Offshore Rüzgar Çiftleri için Thruster-Based Dynamic Positioning System for Offshore Wind Farms

Offshore rüzgar enerjisi hızla genişliyor, kıyıdan ve daha derin sularda çevre kuvvetleri daha şiddetli olduğundan daha güçlü bir şekilde yükleniyor.Yerel temel istikrar ve optimal güç nesilleri için kritik önem taşıyor.Depresif dinamik bir konum (DP) sistemi, pasif mooring sistemlerine güvenmeksizin bir akış türbini veya destek gemisi tutmanın aktif bir yolunu sunuyor.

Dinamik konumlandırma, deniz yağı ve gazda yeni bir konsept değildir, ancak rüzgar çiftlikleri için adaptasyon dikkatli bir şekilde tertemiz gerektirir.Bir matkap gemisinden farklı olarak, rüzgar türbini on yıllardır sabit bir koordinatta kalmalıdır. DP sistemi bu nedenle yüksek güvenilirlik, düşük güç tüketimi ve apara kontrolü ve ızgara ile sorunsuz bir entegrasyon sağlamalıdır.

Rüzgar Türbin Uygulamaları için Dinamik Pozisyonlamanın Temelleri

Dinamik bir konum sistemi, rüzgar, dalgalar ve akımlar dışındaki dış kuvvetleri karşılayacaktır, belirtilen bir pozisyon ve başlığı korur.For face sea wind türbini (FOWTs), DP sistemi, Türlü Hidrodinamik ile birlikte çalışır, genellikle hedef koordinatörü içinde birkaç metre.

Yüzer yapılar için iki ana pozisyon alanı sistemi vardır: pasif mooring (katenary veya taut-leg) ve aktif iter tabanlı DP. mooring sığ su ve orta koşullar için daha ucuz olsa da, derin su siteleri DP'yi ortadan kaldırır, çünkü ağır demir sistemleri ortadan kaldırır ve deniz ayak izi azaltır. Modern DP sistemleri de hafif mooringler ile birlikte yumuşak mooringler için kullanılabilir.

Sınıf 1'in önemli bileşenleri yoktur ve Sınıf 3 fiziksel ayrılıkla dolu kırmızıya sahip (sağlık/sutaj bölmeleri) Sınıf 2'nin özellikle güvenlik ve bakım operasyonları sırasında elde etmek için en az standarttır.

Bir Thruster-Based DP Sisteminin Temelleri

Thrusters

Thrusters, sürüklenmek için gerekli olan daha sonraki ve uzun süreksiz kuvvetler üretir. İki yaygın tip:

  • [FONT:0]Azimuth iters:[Dönetici: 360 derece döndürebilen, hem itikat yönü hem de büyüklüğü sağlamak için 360 derece döndürebilen, yüksek çözünürlükte ve daha sonra hareket için kullanılabilirler.
  • [FONT:0]Tunnel iterleri:[Döneticileri hull veya yüzer pontoonlar aracılığıyla transverse tünellerde sabitler, sadece yan gücü üretmek, daha basit ve daha ucuz ama daha az manevra kabiliyeti sunmak.

Yüzücü bir tür için, dört küçük bir yığınak (biri yüzer köşede) bir ortak düzenlemedir, tam 3DOF kontrolü sağlar. Thruster boyutlandırma en kötü dava çevresel yükleri dikkate almalıdır, genellikle bir 50 yıllık fırtına koşulu ile birlikte, dalga ve mevcut.

Sensörler ve Referans Sistemleri

Pozisyon ve çevresel güçlerin algılanması, herhangi bir DP sisteminin arka kemiğidir. Anahtar sensörler şunları içerir:

  • [FONT=0]Global Navigation Uydu Sistemleri (GNSS): ), Gerçek zamanlı kinematik (RTK) GPS veya çok fazla sorgulayıcı alıcıları, senti-düşük pozisyonu sağlar.
  • [FONT=0)Inertial ölçüm Birimleri (IMU)[IMU)[Döneticileri ve gyroskopları GNSS güncellemeleri ile alan/roll verileri ile boşlukları doldurur.
  • [FONT:0)Wind ve dalga sensörleri:[DDD: 1) Anemometreler ve dalga radarları, itmen ayarları önceden ayarlamayı sağlamak için ileri kontrole beslenir.
  • [FOCP:0]Current profilers:[Döneticiler:[Döneticiler:[Döncüler) Acoustic Doppler mevcut profilleyicileri (ADCP) mevcut hız ve yönü birden fazla derinlikte ölçülüyor, doğru yük tahmin için kritik.

