EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON THE DYNAMIC CHARACTERISTICS OF A SPAR-TYPE OFFSHORE WIND TURBINE UNDER IRREGULAR WAVES

Shalabe, Amal; Abou-Rayan, A. M.; Kamal, Ahmed Youssef; Samy, Mohamed

doi:10.21608/auej.2023.219019.1388

EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON THE DYNAMIC CHARACTERISTICS OF A SPAR-TYPE OFFSHORE WIND TURBINE UNDER IRREGULAR WAVES

Document Type : Original Article

Authors

¹ Civil Engineering Department, Benha Faculty of Engineering, Benha, Egypt.

² Civil Engineering Department, Benha Faculty of Engineering, Benha, Egypt,

³ Civil Engineering Department, Delta University for Science and Technology, Gamasa, Egypt

10.21608/auej.2023.219019.1388

Abstract

In the field of renewable energy, floating offshore wind turbines (FOWT) are currently a hot topic. Numerous numerical simulation programs have been developed to model the performance of FOWTs under wave condition in order to design and optimize them. To guarantee accurate results, numerical methods must, however, undergo model validation. Building a 1/300 scale model with a 3-leg catenary mooring allowed us to assess the OC3-Hywind spar platform's performance for this study.
To simulate real-world conditions, irregular wave states were generated in the Benha Faculty of Engineering laboratory where the model experiments were carried out. Our findings demonstrate that the surge, sway, heave, roll, pitch, and yaw responses of the model were accurately predicted by the Ansys-Aqwa numerical software. Moreover, the numerical software accurately predicted that the sway, roll, and yaw responses were significantly lower than the surge, heave, and pitch responses.
These results indicate that numerical simulation software, like Ansys-Aqwa, can provide precise predictions of the behavior of floating offshore wind turbines under wave conditions. The outcomes of our model testing can be used to verify the precision of these simulation programs and enhance their capacity for prediction.

في مجال الطاقة المتجددة ، تعد توربينات الرياح البحرية العائمة موضوعًا ساخنًا حاليًا. تم تطوير العديد من برامج المحاكاة العددية لنمذجة أداء توربينات الرياح البحرية العائمة تحت تأثير قوة الرياح والأمواج معا مجتمعة من أجل تصميمها وتحسينها. لضمان الحصول على نتائج دقيقة للتحليل النظري ، يجب أن تخضع الدراسة بتجارب معملية للتأكد من صحة النموذج . ولذلك قمنا بإنشاء نموذج بمقياس 1/300 موصول بثلاث سلاسل مثبتة، ولمحاكاة الظروف الطبيعية ، تم دراسة المنشأ تحت تأثير الموجات الغير المنتظمة في مختبر كلية الهندسة في بنها حيث تم إجراء عدة تجارب.
توضح النتائج التي توصلنا إليها أن استجابات النموذج التي تم الحصول عليها من قبل برنامج Ansys-Aqwa العددي تتوافق مع النتائج المعملية للنموذج وذلك في جميع درجات الحرية الست للمنشأ (ثلاث درجات حرية كإزاحات : الاتجاة الموازي للموجة ، الاتجاة العرضي على الاتجاة الموازي للموجة، الاتجاة العمودي على قطاع النموذج و ثلاث درجات حرية كحركة دورانية : حركة دورانية حول المحور في الاتجاة الموازي للموجة ، حركة دورانية حول المحور في الاتجاة العرضي على الاتجاة الموازي للموجة، حركة دورانية حول المحور في الاتجاة العمودي على قطاع النموذج). علاوة على ذلك ، توصلنا إلى استجابة المنشأ للحركة في الاتجاة العرضي على الاتجاة الموازي للموجة و حركة دورانية حول المحور في الاتجاة الموازي للموجة و الحركة الدورانية حول المحور في الاتجاة العمودي أقل من استجابة المنشأ للحركة في الاتجاة الموازي للموجة و الاتجاة العمودي و الدوران حول المحور في الاتجاة العرضي.
تشير هذه النتائج إلى أن برنامج المحاكاة الرقمية ، مثل Ansys-Aqwa ، يمكن أن يوفر تنبؤات دقيقة لسلوك توربينات الرياح البحرية العائمة تحت تأثير الأمواج. يمكن استخدام نتائج اختبار النموذج الخاص بنا للتحقق من دقة برامج المحاكاة هذه وتعزيز قدرتها على التنبؤ.

Keywords