Hydrodynamic Investigation of an Innovative Floating Platform for Offshore Wind Turbines

Abstract

With the realization of the potential of wind energy in deep water, interest in floating platforms is increasing. In this study, the hydrodynamic behavior of offshore floating wind turbines was examined experimentally and numerically. This study is the first small-scale experimental model study on floating offshore wind turbines in Turkey. Experiments were carried out in the wave channel with dimensions of 40.0m×1.0m×1.4m in the hydraulic laboratory of the IZTECH Civil Engineering Department. A new floating platform developed through a Tübitak project was tested under various wave and extreme wind conditions. Responses of the turbine and platform system and the tensions in the mooring chains were measured. Free decay, hydrostatic, quasi-static, and regular and irregular wave and wind tests were performed. Results were compared with the results of the existing spar platform model tests under the same test conditions. It was concluded that the innovative platform was more stable than the spar platform, especially in terms of rotation in the y direction, which is critical for stable energy generation and fatigue loads. The new platform, together with the turbine and the mooring lines, was also modeled numerically using a potential theory-based program. Experimental free decay tests were used to calibrate the numerical model. After calibration, regular and irregular wave test results were used for the validation. Agreement between the numerical and experimental model studies showed that the numerical model of the innovative floating platform was verified and could be used to develop and examine the platform on a prototype scale.

Rüzgar enerjisinin açıkdenizlerdeki potansiyelinin fark edilmesiyle yüzer platformlara olan ilgi artmaktadır. Bu çalışmada, deniz üstü yüzer rüzgar türbinlerinin hidrodinamik davranışı deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Bu çalışma, Türkiye'de deniz üstü yüzer rüzgar türbinleri üzerine yapılan ilk küçük ölçekli deneysel model çalışmasıdır. Deneyler İYTE İnşaat Mühendisliği Bölümü hidrolik laboratuvarında bulunan 40.0×1.0m×1.4m ölçülerindeki dalga kanalında yapılmıştır. Tübitak projesi kapsamında geliştirilen yeni yüzer platform, çeşitli dalgalar ve aşırı rüzgar koşulu altında test edilmiştir. Türbin ve platform sisteminin tepkileri ve bağlama zincirlerindeki gerilimler ölçülmüştür. Serbest salınım, hidrostatik, yarı statik, düzenli ve düzensiz dalga ve rüzgar testleri yapılmıştır. Sonuçlar, aynı test koşulları altında mevcut spar platformunun sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Özellikle kararlı enerji üretimi ve yorulma yükleri için kritik olan Y yönünde dönme açısından orijinal platformun spar platformuna göre daha stabil olduğu sonucuna varılmıştır. Yeni platform, türbin ve bağlama halatları ile birlikte potansiyel teori tabanlı bir program kullanılarak sayısal olarak modellenmiştir. Sayısal modeli kalibre etmek için deneysel serbest salınım testleri kullanılmıştır. Kalibrasyondan sonra düzenli ve düzensiz dalga testi sonuçları kullanılarak doğruşama yapılmıştır. Sayısal ve deneysel model çalışması arasındaki uyum, yeni yüzer platformun sayısal modelinin doğrulandığını ve sayısal modelin platformu prototip ölçeğinde geliştirmek ve incelemek için kullanılabileceğini göstermektedir.