Tiêu chuẩn TCVN 10687-3-1:2025 Hệ thống phát điện gió - Yêu cầu thiết kế tuabin gió cố định ngoài khơi

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10687-3-1:2025

IEC 61400-3-1:2019

HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ – PHẦN 3-1: YÊU CẦU THIẾT KẾ ĐỐI VỚI TUABIN GIÓ CỐ ĐỊNH NGOÀI KHƠI

Wind energy generation systems - Part 3-1: Design requirements for fixed offshore wind turbines

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Lời giới thiệu

1 Phạm vi áp dụng

2 Tài liệu viện dẫn

3 Thuật ngữ và định nghĩa

4 Ký hiệu và các thuật ngữ viết tắt

4.1 Ký hiệu và đơn vị

4.2 Chữ viết tắt

5 Các yếu tố chính

5.1 Quy định chung

5.2 Phương pháp thiết kế

5.3 Cấp an toàn

5.4 Đảm bảo chất lượng

5.5 Ghi nhãn cụm rôto-vỏ tuabin

6 Điều kiện bên ngoài - Định nghĩa và đánh giá

6.1 Quy định chung

6.2 Phân cấp tuabin gió

6.3 Định nghĩa các điều kiện bên ngoài tại một vị trí tuabin gió ngoài khơi

6.4 Đánh giá điều kiện bên ngoài của vị trí đặt tuabin gió ngoài khơi

7 Kết cấu thiết kế

7.1 Quy định chung

7.2 Phương pháp thiết kế

7.3 Tải

7.4 Các tình huống thiết kế và các trường hợp tải

7.5 Tính các tải và ảnh hưởng của tải

7.6 Phân tích trạng thái giới hạn cực hạn

8 Hệ thống điều khiển

9 Hệ thống cơ khí

10 Hệ thống điện

11 Thiết kế móng và kết cấu phụ

12 Lắp ráp, lắp đặt và lắp dựng

12.1 Quy định chung

12.2 Lập kế hoạch

12.3 Các điều kiện lắp đặt

12.4 Tiếp cận vị trí

12.5 Các điều kiện môi trường

12.6 Lập tài liệu

12.7 Tiếp nhận, tháo dỡ và lưu giữ

12.8 Hệ thống kết cấu đỡ

12.9 Lắp ráp tuabin gió ngoài khơi

12.10 Lắp dựng tuabin gió

12.11 Các chi tiết bắt chặt và các cấu kiện liên kết

12.12 Cần cẩu, cần trục và thiết bị nâng hạ

13 Vận hành thử, vận hành và bảo trì

13.1 Quy định chung

13.2 Yêu cầu thiết kế để vận hành, kiểm tra và bảo trì an toàn

13.3 Hướng dẫn liên quan đến vận hành thử

13.4 Sổ tay hướng dẫn vận hành

Phụ lục A (tham khảo) Các tham số thiết kế chính của một tuabin gió ngoài khơi

Phụ lục B (tham khảo) Thủy động lực nước nông và sóng vỡ

Phụ lục C (tham khảo) Hướng dẫn tính tải thủy động

Phụ lục D (tham khảo) Các khuyến nghị về thiết kế kết cấu đỡ tuabin gió ngoài khơi liên quan đến tải băng

Phụ lục E (tham khảo) Thiết kế móng và kết cấu phụ cho tuabin gió ngoài khơi

Phụ lục F (tham khảo) Ngoại suy thống kê của các tham số metocean vận hành cho phân tích độ bền cực hạn

Phụ lục G (tham khảo) Bảo vệ chống ăn mòn

Phụ lục H (tham khảo) Dự đoán các chiều cao sóng cực đoan trong thời gian có bão nhiệt đới

Phụ lục I (tham khảo) Khuyến cáo về việc căn chỉnh các mức an toàn trong khu vực bão nhiệt đới

Thư mục tài liệu tham khảo

 

Lời nói đầu

TCVN 10687-3-1:2025 hoàn toàn tương đương với IEC 61400-3-1:2019;

TCVN 10687-3-1:2025 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn Quốc gia TCVN/TC/E13 Năng lượng tái tạo biên soạn, Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam đề nghị, Ủy ban Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quốc gia thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 10687 (IEC 61400) gồm các phần sau:

- TCVN 10687-1:2015 (IEC 61400-1:2014), Tuabin gió - Phần 1: Yêu cầu thiết kế

- TCVN 10687-3-1:2025 (IEC 61400-3-1:2019), Hệ thống phát điện gió - Phần 3-1: Yêu cầu thiết kế đối với tuabin gió cố định ngoài khơi

- TCVN 10687-3-2:2025 (IEC 61400-3-2:2025), Hệ thống phát điện gió - Phần 3-2: Yêu cầu thiết kế đối với tuabin gió nổi ngoài khơi

- TCVN 10687-12:2025 (IEC 61400-12:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12: Đo đặc tính công suất của tuabin gió phát điện - Tổng quan

- TCVN 10687-12-1:2023 (IEC 61400-12-1:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-1: Đo hiệu suất năng lượng của tuabin gió phát điện

- TCVN 10687-12-2:2023 (IEC 61400-12-2:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-2: Hiệu suất năng lượng của tuabin gió phát điện dựa trên phép đo gió trên vỏ tuabin

- TCVN 10687-12-3:2025 (IEC 61400-12-3:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-3: Đặc tính công suất - Hiệu chuẩn theo vị trí dựa trên phép đo

- TCVN 10687-12-4:2023 (IEC TR 61400-12-4:2020), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-4: Hiệu chuẩn vị trí bằng số đối với thử nghiệm hiệu suất năng lượng của tuabin gió

- TCVN 10687-12-5:2025 (IEC 61400-12-5:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-5: Đặc tính công suất - Đánh giá chướng ngại vật và địa hình

- TCVN 10687-12-6:2025 (IEC 61400-12-6:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 12-6: Hàm truyền vỏ tuabin dựa trên phép đo của tuabin gió phát điện

- TCVN 10687-21:2018 (IEC 61400-21:2008), Tuabin gió - Phần 21: Đo và đánh giá đặc tính chất lượng điện năng của tuabin gió nối lưới

- TCVN 10687-22:2018, Tuabin gió - Phần 22: Hướng dẫn thử nghiệm và chứng nhận sự phù hợp

- TCVN 10687-24:2015 (IEC 61400-24:2010), Tuabin gió - Phần 24: Bảo vệ chống sét

- TCVN 10687-50:2025 (IEC 61400-50:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50: Đo gió - Tổng quan

- TCVN 10687-50-1:2025 (IEC 61400-50-1:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-1: Đo gió - Ứng dụng các thiết bị đo lắp trên cột khí tượng, vỏ tuabin và mũ hub

- TCVN 10687-50-2:2025 (IEC 61400-50-2:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-2: Đo gió - Ứng dụng công nghệ cảm biến từ xa lắp trên mặt đất

- TCVN 10687-50-3:2025 (IEC 61400-50-3:2022), Hệ thống phát điện gió - Phần 50-3: Sử dụng lidar lắp trên vỏ tuabin để đo gió

 

Lời giới thiệu

Tiêu chuẩn này đưa ra các yêu cầu thiết kế tối thiểu đối với tuabin gió cố định ngoài khơi và không nhằm mục đích sử dụng làm thông số kỹ thuật thiết kế hoặc hướng dẫn sử dụng hoàn chỉnh.

