Designgrundlag for vindmølleparker på havet DESIGN REGULATIONS FOR OFFSHORE WINDFARMS

Designgrundlag for vindmølleparker på havet DESIGN REGULATIONS FOR OFFSHORE WINDFARMS EFP J.nr. 1363/99-0007 Resumérapport SEAS Distribution A.m.b.A. ELSAMPROJEKT A/S Forskningscenter RISØ Det Norske Veritas RAMBØLL NIRAS Rådgivende ingeniører og planlæggere A/S April 2001 File: Resumerapport 010418 ljo.doc

Resumerapport Ver. 2 Side 2 af 37 Indholdsfortegnelse 1. Forord... 3 1.1 Projektets offentliggørelse... 3 1.2 Projektudarbejdelse... 4 1.3 Baggrund, formål og resultat... 5 2. Naturgivne, ydre betingelser.... 6 2.1 Vinden... 6 2.1.1 Ekstremvind... 6 2.1.2 Turbulens... 7 2.1.3 Reduceret vindhastighed i store vindmølleparker... 8 2.2 Geoteknik... 9 2.2.1 Geologiske og geotekniske undersøgelser.... 10 2.2.2 Geoteknisk design... 10 2.2.3 Probabilistisk stabilitetsanalyse af vindmøllefundament på ler ved cyklisk last... 11 3. Laster... 12 3.1 Ekstremlaster fra vind... 12 3.2 Hydrauliske laster... 12 3.3 Samtidighed... 13 3.4 Statistisk analyse af simultane bølge- og vind klimadata... 14 3.5 Skibsstød... 15 3.6 Normkalibrering for havvindmøller... 16 3.7 Norm (Rekommandation til Teknisk Grundlag)... 16 3.7.1 Anvendelse... 16 3.7.2 Forudsætninger og normhenvisninger... 17 3.7.3 Vind og laster.... 18 3.8 Vejledning i rapportering og analyse af klimapåvirkninger... 19 3.9 En havvindmøllemodel... 20 4. Konstruktion... 22 4.1 HawC/Flex5 sammenligning for vindmølle på land... 22 4.2 HawC/Flex5 sammenligning for havvindmølle... 24 4.3 Afprøvning af designgrundlag, vindmølleberegninger... 24 4.4 Afprøvning af designgrundlag, fundamentsberegninger... 25 4.5 Konklusion fra konstruktionsgruppen... 27 5. Andet... 28 5.1 Materialer... 28 5.1.1 Betonkonstruktioner og beskyttelsessystemer... 28 5.1.2 Stålkonstruktioner og beskyttelsessystemer... 29 5.2 Drift, vedligehold og myndighedskrav... 29 5.3 Måleprojekt... 31 6. Konklusion... 35 7. Referencer... 36 Versioner. Ver. 1 Udgivet 28/3 2001 - Udsendt sammen med baggrundsrapporter. Ver. 2 Udgivet 18/4 2001-5.3 Måleprojekt afsnit revideret.

Resumerapport Ver. 2 Side 3 af 37 1. Forord 1.1 Projektets offentliggørelse I denne rapport resummeres resultaterne fra indeværende projekt: Designgrundlag for vindmølleparker på havet. Projektet har haft to faser. I første fase blev udarbejdet et designgrundlag for udbud af de første havvindmølleparker, i anden fase blev problemstillinger fra første fase belyst og baggrundsrapporter udarbejdet. Denne rapport kaldet Resumerapporten omfatter begge faser og er opdelt i de fire hovedkapitler: Kap. 1: Forord om projektets gennemførelse og rapportering Kap. 2: Naturgivne ydre betingelser om vinden, havet og havbunden Kap. 3: Laster incl. samtidighed og sikkerhed Kap. 4: Konstruktion sammenligning mellem Flex4 og HawC. Kap. 5: Andet materialer, drift og vedligehold, måleprojekt, I februar 2000 blev de første resultater fra projektet offentliggjort i rapporten Designgrundlag for vindmølleparker på havet kaldet Designgrundlagsrapporten, i denne rapport er der siden foretaget mindre rettelser, og den fremtræder nu som 2. udgave fra december 2000. Rapporten omfatter bl.a. sitespecifikke data for Horns Rev, Læsø syd, Rødsand og Omø stålgrunde. Rapporten har været grundlaget for de udbudsbetingelser, som elselskaberne har udarbejdet til de første havvindmølleparker ved Horns rev og Rødsand. Designgrundlagsrapporten består af seks dele: Del 0: Forord Del 1: Normgrundlag og fravigelser Del 2: Hydrauliske forhold og skibsstød Del 3: Geoteknisk design Del 4: Materialer. State of the Art Del 5: Drift og vedligehold. Erfaringer og anbefalinger Del 1 i ovennævnte rapport er i løbet af år 2000 indarbejdet i den af Energistyrelsen udgivne Rekommandation for teknisk godkendelse af vindmøller på havet som er bilag til Teknisk grundlag for typegodkendelse og certificering af vindmøller i Danmark, denne Rekommandation er herefter at betragte som normgrundlag for havvindmøller. I anden fase af projektet er der gået i dybden med diverse problemstillinger af mere generel karakter, som ikke kunne rummes indenfor den første fase i projektet. For hver af disse emner, er der udarbejdet baggrundsrapporter, notater eller abstracts. De fleste af disse fremstår som selvstændige dokumenter, og kan benyttes uafhængigt af de øvrige.

