In deze sectie wordt de prestatie van een modulair drijvend platform onderzocht in combinatie met een array van oscilleren boeien. De wigvormige boei is nauw uitgelijnd met de golfzijde van het modulaire drijvende platform en beweegt langs de wand onder de beperking van verticale glijdende geleiders. De renderingsschets van het hybride systeem is weergegeven in Figuur 7.9a, waarbij de symbolen die de dimensies van het drijvende systeem voorstellen, worden getoond in Figuur 7.9b en c. In Figuur 7.9b zijn de modules van rechts naar links genummerd als Module #n (n = 1 tot 5), en de oscilleren boeien zijn genummerd van rechts naar links als Boei #m (m = 1 tot 10).

Volgens de continuïteitsvoorwaarde van de beweging kan de relatieve verplaatsing xm,nx_{m,n} tussen boei #m en module #n worden berekend met de volgende formule:

xm,n=xm+(yJm,M+n−yRm)−xm(M+n)+(yJm,M+n−yR)x_{m,n} = x_m + (y_{Jm,M+n} - y_{Rm}) - x_m(M+n) + (y_{Jm,M+n} - y_R)

De efficiëntie van het systeem kan worden verhoogd door de parameter λpto′\lambda'_{pto}, die de energie-extractie van de relatieve beweging tussen de boei #m en module #n controleert. De totale opgewekte kracht PtotalP_{total} van de array van boeien en de hydrodynamische efficiëntie κm\kappa_m voor elke boei kan als volgt worden berekend:

Ptotal=∑m=1MPmenκm=PmPinP_{total} = \sum_{m=1}^{M} P_m \quad \text{en} \quad \kappa_m = \frac{P_m}{P_{in}}

Hierbij vertegenwoordigt PinP_{in} de incident golffenergie die overeenkomt met de projectiebreedte van de wigvormige boei in de richting van de incidente golf. De gemiddelde hydrodynamische efficiëntie wordt berekend als:

κ′=∑m=1MκmM\kappa' = \frac{\sum_{m=1}^M \kappa_m}{M}

In deze analyse wordt eerst een enkel-ponton type drijvend platform beschouwd, gekoppeld aan een array van wigvormige oscilleren boeien. De array bestaat uit 10 identieke wigvormige boeien, die in een lineaire configuratie parallel aan het drijvende platform zijn geplaatst. Elke wigvormige boei heeft een diepgang van d1=3.0 md_1 = 3.0 \, m aan de windzijde en d2=5.0 md_2 = 5.0 \, m aan de loefzijde, met een lengte L1=5.0 mL_1 = 5.0 \, m, een breedte W1=3.0 mW_1 = 3.0 \, m, en een gevormde diepte van h1=7.0 mh_1 = 7.0 \, m. De clearance tussen aangrenzende wigvormige pontoons is S1=5.0 mS_1 = 5.0 \, m.

Het drijvende platform heeft een lengte van L2=100.0 mL_2 = 100.0 \, m, een diepgang van d3=7.0 md_3 = 7.0 \, m, een breedte van W2=15.0 mW_2 = 15.0 \, m, en een totale hoogte van h2=14.0 mh_2 = 14.0 \, m. De opening tussen de wigvormige boei en het drijvende platform is S2=0.5 mS_2 = 0.5 \, m. De waterdiepte bedraagt 30.0 m30.0 \, m. Het mesh-ontwerp van dit systeem is weergegeven in Figuur 7.10, waarbij het mesh-nummer voor een enkele wigvormige boei 456 is, en voor het drijvende platform 3052. Het mesh-nummer voor het binnenwaterlijnoppervlak van elke boei is 40, terwijl het mesh-nummer voor het binnenwaterlijnoppervlak van het drijvende platform 160 is.

De resultaten van de invloed van PTO-demping op de hydrodynamische prestaties van het systeem worden gepresenteerd. PTO-demping wordt gedefinieerd als λpto′=δ⋅λpto,iso\lambda'_{pto} = \delta \cdot \lambda_{pto,iso}, waarbij λpto,iso\lambda_{pto,iso} de optimale PTO-demping is van een geïsoleerde hefboei in open water. Figuur 7.11 toont de gemiddelde hydrodynamische efficiëntie van de array van boeien bij verschillende PTO-dempingsniveaus, met β=0∘\beta = 0^\circ en 45∘45^\circ.

Uit de figuren blijkt dat PTO-demping een aanzienlijke invloed heeft op de energie-extractieprestaties van de boeienarray, zowel bij β=0∘\beta = 0^\circ als 45∘45^\circ. Het effectieve energie-opvangbereik van de array van boeien ligt tussen ω=0.6\omega = 0.6 en 1.8 rad/s1.8 \, \text{rad/s}. Bij β=0∘\beta = 0^\circ en δ=1.0\delta = 1.0 lijkt de efficiëntiecurve bijna alle andere waarden van κ′\kappa' te omhullen. Bij hogere waarden van δ\delta, zoals δ=7.0\delta = 7.0 en 9.09.0, wordt de energieopname verzwakt, maar heeft de PTO-demping een minimale invloed op de locatie van het piekmaximum van de efficiëntiecurve.

Daarnaast is de invloed van PTO-demping op de reactie van het platform onderzocht. Figuur 7.12 toont de reactie van het platform bij verschillende PTO-dempingsniveaus, waarbij de beweging van een geïsoleerd drijvend platform ter vergelijking wordt gegeven. Bij hogere PTO-demping wordt de piek van de op- en neerbeweging van het platform kleiner en blijft deze lager dan bij het geïsoleerde platform. Dit effect is meer uitgesproken bij normale golven. In het lagere frequentiebereik ω<0.25 rad/s\omega < 0.25 \, \text{rad/s}, neemt de rollbeweging toe naarmate PTO-demping toeneemt. Bij frequenties ω>0.25 rad/s\omega > 0.25 \, \text{rad/s}, vermindert de integratie van de boeienarray de rollbeweging aanzienlijk. Dit suggereert dat een goed ontworpen integratie van de boeienarray effectief de op- en neerbeweging, evenals de rollbeweging van het drijvende platform kan verminderen in een bepaald frequentiebereik.

De combinatie van een modulair drijvend platform met een array van oscilleren boeien kan dus de prestaties van het systeem aanzienlijk verbeteren. De vereiste optimale afstemming van geometrische en fysieke parameters van het geïntegreerde systeem maakt het mogelijk om zowel de energie-extractie-efficiëntie als de reactie van het platform te optimaliseren. In de context van hydrodynamische synergieën moet rekening worden gehouden met de complexiteit van het ontwerp en de afstemming van verschillende elementen om de gewenste prestaties te behalen.

Wat zijn de belangrijkste hydrodynamische parameters van een zwevende wind-golf platform?

De integratie van windenergie en golfenergie in één systeem vereist een gedetailleerde analyse van de hydrodynamische parameters van de betrokken structuren. Dit geldt met name voor het zwevende platform en de oscilleren boeien die bijdragen aan het vangen van golfenergie. In dit kader is het van essentieel belang om de tijdsafhankelijke reactie van het systeem te begrijpen, evenals de effecten van de interactie tussen het platform en de golfbewegingen. De hydrodynamische prestaties van dit gecombineerde systeem kunnen worden voorspeld door gebruik te maken van numerieke simulaties en de toepassing van verschillende modellen die de interacties tussen de windbelasting, de golven, het anker- en mooringsysteem en de PTO-demping (Power Take-Off) in rekening brengen.

De term ‘toegevoegde massa’ en ‘radiatie demping’ spelen een cruciale rol in het vaststellen van de reacties van het zwevende platform op de golven. De toevoeging van massa beschrijft het effect van het verplaatsen van water als reactie op de bewegingen van het platform, terwijl de radiatie demping de energieverlies beschrijft dat optreedt door de interactie van het platform met de golven. De vertragingen die door de radiatiedemping worden geïnduceerd, kunnen worden berekend door de vertragingfunctie toe te passen op de bewegingsresponsen van het systeem. Dit stelt ons in staat om de krachten die door de bewegingen van het platform en de boeien worden gegenereerd te berekenen.

De PTO-demping wordt berekend op basis van een specifieke formule die de interactie van de boeien met de platformbewegingen in de rol- en hellingsbewegingen weerspiegelt. De energie die door de boeien wordt gevangen, is afhankelijk van de relatieve bewegingen van de boeien ten opzichte van het platform, waarbij sommige boeien meer energie vangen door hun rolbeweging, terwijl andere boeien dit doen via hun hellingsbewegingen.

Het gecombineerde systeem wordt blootgesteld aan verschillende belastingen, zoals de windbelasting, de golfbelasting, de mooringbelasting en de PTO-dempingskracht. Door de effecten van deze verschillende belastingen op het systeem te bestuderen, kunnen we het dynamische gedrag van het platform in verschillende omgevingen onderzoeken. In de simulaties werden drie verschillende operationele gevallen geanalyseerd, waarbij de golven, de windcondities en de mooringconfiguratie variabelen zijn die de prestaties van het systeem beïnvloeden. De uitkomsten van deze tests geven inzicht in de mate van invloed die elk van deze belastingen heeft op de prestaties van het platform en de boeien.

Bijvoorbeeld, de dynamische respons van het platform op golfbewegingen wordt eerst in de frequentiedomein gemodelleerd. De resultaten laten zien dat de respons in de rolbeweging van het platform aanzienlijk lager is dan die van de oscilleren boeien, terwijl de boeien zelf grotere responsen vertonen. Dit verschil in respons benadrukt de noodzaak om de individuele bewegingsresponsen van elk element van het systeem te begrijpen. Hetzelfde geldt voor de hellingsbeweging, waar de amplitudes van de bewegingen van de boeien consistent blijven met die van het platform. Bij een hogere golfsnelheid blijken de bewegingen van het platform en de boeien sterker te worden, vooral bij bepaalde golffrequenties.

Een ander belangrijk aspect van de studie is de invloed van het mooring systeem, in dit geval het kettinganker-systeem. De ankerlijnen, de treksterkte en de natte dichtheid van de ankerkettingen spelen een cruciale rol in het bepalen van de stabiliteit en de dynamische reactie van het platform. De vergelijking van de bewegingen van het platform en de boeien in aanwezigheid van de mooringlijnen laat zien hoe de fase van de roll-bewegingen van de boeien kan veranderen afhankelijk van de configuratie van het mooring systeem. Dit effect kan de algehele prestaties van het systeem beïnvloeden, met name wat betreft de efficiëntie van de energie-extractie uit de golven.

De effecten van wind- en golfbelastingen worden verder onderzocht onder de gecombineerde invloed van beide. De windbelasting voegt een extra kracht toe aan het platform, wat invloed heeft op de dynamische bewegingen van zowel het platform als de boeien. Het effect van deze gecombineerde belasting kan fluctuaties in de bewegingen van het platform veroorzaken, wat leidt tot veranderingen in de locatie van het evenwichtspunt van de boeien. Hoewel de invloed van de windbelasting klein lijkt te zijn op de relatieve beweging tussen het platform en de boeien, kan het wel invloed hebben op de geproduceerde golfenergie.

Bij het ontwerpen van dergelijke systemen is het essentieel om een goed begrip te hebben van de interactie tussen alle componenten, zoals de platformbewegingen, de boeien, de wind- en golfbelastingen, het mooring systeem en de PTO-demping. Door middel van gedetailleerde numerieke simulaties kunnen ingenieurs en onderzoekers de prestaties van het systeem in verschillende omstandigheden voorspellen en optimaliseren.

Bij de implementatie van een dergelijk systeem moeten ontwerpers rekening houden met de variabiliteit van de omgevingsomstandigheden, zoals veranderingen in golfsnelheid, windrichting en intensiteit, en hoe deze factoren de hydrodynamische prestaties van het platform kunnen beïnvloeden. Verder is het cruciaal om een balans te vinden tussen de energieproductie en de structurele stabiliteit van het systeem, aangezien extreme omstandigheden zowel de veiligheid als de efficiëntie van het systeem kunnen beïnvloeden.

Hoe DZT en OTFS het Communicatiesysteem Hervormen
Hoe wordt de complexe architectuur van autonome systemen ontworpen en welke uitdagingen moeten worden overwonnen?
Wat betekent het voor een lineair systeem als de rang van de matrix kleiner is dan het aantal onbekenden?
Hoe het principe van virtuele verplaatsingen de evenwichtsvergelijkingen van een vaste stof beïnvloedt in niet-lineaire problemen
Wat zijn de effecten van microtextuur op de prestatie van snijgereedschappen bij draaidelen?