Nhiều đơn vị khác nhau có thể chịu trách nhiệm thực hiện các yếu tố khác nhau của thiết kế, sản xuất, lắp ráp, lắp đặt, lắp dựng, đưa vào vận hành, vận hành và bảo trì tuabin gió ngoài khơi và đảm bảo đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn này. Việc phân chia trách nhiệm giữa các bên này là vấn đề hợp đồng và nằm ngoài phạm vi của tiêu chuẩn này.

Bất kỳ yêu cầu nào của tiêu chuẩn này đều có thể được thay đổi nếu có thể chứng minh một cách phù hợp rằng tính an toàn của hệ thống không bị ảnh hưởng. Việc tuân thủ tiêu chuẩn này không có nghĩa là không cần phải tuân thủ các quy định hiện hành khác.

Tiêu chuẩn này không nhằm mục đích đưa ra các yêu cầu đối với các tuabin gió nổi ngoài khơi. Đối với các hệ thống lắp đặt nổi, xem TCVN 10687-3-3 (IEC 61400-3-2).

 

HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ - PHẦN 3-1: YÊU CẦU THIẾT KẾ ĐỐI VỚI TUABIN GIÓ CỐ ĐỊNH NGOÀI KHƠI

Wind energy generation systems - Part 3-1: Design requirements for fixed offshore wind turbines

1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu bổ sung để đánh giá các điều kiện bên ngoài tại một vị trí tuabin gió ngoài khơi và quy định các yêu cầu thiết kế cần thiết để đảm bảo tính toàn vẹn kỹ thuật của tuabin gió cố định ngoài khơi. Mục đích của tiêu chuẩn này nhằm cung cấp một mức bảo vệ thích hợp chống hư hại từ tất cả các nguy hiểm gây ra trong suốt tuổi thọ dự kiến.

Tiêu chuẩn này tập trung vào tính toàn vẹn kỹ thuật của các thành phần kết cấu của một tuabin gió ngoài khơi bên cạnh đó cũng đề cập đến các hệ thống phụ như cơ cấu điều khiển và bảo vệ, hệ thống điện bên trong và hệ thống cơ khí.

Một tuabin gió được xem là tuabin gió cố định nếu kết cấu đỡ chịu tải thủy động của tuabin gió được neo cố định trên đáy biển. Các yêu cầu thiết kế được quy định trong tiêu chuẩn này không đủ để đảm bảo tính toàn vẹn kỹ thuật của các tuabin gió nổi. Đối với các hệ thống lắp đặt nổi, cần tham khảo TCVN 10687-3-2 (IEC 61400-3-2). Trong tiêu chuẩn này, thuật ngữ "tuabin gió ngoài khơi" đề cập đến tuabin gió cố định vào đáy biển.

Tiêu chuẩn này cần được sử dụng cùng với các tiêu chuẩn nêu trong Điều 2. Nói chung, tiêu chuẩn này hoàn toàn nhất quán với các yêu cầu của IEC 61400-1. Mức độ an toàn của tuabin gió ngoài khơi được thiết kế theo tiêu chuẩn này phải đạt hoặc vượt qua mức độ an toàn vốn có trong IEC 61400-1. Ở một số điều có nêu các yêu cầu bổ sung thì cần bao gồm cả các nội dung của IEC 61400-1.

2 Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

IEC 60721 ^[1] (all parts), Classification of environmental conditions (Phân loại điều kiện môi trường)

IEC 61400-1:2019 ^[2] , Wind energy generation systems - Part 1: Design requirements (Hệ thống phát điện gió - Phần 1: Yêu cầu thiết kế)

ISO 2394:1998, General principles on reliability for structures (Nguyên tắc chung về độ tin cậy của kết cấu)

ISO 2533:1975, Standard Atmosphere (Khí quyển tiêu chuẩn)

ISO 19900:2002, Petroleum and natural gas industries - General requirements for offshore structures (Công nghiệp dầu và khí tự nhiên - Yêu cầu chung cho kết cấu ngoài khơi)

ISO 19901-1:2015, Petroleum and natural gas industries - Specific requirements for offshore structures - Part 1: Metocean design and operating conditions (Công nghiệp dầu và khí tự nhiên - Yêu cầu cụ thể cho kết cấu ngoài khơi - Phần 1: Điều kiện thiết kế và vận hành của môi trường biển)

ISO 19901-4:2003, Petroleum and natural gas industries - Specific requirements for offshore structures - Part 4: Geotechnical and foundation design considerations (Công nghiệp dầu và khí tự nhiên - Yêu cầu cụ thể cho kết cấu ngoài khơi - Phần 4: Xem xét thiết kế địa kỹ thuật và móng)

ISO 19902:2007, Petroleum and natural gas industries - Fixed steel offshore structures (Công nghiệp dầu và khí tự nhiên - Các kết cấu ngoài khơi bằng thép cố định)

ISO 19903:2006, Petroleum and natural gas industries - Fixed concrete offshore structures (Công nghiệp dầu và khí tự nhiên - Các kết cấu ngoài khơi bằng bê tông cố định)

3 Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa dưới đây.

3.1

Khoảng hở không khí (air gap)

Khoảng cách giữa bề mặt cao nhất của nước xuất hiện trong các điều kiện môi trường cực đoan và phần hở ra thấp nhất không được thiết kế để chịu tác động của sóng.

3.2

Hiệu ứng vòm (arch effect)

Tác động của một băng hình vòm(hoặc sự sụp đổ của nó) lên kết cấu phụ.

3.3

Băng hình vòm (arch ice)

Lớp băng vòm tích tụ giữa các kết cấu phụ hoặc giữa một kết cấu phụ và bờ biển có hình dạng vòm và cuối cùng là sụp đổ.

3.4

Cùng hướng (co-directional)

Tác động theo cùng một hướng.

3.5

Dòng chảy (current)

Dòng nước chảy qua một vị trí cố định, thường được mô tả bằng tốc độ và hướng dòng chảy.

3.6

Nhiễu xạ (diftraction)

Hiện tượng mô tả sự uốn cong của sóng xung quanh các chướng ngại vật và sự lan ra của sóng qua các khe hở.

