LA1.12 - Modelli di simulazione high-fidelity per la verifica delle strategie di controllo per floating offshore wind turbine

Il presente report rendiconta l'attività di ricerca condotta nella Linea di Attività 1.12 del progetto di ricerca "PIANO TRIENNALE DI REALIZZAZIONE 2019-2021 DELLA RICERCA DI SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE Tema 1.8 Energia Elettrica dal mare". La presente Linea di Azione consta di due attività di sviluppo parallele che dovranno essere poi integrate nelle successive fasi del progetto. Nello specifico gli obiettivi della LA1.12 sono: 1. La messa a punto di un solutore high fidelity per lo studio dell'aerodinamica non stazionaria del rotore al fine di interfacciarlo, nelle successive LA, con il solutore della dinamica della piattaforma galleggiante (Sezione 1); 2. La definizione delle specifiche del modello di sintesi multifedeltà e l'analisi di risultati preliminari effettuati su funzioni test (Sezione 2). Sezione 1: Aerodinamica di rotore La predizione delle prestazioni della turbina e dei carichi trasmessi dal rotore alla piattaforma è basata su un solutore agli elementi di contorno (Boundary Integral Equation Method, BIEM) per l'aerodinamica di sistemi rotanti in flusso potenziale sviluppato presso il CNR-INM. Tale solutore aerodinamico, FUNAERO (Free-wake UNsteady AEROdynamics), descrive i carichi non stazionari agenti sulle pale di un aerogeneratore in condizioni operative e la dinamica delle strutture vorticose a valle del rotore tenendo conto della variazione di profilo e direzione del vento, e di un moto imposto dovuto, ad esempio, alla dinamica della piattaforma galleggiante. Il presente documento riporta la descrizione degli sviluppi teorico/numerici relativi al solutore e la sua validazione mediante confronto con dati sperimentali ottenuti in galleria del vento sul rotore eolico in scala dell'esperimento Mexico. Le condizioni operative considerate per la validazione sono relative sia ad un vento assiale sia con inclinazione (yaw) rispetto all'asse di rotazione della turbina. Infine vengono presentate due applicazioni relative ad un caso di shear estremo per una turbina onshore ed uno di moto imposto al rotore (turbina offshore galleggiante). In quest'ultimo caso è stato considerato il moto corrispondente ad un'oscillazione di pitch della piattaforma poiché, in base alla letteratura sull'argomento, risulta essere quello più rilevante ai fini del comportamento dinamico della macchina. Sezione 2: Metamodelli adattivi multifedeltà E' stato sviluppato un modello di sintesi basato su metamodelli adattivi multifedeltà per l'assimilazione/fusione dei risultati da solutori a fedeltà variabile. Il modello è in grado di: (a) aumentare la densità dei casi oggetto di validazione riducendo il costo computazionale (attraverso griglie multiple e campionamento adattivo), (b) fornire un modello alternativo per l'aerodinamica (accurato e a basso costo computazionale) per l'accoppiamento con altri modelli sviluppati nel progetto ove di interesse, (c) costituire una base per ulteriori raffinamenti ed indagini sulle prestazioni di piattaforma/impianto. Il modello si basa su funzioni a base radiale di tipo stocastico che forniscono, assieme alla predizione, anche l'incertezza ad essa associata. Essa è alla base delle metodologie di campionamento adattivo, tanto nel contesto della fedeltà singola che multipla. Lo sviluppo e la fase di valutazione dei risultati su funzioni test sono state condotte assumendo le caratteristiche dimensionali del problema oggetto di studio.