Hård test sender 20 meter høje bølger mod flydende havmølle
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Hård test sender 20 meter høje bølger mod flydende havmølle

En konstant og kraftig brummen, kombineret med momentvise plask, lægger lydsporet til Ingeniørens besøg i DHI’s bølgetank i Hørsholm en junifredag. Her vugger en cirka 3,5 meter høj flydende havvindmølle i skala 1:60 sig for tiden gennem en fire ugers lang test-kampagne, udført i et samarbejde mellem DHI og DTU.

Selvom det unægtelig er vindmøllen, der umiddelbart påkalder sig mest opmærksomhed, så er det faktisk primært flyde-delen under vindmøllen, der er i fokus under testen.

Den er udviklet af forhenværende teknologichef hos Siemens Wind Power, Henrik Stiesdal – som vil være de fleste af ing.dks læsere bekendt – ud fra en ambition om at skabe fremtidens billige, flydende havmøllefundament til havdybder på op til 1.000 meter.

Læs også: Vindmøllepioner: ’Open source’-tilgang kan give førerposition på havmøllefundamenter

Kort fortalt er der tale om en et trekantet delvist flydende struktur, der holdes på plads af tre kraftige ankerliner og ankre. Et vandfyldt trekantet rør, ophængt under flydeelementet i seks kæder, agerer sænkekøl på konstruktionen, hvilket er en ny feature i forhold til det design, som vi tidligere har omtalt her på ing.dk.

Skal toptune designet

Henrik Stiesdal forklarer midt i larmen, at formålet med testen ikke er at validere et færdigt fundament-design men at danne grundlag for kalibrering af en korrekt, hydrodynamisk model af netop dette koncept.

»Når vi så har tunet modellen med de målte belastnings- og bevægelsesdata, vil vi have en model, vi kan arbejde videre med og bruge som grundlag for et konkret design af en fuldskala prototype,« siger han.

Via en kort trappe kommer man op på en smal gitterbro, der er bygget ind over det store bølgebassin (tab ikke mobiltelefonen). På broen står et par skriveborde med måleinstrumenter, ledninger og computere, og det er herfra, to DTU-specialestuderende samt en postdoc styrer slagets gang i testbassinet.

Læs også: Risø i gang med at bygge ‘verdens bedste’ vindtunnel

Herfra kan de både levere vindhastigheder op til 18 meter i sekundet i ’real life’ samt bølger af varierende højde og type. Den højeste ’naturlige bølge’ svarer til en signifikant bølgehøjde på 11 meter.

Derudover kan bølgetankens paddelsystem levere en såkaldt fokuseret bølge, der svarer til en 20 meter høj bølge i virkeligheden.

Unik kombination af vind og bølger

Netop dette setup – altså kombinationen af højkvalitets vindsimuleringer med ditto bølgesimuleringer – er ifølge Stiesdal ret specielt og årsag til, at han er rigtig glad for at få sit fundament testet her.

Den flydende trekantede struktur er holdt fast af ankre til bunden og ballastet ned af det vandfyldte trekantede rør. (Foto: DHI) Illustration: Sanne Wittrup

»I mange andre bølgetanke simulerer man påvirkningerne på vindmøllen med snoretræk og ikke med rigtig vind. Andre steder har man måske en primitiv generator men kan ikke garantere, at vindfeltet er jævnt og har den rigtige vindgradient,« påpeger han.

Accelerometre på tårn-delene – sensorer der måler drejningsmoment på rotoren samt træk-målere på ankertovene – er noget af instrumenteringen på forsøget, der også omfatter et særligt måleprincip, udviklet på DHI.

Her observerer infrarøde kameraer, der er fastspændt på bassinkanten, en række reflekterende 'bolde' monteret på både tårnbunden og nacellen. På den måde kan strukturens bevægelser og deformationer registreres meget præcist.

Læs også: Dansk forskning finder vindmøllers optimale placering

I den aktuelle testfase vugger flyderen halvt neddykket i vandet, og vindmøllen vipper derfor lystigt frem og tilbage, når platformen rammes af en enkelt høj bølge eller når en serie af uregelmæssige bølger rammer platformen – sådan som det oftest foregår ude i virkeligheden.