3.7

Sóng thiết kế (design wave)

Sóng được xác định trước với chiều cao, chu kỳ và hướng đã xác định, được sử dụng cho thiết kế của một kết cấu ngoài khơi.

Chú thích 1: Một sóng thiết kế có thể đi kèm yêu cầu sử dụng một lý thuyết sóng theo chu kỳ cụ thể.

3.8

Đơn vị thiết kế (designer)

Bên hoặc các bên chịu trách nhiệm thiết kế tuabin gió ngoài khơi.

3.9

Điều kiện môi trường (environment conditions)

Các đặc điểm của môi trường (gió, sóng, dòng hải lưu, mực nước, băng biển/hồ, mảng bám sinh vật biển, xói mòn, và chuyển động tổng thể của đáy biển, v.v...) có thể ảnh hưởng đến đáp ứng của tuabin gió.

3.10

Điều kiện bên ngoài (external conditions)

Các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến hoạt động của một tuabin gió ngoài khơi, bao gồm các điều kiện môi trường, điều kiện lưới điện và các yếu tố khí hậu khác (nhiệt độ, tuyết, băng, v.v...).

3.11

Chiều cao sóng đáng kể cực đoan (extreme significant wave heigh)

Chiều cao sóng đáng kể của trạng thái biển trong khoảng thời gian tham chiếu với xác suất vượt quá hàng năm là 1/N ("chu kỳ lặp lại": N năm), ngoại suy từ phân bố cực đoan của chiều cao sóng đáng kể tại vị trí đó.

3.12

Chiều cao sóng cực đoan (extreme wave height)

Chiều cao của một sóng đơn lẻ (thường là chiều cao của sóng đi lên qua điểm “không”) với xác suất vượt quá hàng năm là 1/N ("chu kỳ lặp lại": N năm).

3.13

Lớp băng cố định (fast ice cover)

Lớp băng liên tục, cứng, không chuyển động.

3.14

Khoảng cách gió (fetch)

Khoảng cách mà gió thổi trên biển với tốc độ gió và hướng gần như không đổi.

3.15

Tuabin gió cố định ngoài khơi (fixed offshore wind turbine)

Tuabin gió có kết cấu phụ chịu tải thủy động và được neo cố định vào đáy biển.

3.16

Tuabin gió nổi ngoài khơi (floating offshore wind turbine)

Tuabin gió có kết cấu phụ chịu tải thủy động và được hỗ trợ bởi lực nâng và hệ thống giữ vị trí.

3.17

Móng (foundation)

Phần của kết cấu đỡ tuabin gió ngoài khơi truyền tải tác động lên kết cấu vào đáy biển.

Chú thích 1: Các khái niệm móng khác nhau được cho trên Hình 1 cùng với các phần khác của kết cấu đỡ của tuabin gió ngoài khơi.

Hình 1 - Các thành phần của một tuabin gió cố định ngoài khơi

3.18

Thủy triều thiên văn cao nhất (highest astronomical tide)

Mực nước tĩnh cao nhất có thể xuất hiện trong mọi tổ hợp của các điều kiện thiên văn và điều kiện khí tượng trung bình.

Chú thích 1: Các đợt sóng dâng do bão, được tạo ra bởi yếu tố khí tượng và về cơ bản là không đều, xếp chồng lên các biến đổi thủy triều, vì vậy một mực nước tĩnh tổng cao hơn thủy triều thiên văn cao nhất có thể xuất hiện.

3.19

Mô phỏng ngược (hindcasting)

Phương pháp sử dụng mô hình số để mô phỏng dữ liệu lịch sử (metocean) cho một khu vực.

3.20

Độ cao hub (hub height)

Độ cao của tâm diện tích quét của rôto tuabin gió trên mực nước biển trung bình.

3.21

Gò băng (hummocked ice)

Băng vụn nổi và các tảng băng nổi chồng lên nhau tạo thành các rặng băng khi các tảng băng lớn va chạm với nhau hoặc với vật cản cứng, ví dụ như kết cấu đỡ của tuabin gió ngoài khơi.

3.22

Tảng băng nổi (ice floe)

Tấm băng có kích thước từ hàng mét đến vài kilomet, không đóng băng cố định vào bờ biển, có thể đứng yên hoặc chuyển động.

3.23

Rặng băng (ice ridge)

Các khối băng góc cạnh, nhiều kích thước khác nhau chồng lên nhau trên các tảng băng nổi khi chúng va chạm với nhau do gió và dòng chảy đẩy.

Chú thích 1: Phần của rặng băng mà ở trên mặt nước được gọi là buồm; phần ở dưới mặt nước được gọi là chân. Phần phía trên của chân có thể được hợp nhất, bao gồm các khối băng đông lại, băng chồng lớp đông lại hoặc kết hợp của chúng, được gọi là lớp băng hợp nhất.

3.24

Đóng băng (icing)

Sự tích tụ của một lớp băng hoặc sương đóng trên các bộ phận của tuabin gió ngoài khơi có thể gây thêm tải và/hoặc thuộc tính thay đổi.

3.25

Vùng nước kín (land-locked waters)

Vùng nước gần như hoặc hoàn toàn bị bao quanh bởi đất liền.

3.26

Ảnh hưởng của tải (load effect)

Ảnh hưởng của một tải đơn lẻ hoặc kết hợp của các tải lên một thành phần kết cấu hoặc hệ thống, ví dụ như nội lực, ứng suất, lực căng, chuyển động, v.v...

3.27

Thủy triều thiên văn thấp nhất (lowest astronomical tide)

Mực nước tĩnh thấp nhất có thể xuất hiện trong mọi tổ hợp điều kiện thiên văn và điều kiện khí tượng trung bình.

Chú thích 1: Các đợt sóng bão, được tạo ra bởi yếu tố khí tượng và về cơ bản là không đều, xếp chồng lên các biến đổi thủy triều, vì vậy một mực nước tĩnh tổng thấp hơn thủy triều thiên văn thấp nhất có thể xuất hiện.

3.28

Nhà chế tạo (manufacturer)

Bên hoặc các bên chịu trách nhiệm về việc chế tạo và xây dựng tuabin gió ngoài khơi.

3.29

Điều kiện biển (marine conditions)

Các đặc điểm của môi trường biển (sóng, dòng hải lưu, mực nước, băng biển/hồ, mảng bám sinh vật biển, chuyển động và xói mòn đáy biển, v.v...) có thể ảnh hưởng đến đáp ứng của tuabin gió.

3.30

Mảng bám sinh vật biển (marine growth)

Lớp phủ bề mặt trên các thành phần kết cấu do thực vật, động vật và vi khuẩn gây ra.

3.31

Mực nước biển trung bình (mean sea level)

Mực nước trung bình của biển trong một khoảng thời gian đủ dài để loại bỏ các biển động do sóng, thủy triều và đợt sóng bão.

