Açık deniz rüzgar türbin temeli uygulamalarında kullanılan çelik profil kazıkların dinamik davranışının sonlu farklar metodu ile modellenmesi
Modeling the dynamic behavior of monopiles used in offshore wind turbines using finite difference method
- Tez No: 956033
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜR LÜTFİ ERTUĞRUL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Mersin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 140
Özet
Açık deniz rüzgar enerjisi, özellikle Türkiye gibi geniş deniz kaynaklarına sahip ülkeler için, küresel yenilenebilir enerji geçişinde önemli bir potansiyele sahiptir. Çeşitli temel türleri arasında kazık tipi türbin temelleri, sığ ila orta derinlikteki sularda yapısal basitlikleri ve maliyet etkinlikleri nedeniyle açık deniz rüzgar türbinlerini desteklemede önemli bir rol oynar. Bu çalışma kapsamında, sonlu farklar yöntemini uygulayan FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua) kullanılarak kohezyonsuz deniz tabanına gömülü kazık tipi türbin temellerinin statik ve dinamik davranışı incelenmektedir. Dinamik yükleme koşulları, A.B.D. National Renewable Energy Laboratory (NREL) tarafından geliştirilen OpenFAST yazılımı aracılığıyla elde edilen rüzgar ve dalga kaynaklı yüklerden üretilerek serviste olan deniz rüzgar türbininin operasyonel kuvvetlerinin gerçekçi bir şekilde temsili gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma, kazık tipi türbin temellerinin statik ve tekrarlı yükler altında tepkilerini anlamak için gerçekleştirilen üç boyutlu simülasyonları içermektedir. Statik yükleme sonuçları, American Petroleum Institute (API) yöntemi ve Winkler modeline dayalı elastik çözümlerle karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Değerlendirilen temel tepki parametreleri arasında yanal yer değiştirme profilleri, çamur hattı (mudline) yer değiştirmesi, kazık başı eğimi, dönme noktası derinliği, bükülme momenti dağılımı, kesme kuvvetleri ve zemin reaksiyonları yer almaktadır. Kazık tipi türbin temel sistemlerinin zemin-kazık etkileşimi ve genel performansı üzerindeki etkilerini değerlendirmek için, yapısal özellikler (örneğin, kazık çapı ve soket boyu) ile zemin özellikleri (örneğin, içsel sürtünme açısı ve modül değerleri) gibi değişkenlerin etkisi üzerine kapsamlı bir parametrik çalışma yürütülmüştür. Dinamik analizde, 30 saniyelik bir rüzgar ve dalga yükü etkisi altında gerçek ebatlarda kazık tipi türbin temelinin tepkisi incelenmiş ve yatay deplasmana bağlı zemin davranışını ortaya koyan p-y eğrileri hem statik hem de dinamik yükler için elde edilmiştir. Bu çalışma, kazık tipi türbin temellerinin dinamik yükler altında rijitlik kaybı ve diğer parametrelere bağlı tepki özelliklerine dair önemli veriler sunarak, bu yapıların gerçekçi açık deniz rüzgar ve dalga koşulları altındaki performanslarına ilişkin önemli sonuçlara ulaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
Offshore wind energy holds significant potential in the global transition to renewable energy, particularly for countries like Türkiye with vast maritime resources. Among various foundation types, monopiles play a central role in supporting offshore wind turbines due to their structural simplicity and cost-effectiveness in shallow to intermediate water depths. In this study, the static and dynamic behavior of pile type turbine foundations embedded in cohesionless seabed is investigated using FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua) which applies the finite difference method. Dynamic loading conditions are generated from wind and wave-induced loads obtained by OpenFAST software developed by the National Renewable Energy Laboratory (NREL) of the USA, and a realistic representation of the operational forces of the offshore wind turbine in service is achieved. This study includes three-dimensional simulations to understand the response of monopile type wind turbine foundations under static and cyclic loading. The static loading results are validated by comparing them with elastic solutions based on the American Petroleum Institute (API) method and the Winkler model. The main response parameters include lateral displacement profiles, mudline displacement, pile head slope, depth of rotation point, bending moment distribution, shear forces, and lateral soil reactions. A comprehensive parametric study on the effects of variables such as structural properties (e.g. pile diameter and socket length) and soil properties (e.g. internal friction angle and modulus values) was conducted to evaluate their effects on soil-pile interaction and overall performance of monopile-type turbine foundation systems. In the dynamic analysis, the response of a monopile turbine foundation with real dimensions under a 30-second wind and wave load was investigated and p-y curves, which reveal the soil behavior due to horizontal displacement, were obtained for both static and dynamic loads. This study provides important data on the stiffness loss and response characteristics of monopile wind turbine foundations under static as well as dynamic loads, and important conclusions were reached regarding the performance of these structures under realistic offshore wind and wave conditions.
Benzer Tezler
- Hysterical effects in flow characteristics in the wake region of group of cylinders during the passage of gradually varying unsteady flow
Tedrici değişken akım koşullarında silindir iz bölgesindeki akım ve türbülans karakteristiklerinde histerik etkiler
ERYILMAZ ERDOG
Doktora
İngilizce
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORAL YAĞCI
- Sabit mıknatıslı senkron generatörlü rüzgar türbin sistemlerinin kaotik analizi ve senkronizasyonu
Chaotic analysis and synchronization in permanent magnet synchron generator of wind turbine systems
ABDALLAH MOUSSA YAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILMAZ UYAROĞLU
- Dynamic numerical analysis of typical monopile foundations for offshore wind turbine applications
Deniz rüzgar türbini uygulamaları için tipik tek kazıklı temellerin dinamik sayısal analizi
ABDUH KIWANUKA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İnşaat MühendisliğiMersin Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR LÜTFİ ERTUĞRUL
- Development of operation and maintenance strategies for offshore wind industry based on big data management
Büyük veri yönetimi ile açık deniz rüzgar endüstrisinde işletme ve bakım stratejilerinin geliştirilmesi
UWE LUETZEN
Doktora
İngilizce
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERDAR BEJİ
- Soil-pile interaction for offshore wind turbine foundations in liquefiable soils
Sıvılaşabilen zeminlerdeki açık deniz rüzgar türbin temelleri için zemin-kazık etkileşimi
SEZGİN SARAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
İnşaat MühendisliğiDokuz Eylül Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRKAN ÖZDEN