Postdoc Michael Borg, der leder projektet sammen med lektor Henrik Bredmose fra DTU, er dog ikke urolig over vipperiet. Tværtimod har det overrasket ham, at bevægelserne er så relativt små:

»Selv når vi udsætter platformen for den ekstreme bølge, overskrider belastningen på vindmøllens dele ikke de grænser, som fabrikanterne har sat,« siger han.

I første del af testen flyder fundamentet højt på bølgerne. Senere skal tankene tvinges ned under vandet, hvilket formodes at give bedre stabilitet. (Foto: DHI) Illustration: Sanne Wittrup

Neddykket giver større stabilitet

Senere vil man så teste, hvordan konstruktionen opfører sig, når flyderen er næsten dykket ned under vandet, og bølgerne skyller hen over konstruktionen. Her forlænges tårnet så med et ekstra rørstykke:

»Vi forventer, at bevægelserne bliver endnu mindre, når fundamentet kommer længere ned i vandet,« siger Henrik Stiesdal.

Han tilføjer, at det er den neddykkede variant, man satser på fremover, men at test af den første, halvt neddykkede flyder giver vigtige data til kalibreringen af den hydrodynamiske model.

Læs også: Statoil sætter batteri på verdens største flydende havvindmøllepark

Som før nævnt er fundamentet i fokus, men også modelvindmøllen er interessant, idet der er tale om DTUs såkaldte referenceturbine med en 180 meter rotor og 10 MW effekt.

En referencemølle er en 100 pct. virtuel vindmøllemodel, hvor alle ideer og komponenter kan afprøves på computeren. Men her er den altså skaleret ned med en faktor 60 til tre meter i diameter. Undervejs i forsøget udstyres den med to forskellige rotorer.

Læs også: Flydende Vestas-mølle er nu slæbt ud til test 15 km fra kysten

»Der er faktisk svært at nedskalere specielt vindmøllevinger. Derfor ser vingerne på testmodellen også anderledes ud end i 'real life', idet de er gjort meget brede inde ved vingeroden for at man kan opnå den samme belastningsmæssige virkning,« forklarer Henrik Stiesdal.

Vanddybder fra 10 til 1.000 meter

Som nævnt testes fundamentkonceptet i to positioner: en neddykket og en halvt neddykket, som hver for sig kræver forskellige vanddybder. Netop spørgsmålet om hvilken vanddybde, fundamentet kan tilpasses, optager Stiesdal meget:

»Udgaven vi tester i dag, kan bruges på vanddybder ned til 40 meter. Men selve konceptet kan i forskellige konfigurationer bruges på dybder fra 10-1.000 meter. Alt efter om fundamentet flyder ovenpå eller er helt eller delvist neddykket – eller blot sat på havbunden,« siger han.

Det er anderledes end med det oprindelige koncept, som var målrettet store vanddybder omkring 100 meter.

Læs også: 850 ton tungt og 57 meter højt møllefundament klar til at stå til havs

Med det nye princip kan Stiesdal Tetra Spar komme til at konkurrere med andre typer af fundamenter for vanddybder over 50-60m.

Stiesdals flydende fundamentet sigter på at kunne anvendes på havdybder mellem 10 og 1.000 meter. Illustration: Stiesdal Offshore Technologies A/S

Fra DHI vurderer afdelingsleder Thor Ugelvig Petersen, at det kan der være god mening i:

»Hovedparten af de nuværende havvindmøller er funderet på monopæle med en diameter på op mod 8 meter, der hamres 20-40 meter ned i havbunden. På større vanddybder vil den horisontale stivhed af fundamentet, monopælens egenfrekvens og den afledte dynamiske respons af vindmøllen have en afgørende effekt for valget af funderingsprincip. Konstruktionen risikerer her at blive for 'blød' og levetiden væsentligt forkortet, da bølgernes energi kommer tættere på fundamentets egenfrekvens,« forklarer han.

Open source gik ikke

Testen af det nye fundament er finansieret af Stiesdal selv med tilskud fra Innovationsfondens Innobooster-midler.