3.32

Khoảng thời gian qua điểm không trung bình (mean zero crossing period)

Khoảng thời gian trung bình của các sóng qua điểm không (lên hoặc xuống) trong một trạng thái biển.

Chú thích 1: Có mối liên hệ giữa khoảng thời gian qua điểm không trung bình và khoảng thời gian đỉnh.

3.33

Metocean (metocean)

Viết tắt của khí tượng học và hải dương học.

3.34

Băng trôi (moving ice)

Phần của băng biển/hồ di chuyển dưới tác động của gió và/hoặc dòng chảy.

3.35

Đa hướng (multi-directional)

Tác động theo nhiều hướng.

3.36

Vị trí tuabin gió ngoài khơi (offshore wind turbine site)

Địa điểm dự kiến hoặc thực tế của một tuabin gió ngoài khơi độc lập hoặc trong một trang trại gió.

3.37

Chu kỳ sóng đỉnh (peak wave period)

Khoảng thời gian của năng lượng đỉnh trong phổ sóng.

3.38

Độ xuyên của cọc (pile penetration)

Khoảng cách thẳng đứng từ thềm đáy biển đến đáy của cọc.

3.39

Hệ thống thu gom điện (power collection system)

Hệ thống điện thu thập công suất từ một hoặc nhiều tuabin gió.

Chú thích 1: Hệ thống thu gom điện bao gồm tất cả các thiết bị điện được kết nối giữa các đầu nối của tuabin gió và điểm đấu nối mạng lưới. Đối với các trang trại gió ngoài khơi, hệ thống thu gom điện có thể bao gồm thiết bị đấu nối đến bờ.

3.40

Băng chồng lớp (rafted ice)

Tấm băng biển/hồ hội tụ với nhau và trượt lên trên nhau (phủ chờm), dẫn đến tăng cục bộ chiều dày của băng.

3.41

Chu kỳ tham chiếu (reference period)

Khoảng thời gian mà một quá trình ngẫu nhiên cho trước, ví dụ như tốc độ gió, mực nước biển hoặc đáp ứng, được giả định là ổn định.

3.42

Khúc xạ (retraction)

Quá trình phân bố lại năng lượng sóng do sự thay đổi về vận tốc lan truyền sóng do biến đổi trong độ sâu nước và/hoặc vận tốc dòng chảy.

3.43

Cụm rôto-vỏ tuabin (rotor-nacelle assembly)

Bộ phận của tuabin gió ngoài khơi được mang bởi kết cấu đỡ.

3.44

Thềm đáy biển (sea floor)

Tiếp giáp giữa biển và đáy biển.

3.45

Độ dốc thềm đáy biển (sea floor slope)

Độ dốc cục bộ của thềm đáy biển, ví dụ như được kết hợp với một bãi biển.

3.46

Băng biển/hồ (sea/lake ice)

Nước biển hoặc nước ngọt hồ đóng băng.

3.47

Trạng thái biển (sea state)

Điều kiện của biển trong đó các thông số thống kê của nó duy trì tính ổn định.

3.48

Đáy biển (seabed)

Vật liệu ở dưới thềm đáy biển mà tại đó kết cấu đỡ được neo móng.

3.49

Chuyển động đáy biển (seabed movement)

Chuyển động của đáy biển do các quá trình địa chất tự nhiên.

3.50

Xói mòn (scour)

Sự bào mòn đất đáy biển do dòng chảy và sóng hoặc do các bộ phận kết cấu làm gián đoạn chế độ dòng chảy tự nhiên trên đáy biển gây ra.

3.51

Nước nông (shallow water)

Vùng nước có độ sâu mà đáy biển ảnh hưởng rõ rệt đến thủy động lực của sóng.

Chú thích 1: Sự phân biệt giữa nước nông và nước không nông được xác định trên Hình B.1. Đối với các trạng thái biển cực đoan, một vị trí có thể phải được coi là nước nông trong khi đối với điều kiện bình thường nó có thể được coi là sâu.

3.52

Chiều cao sóng đáng kể (significant wave height)

Thước đo thống kê chiều cao của các sóng trong một trạng thái biển, được xác định là chiều cao trung bình của một phần ba sóng cao nhất đi lên qua điểm không hoặc 4 x σ _η trong đó σ _η là độ lệch chuẩn của độ cao bề mặt biển.

Chú thích 1: Chiều cao trước đó được gọi là chiều cao sóng đáng kể thống kê (thường được biểu thị là H _{1 /3} ² trong khi chiều cao sau được gọi là chiều cao sóng đáng kể phổ (được ký hiệu là H _s hoặc H _{m 0} ).

3.53

Chu kỳ sóng đáng kể (significant wave period)

Thước đo thống kê khoảng thời gian của các sóng trong một trạng thái biển, được xác định là khoảng thời gian trung bình của một phần ba cao nhất của của những cơn sóng vượt qua điểm không, được ký hiệu là T _1/3 .

Chú thích 1: Có mối liên quan giữa chu kỳ đỉnh T _p và T _1/3 .

3.54

Vùng bắn tóe (splash zone)

Vùng bên ngoài của kết cấu đỡ thường xuyên bị ướt do sóng và sự thay đổi của thủy triều.

Chú thích 1: Vùng này được xác định là vùng giữa:

- mực nước tĩnh cao nhất với chu kỳ lặp lại là 1 năm tăng thêm bởi chiều cao đỉnh của sóng có chiều cao bằng với chiều cao sóng đáng kể với chu kỳ lặp lại là 1 năm, và

- mực nước tĩnh thấp nhất với chu kỳ lặp lại là 1 năm trừ đi độ sâu của lòng sóng có chiều cao bằng với chiều cao sóng đáng kể với chu kỳ lặp lại là 1 năm.

3.55

Mực nước tĩnh (still water level)

Mực nước trừu tượng được tính bằng cách bao gồm các hiệu ứng của thủy triều và đợt sóng bão nhưng loại trừ các biến đổi do sóng.

Chú thích 1: Mực nước tĩnh có thể cao hơn, bằng hoặc thấp hơn mực nước biển trung bình.

3.56

Sóng bão (storm surge)

Sự thay đổi mực nước do sự thay đổi khí quyển và/hoặc gió kèm theo bão gây ra.

3.57

Kết cấu phụ (sub-structure)

Bộ phận của kết cấu đỡ tuabin gió ngoài khơi xây lên lên từ đáy biển và đấu nối móng với tháp.

3.58

Kết cấu đỡ (support structure)

Bộ phận của một tuabin gió ngoài khơi bao gồm tháp, kết cấu phụ và móng.

