiaal anders dan staal, waarbij gekozen is voor beton. Voor de gehele studie wordt gebruik gemaakt van een monopaal waarvan de dimensies grofweg zijn bepaald aan de hand van de belangrijkste belastingen zoals het eigen gewicht van de paal, gewicht gondel en rotor alsook belastingen als gevolg van water en luchtstroming. Diepgaande detaillering is hier niet van toepassing omdat het hierbij gaat om een vereenvoudigd model. Omdat er wordt gekeken naar het materiaal beton, wordt er in deze studie uitgezocht hoe een dergelijke betonnen constructie gefundeerd en opgebouwd kan worden. Daarbij kwam naar voren dat een zogenaamde "boor variant" in de eerste ontwerpcyclus als beste naar voren kwam. De betonnen paal van 70 meter hoog (t.o.v. waterspiegel) en een diameter van 8.9m die een waterdiepte overbrugt van 20m is opgedeeld in verschillende losse ringvormige elementen die door middel van 47 staven wordt voorgespannen. Om de elementen in het funderingsgedeelte voldoende de grond in te krijgen, worden ze een voor een opeengestapeld waarbij de hoeveelheid grond in het binnenste gedeelte wordt losgemaakt door een combinatie van spoelen onder hoge druk, boren en afzuigen. Op deze manier kan men de puntweerstand vrijwel elimineren en kan men de wrijvingsweerstand overwinnen door enkel gebruik te maken van het eigen gewicht.

Conclusies
In de studie wordt aangetoond dat de invloed van een erosiekuil beperkt van aard is op de eigen frequentie, daarbij moet nog worden opgemerkt dat de eigen frequentie bij het genomen voorbeeld nog steeds in de excitatieband bevindt van de golfbeweging en de rotorfrequentie. De situatie blijft dus voor zover "ongunstig". Om echt te weten te komen of de situatie werkelijk ongunstig is gebleven zou men een meer gedetailleerde berekening moeten maken waarin wordt gekeken naar de kansverdeling waarbij een bepaalde excitatie optreed.

Content Viewer