Renewal of water in monopiles for offshore wind

Studenteropgave: Speciale (inkl. HD afgangsprojekt)

  • Lasse Drejer Andersen
4. semester, Bygge- og anlægskonstruktion, Kandidat (Kandidatuddannelse)
Der er i dag stor fokus på miljøet, samt besparelse af konstruktions materialer, og derfor også fokus på
besparelse i offshore sektoren. Dette projekt omhandler en metode for at reducere materiale forbruget
ved konstruktionen af monopæls fundamenter for offshore brug. Materiale forbruget reduceres ved at
sænke korrosionen af konstruktions materialerne. Reduktionen af korrosionen fungere ved at neutralisere
pH-værdien af det indelukket vand inde i monopælene. Det indelukket vands pH-værdi sænkes ved at
korrosionen frigiver hydrogen ioner til vandet. Den sænket pH-værdi resulter i en øget korrosion. Dette
projekt undersøger muligheden for at udskifte det indelukket vand med hav vandet omkring, hvor pHværdien er 8.
Udskiftningen forgår ved at et eller flere huller er boret i monopælen, hvor vandet kan strømme ind
og ud gennem. Strømningen gennem hullerne bliver drevet af tryk forskelle mellem det indelukke
vand og havvandet. Systemet er lavet passivt ved at strømningen kun drive af trykforskelle skabt af
havforholdende . Der er i denne rapport undersøgt for tre forskellige havforhold; tidevand, bølger og
strøm.
Målet er at opnå en total udskiftning af det indelukket vand for at øge pH-værdien i hele monopælen.
Udskiftningen af vandet er undersøgt gennem CFD modeller i både to og tre-dimensioner. Initialt er lavet
en simplificering af modellerne for at undgå at simulere havet omkring monopælen. Denne simplificering
viser at havet kan reduceres til at lille område udenfor hullet, og randbetingelserne kan bestemme ved
hjælp af energi ligningen.
Alle tre havforhold er først undersøgt for at bedømme om en fuld udskiftning er mulig. Denne
undersøgelse er lavet i to-dimensionselle modeller. Simplificeringen fra tre-dimensioner til todimensioner resulter i store konsekvenser grundet geometrien af monopælen og hullerne. Der er derfor
reduceret på tidevands og bølge perioden for at fastholde den samme procentmæssige udskiftning af det
indelukket vand. Undersøgelsen af de tre havforhold, viser at ved en konstant strøm, opnås en meget
lille udskiftning. I modsætning viser både bølger og tidevand at resultere i en mulighed for at udskiftet
alt vandet. Reduktionen af perioden viser sig at have stor effekt på bølge simuleringerne, grundet den
allerede korter periode for en bølge i modsætning til tidevandet. Grundet dette er der kun fortsat med
tidevandet i to-dimensioner.
En videre undersøgelse af tidevandet viser at udskiftning er meget påvirket af temperatur variationen
mellem det indelukke vand og hav vandet. Grundet tidevandet lange periode er hastigheden umiddelbart
for langsom til at undgå lagdeling grundet densitet og temperatur forskellene. De to-dimensionelle model
viser derfor at en højere hastighed er nødvendig. For at øge hastigheden gennem hullerne er den tredimensionelle undersøgelse fokuseret på bølger.
Før der er lavet analyser af de tre-dimensionelle modeller er strømningen undersøgt ved hjælp af
eksperimentelle forsøg. Disse eksperimenter er sammenlignede med simulerings modeller. Det er er
gjort for at validere k − e turbulens modellen brugt for simuleringerne.
Tre-dimensions modellerne er kun udført for bølger, da den har vist at give mulighed for høj udskiftning
ved høj strømningshastighed. De tre-dimensionelle modelle viser udskiftningen er mulig ved brug af
flere huller placeret modsat af hinanden.
Resultatet bliver derfor at en fuld udskiftning er mulig, og pH-værdien kan komme op og ligge næsten
stabilt med det omkring liggende hav. Denne neutralisering af pH-værdien betyder at op imod 80 % af
det nuværende anode materiale kan spares væk grundet den reduceret korrosion.
SprogEngelsk
Udgivelsesdato8 jun. 2017
Antal sider89
ID: 259418240