3.59

Sóng lừng (swell)

Trạng thái biển trong đó các sóng được tạo ra bởi gió ở xa vị trí, di chuyển đến vị trí đó, thay vì được hình thành tại chỗ.

3.60

Dòng thủy triều (tidal current)

Dòng chảy do thủy triều tạo ra.

3.61

Biên độ thủy triều (tidal range)

Khoảng cách theo chiều thẳng đứng giữa thủy triều thiên văn cao nhất và thủy triều thiên văn thấp nhất.

3.62

Thủy triều (tides)

Chuyển động đều đặn và dự đoán được của biển được tạo ra bởi các lực thiên văn.

3.63

Tháp (tower)

Phần kết cấu đỡ của tuabin gió ngoài khơi nối kết cấu phụ với cụm rôto-vỏ tuabin.

3.64

Sóng thần (tsunami)

Các sóng biển có chu kỳ dài do các chuyển động nhanh theo chiều thẳng đứng của thềm đáy biển.

3.65

Đơn hướng (gió và/hoặc sóng) (uni-directional (wind and/or waves))

Tác động theo một hướng duy nhất.

3.66

Độ sâu của nước (water depth)

Khoảng cách theo chiều thẳng đứng giữa thềm đáy biển và mực nước tĩnh.

Chú thích 1: Vì có nhiều định nghĩa cho mực nước tĩnh (xem 3.55), có thể có nhiều giá trị độ sâu của nước.

3.67

Độ cao đỉnh sóng (wave crest elevation)

Khoảng cách theo chiều thẳng đứng giữa đỉnh sóng và mực nước tĩnh.

3.68

Hướng sóng (wave direction)

Hướng trung bình từ nơi mà sóng đang di chuyển.

3.69

Chiều cao sóng (wave height)

Khoảng cách theo chiều thẳng đứng giữa điểm cao nhất và điểm thấp nhất trên bề mặt nước của một sóng riêng rẽ đi lên qua điểm không.

3.70

Chu kỳ sóng (wave period)

Khoảng thời gian giữa hai lần đi lên qua điểm không, tạo thành một sóng qua điểm không.

3.71

Tần số đỉnh phổ sóng (wave spectral peak frequency)

Tần số của năng lượng đỉnh trong phổ sóng, nghịch đảo của chu kỳ đỉnh sóng.

3.72

Phổ sóng (wave spectrum)

Mô tả miền tần số của độ cao bề mặt nước biển trong một trạng thái biển.

3.73

Độ dốc sóng (wave steepness)

Tỉ lệ giữa chiều cao sóng và chiều dài sóng.

3.74

Thời gian ngừng hoạt động do thời tiết (weather downtime)

Một hoặc nhiều khoảng thời gian trong đó điều kiện môi trường quá khắc nghiệt để thực hiện một hoạt động hàng hải cụ thể.

3.75

Khung thời tiết (weather window)

Khoảng thời gian trong đó điều kiện môi trường cho phép thực hiện một hoạt động biển cụ thể.

3.76

Biên dạng gió - Định luật trượt gió (wind profile - wind shear law)

Biểu thức toán học xác định sự thay đổi tốc độ gió giả định theo độ cao so với mực nước tĩnh.

Chú thích 1: Các biên dạng thường được sử dụng là biên dạng logarit (công thức (1)) và biên dạng định luật lũy thừa (công thức (2)).

trong đó

V(z) là tốc độ gió tại độ cao z;

z là độ cao trên mực nước tĩnh;

z _r là độ cao tham chiếu trên mực nước tĩnh được sử dụng để điều chỉnh biên dạng;

z ₀ là độ dài nhám;

α là hệ số trượt gió (hoặc lũy thừa).

3.77

Biển gió (wind sea)

Trạng thái biển do gió cục bộ tạo ra.

3.78

Sóng đi lên qua điểm “không” (zero up-crossing wave)

Phần của lịch sử thời gian của độ cao của sóng giữa các lần đi lên qua điểm “không”.

Chú thích 1: Qua điểm “không” xảy ra khi mặt biển dâng lên (thay vì hạ xuống) qua mực nước tĩnh.

4 Ký hiệu và các thuật ngữ viết tắt

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các ký hiệu và thuật ngữ được nêu trong IEC 61400-1 và các điều dưới đây áp dụng:

4.1 Ký hiệu và đơn vị

4.2 Chữ viết tắt

5 Các yếu tố chính

5.1 Quy định chung

Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu kỹ thuật và công nghệ để đảm bảo an toàn cho hệ thống kết cấu, cơ khí, điện và điều khiển của tuabin gió ngoài khơi. Các yêu cầu này áp dụng cho việc thiết kế, sản xuất, lắp đặt và tài liệu hướng dẫn vận hành và bảo trì tuabin gió ngoài khơi và quá trình quản lý chất lượng đi kèm. Ngoài ra, các quy trình an toàn, được thiết lập trong các hoạt động khác nhau được sử dụng trong việc lắp đặt, vận hành và bảo trì tuabin gió ngoài khơi cũng được xem xét.

5.2 Phương pháp thiết kế

Tiêu chuẩn này yêu cầu sử dụng mô hình động lực học kết cấu để dự đoán ảnh hưởng tải trọng thiết kế. Mô hình này phải được sử dụng để xác định các ảnh hưởng của tải trọng cho mọi tổ hợp có liên quan của điều kiện bên ngoài và tình huống thiết kế như được xác định trong Điều 6 và Điều 7 tương ứng. Một tập hợp tối thiểu các tổ hợp này được định nghĩa là các trường hợp tải trong tiêu chuẩn này.

Thiết kế kết cấu đỡ của một tuabin gió ngoài khơi phải được dựa trên các điều kiện bên ngoài của vị trí cụ thể. Do đó, các điều kiện này sẽ được xác định theo yêu cầu ở Điều 6. Các điều kiện phải được tóm tắt trong cơ sở thiết kế.

Trong trường hợp của cụm rôto-vỏ tuabin, ban đầu có thể đã được thiết kế dựa trên cấp tuabin tiêu chuẩn theo 6.2 của IEC 61400-1:2019, phải chứng minh rằng các điều kiện bên ngoài của vị trí cụ thể ngoài khơi không ảnh hưởng đến sự toàn vẹn kết cấu. Việc chứng minh phải bao gồm so sánh giữa các tải trọng và độ lệch được tính toán cho các điều kiện ở vị trí cụ thể của tuabin gió ngoài khơi với những tải trọng và độ lệch được tính toán trong thiết kế ban đầu, cũng cần xem xét các biên dự trữ và tác động của môi trường lên khả năng chịu đựng của kết cấu và lựa chọn vật liệu phù hợp. Việc tính toán các tải trọng và độ võng cũng cần xem xét ảnh hưởng của các đặc tính của đất cụ thể ở hiện trường lên các đặc tính động của một tuabin gió ngoài khơi, cũng như sự thay đổi lâu dài của các tính chất này do chuyển động đáy biển hoặc xói mòn.

