Preliminary geotechnical design of offshore wind turbine monopiles in Türkiye using FEM
Türkiye'de açık deniz rüzgar türbini tekil kazıklarının sonlu elemanlar yöntemi ile geoteknik ön tasarımı
- Tez No: 903954
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NEJAN HUVAJ SARIHAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geoteknik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 298
Özet
Bu çalışmada, literatür ve Türkiye'nin gelecekteki enerji planlaması göz önünde bulundurularak Türkiye'de uygun açık deniz rüzgar enerjisi sahaları belirlenmiştir. Bunlar Bandırma, Bozcaada, Gelibolu, İzmir, Karabiga, Kıyıköy ve Silifke'dir. Bu sahaların her biri için uygun olabilecek rüzgar türbinleri ve sahaya özgü yük koşulları literatürden ve veri tabanlarından faydalanılarak belirlenmiştir. Deniz tabanındaki yumuşak kil, orta sıkı kum ve orta-katı kil olmak üzere üç genel homojen zemin profili için her bir sahada, 50 m su derinliğinde, ön tasarım için tekil kazık boyutlarını (çap ve uzunluk) belirlemek amacıyla Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY), özel olarak PISA metodu PLAXIS MoDeTo, kullanılmıştır. 7 farklı açık deniz sahası ve her sahada 3 farklı genel zemin profili için toplam 21 tasarım durumu analiz edilmiştir. 4 farklı yük kombinasyonuna sahip olan nihai limit durumu (ULS) ve kullanılabilirlik (servis) limit durumu (SLS) incelenmiştir. SEY analizlerinde, killer NGI-ADP ile, kumlar ise Hardening Soil küçük gerinim bünye modelleri ile modellenmiştir. Tekil kazıklar Timoshenko Kiriş Teorisi'ne göre modellenmiştir. Uzun dönem servis verebilirlik açısından döngüsel (tekrarlı) yüklerin neden olduğu birikmiş yer değiştirme ve dönme etkileri bu çalışmada dikkate alınmamıştır. Bu sahalardan 6 tanesi için Bandırma, Bozcaada, İzmir, Karabiga, Kıyıköy ve Silifke'de IEA 22 MW rüzgar türbini seçilmiş ve 10.5 m, 11.5 ve 12.5 m çapında tekil kazıklar düşünülmüştür. Gelibolu'da ise LW 8 MW türbin ve 7.5 m ve 8.5 m çapında tekil kazıklar kullanılmıştır. Orta sıkı kum zemin profili için, çapı 10.5 m ve uzunlukları 38 m ile 53 m aralığında olan tekil kazıklar; orta-katı kil zemin profili için ise, 11.5 m çapında ve 49 m ile 72 m aralığında gömülü uzunluklara sahip tekil kazık tasarımları, 7 sahada da tasarım gereksinimlerini karşılamaktadır. Yumuşak kil zemin profilinde, Bandırma için, tasarım şartlarını karşılayan tek tasarım, 12.5 m çapında ve 76 m gömülü uzunluğa sahip tekil kazık olurken, Bozcaada için, yumuşak kil zemin profili için, bu çalışmada kullanılan değer aralıkları içinde makul bir çap ve gömülü uzunluk elde edilememiştir. Bozcaada için, yumuşak kil zemin profilinde, 12.5 m'den daha büyük çaplı veya 12.5 m çap için 90 m'den fazla gömülü uzunluk gerekebileceği, veya tekil kazıktan farklı tipte temel tipleri düşünülmesi gerekeceği sonucuna varılabilir. Sonuç olarak, tekil kazık tasarımı için, yumuşak kil zemin profilinin diğer zemin profillerine göre en zorlu koşul olduğu söylenebilir. Bu çalışma, PLAXIS MoDeTo kullanılarak PISA yönteminin mühendislik pratiğinde uygulanabilirliğini ortaya koymakta ve yumuşak kil, orta-katı kil ve orta sıkı kum zemin profillerinde monotonik yükleme altında açık deniz tekil kazık temelleri için ön tasarım sonuçlarını sunmaktadır. Bu çalışmanın limitasyonları (sahaya özgü uzun süreli dalga, rüzgar verisi bulunmaması, sahaya özgü deniz tabanı zemin bilgisi bulunmaması, uzun dönem servis verebilirlik açısından döngüsel deformasyon ve rotasyon birikiminin hesaba katılmaması vb.) nedeniyle, bu çalışmada elde edilen tekil kazık boyutları nihai tasarım için kullanılmamalıdır.
