مطالعه عددی بررسی رفتار سازه‌ای توربین‌های بادی ثابت فراساحلی دارای مقاطع مرکب فولاد و بتن متکی بر فونداسیون هایبریدی مونوپایل-پی سطحی

انرژی باد دریایی یکی از اصلی‌ترین منابع انرژی تجدیدپذیر است که باعث گسترش روزافزون مزارع بادی دریایی در سطح جهان شده است. یکی از چالش‌های مهم برای پروژه‌ های باد فراساحلی، هزینه ساخت ‌و ساز فونداسیون آن است که بسته به موقعیت و نوع توربین بادی، حدود 16 تا 34 درصد کل هزینه را در بر می‌گیرد. بنابراین، طراحی مناسب فونداسیون‌ها برای اطمینان از کارایی بهتر توربین‌های بادی دریایی بسیار مهم است. فونداسیون پیشنهادی در این تحقیق شامل یک فونداسیون هایبریدی مونوپایلپی سطحی است که در بخشی از مونوپایل آن به جای مقاطع فولادی رایج، از مقاطع cfdst استفاده شده است. تحلیل دینامیکی فونداسیون مورد نظر تحت بارهای محیطی با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد استفاده از مقاطع cfdst علاوه بر اینکه می‌تواند امکان کاهش قطر مونوپایل را فراهم کند، اضافه کردن پی سطحی به مونوپایل، سختی جانبی بیشتری را برای شمع در تراز بستر ایجاد می‌کند و جابه‌جایی جانبی آن را نیز کاهش می‌دهد. همچنین با مقایسه فرکانس‌های طبیعی توربین‌های بادی متکی بر فونداسیون پیشنهادی، مشخص شد که این سازه‌ها در محدوده مجاز فرکانسی قرار می‌گیرند و خطر تشدید آنها را تهدید نمی‌کند.

Numerical investigation of structural behavior of fixed offshore wind turbines with CFDST sections based on hybrid monopile-footing foundation

Offshore wind energy is one of the main sources of renewable energy, which has led to the increasing expansion of offshore wind farms worldwide.One of the major challenges for offshore wind projects is the cost of construction of the foundation, which, depending on the location and type of wind turbine, accounts for about 16 to 34% of the total cost.Therefore, proper design of foundations is very important to ensure the performance of offshore wind turbines.The foundation proposed in this research includes a hybrid monopilefooting foundation in which CFDST sections have been used in monopile instead of conventional steel sections.Dynamic analysis of the foundation under environmental loads has been performed using finite element method by ABAQUS software. The results show that the use of CFDST sections, in addition to being able to reduce the diameter of the monopile, add a circular footing to the monopile, creates more lateral stiffness for the monopile at mud level and also reduces its lateral displacement.Also, by comparing the natural frequencies of wind turbines based on the proposed foundation, it was found that these structures are within the allowable frequency range and do not pose a risk of resonance.