Quá trình thiết kế cho một tuabin gió ngoài khơi được minh họa trên Hình 2. Hình vẽ chỉ ra các yếu tố chính của quá trình thiết kế và xác định các điều tương ứng có liên quan trong tiêu chuẩn này. Quá trình này là lặp lại và kết hợp tính toán tải và tác động của tải cho cả tuabin bao gồm kết cấu đỡ tích hợp và cụm rôto-vỏ tuabin. Thiết kế kết cấu của một tuabin gió ngoài khơi có thể được coi là hoàn thành khi sự toàn vẹn kết cấu của nó đã được kiểm tra xác nhận dựa trên các phân tích trạng thái giới hạn được xác định trong 7.6.

Dữ liệu từ các thử nghiệm tỷ lệ thực của cụm rôto-vỏ tuabin phải được sử dụng để tăng độ tin cậy trong các giá trị thiết kế dự đoán và để kiểm tra xác nhận các mô hình kết cấu và các tình huống thiết kế. Dữ liệu từ thử nghiệm tỷ lệ thực của kết cấu đỡ tương tự có thể được sử dụng. Hướng dẫn liên quan đến phép đo các tải cơ đối với thử nghiệm tỷ lệ thực có trong IEC 61400-13.

Kiểm tra xác nhận tính thích hợp của thiết kế phải được tính toán và/hoặc bằng thử nghiệm. Nếu các kết quả thử nghiệm được sử dụng trong việc kiểm tra xác nhận này thì các điều kiện bên ngoài trong quá trình thử nghiệm phải cho thấy có phản ánh các giá trị đặc trưng và các trường hợp thiết kế được xác định trong tiêu chuẩn này. Việc chọn các điều kiện thử nghiệm, kể cả các tải thử nghiệm phải được tính đến các yếu tố an toàn liên quan.

Hình 2 - Quy trình thiết kế cho một tuabin gió ngoài khơi

5.3 Cấp an toàn

Tuabin gió ngoài khơi phải được thiết kế theo một trong hai cấp an toàn sau:

• Cấp an toàn thông thường áp dụng khi một sự cố dẫn đến rủi ro chấn thương cá nhân hoặc hậu quả xã hội hoặc kinh tế khác;

• Cấp an toàn đặc biệt áp dụng khi các yêu cầu về an toàn được xác định bởi quy định hiện hành và/hoặc các yêu cầu về an toàn được thỏa thuận giữa nhà chế tạo và khách hàng.

Đối với các tuabin gió cấp an toàn thông thường, các hệ số an toàn từng phần được quy định trong IEC 61400-1.

Đối với các tuabin gió cấp an toàn đặc biệt, các hệ số an toàn từng phần phải được thỏa thuận giữa nhà chế tạo và khách hàng. Tuabin gió ngoài khơi được thiết kế theo cấp an toàn đặc biệt là tuabin gió cấp S như xác định trong IEC 61400-1.

5.4 Đảm bảo chất lượng

Đảm bảo chất lượng là một phần không tách rời của thiết kế, mua sắm, chế tạo, lắp đặt, vận hành và bảo trì các tuabin gió ngoài khơi và tất cả các thành phần của chúng.

5.5 Ghi nhãn cụm rôto-vỏ tuabin

Các thông tin tối thiểu dưới đây phải được hiển thị một cách bền và rõ ràng trên tấm nhãn của cụm rôto-vỏ tua bin:

• nhà chế tạo và quốc gia chế tạo tuabin gió;

• model và số seri;

• năm sản xuất;

• công suất danh định;

• tốc độ gió tham chiếu, V _ref ;

• dải tốc độ gió làm việc tại độ cao hub, V _in - V _out ;

• dải nhiệt độ môi trường làm việc;

• cấp tuabin gió (xem IEC 61400-1);

• điện áp danh định ở các đầu nối tuabin gió;

• tần số tại các đầu nối tuabin gió hoặc dải tần số trong trường hợp biến động danh nghĩa lớn hơn 2 %.

6 Điều kiện bên ngoài - Xác định và đánh giá

6.1 Quy định chung

Các điều kiện bên ngoài được mô tả trong điều này phải được xem xét trong quá trình thiết kế tuabin gió ngoài khơi.

Các tuabin gió ngoài khơi phải chịu các điều kiện môi trường và điện, kể cả ảnh hưởng từ các tuabin gần đó, có thể ảnh hưởng đến tải, độ bền và vận hành của chúng. Để đảm bảo mức độ an toàn và tin cậy phù hợp, các tham số môi trường, điện và đất phải được xem xét khi thiết kế và phải được nêu rõ trong tài liệu thiết kế.

Các điều kiện môi trường được chia thành các điều kiện gió, điều kiện biển (sóng, dòng chảy biển, mực nước, băng biển/hồ, mảng bám sinh vật biển, chuyển động và xói mòn đáy biển) và các điều kiện môi trường khác. Các điều kiện về điện đề cập đến các điều kiện lưới điện. Tính chất của đất liên quan đến thiết kế móng tuabin gió ngoài khơi, bao gồm sự biến đổi theo thời gian do chuyển động của đáy biển, xói mòn và các yếu tố khác của sự không ổn định của đáy biển.

Điều kiện gió là yếu tố bên ngoài chính cần xem xét đối với tính toàn vẹn kết cấu của cụm rôto-vỏ tuabin, mặc dù các điều kiện biển cũng có thể ảnh hưởng ở một số trường hợp tùy thuộc vào các đặc tính động của kết cấu đỡ. Trong tất cả các trường hợp, bao gồm cả trường hợp mà ảnh hưởng của các điều kiện biển được cho là không quan trọng trong quá trình thiết kế cụm rôto-vỏ tuabin, tính toàn vẹn kết cấu phải được chứng minh đầy đủ, có tính đến các điều kiện biển tại từng vị trí cụ thể nơi tuabin gió ngoài khơi sẽ được lắp đặt sau này.

Quá trình thiết kế cho một tuabin gió ngoài khơi được thể hiện trên Hình 2. Việc đánh giá các điều kiện bên ngoài của vị trí cụ thể là bước đầu tiên trong quá trình thiết kế và là cơ sở cho quá trình thiết kế. Do đó, điều này xác định cả định nghĩa và đánh giá của các điều kiện bên ngoài.

Các điều kiện môi trường khác cũng ảnh hưởng đến các đặc điểm thiết kế như chức năng của hệ thống điều khiển, độ bền, sự ăn mòn, v.v...

