ANÁLISIS DE FATIGA EN LA ESTRUCTURA DE SOPORTE DE UN AEROGENERADOR MARINO

Abstract

Este proyecto se centrará en llevar a cabo el análisis de fatiga en la base de la torre de un aerogenerador marino de 2 MW de potencia, donde conecta con la estructura del soporte, mediante la ejecución de simulaciones y ensayos con Bladed. En primer lugar, se llevará a cabo un breve estudio de los distintos tipos de estructuras de soporte para aerogeneradores marinos, las cuales pueden ser clasificadas en dos grandes grupos: estructuras ancladas al lecho marino y estructuras flotantes. A continuación, se definirá el modelo de simulación del aerogenerador marino en función de los parámetros especificados y las pautas fijadas por la normativa GL. Una vez introducido en Bladed, se aplicarán también las distintas condiciones medioambientales que le van a afectar. Después, el cálculo de vida a fatiga será ejecutado mediante la implementación de la regla Palmgren-Miner, considerando un ciclo de vida de 30 años, con un tiempo de operación aproximado de 4000 horas por año a potencial nominal. El análisis será ejecutado con dos de los procedimientos sugeridos por la Directiva GL: el método de de Rainflow y el método espectral de Dirlik. En una etapa posterior, se planteará una metodología de análisis más avanzada: el método estocástico (matrices de Markov). Finalmente, a partir de los datos obtenidos de las simulaciones para cada uno de los métodos, será necesario optimizar el diseño de la torre del aerogenerador con el fin de poder reducir los costes de inversión y construcción, prestando atención en todo momento que la estructura sea capaz de soportar las cargas de fatiga. Los resultados obtenidos para cada uno de los tres métodos de análisis de fatiga son muy similares. De esta manera, en un contexto más conservador, se decide elegir un diámetro exterior final de 4.10 metros.

This project will be focused on conducting the fatigue analysis at the base of the tower from a 2 MW offshore wind turbine, where it connects to the support structure, by means of simulations and experimental tests performed with Bladed. In a first step, a brief study of the different types of offshore wind turbine support structures will be carried out. These are usually classified into two large groups: support structures anchored to the sea bed and floating platforms. This will be followed by the definition of the offshore wind turbine simulation model, according to the specified parameters and guidelines set by GL rules & standards. After its introduction to the simulation software, the environmental conditions affecting the wind turbine will be equally applied. Then, the calculation of the fatigue life will be performed through the implementation of the Palmgren/Miner method, considering a 30-year life cycle with an approximate operating time of 4000 hours per year at rated power. The analysis will be performed by means of two of the procedures suggested by the GL Certification: Rainflow cycle counting method and Dirlik´s spectral method. At a larger stage, an advanced methodology for fatigue analysis will be posed: the stochastic method (Markov matrices). Finally, based on the data and results obtained for each of the analysis methods employed, it will be necessary to optimize the design of the wind turbine’s tower with the aim of reducing the investments and construction costs, paying special attention to the fact that the structure is able to withstand the fatigue loads. The results for each of the analysis methods used in this project are remarkably similar. In this way, considering a conservative approach, an exterior diameter of 4.10 meters will be selected.