Resumerapport Ver. 2 Side 4 af 37 Resumerapporten, designgrundlagsrapporten, baggrundsrapporter, notater og abstracts er tilgængelige på internettet og kan hentes i pdf format på projektets hjemmeside på adressen www.risoe.dk/vea/offdes. Der har været afholdt i alt fire høringsmøder med vindmøllefabrikanter og andre interesserede i løbet af projektet. Dette er gjort for at offentliggøre og diskutere metoder, status og arbejdspapirer tidligt i projektet. Møderne har været værdifulde ved at tvinge projektdeltagerne til at opsummere og konkludere på igangværende arbejder, og ved at få tilbagemeldinger fra vindmølleindustrien på arbejdet. De fire møder har været afholdt den 19/3 1999, 14/10 1999, 1/3 2000, 24/11 2000, med deltagelse af projektdeltagerne, Bonus, Vestas, NEG Micon, Tacke, Enercon, Wincon, Nordex, Vindmølleindustrien, Carl Bro m.fl. Deltagerantallet til hvert møde har været på 25-35 personer. 1.2 Projektudarbejdelse Efter samtaler med vindmølleindustrien formulerede en projektgruppe med deltagere fra SEAS, ELSAMPROJEKT, RISØ, DNV, RAMBØLL og NIRAS ultimo 1998 en ansøgning til Energistyrelsen om støttemidler til udarbejdelse af et designgrundlag for de kommende store havvindmølleparker. Ansøgningen, der blev støttet under EFP J.nr. 1363/99-007, omfattede 9 årsværk og havde et samlet budget på 10,5 mio. kr.; EFP tilskuddet dækkede 59 %, mens resten var egenfinansiering fra deltagerne. I starten af 1999 etableredes et antal arbejdsgrupper med følgende emneområder og formænd samt yderligere deltagelse af medarbejdere fra de implicerede parter: ATMOSFÆREN: Sten Frandsen, RISØ HYDRAULISKE FORHOLD/ SKIBSSTØD: Torben A. Nielsen, RAMBØLL GEOTEKNISK DESIGN: Claus Gormsen, NIRAS LAST OG SIKKERHED: Knut O. Ronold, DnV KONSTRUKTIONSBEREGNINGER: Henrik Juhl, RAMBØLL MATERIALER: Ole Viggo Andersen, NIRAS DRIFT OG VEDLIGEHOLD: Lars Jørgensen, SEAS Efter udgivelsen af 1.udgave af Designgrundlagsrapporten, februar 2000 fortsatte arbejdet i to grupper: FUSIONSGRUPPEN (Last/sikkerhed, samtidighed): Sten Frandsen, RISØ KONSTRUKTIONSGRUPPEN (Beregninger): Mogens Bergholdt, NIRAS Der har desuden været benyttet ekstern assistance fra: DHI; J. Dalsgaard Sørensen, Aalborg Universitet og Helge Graversen, Carl Bro. Carl Birck, NIRAS, Henning Grastrup, ELSAMPROJEKT og Lars Jørgensen, SEAS har sammen med arbejdsgruppelederne sikret den tværgående kommunikation og redaktion samt kontakten til vindmølleindustrien. Lars Jørgensen, SEAS har forestået projektledelsen.

Resumerapport Ver. 2 Side 5 af 37 1.3 Baggrund, formål og resultat Der eksisterede som udgangspunkt ikke et konsistent og opdateret normsæt for vindmøller til havs og større vindmølleparker; hverken i Danmark eller i udlandet. Hidtidige enkeltmøller og mindre vindmølleparker på havet er således designet på et grundlag, der ad hoc er aftalt mellem bygherre, rådgiver og godkendende myndighed. Det overordnede formål med projektet har været at tilvejebringe et bedre designgrundlag for vindmølleparker på havet. På det korte sigt har formålet været at indsamle og bearbejde viden med henblik på de første udbud af vindmølleparker, samt at levere designgrundlaget for disse. Efterfølgende er der blevet arbejdet videre på designgrundlaget for at eftervise og uddybe dette. Der er arbejdet med emner indenfor klima, geologi, last, sikkerhed, materialer, drift og vedligehold. Endelig er der udarbejdet forslag til måleprojekter med såvel strukturelle som produktions målinger, således at dataindsamling kan startes og gennemarbejdes i et fremtidigt projekt umiddelbart efter færdiggørelsen af de første store havvindmølleparker.

Resumerapport Ver. 2 Side 6 af 37 2. Naturgivne, ydre betingelser. De naturgiven ydre betingelser omfatter alle klima og jordbundsforhold der er relevante for de udpegede placeringer for de første havvindmølleparker. Der er benyttet eksisterende viden og viden indsamlet parallelt med projektet bla. ved projektering af Middelgrundsprojektet og ved forprojektering af havvindmølleparkerne ved Horns rev, Rødsand, Læsø syd og Omø stålgrunde. 2.1 Vinden 2.1.1 Ekstremvind En del af revisionen af DS-410/412 har været at nedsætte ekstremvinden for de indre danske landområder. Det har hidtil været usikkert om dette også omfattede de kystnære indre danske farvande. Gennem analyser af målinger og ved undersøgelser med flowmodeller er det sandsynliggjort at nedsættelsen er dækkende, og kan benyttes ved design af de kommende vindmølleparker. Et væsentligt element til sandsynliggørelse, har været orkanen i december 1999. Under denne storm blev der målt ekstrem vinde hen over landet og ved de kommende havvindmølleparker. Disse tegnede et billede af at nedsættelsen af ekstremvinden for de indre danske områder er velbegrundet. De danske normer DS-410/472 indeholder formler til beregningen af den maksimale to sekunders vindhastighed, der forventes at forekomme i en periode af 50 år. Det er sandsynliggjort at disse formler er dækkende med den nedsatte ekstremvind også for de kystnære danske områder. Da målinger af vinde over havet er langt mindre dækkende end over land, har vi fundet det nødvendigt at begrænse os til at undersøge vindsituationer i kystnære danske farvande. Målingerne fra Vindeby, som er det bedste datasæt vi har til rådighed, rummer cirka tre års næsten kontinuerte hurtigtsamplede målinger. Tre år er ikke meget, når man vil finde de mest lastgenererende vindsituationer der måtte forkomme på 50 år. Men vi har generaliseret vha. statistiske ekstrapolationsmetoder, så vi er i stand til at komme med kvalificerede bud på 50-års situationerne. Data fra målemaster på de udpegede områder på Horns Rev, Læsø syd, Middelgrunden, Rødsand, Omø stålgrunde og Gedser Rev er også benyttet, selvom flere af disse målinger først er kommet i gang efter at projektet er startet op. Fra analysen kan vi tillige konkludere, at IEC-61400 s extreme operating gust er meget større end vi kan ekstrapolere os til i kystnære farvande. Situationen er mindre klar for extreme direction change (EDC). Den foreløbige analyse indikerer, at IEC s EDC kan være realistisk over kystnære farvande. Med stor sikkerhed kan vi sige, at de kystnære extreme speed shear og extreme directional shear er meget mindre en foreskrevet i IEC-61400. I modsætning til dette finder vi, at det estimerede 50-års extreme coherent gusts (ECG) er af samme størrelse som givet i IEC-61400. Dette kan virke overraskende. Det ser ud til, at ECG, som har en længere tidsskala end de andre gusts, er associeret med fænomener som mikro-fronter og torden skyer, mens

