Μελέτη δομικού συστήματος ανεμογεννήτριας πολύ μεγάλου ύψους
Creators: name: Αντωνόπουλος, Χρήστος Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Ανεμογεννήτρια πολύ μεγάλου ύψους
Φορτία ανέμου
Στρεπτική συμπεριφορά ανεμογεννήτριας
Very high wind energy tower
Wind loads
Torsional response of wind energy tower

description: Τα τελευταία χρόνια υπάρχει η προσπάθεια κατασκευής υψηλότερων πύργων ανεμογεννητριών καθώς όσο ψηλότερα στην ατμόσφαιρα βρισκόμαστε, η ταχύτητα του ανέμου είναι σαφώς μεγαλύτερη αλλά και χωρίς μεγάλες διακυμάνσεις. Αυτό σημαίνει ότι όσο πιο ψηλή είναι μια ανεμογεννήτρια, παράγει μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας, όπως και η λειτουργεία της είναι ευνοϊκότερη. Συγχρόνως κατά τον σχεδιασμό των ανεμογεννητριών θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η μεγάλη σπουδαιότητας τους, λόγω ότι αποτελούν μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας οι οποίες ηλεκτροδοτούν μεγάλες κατοικήσιμες εκτάσεις. Οι πιο ψηλές ανεμογεννήτριες προτείνονται σε πεδινές περιοχές στις οποίες η ταχύτητα του ανέμου είναι σχετικά μικρή. Επομένως για μια σεβαστή παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος που θα καλύπτει μια ευρύτερη περιοχή, η λύση κατασκευής ψηλής ανεμογεννήτριας έναντι της κατασκευής συγκροτημάτων ανεμογεννητριών με χαμηλότερο ύψος ενδείκνυται. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάστηκε η συμπεριφορά μιας ανεμογεννήτριας, με ύψος πύργου 200 m, διάμετρο βάσης 25 m και διάμετρο κορυφής 23m, σε επίπεδο μετακινήσεων και τάσεων. Αρχικά εξετάστηκε υπό την επίδραση των στατικών φορτίων ανέμου για θεμελιώδης βασική ταχύτητα ανέμου vb,0=48.5 m/s και vb,0,max=69.29 m/s που αντιστοιχεί στην ταχύτητα ανέμου κατά τη διάρκεια ισχυρού τυφώνα. Πραγματοποιήθηκε αντισεισμικός υπολογισμός σύμφωνα με το ελαστικό φάσμα απόκρισης του ΕΝ1998. Επιπλέον καθώς ο EN1990 δεν ορίζει ρητά την ταυτόχρονη δράση ανέμου και σεισμού, κρίθηκε αναγκαίο να ληφθεί υπόψη ο συνδυασμός Ε’+0.5F+W, όπου F είναι τα στατικά φορτία ανέμου, W οι βαρυτικές δυνάμεις και Ε’ οι σεισμικές δυνάμεις που προκύπτουν από ένα τροποποιημένο φάσμα ελαστικής απόκρισης το οποίο δεν υποεκτιμά τα αποτελέσματα λόγω της μεγάλης θεμελιώδους ιδιομορφής της ανεμογεννήτριας. Συνεχώς προτάθηκε μια μεθοδολογία που λαμβάνει υπόψη τις στρεπτικές επιδράσεις που ασκούνται κατά μήκος του πύργου της ανεμογεννήτριας υπό την ταυτόχρονη δράση σεισμού και ανέμου, οι οποίες υπολογίζονται βάση της τέμνουσας που προκαλείται από τα φορτία ανέμου. Ύστερα εξετάστηκε η συμπεριφορά της ανεμογεννήτριας σε επίπεδο μετακινήσεων και τάσεων υπό την επίδραση του ανέμου ως δυναμικό φαινόμενο με τη χρήση κατάλληλης χρονικής εξίσωσης διάρκειας 25 sec. Τέλος, καθώς οι μετακινήσεις της κορυφής του πύργου και οι τάσεις Von Mises υπό τον συντονισμό του ανέμου με τη πρώτη ιδιομορφή της ανεμογεννήτριας προέκυψαν τεράστιες και υποδηλώνουν την κατάρρευση του φορέα, προτάθηκε μια κατασκευαστική λύση με τη χρήση καλωδίων αντιστήριξης
description: In the past years, there is an effort to construct higher wind turbine towers; the higher they are erected, the higher the wind speed is, without any significant fluctuations. This means that higher wind turbines produce more energy and work more efficiently. At the design stage, the importance of wind turbines should also be taken into consideration as these are units that generate electricity for populated vast areas. Higher wind turbines are recommended for lowland areas, where wind speed is relatively low. Hence, constructing higher wind turbines is preferable to wind farms of lower height in order to produce a considerable amount of electricity to cover wider areas. This diploma thesis examines the behavior of a wind turbine with a tower height of 200 m, a foundation diameter of 25 m and a top diameter of 23 m, in relation to its movement and stress. Initially, the wind turbine was examined under static wind loads for a fundamental basic wind speed of vb,0=48.5 m/s and vb,o,max= 69.29 m/s which corresponds to the wind speed during an intense hurricane. An antiseismic design was carried out according to the elastic response spectrum of EN1998. Furthermore, as EN1990 does not determine strictly the simultaneous action of wind and earthquake, it was deemed necessary that the combination Ε’+0.5F+W be taken into account, where F stands for the static wind loads, W for the gravitational forces and E’ for the seismic actions that result from a modified elastic response spectrum which does not underestimate the results due to the substantial fundamental mode shape of the wind turbine. Subsequently, a methodology was suggested that takes into account the torsional effects exerted along the length of the wind turbine under the simultaneous seismic and wind action, which are calculated based on the shear induced by the wind loads. Then, the behavior of the wind turbine was examined in relation to movement and Von Mises stresses under the dynamic effect of wind by use of a suitable equation of time of 25 sec in duration. Finally, as the movements of the top of the tower and the Von Mises stresses under the dynamic action of wind turned out to be enormous and indicated the collapse of the beam, a construction solution was suggested by use of retaining cables