Reliability of Wave Energy Converters: PhD Thesis defended in public at Aalborg University March 31, 2015

Simon Ambühl

    Publikation: Bog/antologi/afhandling/rapportPh.d.-afhandlingForskning

    Abstrakt

    Der findes mange forskellige funktionsprincipper for bølgekraftanlæg, som producerer strøm fra bølgerne. For at anlæggene kan få succes og blive mere konkurrencedygtige med andre vedvarende elektricitetskilder, er overvejelsen af bølgekraftanlægges strukturelle pålidelighed meget vigtigt. Overvejelsen af den strukturelle pålidelighed og optimering påvirker drift og vedligeholdelsesomkostningerne samt de initiale investeringsomkostninger. Desuden er der et kontrolsystem for bølgekraftanlæg, som definerer høstet energi men også strukturelle belastninger. Derfor er ekstreme belastninger men også udmattelseslaster vigtige for det strukturelle design af bølgekraftanlægget. Ekstreme belastninger på strukturen i stormvejr kan begrænses når anlægget sættes i stormbeskyttelse/tomgang modus hvor der ikke produceres strøm.

    Strukturelle pålidelighedsevalueringer bruger en probabilistisk tilgang der typisk inkluderer usikkerheder der er relateret til en begrænsede datamængde og modellerne der bruges til at beregne belastninger/spændinger samt usikkerheder givet ved moder natur (f.eks. årlige variation af ekstreme værdier) og måleusikkerheder. På grund af begrænset viden er pålidelighedsbetragtninger af bølgekraftanlægs strukturer primært baseret på erfaringer fra havvindmøller og olie- og gasindustrien. Men specifikke bølgekraftanlægs usikkerheder skal kvantificeres, og de krævede pålidelighedsniveauer af strukturen, som f.eks. er vigtige for kalibrering af sikkerhedsfaktorerne, skal fastlægges for anvendelse af bølgekraftanlæg.

    Beslutninger omkring drift og vedligehold kan være præventiv eller korrektiv. Adgang til anlægget kan være med båd som er billigere men tager længere tid og er begrænset til bølgekarakteristika, eller med helikopter som er dyrere men hurtigere end med båden men begrænset af vindhastigheden.

    Mange bølgekraftanlæg har en stormbeskyttelse/tomgang modus hvor de ekstreme belastninger under ekstreme stormbetingelser bliver minimeret. Derfor kan ekstreme belastninger forekomme under driften, hvor ekstreme belastninger under drift kan estimeres ved extrapolation fra almindelige belastninger under drift. Kontrolsystemet påvirker primært udmattelseslaster under drift hvor anlægget producerer strøm. Da bølgekraftanlæg er ubemandede og adgangen er begrænset (især i vintermånederne) på grund af for høje vindhastigheder eller høje bølger, bør man tage hensyn til fejl situationer hvor elektriske/mekaniske komponenter og kontrolsystemet fejler og fører til store belastninger på strukturen i betragtning i det strukturelle design.

    Før man starter med en probabilistisk tilgang på de strukturelle optimeringer af bølgekraftanlæg, skal de specifikke usikkerheder for bølgekraftanlæg findes og kvantificeres. Denne afhandling kvantificerer usikkerhederne relateret til bølge- og vindbetingelser og usikkerheder forbundet med modellering af langtids og ekstreme betingelser. Forskellige brudgrænsetilstande knyttet til ekstreme belastninger eller udmattelseslaster er betragtet i forskellige artikler. Der gives et skøn på indflydelsen af systemfejl (fejl af elektrisk/mekanisk komponent eller kontrolsystemet) på strukturelt design ved betragtning af de mest kritiske systemfejl for Wavestar-anlægget. Desuden er ekstrem fortøjningsbelastninger ekstrapoleret fra målte data fra WEPTOS-anlægget i laboratoriet. Kalibrering af sikkerhedsfaktorer er udført for svejste stål konstruktioner på Wavestar-anlægget for forskellige kontrolalgoritmer som definerer høstede energi fra bølgerne. Endvidere diskuteres et studie af forskellige drift og vedligeholdelses aktioner/muligheder for bølgekraftværker og et eksempel af pålidelighedsbaseret strukturel optimering af Wavestars fundering beskrives.

    Arbejdet i denne Ph.D.-afhandling fokuserer på Wavestar og WEPTOS bølgekraftværkerne som er kun to funktionsprincipper ud af en stor diversitet. For at opnå mere generelle erfaringer, der kan implementeres i standarder for design af strukturelle bølgekraftværkskonstruktioner, bør flere funktionsprincipper undersøges ved hjælp med metoderne, der er præsenteret i denne afhandling.
    OriginalsprogEngelsk
    UdgivelsesstedAalborg
    ForlagDepartment of Civil Engineering, Aalborg University
    Antal sider63
    StatusUdgivet - 2015
    NavnDCE Thesis
    Nummer70
    ISSN1901-7294

    Note vedr. afhandling

    pdf for print with all included papers pp. 212.

    Emneord

    • Wave energy converters
    • Reliability analysis

    Fingeraftryk

    Dyk ned i forskningsemnerne om 'Reliability of Wave Energy Converters: PhD Thesis defended in public at Aalborg University March 31, 2015'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

    Citationsformater