Birden fazla sensör, verileri yok etmek ve sağlam bir devlet tahminine sunmak için tamamlayıcı filtre veya Kalman filtre şemalarında kullanılır.

Kontrol Sistem Mimarisi

DP kontrol sistemi, işlemin beynidir. Aşağıdaki temel algoritmaları ile kırmızıdan çıkarmalı bir bilgisayar sistemi üzerinde çalışır:

  • [FONT:0) Devlet tahminleri:[Dönemli RAMT:1) Genişletilmiş Kalman filtreleri (EKF) veya nonscented Kalman filtreleri (UKF) tahmin gemi/turbine pozisyonu, hız ve çevre güçleri gürültülü sensör okumalarından.
  • [FONT:0)Denetler:[[Dönetici: 0:1) Bir model tabanlı kontrol (gerekli PID, ölçülen ortamdan ve kontrol mantığından ileri besleme ile) gerekli güçleri ve anları hesaplar.
  • [FONT:0]Thrust tahsisi:[Dönetici:[Dönetici:0) Talep edilen güçleri bireysel iter komutlarına dönüştürür (malzeme, saha, azimuth açı) ve güç kullanımı ve iter etkileşimlerine karşı kaçınır.

Modern DP sistemleri ayrıca ESFLT:0)dinamik konumlandırma yeteneği analizi) DP kapasite arsalarını kullanarak sistem belirli bir başlıkta idare edebilir. Bu arsalar, sınıf toplum kurallarına uygun olarak operasyonel planlama ve uyum için önemlidir.

Güç Supply ve Dağıtım

Thrusters, büyük türbinler için megawatt aralığında önemli elektrik gücü gerektirir. Güç tedariki güvenilir ve hata karşıtı olmalıdır. Tipik bir kurulum içerir:

  • DP sistemi için özel dizel jeneratörler veya hibrit batarya paketleri, rüzgar türbininden ve #8217'den ayrı; ana jeneratör.
  • Kontrol bilgisayarlar ve sensörler için sınırsız güç malzemeleri (UPS).
  • Güç yönetim sistemi (PMS) paylaşım ve karaout önlemeyi işlemek için.

Türbin ve#8217 ile entegrasyon; kendi güç elektronikleri normal işlem sırasında faydalıdır, ancak yedekleme nesli sakin rüzgar koşullarında veya şebeke hataları sırasında hayatta kalmak için gereklidir.

Uygulama Süreci: Site Araştırmasından Komisyona

Adım 1: Site Değerlendirme ve Metocean Data

Çevre verilerinin kapsamlı koleksiyonu ilk adımdır.Bu uzun vadeli dalga spektral, tidal ve rüzgara dayalı akımlar, aşırı fırtına olayları ve herhangi bir tahrik bileşeni için deniz yatak koşulları sağlar.Data fromASIFLT:0)Wind Europe[FLT]

2. Adım: Sistem Tasarımı ve Sizing

Site verilerini kullanarak, mühendisler zaman alan simülasyonlarını, itikatların karşı çıkmaları gereken maksimum güçleri hesaplamak için gerçekleştirirler. Anahtar parametreler rüzgardan itti, dalga sürüklenme gücü ve mevcut sürüklenme noktalarına diktir. Sonuç, en az dört arsa işletimsel iki sınıf için (diameter, güç, itki kuvvet) seçilir, böylece sistem 100 yıllık bir geri dönüş süresi fırtınayı güvenlik marjına dikebilir.

Kontrol sistemi tasarımı referans izleme bant genişliğini (bine kadar hızlı) seçmek ve denetim kazançlarını simülasyon yoluyla ayarlamak. Model tahmin edici kontrol (MPC) gibi modern yaklaşımlar iter tabanlı DP için kabul edilir, çünkü kısıtlamaları (güvenli güç limitleri, oran sınırları) açıkça idare edebilir.

Adım 3: Kurulum Donanımı

Kurulum ya kuru bir fikre (Yeni inşa yüzücüler için) veya yüzer merkezdeki ağır kaldırma gemilerinde meydana gelir. Thrusters, su ingresyonu önlemek için uygun bir ayarla monte edilmelidir. Sensör dizileri stratejik yerlere yerleştirilir: GNSS antenleri atlatma merkezinde, IMU'lar, yüzer merkezde.

Bazı durumlarda, bir DP sistemi ile donatılmış yüzer yükleme gemisi, şantiyede, itme kulesini monte ederken dinamik olarak pozisyon verebilir ve şantiyede iten ittif tabanlı DP'yi de uygulamanız gerekir.

