Ons werk

Optimalisatie van een drijvende draagconstructie voor een VAWT

Dit TKI-WoZ R&D project (partners GustoMSC, EOLFI, TU Delft, WMC en MARIN) onderzocht de optimalisatie van een drijvende draagconstructie voor een Verticale-As Wind Turbine (VAWT). Door hun lage zwaartepunt en vermogen om verticale hellingen aan te kunnen, hebben VAWT's potentieel voor zwevende toepassingen. Het geoptimaliseerde ontwerp in dit project bevestigde dit, onderbouwd door de voorspelling en beperking van het ontwerp tbv belasting casi.

Naast de bovengenoemde voordelen wordt de schaalvergroting van een VAWT niet aangedreven door zwaartekracht (zoals bij HAWT) en heeft de VAWT geen giering systeem nodig. Er zijn echter ook uitdagingen waarvoor het consortium het project S4VAWT: Semi-Submersible Support Structure for Vertical Axis Wind Turbine heeft geïnitieerd. Het project richtte zich op de volgende hoofdactiviteiten: 1) aërodynamische en structurele modellering van de VAWT om de verwachte belasting te genereren die inwerkt op het drijvend draagvlak, 2) ontwerp van de rotor en controller voor een drijvend VAWT met bladspoed, 3) optimalisatie van het drijvend draagvlak voor VAWT en 4) vereisten voor een model testcampagne van het golfslagbekken.

Artist impression van de S4VAWT drijvende wind turbine



Door de verticale oriëntatie en rotatie van de bladen ontstaan grote invalshoekvariaties en blad-kielzog interactie. ECN part ofTNO ontwikkelde een nauwkeurig maar voldoende snel aërodynamisch model waarmee de VAWT de belasting op het drijfplatform kan voorspellen. Het model is gebaseerd op de free-vortex-wake methode en geïmplementeerd in de AeroModule. Dit is een bibliotheek met aërodynamische modellen die gebruikt kunnen worden voor stand-alone analyse of gekoppeld kunnen worden aan een structurele analyse tool. Het model is rekenkundig duur, maar er zijn verschillende methoden onderzocht en geïmplementeerd om de rekentijd te verkorten om tot een acceptabele snelheid te komen voor belasting gevallen. Het model is gevalideerd aan de hand van high-fidelity numerieke methoden.

Als tweede hoofdtaak heeft ECN part of TNO een VAWT-controller ontwikkeld die het opgenomen vermogen verhoogt en de belasting van de design driving gevallen vermindert, zowel tijdens de normale productie als tijdens het geparkeerde overlevingsactiviteit. Kleinschalige VAWT's zijn meestal ontworpen voor eenvoud, waarbij de bladspoed (rotatie om de as) wordt weggelaten. In het S4AWT concept is echter bladspoedbesturing toegevoegd vanwege het potentieel om het opgevangen vermogen bij gedeeltelijke belasting te verhogen. De grote invalshoek variatie waargenomen door de bladen vermindert hun aërodynamische efficiëntie en dit kan worden beperkt door het blad pitching samen met de rotatie. Dit leidt tot een toename van de opgevangen vermogen tot 5%.
De aanwezigheid van bladspoed actuactoren in het S4VAWT-concept maakte ook een nieuwe strategie van generatorsnelheid en vermogensregeling mogelijk. Deze aanpak maakt gebruik van onze uitgebreide kennis van besturing van horizontale-as windturbines, maar wordt toegepast in een VAWT-omgeving. Regeling van het generatorsnelheid en -vermogen met bladspoed besturing verlicht de belasting op de draagconstructie en de generator.
Het aanvankelijke onderzoek let zien dat de geparkeerde overlevingsgeval als design driving. ECN part of TNO heeft een actieve bladspoedbesturing ontwikkeld die de belasting in dit geval aanzienlijk heeft verminderd en de impact op het ontwerp van het drijvend platform en de afmering heeft verminderd.

Kortom, het werk van ECN part of TNO droeg bij aan de optimalisatie van het drijvende draagvlak, wat leidde tot een vermindering van de staalmassa met 25% ten opzichte van een horizontaal assysteem. Neem contact met ons op als u meer wilt weten over deze drijvende VAWT ontwikkeling.

Meer informatie is beschikbaar op de projectpagina

naar de site

Ir. Feike Savenije

Contact

Ir. Feike Savenije

  • wind turbine
  • wind farm dynamics
  • offshore wind support structures
E-mail

VOLG TNO OP SOCIAL MEDIA

blijf op de hoogte van ons laatste nieuws, vacatures en activiteiten

Wij gebruiken anonieme cookies om het gebruik van onze site te verbeteren. Ons privacystatement is aangepast aan de nieuwe privacywetgeving in de EU.