Stiesdals oprindelige idé var at stille fundamentsprincippet til rådighed for developere, vindmøllefabrikanter og andre i en slags 'open source' arrangement, fordi han mener, at et billigt flydende havmøllefundament er alfa og omega for udbredelse af havvindkraft til områder, hvor der er for dybt til almindelige fundamenter.

»Men de store aktører ville generelt ikke lege med, når ideerne var tilgængelige for alle, hvilket somme tider er skavanken for open source projekter,« oplyser han.

Læs også: Paradoks: Offshore-vindkraft er splittet mellem innovation og sikkerhed

I stedet har Stiesdal videreudviklet konceptet til at være mere universelt anvendeligt end den første udgave og har patentanmeldt nogle af forbedringerne.

»På den måde kan markedet få et produkt, der er rent kommercielt og derfor passer bedre ind i den normale tænkning,« siger han.

Testperioden afsluttes 23. juni.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Man kunne have et stempel i centerrøret, hvis det er åbent i bunden, som det svenske bølgekraft koncept. Det kunne levere strøm til møllens systemer, når der ikke er produktion på møllen.

  • 4
  • 0

Hver ankerkæde synes at gå til eet flydepunkt.
Har I computer-modelleret hvordan stivheden og dæmpningen er, hvis hver af de tre ankerkæder spredes ud (fx 50m fra) til alle tre flydepunkter ? Med eller uden sænkekøl ? Evt. med afstandstragte hvis kæderne krydser hinanden.

Ønsker I at stille data til rådighed så andre kan regne på det og bidrage til at optimere egne løsninger?

20m er omtrent det højeste som de statistik-afvigende bølger er målt til :
http://edition.cnn.com/2017/05/22/asia/sou...
http://www.popsci.com/record-breaking-wave...

Men ellers kan forreste mølle give varsel til bagvedliggende møller så rotoren måske kan nå at drosle ned. Hvis afstanden er 5 rotordiametre á 120m = 600m og bølgefarten er 20m/s, er der 30 sekunder til den rammer næste mølle. Draupner-platformen målte bølgens stejlhed og højde i realtid.

  • 1
  • 0

Det var ikke gennemtænkt. I det svenske koncept er det stemplet der ligger stabilt, mens røret bevæges af bølgerne. Vindmøllefundamentet er konstrueret til at ligge så stabilt som muligt i vandet.

  • 0
  • 0

Modelleringen her må komme til at ligge til grund for en basis udgave af en test mølle der kan fx 5MW.

Men det er fuldstændigt oplagt at selve mølle reguleringen fremadrettet vil være baseret på en Wake-model som regulerer Møller afhængig af både vind (altså en "almindelig" Wakemodel ) og yderligere en wakemodel som regulerer møllerne pba de kommende bølgers påvirkning af drivetrain , og dermed kan der bygges en model som yder væsentligt mere på samme fundament pga en effektiv styring til begrænsning af laster.

Vestas anvender et system de kalder for TYC - Tilt Yaw control til at begrænse belastninger på tårn og drivetrain som følge af vindpåvirkning og "noget tilsvarende" må kunne anvendes i en tilpasset version der tager højde for kommende bølge.

  • 2
  • 0

TYC - Tilt Yaw control til at begrænse belastninger

Er det lavet på parkniveau? Sådan at styringen måler flow og varsler bagvedliggende møller? Sidder styringen i hver mølle som kommunikerer med alle andre (myre-koncept), i parkcentralen eller i hovedkvarteret ? Eller alle tre?

Offshore har hver park et specifikt område som de skal holde sig indenfor, og lægger møller ude i kanten for at maksimere energihøsten pr. areal. Hvordan er muligheden for at lægge målebøjer udenfor dette område? Evt. dele nogle data med myndigheder (Kystdirektorat, DMI, SOK m.fl)

stemplet der ligger stabilt, mens røret bevæges af bølgerne

Der findes sikkert bølgeværker med det omvendte princip, fx med luft som drivmiddel for turbine. I Skotland var der vist planer om at bygge en turbine i en tunnel på en ø, og lade bølgerne presse luften gennem turbinen, og derved holde saltvand og skidt nogenlunde væk fra turbinen.