Özet (Çeviri)
In this study, suitable offshore wind energy sites in Türkiye are identified based on the literature and Türkiye's future energy planning. These sites are Bandırma, Bozcaada, Gallipoli (Gelibolu), İzmir, Karabiga, Kıyıköy and Silifke. For each of these sites, reasonable wind turbines are selected and site-specific load conditions are determined according to the existing literature and databases. Finite Element Method (FEM), more specifically the PISA Method via PLAXIS MoDeTo, is used to determine the optimum preliminary monopile dimensions (diameter and length), for three generic uniform soil profiles at the seabed, namely, soft clay, medium dense sand and medium stiff clay, at each of the sites, assuming 50 m water depth. For 7 different offshore sites, and 3 different generic soil profiles at each site, a total of 21 design cases are analyzed. Ultimate limit state (ULS) and serviceability limit state (SLS) -having 4 different load combinations- are investigated. In FEM analyses, clays are modelled with NGI-ADP, and sands are modelled with Hardening Soil small strain constitutive models. Monopiles are modelled according to Timoshenko Beam Theory. Long-term serviceability in terms of accumulated displacement and rotation caused by cyclic loads are not considered in this study. For 6 of these sites Bandırma, Bozcaada, İzmir, Karabiga, Kıyıköy and Silifke IEA 22 MW wind turbine is selected and the monopile diameters of 10.5 m, 11.5 and 12.5 m are considered. For Gallipoli, LW 8 MW wind turbine is considered and monopiles having diameters of 7.5 m and 8.5 m are used. For a medium dense sand soil profile, 10.5 m-diameter monopile having embedded lengths in the range of 38 m to 53 m; for a medium stiff clay soil profile, 11.5 m-diameter monopile and embedded lengths in the range of 49 m to 72 m satisfies the design requirements in all 7 sites. For soft clay soil profile, for Bandırma, the only design that satisfies the design requirements is a monopile having 12.5 m diameter and 76 m embedded length; and for Bozcaada, a reasonable diameter and embedded length could not be obtained within the ranges of values used in this study. It can be concluded that, for Bozcaada, in a soft clay soil profile, a monopile with larger than 12.5 m diameter, or for 12.5 m diameter, larger than 90 m embedded length might be necessary, or foundation types other than monopile might be considered. It is concluded that, for monopile design, soft clay soil profile is the most challenging condition as compared to other soil profiles. This study demonstrates the applicability of the PISA method in engineering practice using PLAXIS MoDeTo and presents preliminary design results for offshore monopile foundations in soft-clay, medium-stiff clay and medium-dense sand soil profiles under monotonic loading. Because of the limitations of this study (not available long-term wind, wave measurements at specific sites, not available site-specific seabed soil data, not considering the long-term accumulation of cyclic deformation and rotation in serviceability limit state etc), monopile dimensions obtained in this study should not be used for final design.
Benzer Tezler
- Offshore wind turbines in Marmara Region, Türkiye: Site selection and preliminary geotechnical design of monopiles
Marmara bölgesi, Türkiye'de deniz üstü rüzgar türbinleri: Saha seçimi ve tekil kazık geoteknik ön tasarımı
ERAY CACEOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NEJAN HUVAJ SARIHAN
DOÇ. DR. ELİF OĞUZ
- Kazıkların eksenel ve yatay yük taşıma kapasiteleri
The bearing capacity of piles under axial and lateral loading
NİLAY DURLANIK
- Rüzgar enerjisi türbinleri yüzeysel temellerinin geoteknik tasarımı
Geotechnical design of shallow foundation for windenergy turbines
YILDIRIM BAYAZIT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BERRAK TEYMÜR
- Bir ankrajlı iksa sistemi geoteknik tasarımında malzeme modeli etkisinin incelenmesi ve aletsel ölçüm sonuçları ile karşılaştırılması
Evaluation of material models in geotechnical design of an anchored shoring system and comparision with instrumental measurements
BURCU ŞEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYKUT ŞENOL
PROF. DR. SABRİYE BANU İKİZLER
- Dolgu barajların tasarımında temel ilkeler ve İ.T.Ü. Göleti
Small earth fill dams and I.T.Ü. Dam
SERHAT BATMAZ