FELOSEFI

Door de wisselende belasting in de stalen ondersteuningsconstructie van de turbine ontstaan naar verwachting op de lange duur vermoeiingsscheuren in de lassen. Deze kunnen uitgroeien tot een grootte waarbij de constructie plotseling faalt als een hoge belasting optreedt. Het vermoeiingsgedrag is sterk bepalend voor het ontwerp van de constructie en het aantal inspecties gedurende de levensduur van het park.

De figuur hieronder laat gemeten spanningswisselingen in een turbinefundatie zien over de looptijd van 28 dagen. Analyse van meetdata van 2 andere windparken laten een soortgelijk beeld zien. Typisch voor offshore wind, en anders dan bijvoorbeeld voor offshore-platforms en schepen, is dat de belasting gedurende één of meer dagen fluctueert rond een bepaald gemiddelde en dat het gemiddelde daarna opeens sterk verandert. Deze plotselinge veranderingen in gemiddelde spanning kunnen zowel een versnelling als een vertraging van de scheurgroeisnelheid geven. Juist vanwege de karakteristieke belastingwisselingen voor offshore wind en het feit dat vermoeiing een design-driver is, is het nuttig te onderzoeken of dit fenomeen kan leiden tot verlaging van de O&M-kosten.

In FeLoSeFI wordt een nieuwe berekenings-methode ontwikkeld om belastingsvolgorde-effecten mee te nemen in de vermoeiings-analyse. In een PhD-studie is een gedetailleerd model ontwikkeld dat deze versnellingen en vertragingen voorspelt. Dit model is rekentijd-intensief. Daarom wordt een snel analytisch model ontwikkeld dat de verschillende effecten uit het gedetailleerde model imiteert. Uit materiaaltesten (figuur rechts) blijkt dat de vertraging domineert. Om deze resultaten te bevestigen voor een gebruikelijke gelaste verbinding in een fundatie, worden vermoeiingstesten uitgevoerd op een T-verbinding van 2 buizen. (Foto's; links een geschaald jacket-knooppunt en rechts detail van de las en de instrumentatie van het proefstuk)

"een geschaald jacket-knooppunt"

een geschaald jacket-knooppunt                                                                        detail van de las en de instrumentatie van het proefstuk

De figuur hieronder presenteert de resultaten van een materiaaltest, namelijk de scheurlengte “a” over het aantal belastingwisselingen als het proefstuk belast wordt met blokken van wisselende belastingen met een groot verschil in gemiddelde spanning. Duidelijk is de scheurgroeivertraging zichtbaar op het moment dat overgestapt wordt naar een volgend belastingblok. Het grote aantal belastingwisselingen over de turbine-levensduur maakt dat deze tijdelijke vertragingseffecten toch een significante invloed hebben op de scheurgrootte over de gehele levensduur. Het nieuwe vermoeiingsmodel kan in de ontwerpfase gebruikt worden om de constructie lichter te maken of een langere levensduur aan te tonen. In de operationele fase kan dit gebruikt worden om een langere restlevensduur aan te tonen.

In de ontwerpfase van een windpark worden inspectie-eisen en -intervallen vastgesteld. Bij veel constructies blijkt achteraf dat dit onnodig conservatief is, bijvoorbeeld doordat de belastingen minder zwaar zijn dan gedacht of dat de laskwaliteit beter is dan verondersteld. De resultaten van een uitgevoerde inspectie, bijvoorbeeld er is geen scheurtje geconstateerd terwijl het wel verwacht wordt, is waardevolle informatie over het werkelijke gedrag van de constructie. Deze informatie wordt nu niet gebruikt. In FeLoSeFI is een probabilistisch model ontwikkeld dat de resultaten van eerdere inspecties meeneemt in de beoordeling wanneer de volgende inspectie uitgevoerd moet worden. In dit model worden de kans van falen van de constructie op vermoeiing en de kosten van inspecties, reparatie en falen gewogen om tot een optimaal inspectie- en reparatie-scenario te komen. Zowel de klassieke faalmodellen voor vermoeiing als het in FeLoSeFI ontwikkelde vermoeiingsmodel kunnen gebruikt worden in dit onderhoudsadvies-tool. In een recent uitgebrachte DNV guideline voor offshore toepassingen wordt een soortgelijke probabilistische benadering toegestaan.