Energi på havet - Substitution af materialer Nyt designkoncept for Wave Star bølgeenergimaskinens arm- og flyderkonstruktion Michael S. Jepsen, Division of Structures, Materials and Geotechnics Department of Civil Engineering, Aalborg University, msj@civil.aau.dk 1
Projektet er udarbejdet af forskningsgruppen bestående af professor Lars Damkilde og Ph.D-studerende Michael S. Jepsen og Søren Lambertsen Gruppen er tilknyttet forskellige forskningsprojekter Nye materialer til offshore-konstruktioner - Wave Star Energy Vindmølletårne i højstyrkebeton - Forida Konceptstudier hvor fiberarmeret højstyrkebetoner anvendes til at optimere kendte konstruktionsløsninger. Udnytter højstyrkebetonens høje trykstyrk og gode holdbarhed 2
Program WSE bølgeenergimaskinen - kort fortalt Substitution af materialer materialevalg Nyt design af bølgeenergimaskinens arm- og flyderkonstruktion 3
Wave Star bølgeenergi anlægget Bølgeenergiproduktionen - flyderkonstruktionen følger bølgernes elevation Flytningen af flyderen driver et hydraulikstempel der igen driver en generator som generere strømmen. Ved at flyderkonstruktionen ikke bryder bølgen, kan samtlige flydere udvinde energi af den samme bølge. Intentionen er at der skal være 20 flydere på hver maskine. 4
Skalerbare løsninger et godt erfaringsgrundlag Testmaskine ved Aalborg Universitet: 2004-2005 Skale: 1:40 Flyder diameter: 0.25 m Testmaskine ved Nissum Bredning: 2006-2010 Skala: 1:10 Flyder diameter: 1.0 m Prototype test ved Hanstholm: 2009-> Skala: 1:2 Flyder diameter: 5.0 m 5
Stormsikring Stormsikringen gør det muligt at operere i Nordsøen. Benytter sig af vejrvarsling Bølgeenergimaskinen tages ud af vandet ved hjælp af Jack-up system 6
Forsøgsanlægget C5 Prototype ved Roshage Prototypen C5 ved Roshage blev installeret og produceret strøm siden 2009 Placeringen ved Roshage giver et perfekt testmiljø for konstruktionens holdbarhed bølgeklimaet er brydende bølger Prototypen er en sektion af den påtænkte maskine. Der er indhentet store mængder data og dermed erfaringer fra driften af maskinen. Projekt fokuserer på at optimere, arm- og flyderkonstruktionen på baggrund af dette erfaringsgrundlag. Tanken er at lave et mere optimal design, som kan afprøves på prototypen ved Roshage. 7
Bølgeklimaet fra Roshage 8
Materialevalg Nuværende konstruktionsmateriale stål Materialets styrker: Styrke og stivhed Veldokumenteret egenskaber normgrundlag Materialets svagheder: Udmattelse Svejste samlinger Korrosion Udsat for hårde miljøpåvirkninger Vedligehold - overfladebehandling 9
Materialevalg Fremtidig materiale Fiberarmeret højstyrkebeton Materialets styrker: Høj trykstyrke udnyttes optimalt i forspændte konstruktioner God holdbarhed Meget tæt materiale, nærmest keramisk Minimum vedligehold Ingen overfladebehandling Studier har Gode udmattelsesegenskaber Materialets svagheder: Ringe trækstyrke trækstyrken er kun 1/10 af trykstyrken Manglende normgrundlag Ingen generelt accepterede standarder Få referenceprojekter Få designere anvender reelt højstyrkebetonen 10
Designforslag Idegenerering seminar i foråret 11
Armkonstruktionens elementer Stålflange til montage af lejer Forspændte fiberarmerede højstyrkebetonbjælker Flange til montage af hydraulikcylinder Ekstern efterspænding Macalloy stænger 12
Designprincipper Optimering af armkonstruktionen vægt/stivhed Let at producere tænke i præfabrikerede elementer Optimal samling mellem arm- og hovedkonstruktion Udmattelseslevetid lave tests på forspændte bjælker 13
Optimering af armkonstruktionen vægt/stivhed Tværsnit Box-profil med skumkerne 14
Let at producere tænke i præfabrikerede elementer Elementinddelingen reducerer transportproblemerne fra fabrik til montage 15
Samlingerne mod hovedkonstruktionen Hvordan kobles den nye armkonstruktion på det eksisterende prototypeanlæg?
Forsøgsplan undersøgelse af forspændt bjælke Undersøger udkraget højstyrkebetonbjælke CRC materialet Sammenligning mellem laboratorieforsøg og computer model Kontrol af deformationer og spændingsniveau Designkriterium undersøger spændingsniveauet i konstruktionen 17
Bjælkeforsøget Forspændt bjælke udsat for cyklisk belastning Bøjningsforsøg som reference Undersøg spændingstilstanden ved vridning Cyklisk belastning, 2 hz. Vil der akkumuleres skade i konstruktionen når den lastes gentagne gange til 5 Mpa? Sammenligning med computerberegning Data som grundlag for fremtidig design 18
Andre områder for substitution af materialer FLOAT projektet Fra Glasfiber til højstyrkebeton Flyderkonstruktionen antager en diameter på 5 meter på prototypeanlægget 19
Samlet løsning i højstyrkebeton Reducerer den samlede pris Reducerer vedligehold Nemmere at montere Flytte grænserne for hvad højstyrkebeton kan anvendes til Referenceprojekt for bevægelige offshorekonstruktioner i højstyrkebeton. 20
Tak for jeres opmærksomhed! 21