Resumerapport Ver. 2 Side 7 af 37 de andre gusts er associeret med overfladelags turbulens, som der ikke er meget af over havet. En analyse af data målt lige ved siden af Vindeby havmøllepark, tyder ikke på, at mølleparken i sig selv generer ekstreme vindsituationer. Der henvises til: Reference Extreme gusts over the coastal waters of Denmark 2.2 En storm gør ingen norm 2.1 2.1.2 Turbulens Turbulens i form af standard afvigelse af vindhastighedsfluktuationer og andre strømningskarakteristika er forskellige i henholdsvis den fri strømning og strømningen i det indre af vindmølleparker. Derfor må dimensionerings forudsætningerne for møller i parker ændres for at give samme sikkerhed som for den enkeltstående mølle. Standardafvigelsen af vindhastigheds fluktuationer er en kendt nøgleparameter, ikke mindst hvad angår udmattelse, og i projektet argumenteres for, at det er nok at tage hensyn den ændrede turbulens i mølleparken ved udmattelsesberegninger. Andre strømningsparametre som turbulensens skala, horisontale og vertikale gradienter vides også at have indflydelse på møllernes strukturdynamik. På den anden side er disse parametre korreleret med turbulensen, negativt eller positivt, og dermed kan turbulensen så at sige repræsentere disse. Således er der givet modeller for den fri turbulens, for den rumlige gennemsnitsturbulens samt for turbulensen direkte nedstrøm for en anden mølle. Endvidere er principperne for addition af udmattelsesvirkningen af de forskellige lasttilfælde. Kombinationen af lasttilfælde involverer en vægtningsmetode omfattende hældningen på det aktuelle materiales Wöhler kurve. Dette er nyt og nødvendigt for at undgå konservatisme med hensyn til stålkomponenter og ikkekonservatisme for glasfiber armeret plastmaterialer. Endeligt foreslås en praktisk anvendelig model til fremtidige standarder. Status for applikation af modellen er, at den per december 2000 indgår i Dansk Standards standard for konstruktion af vindmøller, DS 472, samt at den overvejes inkorporeret i den tilsvarende internationale standard for vindmøller, IEC61400-1. Indledende undersøgelser peger i retning af, at den fremgangsmåden også kan anvendes til forudsigelse af ekstremlaster i mølleparker. Der henvises til: Reference Integrated fatigue loading for wind turbines in wind farms by 2.3 combining ambient turbulence and wakes. Note re. Turbulence. 2.4 Turbulence and turbulence generated fatigue loading in wind turbine 2.5 clusters.

Resumerapport Ver. 2 Side 8 af 37 2.1.3 Reduceret vindhastighed i store vindmølleparker. Den enkelte vindmølle genererer en vindskygge således at en mølle i skyggen er eksponeret til en lavere vindhastighed og dermed vil give mindre produktion end den fritstående mølle. Baseret på lokal impulsmoment balance for strømningen og kontinuitet er der således udviklet metoder til at bestemme den reducerede produktion af mølleparker. For store mølleparker kan det imidlertid forventes, at der er et global samspil mellem mølleparken og vindklimaet. Dette skal forstås på den måde, at mølleparker med stor udstrækning vil forøge ruheden af terrænet og dermed reducere den horisontale middelvindhastighed. Resultatet vil i den uendelig store møllepark være, at der ikke kun vil være vindhastighedsreduktion i den umiddelbare vindskygge men også en generel reduktion. Denne generelle reduktion kan for så vidt godt indbygges i f.eks. Risøs PARK model således at vindhastigheden bagerst i parken kommer til at svare til den overflade ruhed, som mølleparken genererer. Men siden modellen er baseret på lokal kontinuitet af strømningen vil f.eks. fjernelse af een række tilsyneladende resultere i, at vindhastigheden genvinder styrke som før mølleparken. Dette er intuitivt forkert, idet det må forventes at det vil tage fjernelsen af et større antal rækker for at vindhastigheden har genvundet fuld styrke. Spørgsmålet er da 1) hvor stor afstand der skal være til en opstrøms møllepark for at vindhastigheden er oppe på fuld styrke igen og 2) hvor stor skal mølleparken være for at vindhastigheden bagerst (i forhold til vindretningen) svarer til mølleparkens egen ruhed.

Resumerapport Ver. 2 Side 9 af 37 16 15 Panofsky Panofski Presented M model Wind U speed [m/s] [m/s] 14 13 12 11 10 100 1000 10000 100000 Distance downstream x [m] Figur 1. Sammenligning af virkning af mølleparken for WasP model og model udviklet i projektet. Udvikling af vindhastighed efter ruhedsskift, den betragtede navhøjde er 36m, ruheden opstrøms er z 0 = 0.001m og ruheden af mølleparken er langt nedstrøms z 00 = 0.3m. Mølleafstanden er 7 rotordiametre. Det sidste spørgsmål er belyst i projektet ved at løse den globale impulsmoment balance som funktion afstanden fra parkens forkant, idet mølleparken behandles som et simpelt ruhedsskift i forhold til ruheden opstrøms. Resultatet er blevet sammenlignet med modellen for ruhedsskift, som er anvendt i WasP, se figuren. For Panofsky-modellen som anvendt i WasP er den asymptotiske vindhastighed opnået efter 3-5 km, mens for den nyudviklede model (som er en variant af Panofskys model) først når ligevægtsvindhastigheden efter 70-80 km. Der er altså en størrelsesorden til forskel. Andre forskningsarbejder giver tilsvarende store forskelle og problemet er, at der ikke findes målinger, der kan verificere den ene eller anden model. Det er derfor af stor betydning, at de kommende store offshore projekter også bruges til at udføre relevante målinger. Der henvises til: Turbulence and turbulence generated fatigue loading in wind turbine clusters. Reference 2.5 2.2 Geoteknik Behandling af de geotekniske forhold er delt op i to afsnit: design og undersøgelser. Selve designdelen er generelt gældende, mens der i delrapporter er udarbejdet et

Resumerapport Ver. 2 Side 10 af 37 større resume af de geologiske forhold på de 4 lokaliteter, hvor det er planlagt, at opføre de første store havvindmølleparker: Horns Rev Læsø syd Omø Staalgrunde Rødsand 2.2.1 Geologiske og geotekniske undersøgelser. For de 4 aktuelle lokaliteter er der til forprojekteringen af vindmølleparkerne gennemført geofysiske undersøgelser dækkende de enkelte projektområder. De geofysiske undersøgelser blev gennemført med henblik på bestemmelse af havbundskontur og beskaffenhed samt jordbundslag under havbund. Disse undersøgelser har sammen med de geotekniske undersøgelser dannet baggrund for den geologiske modellering, der er beskrevet i site specifikke delrapporter. Resultaterne af disse undersøgelser danner det geotekniske grundlag for selve fastsættelsen af designparametre. Disse findes i separate rapporter og dækker i rimeligt omfang flere fundamentsprincipper til stor dybde. Der henvises til: Reference DG Del 3. Geoteknisk design. Anneks 3.1 3.4 1.3 2.2.2 Geoteknisk design Udarbejdelsen af det geotekniske designgrundlag har taget udgangspunkt i de 4 førnævnte lokaliteter. Dvs. det er fokuseret på de indre danske farvande og forhold som forventes omkring Horns Rev. Der er således tale om forholdsvis begrænsede vanddybder på under 15 meter. Under udarbejdelse af designdelen har der været fokuseret på hvilke typer fundamentskonstruktioner der kunne tænkes at være aktuelle. Valget af konstruktion er primært betinget af den lokale geologi og jordbundsforholdene. Efterfølgende listning af tænkelige konstruktioner er således ikke komplet, men dækker de fleste principper. Der er i designdelen fokuseret på følgende fundamentskonstruktioner: Gravitationsfundament Gravitationsfundament med skørt Pæle/ankre Sugebøtter Tripod Der er i designdelen generelt angivet forhold omkring de statiske og dynamiske forhold og deformationsforholdene.

