T. Burton, N.Jenkins, D. Sharpe, E. Bossanyi, Wind Energy Handbook, 2nd Edition, Wiley 2011.
Faltinsen O. M, Sea Loads on Ships and Offshore Structures. 1990.
J. M. . Journèe and W. . Massie, Offshore Hydromechanics, no. January, 2012
Obiettivi Formativi
- Conoscere e comprendere i concetti e i metodi per lo studio della meccanica strutturale delle strutture eoliche on- e off-shore unitamente agli elementi essenziali per la progettazione strutturale nell’ambito delle normative internazionali.
- Conoscere ed essere in grado di applicare le teorie, i principi e i metodi per l’analisi di strutture eoliche offshore con particolare riferimento alla modellazione delle azioni, all’interazione fluido-struttura e alla risposta dinamica.
- Sviluppo dell’autonomia di giudizio circa il grado di accuratezza e l’applicabilità dei metodi di analisi adottati per la predizione della risposta strutturale di strutture eoliche
- Capacità di usare correttamente il linguaggio tecnico specifico sia in italiano che in inglese
- Sviluppo dell’abilità di apprendere in autonomia ulteriori elementi teorici e applicativi per impostare un corretto approccio metodologico sia in ambito di ricerca che professionale.
Prerequisiti
Meccanica dei Continui, Scienza delle Costruzioni, Meccanica dei Fluidi, Dinamica delle Strutture.
Metodi Didattici
Lezioni frontali, laboratori guidati
Altre Informazioni
E’ consigliato seguire le lezioni in aula.
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale volto a verificare il raggiungimento dei suddetti obiettivi formativi.
Programma del corso
Introduction
● Origins of wind energy
● The wind resource
- Global and Europe Wind Report statistics
● Basic concepts of wind energy converters (HAWT, VAWT)
- Differences from the structural point of view: lumped mass on top or on the bottom of the tower;
● Sources of loads for Offshore Wind Turbines
- Wind
- Wave
- Earthquake
Fundamentals of Wind Turbines Aerodynamics
- Basics of airfoil aerodynamics
- 1-D Momentum theory for an ideal Wind Turbine
- The Blade Element Momentum (BEM) theory
- Annual energy production
Loads and Structural Analysis
● Review of fluid mechanics and potential flow models
- Free-surface potential flow problems (nonlinear waves)
- Linear wave theory
- Wave spectra
● Hydrodynamic modeling of Offshore structures
- Diffraction and radiation problem
- Calculation of the Response Amplitude Operators
- Morison equation
● Design load assumptions & Load Cases (extreme and fatigue loads)
- Load cases from international and national regulation
- Characterization of the installation site environmental conditions
- From design load analysis to structural analysis of fixed bottom and floating support structures
● Support structures for Offshore Wind Turbines (OWTs): fixed-bottom and moored floating platforms
- Description of fixed-bottom structures varying the water depth
- Description of moored floating structures:
- Mooring systems
- Anchor system
● Structural modeling of the coupled system
- Finite element modeling (Tower and blades, Platform, Mooring lines)
Labs
● Introduction to NREL FAST software
- Introduction to FAST modules
- Introduction to FAST pre-processes: TurbSim and BModes
- Elastodyn, Moordyn and Hydrodyn
- Set up for DLCs of: parked state, power-production, start-up and shut down
● Simulation of fixed-bottom OWTs subjected to design load conditions
- Simulation of a 5MW OWT with different support structures: monopile and jacked
● Hydrodynamic simulation of floating platforms with ANSYS AQWA
- Hydrodynamic Diffraction Analysis on a semisubmersible platform
● Simulation of floating OWTs subjected to design load conditions
- Simulation of a 5MW OWT supported by a semisubmersible platform
● Structural simulation of the support structure: fixed bottom and floating