Research and Development: Applications

W wyniku wyczerpywania się konwencjonalnych źródeł energii oraz wzrostu zapotrzebowania energetycznego, energia wiatrowa cieszy się coraz większa popularnością. Przeważająca ilość farm wiatrowych wciąż zlokalizowana jest na lądzie , jednak coraz częściej turbiny wiatrowe instalowane są w rejonach morskich. Ze względu na specyficzny charakter pola wiatrowego ponad rejonami morskimi, farmy wiatrowe tam zlokalizowane są znacznie bardziej produktywne. Turbiny mogą być instalowane w rejonach płytkowodnych, które charakteryzują się występowaniem fal załamujących się. Fale załamujące się, w szczególności przelewowe, generują największe obciążenia hydrodynamiczne na strukturach podporowych wiatraków (Chella, T?rum 2012). Przez wzgląd na złożony oraz krótkotrwały charakter obciążeń ich opis wymaga wnikliwej analizy, zarówno pod względem właściwości fizycznych fali załamującej się, jak i siły reakcji struktury na działanie fali. Najczęściej stosowanymi konstrukcjami podporowymi dla turbin wiatrowych w strefie przybrzeżnej są struktury kolumnowe, podpory grawitacyjne oraz konstrukcje kratowe, przy czym te ostatnie znajdują coraz częstsze zastosowanie.
Istnieją modele matematyczne prognozujące wielkość obciążeń, działających na struktury kolumnowe w środowisku morskim (Wienke, Oumeraci 2005, Goda i in. 1966), jednak badań dotyczących konstrukcji kratowych przeprowadzono niewiele, a ich wyniki pozostawiają wiele wątpliwości. Pierwsze eksperymenty odnoszące się do obciążeń pochodzących od fal załamujących się na kratownicach, przeprowadzono w małej skali i tylko dla poszczególnych elementów konstrukcji, a analiza danych wskazała na znaczne różnice pomiędzy wynikami uzyskanymi w oparciu o modele matematyczne a danymi eksperymentalnymi. Badanie tego zagadnienia kontynuowano w ramach projektu WaveSlam (Wave slamming forces on truss structures in shallow water) sfinansowanego z inicjatywy HydraLab IV, z funduszy 7 Programu Ramowego UE.
Wyniki pomiarów, uzyskane w trakcie realizacji projektu WaveSlam, posłużą dogłębnej analizie sił pochodzących od fal załamujących się, przy wykorzystaniu istniejących metod obliczeniowych, jak na przykład Frequency Response Method oraz rozwinięciu dodatkowych narzędzi analitycznych. Podjęta zostanie próba usprawnienia obecnie funkcjonujących modeli semiempirycznych. Ponadto analizie poddana zostanie kinematyka fali załamującej się. Przeprowadzone badania oraz analizy pozwolą na głębsze zrozumienie zjawiska załamywania się fali na konstrukcjach morskich oraz rozwinięcie modelu matematycznego opisującego siły generowane przez fale załamujące się. Ponadto pozwoli ona ocenić, która z metod wykorzystanych w trakcie analizy jest skuteczniejsza i dokładniejsza. Ze względu na złożony charakter obliczeń narzędziem niezbędnym, dla efektywnej i poprawnej pracy jest oprogramowanie MatLab oraz, pomocniczo, Mathematica.