Resumen de Análisis hidroelástico totalmente acoplado de plataformas eólicas flotantes

Julio Garcia Espinosa , Irene Berdugo Parada, Borja Serván Camas

• español

  La elasticidad de la estructura de las plataformas eólicas flotantes, en análisis de cargas integrados (Integrated Load Analysis, ILA), son normalmente introducidas modelizando la estructura con modelos simples de vigas. La razón fundamental para esta simplificación la encontramos en el coste computacional de resolver el problema estructural en problemas hidroelásticos acoplados.

  En este trabajo, se utiliza un modelo estructural reducido, basado en la aproximación de la matriz modal (Modal Matrix Reduction, MMR) de la estructura completa, para reducir el coste computacional. La idea principal es reducir en gran medida el número de grados de libertad del problema estructural reteniendo sólo aquellos modos con una energía estructural significativa.

  La hidrodinámica del comportamiento en la mar se resuelve usando el marco computacional SeaFEM, basado en el método de los elementos finitos (MEF). Las características de la estructura son introducidas en SeaFEM para la integración completa del acoplamiento hidroelástico entre el fluido y la estructura. Este modelo hidroelástico también se acopla con el simulador de turbinas OpenFAST, resultando así en una herramienta de simulación aero-hidro-servo-elástica completa para el análisis ILA de turbinas flotantes.

  Además, se propone una metodología para identificar situaciones y zonas críticas de la estructura basado en la energía estructural. Se presenta un caso de aplicación basado en un diseño estructural, a plena escala, de la plataforma OC4-DeepCwind. Se verifica la consistencia de los resultados obtenidos con la aproximación modal respecto al uso del modelo estructural completo. Y se muestran las capacidades del marco de análisis integrados propuesto para realizar análisis estructural acoplados de detalle.

• English

  Structural elasticity of floating wind turbines, in integrated load analysis, are typically addressed by modelling the substructure with simplified beam models. The main reason can be found in the computational cost of the structural solver when solving the fully coupled hydroelastic problems. In this work, a reduce order method based on modal matrix reduction (MMR) is applied to reduce the computational cost. The main idea is to largely reduce the number of degrees of freedom of the structural system by retaining only those modes with significant energy.

  The seakeeping hydrodynamics is solved using the computational framework SeaFEM, based on the finite element method (FEM). The structural particulars are introduced into this framework to fully integrate the fluid-structure interaction. The hydroelastic model is also coupled with the wind turbine solver OpenFAST, resulting in a complete aero-hydro-servo-elastic tool for the ILA analysis of floating turbines.

  Moreover a methodology is proposed to identify critical conditions and hotspots based on the structural energy. An application case of the present strategy is presented for a detailed structural design of the OC4-DeepCwind. The consistency of the modal approximation and methodology are verified against the FE structural solution. It is shown the capabilities of the proposed ILA framework to perform a fully coupled and detailed structural analysis.