Adım 4: Kontrol Yazılım Entegrasyonu ve Yapılandırma

Yazılım, daha sonra yüklenen yüklere göre yapılandırılır ve DP sistemi buna göre adapte edilmelidir.Intrat kontrol sistemi (pitch ve yaw) ile entegrasyon kritiktir: yüksek rüzgarlar sırasında, türbinin daha sonra yükleri azaltmak için yaw olması gerekir ve DP sistemi buna göre adapte olmalıdır.

Adım 5: Test ve Kalibrasyon

Test birkaç aşama içerir:

  • [FONT:0) Üst üste kabul testi (FAT): ), DP kontrolünü, gerçekçi rahatsızlıklarla bir donanım-in-the-loop (HIL) ortamında bir donanım-in-the-loop (HIL) ortamında bir şekilde devre dışı bırakmak.
  • [FONT:0]Dry ⁇ :[Dry ⁇ :[Dry ⁇ ) Verating Pusher rotasyonu, saha kontrolü ve su yükü olmadan zaman yanıt.
  • [FONT:0]Deniz denemeleri:[Dönetici:[Dönetici] başlatıldıktan sonra sistem yavaş yavaş yavaş deniz devletlerinde test edilir. Maneuvers, dengeleme ve çıkış değişiklikleri ile istasyon korumayı içerir. Reddans testleri (giriş veya sensör başarısız) DP sistemini doğrular ve #8217; pozisyon tutma yeteneği.
  • [FONT:0)Environmental tolerans testleri:) Çevre güçleri için telafi eden algoritmaları gerçek ölçüm hataları ile karşılaştırarak.

Tüm testler, ESFLT gibi sınıflandırma toplumlarının gerektirdiği gibi bir DP yetenek analizi raporunda belgelenmiştir:0)DNV) veya Lloyd’ Kayıt.

Adım 6: Komisyoning ve Sürekli İzleme

Test başarılı bir şekilde yapılırken, sistem tam zamanlı bir operasyon için görevlendirildi. Uzak bir izleme merkezi, DP performans göstergeleri (konuşturucu hatası, itkiler, yakıt tüketimi) ve sensörlerin düzenli kalibrasyonu (örneğin, gyro sürüklenme, GNSS multipath) planlanmaktadır.

Thruster-Based DP'nın Operasyonel Faydaları

Açık hava rüzgar çiftlikleri için bir iter tabanlı DP sistemi uygulamak sadece istasyon korumanın ötesinde birçok avantaj sağlar:

  • [FONT:0) Yüksek enerji üretimi:[Döneticiler içinde üstün rüzgarla uyumlu kalabilir, pasif mooring için beklemeden en yüksek rotor verimliliğini en yüksek şekilde optimize edebilir.
  • [[Düzük:0)Redüktör yorgunluk:[Dönetici:[Döncük hareketlerin toplanması kule ve nacelle bileşenleri üzerindeki yükleri azaltır, türbin ömrünü uzatır.
  • DÖRT:0) Alçakgönüllü yükleme ve bakım maliyetleri:[Dönerli Türler için, DP, büyük mooring demirleri ve zincirler için ihtiyacı ortadan kaldırmak ve derin sularda korumak için pahalı olan sistem, dinamik olarak atlayabilen bakım gemileri için daha kolay erişim sağlar.
  • [FONT:0) Geliştirilmiş güvenlik:[Dönetici:[Dönetici:0) Otomatik sürüklenme sırasında aşırı olaylar sırasında personel bakım veya onarım ziyaretlerinde koruma sağlar. Sistem ayrıca acil kapatma dizilerini yürütebilir ve türbini güvenli bir şekilde tutabilir.
  • [FONT:0] Çiftlik düzenindeki fark:) Çünkü DP kesin yerleştirme ve yeniden konumlandırmaya izin veriyor, türbinler uyanma yönetimi ve taksileme rotaları için daha uygun bir şekilde uzayabilir, genel çiftlik verimliliğini artırmak için.

Meydanlar ve Pratik Bakışlar

Yararlı bir DP sistemi uygulamak küçük bir başarı değildir. Aşağıdaki zorluklar ele alınmalıdır:

Yüksek Sermaye ve Operasyon Maliyetleri

Thrusters, jeneratörler ve reddant kontrol sistemleri pasif mooring ile orantılı olarak önemli sermaye maliyeti ekliyor. Operasyonel maliyetler de saldırganlar için yakıt (veya batarya aşınması) nedeniyle yükselmektedir. Ancak, deniz rüzgar endüstrisi daha derin sulara kadar açık bir şekilde denizler, maliyet boşlukları daraltır çünkü maliyetlerin yüksek derecede ağır ve pahalı hale gelir.