Resumerapport Ver. 2 Side 11 af 37 Herudover er der for hver enkelt af de nævnte fundamentskonstruktioner angivet, hvilke minimums analyser og geoteknsike vurderinger der skal gennemføres og i henhold til hvilke normer og rekommandationer. Der henvises til: Reference DG Del 3. Geoteknisk design 1.3 2.2.3 Probabilistisk stabilitetsanalyse af vindmøllefundament på ler ved cyklisk last Dimensionering af et vindmøllefundament på havet mod svigt i et underliggende lerlag under cyklisk belastning er behandlet i projektet. Lasthistorien i den værste storm i fundamentets levetid er etableret på basis af stokastiske bølge- og vindklimamodeller sammen med forenklede modeller for lastoverførsel til lastresponset i fugen mellem fundamentet og den underliggende jord. Jordens styrke- og deformationsegenskaber er repræsenteret ved det tøjningskonturdiagram, der kan etableres på basis af laboratorieforsøg på lerprøver, og naturlig variabilitet såvel som estimeringsusikkerheder er inkluderet i repræsentationen. Tøjningsakkumuleringsmetoden anvendes til at bestemme den akkumulerede forskydningstøjning i stormen. Et svigtkriterium på akkumuleret tøjning er defineret, og en første-ordens pålidelighedsmetode er benyttet til at beregne sandsynligheden for fundamentsvigt under cyklisk belastning. For en valgt tilstræbt værdi af svigtsandsynligheden er det nødvendige fundamentareal beregnet for et fundament for Rødsandforhold. Det er blevet konkluderet, at for forholdene på Rødsand er svigt i leret under cyklisk belastning ikke forventet at være en svigtmode, som vil blive dimensionerende for det geotekniske fundamentsdesign. Imidlertid er denne konklusion baseret på en antagelse om, at de tilgængelige testdata fra cykliske forsøg på lerprøver fra Rødsand er repræsentative. Disse testdata kommer fra forsøg på kun to lerprøver, hvilket er et meget begrænset grundlag for tolkning af tøjningskonturdiagrammet, og en fremtidig opdatering af analysen i rapporten bør derfor baseres på, at flere repræsentative testdata inkluderes. Den samme tilstræbte værdi af svigtsandsynligheden er benyttet til at vise hvorledes fundaments- og placeringsspecifikke sæt af partielle sikkerhedsfaktorer for deterministisk dimensionering mod svigt under cyklisk belastning kan blive kalibreret. Det er også vist, hvorledes et særlig robust sæt af partielle sikkerhedsfaktorer kan vælges blandt det uendeligt store antal sæt af sådanne faktorer, der tilfredsstiller kravet til svigtsandsynligheden. Der henvises til: Probalitistic stability analysis of wind turbine foundation on clay in cyclic loading. Reference 4.1

Resumerapport Ver. 2 Side 12 af 37 3. Laster I forhold til vindmøller på land kommer der for vindmøller på havet belastninger fra hydrauliske kræfter - bølger, is, strøm og tidevand. Bestemmelse af størrelsen af disse laster og ikke mindst kombination af dem er ikke en triviel opgave. Hidtil har det været muligt at benytte forholdsvis konservative antagelser af laster på konstruktioner til havs, men på grund at vindmøllers behov for optimal kostpris, er det nødvendigt at gennemgå alle laster og samtidigheden af disse grundigt og vurdere hvorvidt eksisterende normer, valg af sikkerhedsniveau og praksis er dækkende for vindmøller til havs. 3.1 Ekstremlaster fra vind Ekstremlaster på store moderne vindmøller vil sandsynligvis fremkomme under drift ved høj vind og ikke være forårsaget af ekstreme vinde, som man umiddelbart ville forestille sig. Dette skyldes at møllerne er standset ved ekstreme vindhastigheder og vingerne er pitchet i neutral stilling. Derfor må bestemmelse af ekstremlast vindsituationer omfatte flere egenskaber ved vinden. Udover den maksimale to sekunders middelværdi, må vindshear (positivt eller negativt), pludseligt forekommende stigninger af vindhastigheds og vindretningsændringer også inkluderes. For at redegøre for disse situationer har normen IEC-61400 foreskrevet en række deterministiske vindsituationer, som forventes at repræsentere de største belastninger for vindmøller. IEC-61400 forsøger, at dække alle almindelige vindmøllesites, men det er klart, at normen ikke kan beskrive alle sites. Så hvis usædvanlige møller eller dårligt undersøgte sites er på tale må man undersøge om IEC-61400 vindsituationerne er realistiske. Der henvises til: Reference Oplæg til undersøgelse af ekstraordinære lasttilfælde til havs. 5.5 3.2 Hydrauliske laster I projektet er der udført undersøgelser af de hydrauliske forhold til bestemmelse og beskrivelse af lasterne fra - Bølger - Strøm - Vandstandsvariation - Erosionsforhold - Is - Overisning Arbejdet er gennemført gennem en opstilling af formalisme og mål for indhold, gennemgang af eksisterende materiale om hydrauliske forhold, samt de i

Resumerapport Ver. 2 Side 13 af 37 projektperioden gennemførte undersøgelser herunder de gennemførte bølge- og vindmålinger. De statistisk behandlede hydrauliske parameter for de i projektet behandlede lokaliteter Horns Rev, Læsø syd, Rødsand og Omø stålgrunde er blevet sammenfattet. Tilsvarende er samtidigheden af de forskellige hydrauliske laster blevet behandlet, herunder opstilling af et oplæg til normformalisme ved kombination af afhængige miljølaster (vind, bølger, mv.) målrettet mod de ved mølle og fundamentsdimensionering anvendte tidssimuleringer. Arbejdet vedrørende de hydrauliske forhold, samt normformatet til håndtering af afhængige miljølaster ved anvendelse af tidssimuleringer, har dannet grundlag for det efterfølgende arbejde vedrørende samtidighed og partialkoefficienter. Der henvises til: Reference DG Del. 2. : Hydrauliske forhold og skibsstød 1.2 Hydrauliske forhold. Baggrundsdokument. 3.1 Rekommandation for teknisk godkendelse af vindmøller på havet. 5.1 3.3 Samtidighed For dimensionering af vindmøller på havet og deres fundamenter er det nødvendigt at betragte kombinationer af laster, der optræder samtidigt. For dimensionering mod en brudgrænsetilstand vil det således være aktuelt at dimensionere mod den største kombinerede last, der optræder i levetiden. Laster, der optræder samtidigt og skal kombineres, kan f.eks. være vindlast, bølgelast, strømlast og islast. For illustration er det tilstrækkeligt at se på kombinationen af to laster, vindlast og bølgelast. Der er tale om, to samtidigt optrædende lastprocesser, nemlig en vindlastproces og en bølgelastproces. Dette kan f.eks. være processer for henholdsvis horisontal vindkraftrespons og horisontal bølgekraftrespons i fundament-fugen mellem et gravitationsfundament og den underliggende jord. Disse lastprocesser vil være indbyrdes afhængige eller korrelerede som følge af, at de i høj grad har samme årsag: Jo kraftigere det blæser, desto højere vil bølgerne være. Bølge- og vindklima er således indbyrdes afhængige, og dette må der tages hensyn til, når samtidighed af bølger og vind, og af bølgelast og vindlast, skal studeres. For repræsentation af samtidige bølger og vind er der en farbar vej at gå, nemlig at modellere én klimavariabel som uafhængig og øvrige klimavariable som afhængige, f.eks.: Uafhængig variabel: Signifikant bølgehøjde H S, f.eks. Weibull-fordelt over lang tid Afhængige variable: Nulopkrydsningsperiode for bølger, T Z, betinget på H S, f.eks. lognormalfordelt i korttidstilstand