Các điều kiện bên ngoài được chia thành các loại bình thường và loại cực đoan. Các điều kiện bên ngoài bình thường nói chung liên quan đến các điều kiện tải thường xuyên của kết cấu, trong khi các điều kiện cực đoan bên ngoài thể hiện các điều kiện thiết kế bên ngoài hiếm gặp. Các trường hợp tải thiết kế phải bao gồm các tổ hợp tổ hợp có khả năng gây nguy hiểm giữa các điều kiện bên ngoài này với chế độ vận hành của tuabin gió và các tình huống thiết kế khác.

Các định nghĩa và đánh giá về các điều kiện bên ngoài thông thường và cực đoan cần được xem xét trong thiết kế được quy định trong các điều từ 6.2 đến 6.4.

Các chữ viết tắt được thêm vào trong ngoặc đơn trong các tiêu đề trong phần còn lại của điều này được sử dụng để mô tả các điều kiện bên ngoài cho các trường hợp tải thiết kế được xác định trong 7.4.

6.2 Phân cấp tuabin gió

Các điều kiện bên ngoài cần xem xét khi thiết kế phụ thuộc vào vị trí hoặc loại vị trí dự kiến để lắp đặt tuabin gió ngoài khơi. Trong IEC 61400-1, các cấp tuabin gió được xác định theo các tham số tốc độ gió và luồng xoáy. Mục đích của phân cấp là nhằm bao quát hầu hết các ứng dụng trên bờ. IEC 61400-1 bao gồm một cấp cụ thể cho các điều kiện gió bão nhiệt đới (cấp T). Hướng dẫn bổ sung về điều kiện gió bão nhiệt đới có sẵn trong Phụ lục H của tiêu chuẩn này.

Có một số sự khác biệt chính giữa điều kiện gió ngoài khơi và trên bờ. Tuy nhiên, đối với tuabin gió ngoài khơi, việc định nghĩa các cấp tuabin gió dựa trên tham số tốc độ gió và luồng xoáy vẫn thích hợp là cơ sở của thiết kế của cụm rôto-vỏ tuabin. Như đã nêu ở 5.2, sau đó phải được chứng minh rằng các điều kiện bên ngoài của vị trí cụ thể không làm ảnh hưởng đến tính toàn vẹn kết cấu của cụm rôto-vỏ tuabin. Do đó, không yêu cầu cụm rôto-vỏ tuabin ngoài khơi phải được thiết kế theo các cấp của IEC 61400-1. Không có các cấp điều kiện bên ngoài được xác định cho thiết kế kết cấu đỡ.

Một cấp tuabin gió khác, cấp S, được xác định để sử dụng khi điều kiện gió đặc biệt, các điều kiện bên ngoài khác, tuổi thọ thiết kế khác 20 năm, hoặc một cấp an toàn đặc biệt (xem 5.3) được yêu cầu bởi người thiết kế và/hoặc khách hàng.

Nhà chế tạo phải mô tả trong tài liệu thiết kế các mô hình được sử dụng và các giá trị của các tham số thiết kế cần thiết. Nếu các mô hình mô tả trong Điều 6 được chấp nhận thì tuyên bố về các giá trị của các tham số là đủ. Tài liệu thiết kế cần có các thông tin được liệt kê trong Phụ lục A.

6.3 Định nghĩa các điều kiện bên ngoài tại một vị trí tuabin gió ngoài khơi

6.3.1 Quy định chung

Một tuabin gió ngoài khơi phải được thiết kế để chịu được các điều kiện gió và điều kiện biển được chấp nhận làm cơ sở thiết kế.

Những điều kiện về gió và môi trường biển để xem xét về tải và an toàn được chia thành các điều kiện bình thường xảy ra thường xuyên trong quá trình hoạt động bình thường của một tuabin gió ngoài khơi, và các điều kiện cực đoan được xác định là có chu kỳ lặp lại 1 năm hoặc 50 năm ^[3] .

Các điều kiện cực đoan được thiết kế để tạo ra các ảnh hưởng của tải theo chu kỳ lặp lại N năm (N = 1 hoặc 50) (tải mặt cắt ngang, biến dạng, v.v.). Kết hợp các sự kiện theo chu kỳ N năm trực tiếp thì nói chung sẽ tạo ra các ảnh hưởng của tải có chu kỳ lặp lại lâu hơn so với N năm. Càng kết hợp nhiều tham số môi trường theo cách này, thiết kế càng có thể thận trọng hơn. Đối với việc đánh giá môi trường gió và biển kết hợp, một số tham số là liên quan đến ảnh hưởng của tải của tuabin gió ngoài khơi. Do đó, đối với thiết kế tuabin gió ngoài khơi, việc đánh giá các điều kiện môi trường kết hợp bằng cách xác định các điều kiện liên quan thay vì kết hợp trực tiếp các điều kiện biên có cùng chu kỳ lặp lại là thích hợp. Tuabin gió ngoài khơi có thể cho thấy đáp ứng động đáng kể. Điều này phải được tính đến khi xác định các điều kiện môi trường kết hợp.

Để xác định các điều kiện môi trường kết hợp cho thiết kế, có thể sử dụng phương pháp đường bao môi trường. Các điều kiện môi trường kết hợp cần được thiết kế được xác định như những điều kiện trong tất cả các điều kiện trên đường bao môi trường gây ra đáp ứng cực đoan. Đáp ứng động có thể xảy ra nên phải xem xét trong quá trình đánh giá. Theo cách tiếp cận này, có thể xác định được kết hợp của các mối liên quan giữa tốc độ gió, chiều cao sóng, chu kỳ sóng, mực nước biển, hướng, v.v...

Việc áp dụng phương pháp đường bao môi trường hoặc các phương pháp xác suất khác, thông thường yêu cầu thông tin xác định các phân bố xác suất kết hợp dài hạn của điều kiện gió và biển. Trong thực tế, không phải lúc nào cũng có tất cả các điều kiện môi trường được đo đồng thời. Thay vào đó, đường bao môi trường thường được xây dựng cho nhóm các tham số, ví dụ như chiều cao sóng và mực nước biển, chiều cao sóng và chu kỳ sóng, v.v...

Các điều tiếp theo xác định các điều kiện cực đoan chiếm ưu thế cần xem xét tối thiểu, ví dụ như điều kiện gió và biển lặp lại N năm. Các điều kiện kết hợp với những điều kiện này sẽ được xác định. Trong trường hợp thiếu thông tin đủ để xây dựng đường bao môi trường cho vị trí cụ thể, các phương pháp thay thế thận trọng được cung cấp.

6.3.2 Điều kiện gió

Các tham số gió được xác định trong IEC 61400-1 phù hợp cho môi trường tuabin gió ngoài khơi. Các điều kiện về vị trí cụ thể đại diện cho vị trí lắp đặt tuabin gió ngoài khơi phải được đánh giá theo yêu cầu được nêu trong 6.4.3.

