Быстрое развитие ветроэнергетики способствует внедрению инновационных решений, открывающих новые возможности по добыче зелёной энергии. Одна из таких идей – постройка плавающих ветряков, которые можно располагать на участках моря с большой глубиной.
Я представляю организацию Stuttgart Wind Energy (SWE), созданную по инициативе аэрокосмического института Университета Штутгардта (Institute of Aircraft Design, University of Stuttgart). Я и мои коллеги проводим исследования в области бесфундаментных ветряков с использованием программного обеспечения ANSYS. В частности, мы проводим широкий спектр расчётов обтекания подводной части ветряка и расчётов для оптимизации её конструкции. Большая доля наших исследований проводится в рамках научно-исследовательских проектов LIFES50+ и INNWIND.
В проекте LIFES50+ мы разработали систему и методологию для проведения оптимизационных расчётов бесфундаментных морских ветряков. Мы использовали ANSYS Aqwa для создания геометрических моделей подводных частей ветряков и провели расчёты гидродинамических характеристик, необходимых для нестационарного расчёта модели во временной области. Мы также проводили расчёты на воздействие волновых нагрузок в частотной области, которые позволили нам получить нагрузки на ветряк и платформу в различных условиях по скорости ветра и высоте волнения. Анализ полученных результатов позволил выявить ряд конструкций, которые в меньшей степени подвержены нагрузкам от волнения моря, а также сформировать зависимости характеристик ветряков от стоимости материалов, заложенных в конструкцию (см. рисунок 1).
В рамках проекта INNWIND.EU мы произвели расчёты платформы во временной области с приложением давления, рассчитанного согласно линейной теории волн. На рисунке 2 показана модель плавающей платформы TripleSpar, созданная в продукте ANSYS Mechanical APDL. Величина прикладываемого давления рассчитывается для каждого конечного элемента этой модели как функция времени. Величины давлений учитывают дифракцию волн и рассчитываются только для элементов, имеющих смачиваемую грань, расположенную ниже уровня воды. Приложение давлений проиллюстрировано на рисунке 3.
Один из отделов нашей организации также работал над валидацией расчётных моделей ветряков TripleSpar, предназначенных для расчёта гидродинамических характеристик в ANSYS Aqwa. Процесс валидации осуществлялся путём сопоставления результатов моделирования с экспериментом, проведенным в волновом бассейне с воздушным потоком (см. рисунок 4). Полученные результаты позволили доработать управляющий контроллер ветряка, отвечающий за изменение угла установки лопастей. Это было необходимо для повышения устойчивости системы и демпфирования колебаний от волновых воздействий.
Благодаря универсальности программного обеспечения ANSYS мы смогли провести исследования различных вопросов, актуальных для разработки бесфундаментных ветряков, решить задачи оптимизации конструкции, и снижения нагрузок путём изменения управляющих программ. Если вы хотите больше узнать об исследованиях, которые проводятся в SWE, приглашаем вас на наш сайт.
Рикардо Фэрон Гузман (Ricardo Faerron Guzm?n) является учёным в области морской ветроэнергетики и работает в институте SWE (Stuttgart Wind Energy) университета Штутгардта (University of Stuttgart) с 2013 года. Его область научных интересов охватывает анализ нагрузок и валидацию инструментов для расчёта нагрузок на фундаментные и бесфундаментные ветряки, а также вопросы определения нагрузок для усталостных расчётов и максимальных нагрузок для расчётов на прочность.
Источник: ansys.soften.com.ua
