Faglig innhold

Målet med kurset er å gi et balansert og bred introduksjon til havvindenergi, med fokus på design av vindturbiner. Kurset vil behandle både klassisk material og aktuell forskningslitteratur: historie av vindenergi, vindressurser og karakteristikk av vindfeltet, turbulens, vindspektra og romlig koherens, impulslov og Betz grense for vindmaskiner, ulike konsepter av vindkraftmaskiner, laster og lastfeller, konstruksjonsdynamikk, vibrasjoner og design (av blad, tårn, og fundament), bølgekrefter, installasjonsaspektene, kontroll og styring av vindkraftverk, økonomiske aspekter og kostmodeller, software og simuleringsverktøy. Emnet foreleses hvert år, med forbehold om minimum 3 deltakere.

Læringsutbytte

Hensikten med kurset er å gi kandidaten en innføring i spørsmål knyttet til design, beregning, bygging og drift av moderne vindturbiner.

Kunnskaper: Kandidaten skal ha kunnskap om:

• Historien om vindenergi
• Vindressursen: Potensial og egenskaper
• Spektralmodeller av turbulent vind og irregulære bølger
• Aerodynamiske beregninger vha Blad-Element-Momentum teori
• Betz grensen
• Optimal rotordesign
• Wake modeller
• Bølgelastberegninger vha Morison formel
• Gjeldende design standarder og praksis
• Tilgjengelig simulering koder og verktøy
• Hvordan variabel hastighet pitch-kontroll fungerer
• Hva slags konsepter for bærende konstruksjoner finnes
• Aktuelle utfordringer mht drift, vedlikehold og installasjon;

Ferdigheter: Kandidaten skal kunne:

• Beregne teoretisk effekt av offshore vindturbiner
• Utføre enkle beregninger
• Simulere tidsserier for turbulent vind og irregulære bølger
• Utføre simuleringer av offshore vindturbiner med spesialisert programvare;

Generell kompetanse: Kandidaten har:

• Generell kjennskap til offshore vindenergimarkedet og tilgjengelige teknologiske løsninger
• En overordnet forståelse for kompleksiteten av en offshore vindturbin
• Praktisk erfaring med offshore vindturbin simulering
• Et grunnlag for videre arbeid eller forskning relatert til offshore vindenergi

Læringsformer og aktiviteter

Forelesninger og øvinger. Forelesninger vil bli holdt i form av seminar. Studentene skal forberede seg ved å lese kapitler og/eller artikler, som vil bli diskutert i gruppen. Hver deltaker skal presentere et tema og moderere diskusjoner i èn uke. Øvingene skal gi erfaring i vindturbin simuleringsverktøy, og innenfor relevante analyse metoder, gjennom bruk av enkle Python scripts. Muntlig eksamen, og i tilleg velger hver student et lite forskningsprosjekt og må levere et rapport på slutten av semesteret.

Obligatoriske aktiviteter

• Presentasjon

Spesielle vilkår

Anbefalte forkunnskaper

Grunnleggende kunnskap om programmering (f.eks. i Python eller MATLAB).

Forkunnskapskrav

Elementære kunnskaper i fluidmekanikk, fasthetslære, dynamikk og statistikk.

Kurset tilbys gitt at minst 3 studenter med relevant bakgrunn ønsker å ta det. Om du ønsker å ta kurset, vennligst kontakt emneansvarlig. Studenter som ikke er tatt opp til PhD-programmet i ingeniørvitenskap kan godkjennes av emneansvarlig. Når du i så fall har fått skriftlig klarsignal fra emneansvarlig om at du kan melde deg opp, videresend bekreftelsen til phd-koordinator (maren.grimstad@ntnu.no), så hjelper hun deg med oppmeldinga.

Kursmateriell

J.F. Manwell, J.G. McGowan, A.L. Rogers: Wind energy explained (tilgjengelig i elektronisk form) Ekstra materialer: T. Burton, N. Jenkins, D. Sharpe, E. Bossanyi: Wind energy handbook (tilgjengelig i elektronisk form) Et antall forskningspublikasjoner og artikler skal også behandles.