0
Hopp til hovedinnhold

Disputerer på styring av flytende vindmøller

Tore Bakka disputerer ved UiA for ph.d-graden på regulering av flytende vindmøller offshore. Reguleringsmetoder innebærer blant annet automatiserte styringssystemer som sørger for at vindmøllene er stabile og produserer energi stabilt.

Artikkelen er mer enn ett år gammel, og kan inneholde utdatert informasjon.

Tore Bakka har fulgt Fakultet for teknologi og realfags ph.d-program med spesialisering i fornybar energi.

English text – please scroll down.

Slik beskriver kandidaten selv essensen i avhandlingen:

Regulering av offshore vindmølle

Fornybar energi er et hett tema over alt i disse dager. Det finnes flere bærekraftige fornybare energiløsninger rundt om i verden. Disse utnytter vann, vind, sol, bølger og biomasse for å lage energi.

Ifølge European Wind Energy Association (EWEA), økte den globale kapasiteten med grønn energi med 44,601 [MW] i 2012. Av dette står nyinstallert vindkraft for 27 %. Dette er den største bidragsyteren etter solenergi (37 %).

I starten ble alle nye vindparker installert på land. I løpet av det siste tiåret har flere og flere vindparker blitt installert på grunt vann offshore (mindre enn 30 [m]). Det betyr at noen av problemene knyttet til landbaserte vindmøller i bebodde områder kan unngås, slik som det visuelle inntrykket, støyen og det at vindmøllen kaster skygge over eiendommer.

Hvis man skal spekulere i hva fremtiden vil bringe, er det tydelig at det neste steget er å installere flytende vindparker i dypere vann (mer enn 30 [m]). En annen fordel er at forholdene offshore gir kraftigere og mer stabile vindforhold. I så dypt vann er det ikke lenger økonomisk forsvarlig å installere bunnfaste vindmøller. En flytende vindmølle gir nye og spennende utfordringer til forskere og ingeniører verden rundt.

 Dette prosjektet er utført i samarbeid med Norwegian Center for Offshore Wind Energy (NORCOWE). NORCOWE er et tverrfaglig ressurssenter for utnytting av havbasert vindkraft som en naturlig bærekraftig energikilde. Visjonen til NORCOWE er å kombinere norsk offshoreteknologi med ledende danske- og internasjonale vindenergi-institusjoner for å tilby innovative og kostnadseffektive løsninger og teknologi for store havdyp og tøffe offshoremiljøer. Det er et mål at NORCOWE skal bidra til å bygge sterke klynger som jobber med offshore vindkraft i Norge ved å utvikle ny kunnskap og ved å bidra med dyktige personer til næringslivet.

I denne avhandlingen er det fokusert på å utvikle nye reguleringsmetoder for en offshore flytende vindmølle.

Hovedfokuset er rettet mot metoder som inneholder multi-objektiv optimalisering og multi-variable regulering. Disse kan tilpasses varierende driftsforhold og kan korrigere for dynamikk som ikke er modellert. Med tanke på ytelse skal regulatoren sørge for å dempe laster og svingninger i mekaniske deler, samtidig som den påser at maksverdier som for eksempel generatorhastighet og produsert effekt ikke overstiges.

Dette betyr at flere krav ønskes oppnådd på samme tid. Hvis det ikke er mulig bør en avveining mellom målene oppnås. Av den grunn anbefales det å bruke avanserte reguleringsmetoder for å oppnå ønsket oppførsel av vindmøllen.

Denne avhandlingen prøver derfor å bidra med nye reguleringsmetoder som skal inkludere dette, samt garantere stabilitet, robusthet og pålitelighet til styresystemet.

Disputasfakta:

Kandidaten: Tore Bakka obtained his bachelor’s degree from the University of Stavanger in Electrical Engineering (2007). After one year in industry he started on a master’s degree in Mechatronics at the University of Agder and finished in 2010. In the second half of 2010 he started in a PhD position at the University of Agder, continuing with Mechatronics. Research interests have been wind turbine modeling and control. 

Prøveforelesning og disputas finner sted i auditorium C2-040, UiA Campus Grimstad.

Instituttstyrer ved Institutt for Ingeniørvitenskap, Rein Terje Thorstensen, leder disputasen.

Tid for prøveforelesning: Fredag 29. november 2013 kl 16:00

Oppgitt emne for prøveforelesning: “New developments in estimation of the power curve of wind turbines from field data”

Tid for disputas: Fredag 29. november 2013 kl 18:00

Tittel på avhandling: «Offshore Wind Turbine Control»

Les avhandlingen i AURA - Agder University Research Archive, http://brage.bibsys.no/hia/ som er et digitalt arkiv for vitenskapelige artikler, avhandlinger og masteroppgaver fra ansatte og studenter ved Universitetet i Agder.

Opponenter:

Førsteopponent: Professor Maarten Steinbuch, Department of Mechanical Engineering, Technische Universiteit Eindhoven

Annenopponent: Professor Thomas Bak, Automation & Control Department of Electronic Systems, Aalborg University

Bedømmelseskomitéen har vært ledet av professor Hans-Georg Beyer, Department of Engineering, UiA

 

Veiledere i doktorgradsarbeidet var professor Hamid Reza Karimi, Institutt for ingeniørvitenskap, bi-veileder var professor Geir Hovland.

 

Offshore Wind Turbine Control

Renewable energy is a hot topic all over the world. Nowadays, there are several sustainable renewable power solutions out there; hydro, wind, solar, wave and biomass to name a few. Most countries have a tendency to want to become greener.

According to the European Wind Energy Association (EWEA), the worldwide capacity increased with 44.601 [MW] in 2012. From this number, 27 % accounts for new installed wind power, which is the second biggest contributor after solar (37 %).

In the past, all new wind parks were installed onshore. During the last decade more and more wind parks are installed offshore, in shallow water (less than 30 [m]). Now, some of the issues related to onshore turbines can be avoided, such as the visual impact, noise and shadow flicker.

If one is to speculate about what the future may hold, it is evident that the next step for companies is to install floating wind parks in deeper water (more than 30 [m]). Offshore conditions far from the shore provide higher and more stable wind conditions. In such deep water, it is no longer economically viable to install bottom-fixed turbines. A solution is to use floating turbine. A floating turbine gives new and interesting challenges to the control community.

This project is carried out in conjunction with the Norwegian Center for Offshore Wind Energy (NORCOWE). NORCOWE is an interdisciplinary resource center for exploitation of offshore wind energy as a natural sustainable energy source. The vision of NORCOWE is to combine Norwegian offshore technology and leading Danish and international communities on wind energy in order to provide innovative and cost efficient solutions and technology for large water depths and harsh offshore environments. It is a goal that NORCOWE will help build strong clusters on offshore wind energy in Norway by developing new knowledge and by providing skilled persons for the industry.

The focus in this dissertation is on developing new control methods for a variable speed and variable pitch offshore floating wind turbine. The main emphasis is on multiobjective optimization and multivariable control schemes, which can be adjusted to varying operating conditions and can correct unmodelled dynamics.

The floating turbine can be influenced by the coupled dynamics between the tower and the blades, known as negative damping. This needs to be handled in order to maintain the turbine stability. Regarding performance, the controller needs to dampen loads and oscillations on mechanical parts in the turbine and maintain rated values for speed and power.

This indicates that several control objectives should be achieved at the same time, or if not possible, a trade-off between objectives should be achieved. Hence, the use of advanced control techniques should be used in order to get a reliable performance of the control system.

Therefore, this dissertation is intended to contribute with new control methods that incorporate these issues in their formulation and guarantee system stability, robustness and reliability.