Studio sulla cosimulazione idrodinamica per la sperimentazione in galleria del vento di aerogeneratori in ambiente marino

This report presents a preliminary study of a system able to simulate in a wind tunnel, on a scaled wind turbine, the operating conditions in the case of offshore applications. The paper presents, in its initial part, a show of the technology used for support structures for offshore wind turbines. It is therefore highlighted the need to improve the response of wind turbines, and related control systems, with respect to the combination supporting structure-sea conditions. In fact, it can be deduced from the research carried out, the presence of more significant dynamic stresses at the base of the tower supporting the offshore wind turbines than on land cases. Below in the text, a way to allow the study of wind turbines in the marine environment through a wind tunnel and interaction with a software is highlighted. This can be carried out performing hardware-software co-simulations. It means that in the wind tunnel there is the scaled wind turbine placed on an handling system controlled by software, and that such software calculates the behaviour of the structure under wave action (physically not present in the gallery). The interaction between the two models, real in the wind tunnel and numerical, is subject to study later in the document. An application of the same concept is presented, but through a software-software co-simulation, that is where also the turbine is represented only numerically. Thus the problems of convergence of this computing strategy and possible solutions are presented. At the end of the paper the results obtained and the room for improvement are presented. Also the next steps to achieve the final objective of the study of the behaviour of wind turbines in the offshore environment, are proposed.

In questo elaborato di tesi si presenta lo studio preliminare di un sistema in grado di simulare in galleria del vento, su modello di aerogeneratore scalato, le condizioni operative presenti nel caso di applicazioni offshore. Il lavoro presenta, nella parte iniziale, una esposizione riguardante la tecnologia adottata per le strutture di sostegno per generatori eolici offshore. Viene evidenziata la necessità di migliorare la risposta degli aerogeneratori, e dei relativi sistemi di controllo, in relazione alle diverse combinazioni struttura di supporto-condizioni del mare. Dalla ricerca effettuata, si deduce la presenza di sollecitazioni dinamiche notevoli alla base della torre di sostegno delle turbine eoliche offshore rispetto ai casi su terraferma. Nel seguito del testo, viene evidenziata una modalità per consentire lo studio degli aerogeneratori in ambiente marino grazie ad una galleria del vento ed all'interazione con un software. Si prospetta la possibilità di eseguire delle co-simulazioni hardware-software. Con ciò si intende che in galleria del vento si installi l'aerogeneratore in scala posto su un sistema di movimentazione comandato da un software, e che tale software calcoli numericamente il comportamento della parte di struttura sottoposta all'azione del moto ondoso (fisicamente non presente in galleria). L'interazione tra i due modelli, reale in galleria del vento e numerico, è oggetto di studio nel seguito del documento. Viene presentata un'applicazione dello stesso concetto, ma tramite una co-simulazione di tipo software-software, nella quale cioè anche l'aerogeneratore è rappresentato solo numericamente. Si presentano quindi le problematiche di convergenza della strategia di calcolo e le possibili soluzioni. Alla fine dell'elaborato vengono presentati i risultati ottenuti, riportando i margini di miglioramento. Inoltre vengono prospettate le tappe successive per il raggiungimento dell'obiettivo finale del progetto: lo studio del comportamento in ambiente offshore degli aerogeneratori tramite co-simulazione hardware-software in galleria del vento.