Combined aerodynamic and hydrodynamic loads on offshore wind turbines

Abstract

Offshore wind turbines are a complex mechanical systems located in severe environmental conditions. The calculation of design loads on offshore wind turbine structures is a complex undertaking involving the integration of different wind and wave load simulation methods. The aim of the thesis is the investigation of influence of the environmental conditions on the aerodynamic and hydrodynamic loads acting on fixed offshore wind turbine structures using in-house boundary element solver panMARE. So the generic NREL 5MW offshore wind turbine with the combine of three different turbines support structure typologies: monopile, tripod and jacket are chosen. Furthermore for verification of BEM results, RANSE simulations are carried out using the ANSYS CFX solver .The results comparison demonstrate the ability of the BEM solver to simulate the aerodynamic and hydrodynamic flow on a complex 3D offshore wind turbine.

Mit dem Schritt von On- nach Offshore steigt die Komplexität von Windkraftanlagen. Besonders die Berechnung der Lasten stellt eine umfangreiche Aufgabe dar, bei der verschiedene Methoden zur Berechnung der Wind- und Wellenlasten zum Einsatz kommen. In der Arbeit werden die Umwelteinflüsse auf die aerodynamischen und hydrodynamischen Lasten einer fest fundamentierten Offshore-Windenergieanlage mit Hilfe der Paneel-Methode panMARE untersucht. Die 5MW Referenz-Anlage vom National Renewable Energy Laboratory (NREL, USA) wird in Kombination mit drei verschiedenen Gründungsstrukturen, Monopile, Tripod und Jacket, simuliert. Darüber hinaus werden die Ergebnisse der Paneel-Methode mit denen von RANSE-Simulationen mit ANSYS CFX verifiziert Die Ergebnisse zeigen, dass die Paneel-Methode die Strömungen im Unter- und Überwasserteil gut abbilden kann und für die 3D-Simulation von Offshore-Windenergieanlagen geeignet ist.