Bei der Bemessung von Offshore-Windenergieanlagen sind die Belastungen infolge Wind und Seegang als nahezu gleichwertig anzusehen. Die bestehenden Entwurfsmethoden für Windenergieanlagen müssen dahingehend erweitert werden, dass eine kostenoptimierte und robuste Bemessung der Anlagen infolge kombinierter Wind- und Wellenlasten möglich wird. Die Wirtschaftlichkeit der Windparks hängt sowohl von den Kosten der Errichtung als auch von der Verfügbarkeit und Lebensdauer und damit von der Tragfähigkeit sowie Ermüdungsfestigkeit der Tragkonstruktion einschließlich Gründung ab. Schwerpunkt der hier vorliegenden Arbeit ist die Weiterentwicklung und Validierung von Bemessungsmethoden für die Tragstruktur von Offshore-Windenergieanlagen. Für realistische und begründete Lastkombinationsmodelle spielt die Korrelation der einzelnen Umweltbedingungen, insbesondere die von mittlerer Windgeschwindigkeit und signifikanter Wellenparameter eine wesentliche Rolle. Im ersten Teil dieser Arbeit sind verschiedene manuelle und numerische Seegangsvorhersagemethoden auf ihre Anwendbarkeit für den Entwurf von Offshore-Windenergieanlagen untersucht worden. Desweiteren wurden Vergleiche zwischen simultanen Wind- und Wellenmessungen von der FINO-Forschungsplattform in der Nordsee und statistischen Modellen (joint probabilities) zur kombinierten Beschreibung von Windgeschwindigkeit und Wellenhöhe durchgeführt. Der zweite Teil dieser Arbeit behandelt die Ermittlung von kritischen Wellenlasten. Für eine Auslegung der Tragstruktur werden getrennt Untersuchungen für Extrem- und für Ermüdungslasten durchgeführt. Die in der Öl- und Gasindustrie entwickelten Bemessungsmethoden für Tiefwasserbereiche sind nur bedingt auf Offshore-Windenergieanlagen in mittleren und flachen Wassertiefen anwendbar. In diesen Bereichen zeigen Wellen ein nichtlineares Verhalten, d.h. die Wasserspiegelauslenkungen sind nicht mehr symmetrisch. Mittels eines unregelmäßigen Seegangsmodell zweiter Ordnung und der lokalen Fourier Approaxinmationsmethode in Kombination mit der Morison-Gleichung sind die Auswirkungen der Nichtlinearität des Seegangs auf die Bauwerksbelastung untersucht worden. Ein weiterer Aspekt, der bei den bisherigen Bemessungsmethoden nicht berücksichtigt worden ist, ist die Kurzkämmigkeit des momentanen Seegangs. Eine Analyse von Naturmessdaten von der FINO Forschungsplattform und Untersuchungen an gekoppelten Wellenlast- und Strukturmodell haben gezeigt, dass die Berücksichtigung der Richtungsverteilung des Seegangs einen noch größeren Einfluss auf die Lasten haben kann als die Nichtlinearitäten.
Hydromechanical design parameters and design loads for offshore wind energy converters
2006
252 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Theses
German
Dimensionierung , Off-Shore-Anlage , Windkraftwerk , Windbelastung , Seegang , Konstruktionsdaten , Kostenoptimierung , robuste Bauweise , Wirtschaftlichkeit , Fertigungskosten , Verfügbarkeit , Ermüdungslebensdauer , Dauerfestigkeit , Tragkörper , Gründung (Fundament) , Modellmethode , Umwelteinfluss , Windgeschwindigkeit , Simulationsmodell , Nordsee , statistisches Verfahren , Näherungsverfahren , Forschungsprogramm , Plattform , Strukturmodell
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