Resumerapport Ver. 2 Side 14 af 37 10-minutters middelvind, U 10, betinget på H S, f.eks. lognormalfordelt i korttidstilstand Standardafvigelse af vind, σ U, betinget på U 10, f.eks. lognormal- eller Frechetfordelt i korttids-tilstand Betinget på en given korttidstilstand med given værdi af H S og tilhørende udfald af T Z, U 10 og σ U, vil bølgeproces og vindproces være defineret og uafhængige, sådan at et arbitrært udfald af den ene proces vil være uafhængig af det samtidige udfald af den anden proces. Det samme gælder bølge-lastprocessen og vindlastprocessen, som kan etableres når konstruktionsdynamikken for mølle med fundament tages i betragtning. Al afhængighed mellem de to processer er udtrykt alene gennem deres fælles afhængighed af den uafhængige variabel, her H S. Kan de to lastprocesser kombineres lineært, vil man kunne finde det største lastrespons som den største af de to mulige kombinationer af maksimum af den ene lastproces plus arbitrær værdi af den anden lastproces. Kan processerne ikke kombineres lineært, foreligger en ikke helt ukompliceret opgave med at etablere den kombinerede lastproces, hvorpå maksimum af denne proces kan findes. Blandt alle korttidstilstande i konstruktionens levetid skal så den tilstand findes, der giver det største resulterende lastrespons; det er i dette eksempel den største resulterende horisontallast i fundamentfugen. Ovenstående kan bruges direkte i en probabilistisk analyse af største lastrespons i levetiden. I traditionel deterministisk design vil man baseret på undersøgelsen af bølgelast- og vindlastprocesserne måtte finde henholdsvis karakteristisk bølgelast og karakteristisk vindlast, f.eks. som 50-årsværdierne af henholdsvis bølgelast og vindlast. Hver karakteristisk værdi skal multipliceres med en partialkoefficient, og den ene desuden med en lastreduktionsfaktor, før de lægges sammen til at give den dimensionerende last, designlasten. Partialkoefficienterne og lastreduktionsfaktoren foreskrives i normer, og kan kalibreres ved hjælp af probabilistiske metoder. Ovenstående kan suppleres med betragtning af flere samtidige responser, f.eks. samtidig horisontallast i fundamentfugen og væltemoment om havbunden. Der henvises til: Reference Return Period for Environmental Loads Combination of Wind Loads 5.7 for Offshore Wind Turbines Simplificeret sandsynlighedsteoretisk analyse af 5.4 samtidighedsproblematikken Rekommandation for teknisk godkendelse af vindmøller på havet. 5.1 3.4 Statistisk analyse af simultane bølge- og vind klimadata. Vind- og bølgeklimavariable fra Horns Rev og Rødsand er blevet analyseret for at undersøge samtidighed af vind og bølger. Observationerne består af samtidige værdier af signifikant bølgehøjde, nulopkrydsningsperiode, 10-minutters middelvindhastighed og standardafvigelse af vindhastigheden. Fra Horns Rev foreligger samtidige vindmålinger i fire højder, medens der fra Rødsand foreligger

Resumerapport Ver. 2 Side 15 af 37 samtidige vindmålinger i tre højder. Målingerne er udført i løbet af en periode på ca. et år. Analyserne af de foreliggende data er udført med henblik på at tolke betingede fordelinger af tre variable som følger nulopkrydsningsperioden T Z betinget på signifikant bølgehøjde H S 10-minutters middelvindhastighed U 10 betinget på signifikant bølgehøjde H S vindhastighedens standardafvigelse σ U betinget på 10-minutters middelvindhastighed U 10 Analyserne er udført med fokus på identifikation af fordelingstyper og estimering af fordelingsparametre og der hvor det er relevant disses variation med højden. Hovedvægten i analyserne er lagt på præsentation af resultater for middels til store værdier af de uafhængige variable, dvs. de variable som de tre betragtede variable er betinget på. Sandsynlighedsplot til underbyggelse af de præsenterede resultater er givet i seks bilag i rapporten. Der henvises til: Reference Statistical Analyses of Simultaneous Wind and Wave Climate Data. 5.6 3.5 Skibsstød Der er opstillet en formalisme til behandling af skibsstød på havvindmøller ved de fire udvalgte lokaliteter Rødsand, Omø Stålgrunde, Læsø syd og Horns Rev. Tilsvarende er nedenstående parametre beskrevet - Designskib med udgangspunkt i et skib af en størrelse som relateres til sjældent forekommende serviceskibe eller uvedkommende sejlads - Drivhastighed udfra de lokale vind og strøm forhold - Lastpåførsel på den samlede konstruktion, herunder globale og lokale forhold - Acceptabelt skadesniveau på den samlede konstruktion i forbindelse med skibskollision - Kollisionens dynamiske virkemåde Generelt foreslås der defineret to stødsituationer dels en ulykkestilstand, som fastlægges på grundlag af et sideværts drivende skib af en størrelse som relateres til sjældent forekommende serviceskibe eller uvedkommende sejlads og dels en brudgrænsetilstand, som fastlægges i forhold til det typiske forsyningsskib, der antages at anløbe konstruktionen ved direkte anløb med en passende valgt affendring af konstruktionen. Der henvises til: Reference DG Del. 2. : Hydrauliske forhold og skibsstød 1.2 Skibsstød. Baggrundsdokument. 3.3 Rekommandation for teknisk godkendelse af vindmøller på havet. 5.1

