Strukturanalyse sowie Parameterstudie der Turm- und Jacketstruktur einer 20 MW Offshore Windkraftanlage im Hinblick auf die erhöhten Lasten infolge des Umbaus zu einer Zweiblattanlage

Abstract

Das Aufstellen von Windkraftanlagen im Meer (Offshore-Windkraftanlagen) birgt durch die höhere mittlere Windgeschwindigkeit sowie durch die konstant starken Winde ein Potenzial zur Gewinnung elektrischer Energie aus Windenergie. Dafür können sowohl Dreiblattanlagen als auch Zweiblattanlagen eingesetzt werden. Durch den Einsatz einer Zweiblattanlage entstehen jedoch gegenüber der Dreiblattanlage erhöhte Strukturbelastungen. Diese können durch Einsatz von Geometrieparametern /kompensiert werden. Die Untersuchung der Kompensation der erhöhten Strukturbelastungen infolge erhöhter Lasten sowie die Auswirkung auf die Eigenfrequenzen durch die Geometrieparameter sind Kernthema der vorliegenden Arbeit. Zunächst werden die bereitgestellten Excel- Rohdaten mit ihren Geometrieinformationen inklusive der Geometrieparameter aufbereitet, um die Input-Datei der Geometrie für das FEMProgramm APDL zu erzeugen. Nachdem dies erfolgt ist, wird die Turm-Jacket Struktur mit verschiedenen Geometrieparametern in Hinsicht auf die Strukturbeanspruchungen und Eigenfrequenzen numerisch überprüft. Die berücksichtigten Geometrieparameter sind der Durchmesserfaktor, der Wanddickenfaktor, der Kopfweitenfaktor sowie der Fußweitenfaktor. Durch die Auswertung der Ergebnisse bei unterschiedlichen Parametern bzw. unterschiedlichen Parameterkombinationen werden im Anschluss Aussagen dazu getroffen, inwieweit die parametrischen Beziehungen und die eingesetzten Parameterkombinationen die erhöhten Strukturbeanspruchungen kompensieren können. Dazu wird die Auswirkung der Eigenfrequenzen sowie die Veränderung der Masse bzw. der Kostenfaktor untersucht.

The installation of an offshore wind turbine holds great potential to gain more electric energy from wind energy based on higher median wind velocity and constantly high wind power. There a three bladed as well as two bladed wind turbine can be used. But due to use of two bladed wind turbine, the structural load will be higher than with the three bladed wind turbine. But the higher structural stress according to higher load can be compensated by with geometry parameter. The investigation of this matter and the impact on eigenfrequency of the structure is the central theme of this thesis. At first raw data from the geometry of a tower-jacket structure including geometric parameters generates the input data for the finite element method program ANSYS APDL. As a second step this the tower jacket structure, with the higher load, will be analysed with different geometric parameters in terms of eigenfrequency and stress behavior by a numerical method. In the end the numerical results will be evaluated with different parameters and parameter combinations. This states, how well the parametric combination will compensate increased stress and how it behaves according to eigenfrequency. In conclusion the mass and cost of the modified structure will be compared with the three bladed referency model.