Yazılım Güvenilirliği ve Kompleksi

DP kontrol sistemi sensör başarısızlıklarını ele geçirebilmeli, dalga frekansı filtrelemesi ve çevresel koşulları pozisyon kaybetmeden değiştirmeli. Yazılım böcekleri veya hata kalibrasyonu, bitişik türbinlerle çarpışmaya veya ızgara kapanışına yol açabilir. Rigorous test ve titiz sürüm kontrolü zorunludur.

Düzenleme ve Sınıf Topluluğu Uyum

Rüzgar türbini DP sistemleri şu anda özel bir uluslararası standartta yoksundur.Exping IMO DP yönergeleri (MSC/Circ.63) gemiler için yazılmalıdır, stationary türbini ile entegrasyon. DNV gibi sınıflama toplumları önerilen uygulamaları (DNV-RP-E307, iterler için, DNV-OS-C101 for DP sistemleri için), ancak sahipleri alternatif uyum rotalarını tanımlamak için sınıfla yakından çalışmalıdır.

Subsea Bileşenler Bakım

Thrusters, biyofouling, korozyon ve deniz büyümesine tabi tutulur. Düzenli sualtı denetimleri (örneğin, ROV'leri kullanarak) ve iter yedekleri özel gemiler ve dalgıçlar gerektirir. Bakım ihtiyacı, pervanesiz kesinti süresi boyunca bazı operasyonel kazanımlar dengelemek olabilir.

Siber güvenlik

Modern DP sistemleri ağlanıyor ve sıklıkla uzaktan takip ediliyor, siber saldırılara karşı savunmasız hale getiriyor. Kötü niyetli bir yük, diğerleriyle sürüklenme ve çarpıtmasına neden olabilir. Sağlam ağ segmentasyonu, güvenlik duvarı ve şifreli iletişim. DP sistemi de fiziksel izolasyonla bir el ele geçirmelidir.

Power Beauty Trade-offs

Thruster güç talebi yüksek olabilir, özellikle de sert denizlere orta düzeyde. Bir yüzer rüzgar çiftliğinde, tek bir türbin DP sistemi normal koşullardan% 10'a kadar tüketebilir ve fırtınalar sırasında daha fazla.Bu parasitic kaybı net enerji ihracatını azaltır. Kontrol stratejilerinde, örneğin rotoru bir & #8220 olarak kullanarak;sail” downloaden, DP'yi daha düşük kullanım için.

Future Yol ve İnovasyonlar

Rüzgar çiftlikleri için iter tabanlı DP alanı hızla gelişmektedir. Anahtar eğilimleri şunları içerir:

  • [FONT:0) Olasılıksal planlama ile bir Özerk DP: Future sistemleri, önceden belirlenmiş ve yakıt kullanımını optimize etmek için hava tahminlerini içerecektir.
  • [FONT:0) Ağ hizmetleri ile ilgili olarak:) DP iteratörler, tam olarak yüklenen zaman, güç elektroniklerini değerli bir varlık haline getiremeyen ızgaraya reaktif güç desteği sağlayabilir.
  • [FONT:0)Kondition-based bakım: Pusher vibrasyon verileri, petrol analizi ve tork imzaları, gerçekleşmeden önce hataları tahmin etmek, planlanmamış kesinti süresi azaltmak.
  • [FONT:0) rüzgar çiftliği kümeleri arasında paylaşılan DP: Tek bir DP destekli hizmet gemisi, her bir türbinin ve transfer personeli veya bileşenlerinin kendi tam DP paketine sahip olmadan dinamik olarak konumlandırılabilir.

Hava endüstrisi için DP arayüzlerini daha düşük maliyet ve dağıtım için nasıl standartlaştırdığını araştıran kurumlarda araştırma.Resshore Yenilenebilir Enerji (ORE) Catapult)

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Mekanik bir konumlama sistemi, yüksek stabilite, güvenlik ve enerji verimini sert ortamlarda hedef alan yüzen deniz rüzgar çiftlikleri için zorlayıcı bir çözüm sunar. Uygulama, sistematik bir yaklaşım gerektirir: Güvenli site değerlendirme, itmeleyici ve sensör donanımları, sağlam kontrol algoritması tasarımı ve egzoz testi.Bu tür işlemler için daha yüksek kalırken, esnekliğin azaltılması, deniz yatağı etkisi için en yüksek olması ve hassas istasyon koruma DP'yi derin su projeleri için cazip bir seçim gerektirir.