Numerische Analyse eines Tethered-Buoy-Ankersystems für einen Prototyp eines schwimmenden Windparks

Zusammenfassung Konventionelle Ankersysteme tragen erheblich zu den Kosten von schwimmenden Windprojekten bei, und innovative Lösungen mit Kosteneinsparungspotenzialen werden angestrebt. In dem vorliegenden Papier untersuchen wir das grundlegende dynamische Verhalten eines innovativen Tethered-Buoy-Ankersystems für einen Prototyp eines Windparks, bei dem zwei Spar-schwimmende Offshore-Windturbinen (FOWTs) an fünf untergetauchte Tethered-Buoys angekoppelt sind. Numerische Zerfalltests werden verwendet, um die Grundfrequenzen und oszillierenden Modi des Systems zu charakterisieren. Der Einfluss der Nettoschwimmfähigkeit wird durch eine parametrische Studie festgestellt. Schließlich wird die dynamische Reaktion des Tethered-Buoy-Ankersystems mit zwei alternativen gemeinsamen Ankerkonfigurationen mit Kettenankerlinien verglichen. Zeitbereichssimulationen werden für ein Unfall-Szenario mit einer geparkten und einer operativen FOWT sowie für ein extremes Szenario mit zwei geparkten FOWTs durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nettoschwimmfähigkeit einen signifikanten Einfluss auf die Plattformbewegungen und die Ankerlasten hat. Im Vergleich zu alternativen Konfigurationen mit Kettenankerlinien weist das Tethered-Buoy-Ankersystem erheblich niedrigere Ankerzuglasten auf und eliminiert praktisch die Gefahr von Snap-Ereignissen. Die Reduktion der maximalen charakteristischen Fairlead-Zugkraft beträgt bis zu 85%. Der durchschnittliche Positionsversatz der Windturbinen in Lade-Richtung ist größer, bis zu 36% der Wassertiefe, jedoch sind die relativen Bewegungen vergleichbar. Der durchschnittliche Abstand zwischen den FOWTs ist für das Tethered-Buoy-System sogar noch kleiner. Mit der Anwendung dynamischer Inter-Array-Kabel kann das vorgeschlagene Tethered-Buoy-System eine vielversprechende Ankerlösung für schwimmende Offshore-Windparks sein.