  • 0
  • 0

Spændende projekt, men hvad med fysikkens love når der skal laves fuld skala? Er det overhovedet muligt at dimensionere sig ud af de voldsomme svingninger der vil opstå ved en eller mange flere 10-20 meter høje bølger? En storm er jo ikke lige sådan at stoppe.

Man kan selvfølgelig bruge voldsomme dimensioner, men kan flyde-delen, så flyde?

Blot en strøtanke

  • 0
  • 0

Spændende projekt, men hvad med fysikkens love når der skal laves fuld skala? Er det overhovedet muligt at dimensionere sig ud af de voldsomme svingninger der vil opstå ved en eller mange flere 10-20 meter høje bølger? En storm er jo ikke lige sådan at stoppe.

Man kan selvfølgelig bruge voldsomme dimensioner, men kan flyde-delen, så flyde?

Flyde må den jo kunne, men jeg har egentlig lidt betænkeligheder ved at opdriften er splittet op i en fast trekant. Selv om denne trekant nok skal være et stykke under overfladen (og ikke som modellen i bølgetankstesten!), vil jo et enkelt flydelegeme, altså integreret i 'tårnet' og langt under havoverfladen, give langt mindre horisontelle bevægelser i møllens top?

Og så forstår jeg ikke hvad fidusen ved en løst hængende ballasttrekant, for det er vel en ballast?

John Larsson

  • 0
  • 0

TYC er på mølleniveau.
Wake modeller er på park niveau, og det kan sagtens udvides med bølgeinfo - også uden bøjer.

Bølgehøjde kan du måle med K-band radar og indkommende vind kan du se med LIDAR

  • 1
  • 0

Det kunne være spændende at se en "skibsmodel" for arrangementet. Eller en simpel model.
Der er naturligvis en dynamisk påvirkning fra den roterende vingeflade, men ellers ligner det jo et skib som flyder - altså med opdriftcenter og tyngdepunkt. Dertil kommer forankringen, som gør en stor dynamisk forskel fordi kræfterne varierer med "bugten" på kæderne.

Som tegnet, er det kun opdriften i tårnet som skaber balancen - fordi fundamentet er helt nedsænket.

Der omtales også en sænkekøl - måske som analogi. En sænkekøl er oftest en pladelignende konstruktion uden væsentlig masse hvis virkning er vandmodstand vinkelret på pladen. Nogle sænkekøle har i tillæg en torpedolignende masse nederst som giver et oprettende moment.
Men denne køl er vandfyldte rør - og hænger de i kæder ? dvs. ikke stift forbundet som en sædvanlig køl.
Jeg har lidt svært ved at forstå virkningen - måske er det massen (M) af rør + vand som giver en kraft (K) ved accelerationen (a) (K=a*M) når platformen krænger ?

Men måske er konstruktionen, uden vinger, et kompliceret multi-legeme som kan simuleres og beregnes nummerisk, men ikke ved simpel geometri ?

  • 0
  • 0

Hver ankerkæde synes at gå til eet flydepunkt.

Ja, det er korrekt.

Har I computer-modelleret hvordan stivheden og dæmpningen er, hvis hver af de tre ankerkæder spredes ud (fx 50m fra) til alle tre flydepunkter ? Med eller uden sænkekøl ? Evt. med afstandstragte hvis kæderne krydser hinanden.

Nej, i første omgang er der set på en helt enkel, konventionel forankring med kæder, som hver går fra et anker til et enkelt ankerpunkt på strukturen.

Generelt er der ikke noget væsentligt problem med dæmpning, og jeg tror umiddelbart ikke, at der er så meget at hente ved at lave en løsning med "hanefod", som du foreslår. Det kommer megeet nemt til at blive for kompliceret. Men jeg skal have det i baghovedet.

Vi ser ikke på løsninger uden sænkekølen.

Ønsker I at stille data til rådighed så andre kan regne på det og bidrage til at optimere egne løsninger?

Ja, der bliver publiceret fra forsøgene. De er jo udført som såkaldt samfinancieret forskning, hvor DTU har ret til at publicere det, de har lyst til.

Med hensyn til at give adgang til rådata m.v., er der for så vidt ikke noget i vejen for det, men jeg har ikke selv tid til at stå for den slags, fordi der næsten altid skal forklares en del for, at man kan forstå data. Jeg kan høre DTU, om de fra deres side vil have mulighed for at tage dialogen.

20m er omtrent det højeste som de statistik-afvigende bølger er målt til :
http://edition.cnn.com/2017/05/22/asia/sou...
http://www.popsci.com/record-breaking-wave...

Men ellers kan forreste mølle give varsel til bagvedliggende møller så rotoren måske kan nå at drosle ned. Hvis afstanden er 5 rotordiametre á 120m = 600m og bølgefarten er 20m/s, er der 30 sekunder til den rammer næste mølle. Draupner-platformen målte bølgens stejlhed og højde i realtid.

Her skal man huske, at de rigtig store bølger forekommer som ekstremer i 50-års stormen. Her er vindhastigheden for høj til, at møllen er i drift. Og når møllen ikke er i drft, har den rent reguleringsmæssigt ingen "håndtag" - den kan ganske enkelt ikke reagere på et varsel, selv hvis den får et.

  • 2
  • 0

Spændende projekt, men hvad med fysikkens love når der skal laves fuld skala? Er det overhovedet muligt at dimensionere sig ud af de voldsomme svingninger der vil opstå ved en eller mange flere 10-20 meter høje bølger? En storm er jo ikke lige sådan at stoppe.

Ja, det er skal muligt at dimensionere til fuld skala. Man kender skaleringsreglerne fuldstændigt, så når man kender responset fra modelleringen og har verificeret dem ved tankforsøg som dem, der beskrives i artiklen, har man sit dimensioneringsgrundlag.

  • 1
  • 0

Det kunne være spændende at se en "skibsmodel" for arrangementet. Eller en simpel model.

Ja, jeg skal se, om jeg i bloggen kan vise lidt mere om modelleringen.

Der er naturligvis en dynamisk påvirkning fra den roterende vingeflade, men ellers ligner det jo et skib som flyder - altså med opdriftcenter og tyngdepunkt. Dertil kommer forankringen, som gør en stor dynamisk forskel fordi kræfterne varierer med "bugten" på kæderne.

Det er nu meget begrænset, hvad ankerkæderne bidrager med til stabiliteten. Dertil er de alt for slappe. Stabiliteten opnås i det store og hele ved, at tyngdepunktet er under opdriftcenteret.

Som tegnet, er det kun opdriften i tårnet som skaber balancen - fordi fundamentet er helt nedsænket.
Der omtales også en sænkekøl - måske som analogi. En sænkekøl er oftest en pladelignende konstruktion uden væsentlig masse hvis virkning er vandmodstand vinkelret på pladen. Nogle sænkekøle har i tillæg en torpedolignende masse nederst som giver et oprettende moment.
Men denne køl er vandfyldte rør - og hænger de i kæder ? dvs. ikke stift forbundet som en sædvanlig køl. Jeg har lidt svært ved at forstå virkningen - måske er det massen (M) af rør + vand som giver en kraft (K) ved accelerationen (a) (K=a*M) når platformen krænger ?

Ja, ordet "sænkekøl" er kun en analogi. På engelsk bruger jeg som regel "counterweight", dvs. kontravægt.

Kølen hænger i kæder, som er arrangeret i et trekantmønster. Derved opnår man, at den er fuldstændig låst i forhold til flyderen og kan overføre momenter, når flyderen krænger. Stabiliteten opnås ved, at en krængning til én side giver en flytning af tyngdepunktet i den modsatte retning. Der opstår derved en balance mellem det væltende moment og det oprettende moment.

Men måske er konstruktionen, uden vinger, et kompliceret multi-legeme som kan simuleres og beregnes nummerisk, men ikke ved simpel geometri ?

Nej, konstruktionen er et meget simpelt legeme, som kan beskrives og beregnes i det statiske tilfælde med simple, analytiske metoder. Det er ingen sag at løse de tilhørende ligninger.

Sagen bliver kompliceret, når man skal simulere driftssituationer, for her spiller turbulens og både aero-, hydro- og strukturdynamik ind. Driftssituationen kan reelt kun beregnes med et såkaldt aeroelastisk program med tilhørende hydrodynamisk solver.

  • 2
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten