Dissertação

{pt_PT=Modelo Numérico de uma Fundação Mono-Estaca para uma Turbina Eólica Offshore} {} EVALUATED

{pt=A energia eólica offshore é uma fonte de energia renovável com uma elevada perspetiva de desenvolvimento, possibilitando a redução das emissões de gases poluentes e a independência energética. Hoje em dia, as plataformas flutuantes estão sob desenvolvimento, pela sua versátil utilização em águas profundas. Contudo, as fundações fixas são as mais utilizadas na indústria, nomeadamente a fundação monopile, devido aos seus baixos custos de produção e instalação, quando comparados com outras fundações como os jackets ou os tripods. Nesta dissertação, é estudada a integridade estrutural de uma fundação monopile, para um caso de estudo na costa portuguesa. Foi desenvolvido um modelo numérico apropriado de uma fundação e da torre para a sua análise estrutural, sobre uma turbina de referência do NREL de 5 MW. O software FAST 8, um código aero-hydro-servo-elastic capaz de calcular carregamentos aero e hidrodinâmicos numa turbina em funcionamento, foi usado para obter os carregamentos aplicados na estrutura. Os carregamentos são pré-processados antes da sua introdução no modelo de elementos finitos, desenvolvido sobre o software ANSYS 16. A ligação grout, que liga a mono-estaca à peça de transição através de atrito, é modelada sobre uma condição de contacto não linear. Para modelar a interação solo-estaca, foi utilizado o modelo p-y, sobre os comandos do ANSYS APDL. Para entender se a estrutura é adequada para operar em ambientes offshore, realizam-se análises estáticas e transientes no software de elementos finitos. Diferentes interações com o solo são formuladas e os seus resultados são comparados em análises modais e transientes., en=Offshore wind energy is a renewable source with strong prospects of development, allowing both the reduction of greenhouse gas emissions and the achievement of energy independence. Nowadays, floating wind solutions are under development, since they are suited for bigger depths. However, fixed-bottom foundations are the most used by farm operators, namely the monopile foundation, due to its low production and installation costs, when compared with more costly platforms, such as jacket or tripod foundations. In this work, a monopile foundation for offshore wind power in the Portuguese coast is studied for its structural integrity. Thereby, an appropriate numerical model for the structural analysis of the foundation and tower was developed. FAST 8, an aero-hydro-servo-elastic numerical code that can compute aerodynamic and hydrodynamic loads on a running wind turbine, was used to obtain the loads applied on the structure. These loads are pre-processed before their input on a finite element model, developed using ANSYS 16 software. The grout connection, which connects the monopile to the transition piece through friction, is modeled under a changing-status nonlinearity condition. To model the soil-pile interaction, the p-y model was used, by means of the ANSYS APDL commands. Static and transient structural analyses allow the study of the structure’s suitability for use in offshore environments. Different soil interactions are modeled, and their results are compared in the transient and modal analysis.}
{pt=Vento offshore, mono-estaca, análise estrutural, modelo p-y, FAST v8, método dos elementos finitos, en=Offshore wind, monopile, structural analysis, p-y model, FAST v8, finite element method}

Junho 15, 2018, 11:0

Orientação

ORIENTADOR

Mário Alberto Silveira Costa Vieira

IST

Especialista

ORIENTADOR

Luís Filipe Galrão dos Reis

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado