Analisi di aerogeneratori offshore attraverso co-simulazione tramite codici aero-servo-idro-elastici

The aim of the work presented in this report is to carry out an analysis of an offshore wind turbine. To accomplish this goal a tool that can be used for modeling offshore wind turbines and predict their dynamic response needs to be developed. The first part of the thesis regards the description of Cp-Lambda and FAST simulation codes along with the description of the PoliWindController control code. It is explained how these codes will be employed to build a single code with the characteristics of the two programs. The second part describes the model of a 5 MW wind turbine used throughout this work. This model is developed by the National Renewable Energy Laboratory (NREL) and it is used in their studies for both onshore and offshore applications. Afterwards the setup of the control system will be presented. Then the validation of the control system is carried out through different simulations performed with both the simulation codes. In the last part, the study of the coupling between Cp-Lambda and FAST is reported. All the changes needed by the codes to perform co-simulations will be presented together with some tests to verify their validity. At the end of the report the achieved results are discussed. Furthermore, future developments will be proposed to ensure that the tool that has been studied could accomplish its purpose.

Il presente elaborato di tesi ha come obiettivo lo svolgimento di una analisi di aerogeneratori per applicazioni offshore. A tal fine si rende necessario lo sviluppo di strumenti in grado di prevederne la risposta dinamica. La prima parte del lavoro è dedicata alla presentazione degli strumenti di cui si dispone all’inizio dell’attività, ovvero i codici aeroelastici Cp-Lambda e FAST e il codice di controllo PoliWindController. Si spiegherà la strategia che verrà messa in atto per raggiungere l’obiettivo di realizzare un unico strumento in grado di racchiudere le caratteristiche dei due codici di simulazione. La seconda parte dell’elaborato è focalizzata sulla descrizione del modello di aerogeneratore da 5 MW sviluppato dalla National Renewable Energy Laboratory (NREL) nei suoi studi in campo sia onshore che offshore che verrà utilizzato nel corso della tesi. Verrà presentato inoltre il setup del sistema di controllo per la macchina in questione insieme alla sua validazione tramite simulazioni dinamiche in ambiente offshore effettuate con entrambi i codici. L’ultima parte del lavoro tratta lo studio dell’accoppiamento tra Cp-Lambda e FAST. Verranno esposte dettagliatamente le modifiche necessarie da apportare ai codici e riportate alcune prove che avranno lo scopo di indagarne la validità. Alla fine dell’elaborato vengono riepilogati i risultati ottenuti durante il percorso della tesi evidenziando gli obiettivi raggiunti. Verranno inoltre proposti gli sviluppi necessari a rendere il codice oggetto di studio un valido strumento per raggiungere l’obiettivo finale preposto.