Resumerapport Ver. 2 Side 16 af 37 3.6 Normkalibrering for havvindmøller Ideelt set bør man kalibrere partialkoefficienter og karakteristiske værdier for vind og bølgelaster ved udarbejdelsen af design- og normgrundlag for havvindmølleprojekter. Formålet med notat angående dette emne er kort at redegøre for fremgangsmåden og normimplementeringen af de kalibreringer og analyser, som bør foretages i tilknytning til udarbejdelsen af design- og normgrundlag for havvindmølleprojekter. Notatet fokuserer primært på havvindmøllespecifikke problemstillinger. Der bliver fremlagt to metoder, en normkalibrering/lastkombinations-analyse ved hjælp af strukturelle sikkerhedsanalyser samt en design value metode. Udover redegørelsen giver notatet nogle anvisninger, der er opsummeret i det følgende. Man kan begynde med at anvende design value metoden, da den rent arbejdsmæssigt vil give de hurtigste omend groveste resultater. Det dog er usikkert, om metoden kan anvendes ved udmattelseslaster. Resultaterne vil dog være anvendelige, og endvidere vil de anvendte metoder og modeller også kunne anvendes i en senere forbedret kalibrering vha. sikkerhedsanalyser. De karakteristiske/regningsmæssige værdier, der findes ved disse beregninger, vil kunne omregnes til laster af forskellig returperiode i afhængighed af fordelingsantagelser for vindlaster, bølgelaster, islaster etc.. Således bør det overvejes, om fordelingsantagelserne, herunder lasternes variationskoefficienter, skal inkluderes i normformatet som f.eks. gennem korrektionsformler som i DS410. Et led i kalibreringen er udformning af normformat. Det anbefales at normformatet fastlægges efter en nærmere analyse, idet der skal søges mest muligt sammenhæng med nuværende praksis for vindmølledesign (specielt specifikation af samtidige lasters returperiode i stedet for lastreduktionsfaktorer). Der henvises til: Reference Notat: Normkalibrering for havvindmøller 5.9 3.7 Norm (Rekommandation til Teknisk Grundlag) Rekommandationen er udarbejdet af en arbejdsgruppe, der blev nedsat i december 1999 af Energistyrelsens "Rådgivende udvalg for vindmøllegodkendelsen i Danmark". Rekommandationen er i vid udstrækning baseret på det oplæg til et normformat, der blev udgivet ved første rapport i indeværende projekt og efterfølgende analysearbejde og resultater, men også andre ressourcer har været involveret. Rekommandationen er et bilag til "Teknisk grundlag for typegodkendelse og certificering af vindmøller i Danmark", og indeholder anvisninger og supplerende oplysninger om godkendelseskrav for vindmøller, der opstilles på havet. 3.7.1 Anvendelse Der er i Rekommandationen tilstræbt en detaljeringsgrad, der for vindmøller på havet er tilstrækkelig for

Resumerapport Ver. 2 Side 17 af 37 design og detailprojektering af fundamenter design/tilpasning af vindmøller I et vist omfang er også behandlet følgende emner: Adgangs- og arbejdsforhold under bygning og drift Materialer Korrosionsforhold Skibskollision. 3.7.2 Forudsætninger og normhenvisninger Ved design af vindmøller til opstilling og drift på havet skal sikkerhedsniveauet svare til det niveau, som den danske vindmølleindustri hidtil har opnået ved opstilling og drift af vindmøller på landjorden i Danmark. Opstilling og nettilslutning af vindmøller i Danmark på land og i de danske farvande kræver, at vindmøllerne har en dansk typegodkendelse. Denne typegodkendelse er baseret på Teknisk grundlag for typegodkendelse og certificering af vindmøller i Danmark (TG) suppleret med nærværende og andre gældende rekommandationer under TG DS 472, Last og sikkerhed for vindmøller Øvrige danske og udenlandske standarder og normer som listet i TG For bølgelaster refereres generelt til DS 449 Pælefunderede offshore stålkonstruktioner. DS 449 er ikke opdateret sammen med de øvrige danske normer, men vejledende materiale heri kan stadig anvendes. Partialkoefficienter i DS 449 kan ikke anvendes i sammenhæng med de nye konstruktionsnormer. For islaster refereres generelt til API Recommended practice 2N, 2 nd ed (1995) Recommended practice for planning, designing and constructing structures and pipelines for arctic conditions Partialkoefficienter m.m. i DS 472 er ikke revideret sammen med de danske konstruktionsnormer (DS 409 DS 415 i 1998-1999, hvorfor et tillæg til DS 472 under udarbejdelse. Indtil dette tillæg foreligger skal de reviderede konstruktionsnormer benyttes sammen med DS 472, men med følgende rettelser i forhold til DS 472: Ændrede lastpartialkoefficienter Basisvind defineres som i DS 410, afsnit 6.1.1, 4. udg., 1999 Størrelsesreduktionsfaktor for kvasistatisk beregning af vindlast indføres

Resumerapport Ver. 2 Side 18 af 37 Turbulens i vindmølleparker Disse værdier og beregningsmetoder er angivet i Rekommandationen. Ønskes andre normer eller metoder anvendt, skal der redegøres for, hvordan det samme sikkerhedsniveau som er specificeret i de ovenfor nævnte danske normer er opnået. Det antages at der normalt i forbindelse med valg af placering eller VVMredegørelsen er udarbejdet en risikovurdering indeholdende bl.a. kvantificering af risiko for skibstød fra 3. parts skibe differentieret på skibstyper og tilhørende antagne skibsstøds-energier. 3.7.3 Vind og laster. Følgende hovedelementer indgår i Rekommandationen, disse er udviklet i projektet og er en udvidelse eller modifikation af eksisterende normmateriale. Ekstremvindhastigheder over vandet: I Nordsøen gælder, at for afstande fra kysten større end 50 km skal basisvindhastigheden 31 m/s benyttes. For afstande fra kysten mellem 0 og 50 km kan basisvindhastigheden bestemmes ved en lineær interpolation mellem værdien 27 m/s ved kysten og værdien 31 m/s i en afstand af 50 km fra kysten. Basisvindhastigheden i de indre danske farvande skal regnes at være den samme som over land. Partialkoefficient for luftlaster med mølle i drift: I den nye (generelle) vindnorm DS 410 er partialkoefficienten for luftlaster øget fra 1,3 til 1,5. Ved DS 472 revisionen er partialkoefficienten for luftlaster med møllen i drift fastholdt til 1,3 og argumentation er givet for dette. Turbulens i mølleparker: Model for hvorledes forøgede udmattelseslaster i mølleparker tages i regning er indføjet, se andetsteds i denne rapport. Mht. naturlaster indeholder Rekommandationen følgende: Middelvindhastighed i 50 m højde: For Nordsøen sættes middelvindhastigheden til 10 m/s og for de indre danske farvande til 8.5 m/s, eller beregnet efter anden relevant dokumentation. Ekstrapolation til andre højder udføres efter DS 472 med z 0 = 0.001 m. Strukturel sikkerhed: Der tilsigtes design til det sikkerhedsniveau, der er normalt for møller på land i Danmark, idet møllerne skal designes efter gældende danske normer. Hydrauliske laster: Der er udarbejdet en beskrivelse af disse. Lastkombinationer: Der er præliminært angivet en række lasttilfælde, der dækker kombinationer af vind-, bølge-, strøm- og islaster. Resulterende partialkoefficient for naturlast: der er udviklet to metoder til at bestemme den resulterende partialkoefficient for de samtidigt virkende naturlaster, der individuelt har forskellige partialkoefficienter.

