Validierung eines gekoppelten Simulationsmodells schwimmender Windkraftanlagen mit Hilfe von Modellversuchen

Abstract

Für die Konzeptionierung und Konstruktion schwimmender Windenergiesysteme müssen die Belastungen des Gesamtsystems, die aus kombinierten Wind- und Wellenkräften resultieren, genau untersucht und bestimmt werden. Nur bei genauer Kenntnis dieser Belastungen können effiziente, sichere und wirtschaftliche Gesamtkonzepte entwickelt werden. Für eine zuverlässige Bestimmung der kombinierten Wind- und Wellen- sowie Ankerleinenlasten können validierte Simulationsmodelle eingesetzt werden. Um eine Validierung von Simulationsprogrammen vornehmen zu können, muss auf definierte Lastfälle mit realen Datensätzen zurückgegriffen werden. Im INNWIND.EU Projekt wurde für die Validierung bestehender Simulationscodes eine froudeskalierte, auf der „OC4-DeepCwind“ Halbtaucherplattform basierende, schwimmende 10MW Windenergieanlage mit Rotorblättern mit niedriger Reynoldszahl unter verschiedenen definierten Belastungsfällen in einem kombinierten Wind- und Wellentank in Nantes (Frankreich) untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit wird ausgehend von den in in Frankreich erhobenen Daten des INNWIND.EU Projekts ein vollständig gekoppeltes Simulationsmodell, auf einem bestehenden SIMPACK Mehrkörpersimulationsmodell aufgebaut und validiert. Für die Modellierung der Ankerleinenkräfte wurde dabei erstmalig das von NREL entwickelte Ankerleinensimulationsprogramm MAP++ eingesetzt. Die Modellierung der Aerodynamik erfolgte mittels AeroDyn unter Verwendung der Blattelementimpulsmethode. Für die Modellierung der Hydrodynamik wurde HydroDyn mit einer vorgeschalteten AQWA Berechnung zur Bestimmung der hydrodynamischen Koeffizienten eingesetzt. Im Rahmen der Untersuchung wurde eine Vielzahl verschiedener Lastfälle, angefangen von Einschwingversuchen, Versuchen mit reiner Wellen- oder reiner Windbelastung sowie mit kombinierter Wind- und Wellenbelastung simuliert und untersucht. Für die kombinierten Belastungsfälle wurden auch Extrembelastungstests untersucht und die Simulationsergebnisse mit den Messdaten verglichen. Vor allem für große Wellenhöhen zeigten sich dabei gute Übereinstimmungen zwischen Simulation und Messung.