Resumerapport Ver. 2 Side 19 af 37 Der henvises til: Reference Designgrundlag for vindmølleparker på havet - Del 1. Normgrundlag 1.1 og fravigelser. Rekommandation for teknisk godkendelse af vindmøller på havet. 4.1 3.8 Vejledning i rapportering og analyse af klimapåvirkninger Ved bestemmelse af de ekstremlaster som en vindmøllekonstruktion til opførelse på havet påvirkes af i dens forventede levetid spiller samtidighed af ekstremer af vind-, bølge-, strøm-, iskræfter og andre kræfter en væsentlig rolle. Da klimaet typisk beskrives ved en række parametre som f.eks. middelvindhastigheder, bølgehøjder etc. bliver det således bla. samtidighed af klimaparametre, der skal fastsættes for at kunne undersøge samtidighed af ekstremlaster. Det skal nævnes at ulykkeslast og andre menneskeskabte laster kan have betydning for ekstremlaster, men dette betragtes ikke i nærværende delrapport, idet disse laster forventes at forekomme helt uafhængigt af de klimagenererede laster. Behovet for denne delrapport motiveres af at nuværende praksis ved opstilling af designgrundlag for havmølleparker på en given site er, at der typisk gennemføres hydrologiske studier og klimastudier, som danner grundlag for fastsættelse af regningsmæssige klimakombinationer for denne site. I dag fastsættes disse sædvanligvis som hændelser med en 50-årsreturperiode, hvorfor kombinationen af flere 50-årshændelser må forventes at føre til et meget konservativt design. Endvidere er praksis på området ikke entydig, idet sammenhængen mellem regningsmæssigt klima og last ofte ikke håndteres. P.t. udføres analyserne ofte som analyser på de individuelle klimakomponenter (fx. vind, bølger), idet der ikke forefindes tilstrækkeligt datagrundlag til at foretage en egentlig modellering af deres simultane fordeling. Der er dog på de fleste potentielle sites igangværende måleprojekter, der i heldigste fald vil kunne give simultane målinger for en kortere årrække. Motiveret af den beskrevne problemstilling er formålet med denne delrapport at præsentere en vejledning for hvorledes klimaparametre og disses indbyrdes afhængighed på en systematiske måde kan rapporteres. En sådan vejledning er et første skridt på vejen mod at muliggøre en identifikation af regningsmæssige klimaparametre i samtidigheds øjemed. Endelig skal det nævnes, at det også er et ønskeligt formål, at denne vejledning på længere sigt kan danne grundlag for f.eks. et bilag til Rekommandation for Havvindmøller. Rapporten indeholder en gennemgang af hvilke klimaparametre, der er vigtige i en probabilistisk sikkerhedsvurdering. Eksempler er signifikant bølgehøjde, maksimal bølgehøjde, bølgeperiode, bølgeretning, middelvindhastighed, vindretning, strømhastighed, strømretning, istykkelse og isstyrker. Dernæst opstilles krav til målinger, således at der på baggrund af disse kan foretages en statistisk beskrivelse af de væsentligste klimaparametre. Den statistiske beskrivelse foretages både for ekstremlastsituationen og for udmattelseslastsituationen. Ligeledes betragtes både langtids- og korttidsstatistik.

Resumerapport Ver. 2 Side 20 af 37 Relevante statistiske metoder gennemgås kort og der gives anbefalinger af hvilke fordelingstyper, der bør anvendes for de forskellige klimaparametre. Med henblik på at foretage en statistisk beskrivelse af samtidighedsproblematikken, beskrives stokastiske modeller som muliggør dette. Ligeledes beskrives en konsistent stokastisk model for retningsafhængigheden af signifikante bølgehøjder og middelvindhastigheder. Det omtales hvorledes de statistiske parametre i disse modeller kan estimeres. Endelig omtales hvilke niveauer for overskridelsessandsynligheder, der normalt anvendes for offshore konstruktioner og for bærende konstruktioner på land. Der henvises til: Vejledning i rapportering og analyse af klimapåvirkninger for havvindmøller. Reference 5.2 3.9 En havvindmøllemodel Ved de undersøgelser, der ligger bag formulering af normmæssige krav, er det ofte hensigtsmæssigt at råde over beregningsmodeller, der er overskuelige. I denne delrapport præsenteres en forsimplet havvindmøllemodel til undersøgelse af de kræfter, der optræder ved havbunden under fundamentet i konsekvens af vind- og bølgelaster. Modellens tilblivelse er afledt af et behov for at undersøge samtidighed af ekstremrespons genereret af de naturlaster, som en havvindmølle udsættes for i dens forventede levetid. For overskuelighedens skyld er modellen begrænset til at inkludere vind- og bølgelast, men modellen kan udvides til også at inkludere andre naturlaster. Modellen er tænkt som et beregningsredskab for normkomitéer, men det er forventeligt at modellen efter nogle yderligere tilpasninger kan bruges som et designværktøj. Samtidighed af naturlaster indtræder på forskellige tidsskalaer. Den ene skala angår variationer i vejrlig over døgn og år. Den anden angår fluktuationer på turbulensens og bølgehævningens tidsskalaer. For den sidstnævnte tidskalas vedkommende kan samtidighedsproblemet lede til en diskussion af sandsynligheden for at observere en ekstrem bølgetop samtidigt med et ekstremt vindstød. Med den model, der beskrives i denne delrapport, opnås en frekvensdomænemodel for kræfterne ved havbunden. Således undgås undersøgelser af samtidighed på turbulensniveau, hvorved samtidighedsproblemet er reduceret til et problem vedrørende samtidighed af vejrlig. Den model, der præsenteres, hviler i hovedtræk på følgende observationer og antagelser. De kræfter, der optræder ved havbunden, er forskydningskraft og væltende moment. Vindens bidrag til disse kræfters stokastiske tidslige udvikling domineres af den såkaldte tårnfrekvens. Bølgekræfternes frekvensindhold betyder at ingen af møllens andre egensvingningsformer anslås. Til beskrivelse af forskydningskraftens og det væltende moments stokastiske fluktuationer er det således tilstrækkeligt med en enfrihedsgradsmodel. Denne model vælges lineær idet en række forsimplinger ved beregningerne af forskydningskraftens og momentets effektspektre derved opnås. Idet der er god grund til at forvente, at ekstremlasterne

Resumerapport Ver. 2 Side 21 af 37 ved drift af møllen nær den såkaldte cut-out-middelvindhastighed er sammenlignelige med ekstremlaster for parkeret mølle under storm, er det væsentligt, at modellen kan beskrive begge situationer. Dette opnås ved at både vindlast på rotoren og tårnet inkluderes. I overensstemmelses med almindelig praksis regnes vindens turbulens som gaussisk. Fordi bølger på lavt vand hovedsageligt forårsager inertikræfter benyttes der for bølgelasternes vedkommende i denne model lineær bølgeteori kombineret med Morison s ligning hvor kun inertikræfter medtages. Herved kan bølgekræfterne også beskrives ved en gaussisk proces og alt ialt bliver forskydningskraft- og momentprocesserne gaussiske. Delrapportens hovedresultat er således en række formler for middelværdier og effektspektre for forskydningskraftog momentprocesserne. Af den simple model fremgår det også på hvilke punkter det er vigtigt i almindelighed at have præcise data for møllens egenskaber. Således er de strukturelle og aerodynamiske dæmpningsforhold samt thrust-koefficienter meget centrale. Det vises ved sammenligning med simuleringsresultater opnået ved anvendelse af en finiteelement-model, at i afhængighed af kalibreringen af specielt thrust-koefficienten som funktion af middelvindhastigheden kan den præsenterede forsimplede model give gode resultater. Den forsimplede model kan ikke beskrive de skævheder, som forekommer i virkeligheden, i forskydningskraft- og momentprocessernes fordelinger i forhold til den normale fordeling. Disse skævheder vil kunne beskrives hvis modellen i fremtiden udvides til at være svagt ulineær. Der henvises til: Reference A simple offshore wind turbine model. 5.8

Resumerapport Ver. 2 Side 22 af 37 4. Konstruktion Formålet med arbejdet inden for dette område har været at foretage en afprøvning af det designgrundlag som projektets øvrige arbejdsgrupper har tilvejebragt. Gruppens arbejde er derfor primært udført i den senere del af projektperioden. De to hovedproblemer ved vindmøller på havet sammenlignet med møller på land, er dels en relevant beskrivelse af de ekstra naturlaste (bølger, strøm og is) samt en modellering af den samlede konstruktion bestående af vindmølle og fundamentet, der tager højde for dynamik og alle øvrige forhold, der har indflydelse på vurdering af ekstrem- og udmattelsessituationer. Dette skal gælde for alle relevante typer og materialevalg i fundamentskonstruktionen. Gruppens arbejde har været delt i to hovedområder. Første del har omhandlet anvendelse og sammeligning af de 2 danske vindmølledesignmodeller Flex4(5) og HawC. Parallelt med projektet er udført revisioner af de to modeller, idet der er indbygget bølgelast samt mulighed for at erstatte den faste indspænding forneden med en modellering af et fundament. Der er udført sammenligninger mellem de nye udgaver af modellerne med en standard 2 MW mølle dels på land og dels på vand. Den anden del af gruppens arbejde har bestået i en vurdering af designgrundlaget udarbejdet i dette projekt. Designgrundlaget er viderebearbejdet i andet regi til "Rekommandation for teknisk godkendelse af vindmøller på havet". Det er sidstnævnte dokument, der er kommenteret, dels set fra vindmølledesignerens side og dels set fra designeren af de tre hovedtyper af fundamenters side. 4.1 HawC/Flex5 sammenligning for vindmølle på land Der er foretaget sammenligning af beregninger for 2 MW stallreguleret vindmølle på land. Denne første del af sammenligningen foretages primært for at sikre, at modellen opstillet i henholdsvis HawC og Flex5 er så identisk som mulig. Dvs. masse/stivhedsfordelinger langs vinger, nacelle, tårn er ens, de aerodynamiske input er identiske, strukturdæmpning for de enkelte delkomponenter er identiske samt møllen opererer under samme driftsforhold (vindhastighed, turbulensintensitet etc). Det var forventet at resultaterne ved denne simple sammenligning ville give ens laster, men allerede her findes flere uoverensstemmelser - primært for tårnlasterne ved høj vind. Ved lavere vind ser det ud til at modellerne stemmer fint overens. Nogle af forskellene kunne forklares ved uoverensstemmelser i ovenstående input, men der er stadig en forskel på ca. 40% udmattelsesskade for tårnbunds tiltmoment ved høj vind (20m/s) der ikke umiddelbart lader sig forklare. Lasterne beregnet i HawC er større end de tilsvarende beregnet i Flex5. Omvendt er udmattelseslasterne for tårnbundsmomentet i tværretning ved 20m/s ca. 100% større ved Flex5 beregninger end tilsvarende HawC beregninger.

Resumerapport Ver. 2 Side 23 af 37 Mulige forklaringer på forskellene forsøges opstillet: Vindens karakteristik er formuleret forskelligt Spektrene for den simulerede vind sammenlignes. Da target spektrum i HawC's vindmodel er et von Karman spektrum, hvor Flex5's vindmodel har et Kaimal spektrum som target, er der ved høj vind en forskel på energien ved frekvenserne omkring tårnfrekvensen. Med et vindspektrum i HawC, der ligner spektret fra Flex5 øges lasterne i tårnbund beregnet i HawC (ca. 10%). Dette er en umiddelbar følge af mere energi på vindens frekvensområde omkring tårnfrekvensen. Dvs. det forklarer ikke forskellen mellem Flex5 og HawC beregningsresultaterne - tværtimod. Strukturdæmpning i tårn er et usikkert område Strukturdæmpningen udtrykt ved et logaritmisk dekrement på tårnets egenfrekvens er som udgangspunkt 5% i både Flex5 og HawC. Der dog ikke enighed om størrelsen af dæmpning mellem Flex5 og HawC brugere. Der er mange argumenter for hvilken størrelse denne dæmpning rent fysisk har, men grundlæggende er det dog, at der på nuværende tidspunkt er stor usikkerhed, hvor meget dæmpning, der rent faktisk eksisterer i store tårne. Grundlæggende er det dog, at der er forskel på hvad der i praksis bliver anvendt i de to programmer. Normal praksis for Flex5 brugere er et log. dekr. på 1.5-2%, hvor HawC brugere normalt benytter ca. 5%. Hvis normal praksis og dermed forskellig dæmpning anvendes for de to programmer vil lasterne også være i samme størrelsesorden for tårnbunds tiltmomentet. Tværmomentet vil dog stadig have betydelig størrelsesforskel, hvilket dog må antages at have mindre betydning, da størrelsesordenen for tværmoment er væsentlig lavere end for tiltmomentet. Forskel i aerodynamiske beregninger, herunder forskel i dynamisk stall modellering. Grundlæggende er aerodynamikmodellen ens for både Flex5 og HawC, da der som udgangspunkt anvendes en bladelementmodel. Forskellene giver sig ved forskel på henholdsvis dynamisk stallmodel og måden induktionsberegningerne bliver opdateret. Da der i HawC er mulighed for at benytte samme stallmodel som i Flex5 er undersøgt betydningen af denne. Stallmodellen anvendt i Flex5 giver ca. 5% lavere udmattelseslaster ved 20m/s og 17.5% turb. intensitet end modellen normalt anvendt i HawC. Som konklusion på undersøgelserne i fase 1 kan det nævnes, at der selv for en mølle placeret på land er forskel i lasterne ved en mølle modelleret udfra samme data. Forskellen i tilmoment for tårnbund svarer til, at der anvendes forskellig strukturdæmpning i henholdsvis Flex5 og HawC (1.5% for Flex5 og 5% for HawC). Dette er meget overraskende og bør undersøges nærmere på senere tidspunkt. Selvom der ved beregning af visse lasttilfælde er uoverensstemmelser mellem de to modeller, vurderes det at der når alle lasttilfælde summeres er god overensstemmelse mellem lastgrundlag beregnet vha. de to programmer.