6.3.3 Điều kiện biển

6.3.3.1 Quy định chung

Các điều kiện biển mô tả trong điều này bao gồm sóng, dòng hải lưu, mực nước, băng biển, mảng bám sinh vật biển, xói mòn và chuyển động của đáy biển. Các điều kiện môi trường khác liên quan đến môi trường tuabin gió ngoài khơi được xác định trong 6.3.

6.3.3.2 Sóng

6.3.3.2.1 Quy định chung

Sóng không đều về hình dạng, biến đổi về chiều cao, chiều dài và tốc độ lan truyền và có thể tiếp cận tuabin gió ngoài khơi từ một hoặc nhiều hướng đồng thời. Các đặc điểm của biển thực sự được phản ánh tốt nhất bằng cách mô tả một trạng thái biển bằng phương pháp mô hình sóng ngẫu nhiên.

Mô hình sóng ngẫu nhiên biểu diễn trạng thái biển là kết hợp của nhiều thành phần tần số nhỏ, mỗi thành phần đó là một sóng chu kỳ với biên độ, tần số và hướng lan truyền riêng; các thành phần này có mối quan hệ ngẫu nhiên với nhau. Trạng thái biển thiết kế sẽ được mô tả bằng một phổ sóng, S _η , cùng với chiều cao sóng đáng kể, H _s , một chu kỳ phổ đỉnh, T _p , và hướng sóng trung bình, θ _{w m} . Khi cần thiết, phổ sóng có thể được bổ sung bằng một hàm phân bố hướng. Các công thức phổ sóng tiêu chuẩn được cho trong ISO 19901-1.

Trong một số ứng dụng, các sóng theo chu kỳ hoặc sóng thường xuyên đều có thể được sử dụng nhằm trừu tượng hóa biển thực tế cho mục đích thiết kế. Một sóng thiết kế cần xác định bằng chiều cao, chu kỳ và hướng.

Mối tương quan giữa điều kiện gió và sóng phải được xem xét cho việc thiết kế tuabin gió ngoài khơi. Mối tương quan này phải được xem xét dựa trên phân bố xác suất kết hợp dài hạn của các tham số liên quan, ví dụ như:

• Tốc độ gió trung bình, V;

• Chiều cao sóng đáng kể, H _s ;

• Chu kỳ phổ đỉnh, T _p ; và

• Độ sâu của nước, d.

Phân bố xác suất kết hợp của các tham số này bị ảnh hưởng bởi điều kiện vị trí cục bộ như khoảng cách gió, độ sâu của nước, độ sâu đáy biển, v.v. Do đó, phân bố sẽ được xác định từ các phép đo dài hạn thích hợp và/hoặc bằng cách sử dụng các kỹ thuật số mô phỏng, tùy theo phương pháp nào phù hợp, xem 6.4.4.

Sự tương quan giữa các điều kiện gió và sóng thông thường cũng xem xét sự không thẳng hàng giữa gió và sóng, tức là xem xét hướng gió và sóng trung bình (phân tách của gió biển và sóng lừng cũng có thể được xem xét). Phân bố đa hướng của hướng gió và hướng sóng có thể ảnh hưởng đáng kể đến các tải tác động lên kết cấu đỡ. . Mức độ ảnh hưởng này sẽ phụ thuộc vào tính chất của hướng gió và sóng và các đặc tính của kết cấu đỡ, ví dụ như tần số riêng, độ cản dao động, dạng dao động và tính đối xứng hình học. Trong một số trường hợp, đơn vị thiết kế có thể chứng minh bằng phân tích thích hợp rằng việc giả định gió và sóng thẳng hàng (cùng hướng) và tác động từ một hướng duy nhất, bất lợi nhất (đơn hướng) là thận trọng và do đó có thể chấp nhận được. Các giả định về hướng gió và sóng được xem xét cho từng trường hợp tải thiết kế trong 7.4.

Khi tính đến sự không thẳng hàng của gió và sóng, cần đặc biệt chủ ý để đảm bảo dữ liệu hướng và kỹ thuật mô hình hóa tuabin gió là đáng tin cậy, xem 7.5.

Sự kiện cực đoan kết hợp của gió, sóng, mực nước và các tham số liên quan khác phải đảm bảo rằng các tác động môi trường cực đoan toàn bộ với chu kỳ lặp lại 1 năm và 50 năm được xem xét. Các đặc tính hình học và động học của kết cấu đỡ có thể bao hàm phải quy định một số sự kiện kết hợp.

Các mô hình sóng được xác định trong các điều từ 6.3.3.2.2 đến 6.3.3.2.5 về mặt biểu diễn trạng thái biển bao gồm các mô hình sóng tuyến tính ngẫu nhiên và sóng thiết kế phi tuyến đều. Các mô hình sóng ngẫu nhiên phải dựa trên một phổ sóng thích hợp với vị trí dự kiến cho tuabin gió ngoài khơi.

Theo định nghĩa, H _s và T _p là độc lập với chu kỳ tham chiếu. Để xác định phân bố xác suất kết hợp của V _hub , H _s và T _p , khoảng thời gian trung bình một giờ phải được sử dụng để xác định tốc độ gió trung bình so với chiều cao sóng đáng kể và chu kỳ sóng đỉnh.

6.3.3.2.2 Trạng thái biển bình thường (NSS)

Chiều cao sóng đáng kể, chu kỳ phổ đỉnh và hướng cho từng trạng thái biển bình thường phải được lựa chọn, cùng với tốc độ gió trung bình tương ứng, dựa trên phân bố xác suất kết hợp dài hạn của các tham số metocean thích hợp với vị trí dự kiến.

Đối với phép tính tải mỏi, nhà thiết kế phải đảm bảo số lượng và độ phân giải của các trạng thái biển bình thường được xem xét đủ để tính đến hỏng hóc do mỏi liên quan đến phân bố dài hạn đầy đủ của các tham số metocean.

Đối với phép tính tải giới hạn, trạng thái biển bình thường được xem xét phải là những trạng thái biển đặc trưng bởi giá trị kỳ vọng của chiều cao sóng đáng kể, H _s , và chu kỳ phổ đỉnh, T _p , được ổn định theo một giá trị cụ thể của tốc độ gió trung bình. Nhà thiết kế sẽ tính đến phạm vi của chu kỳ phổ đỉnh, T _p , thích hợp với từng chiều cao sóng đáng kể. Các tính toán thiết kế phải được dựa trên các giá trị của chu kỳ phổ đỉnh mà dẫn đến các tải cao nhất tác động lên tuabin gió ngoài khơi.

6.3.3.2.3 Trạng thái biển khắc nghiệt (SSS)

Mô hình trạng thái biển khắc nghiệt phải được xem xét trong phối hợp các điều kiện gió bình thường để tính toán tải tối đa của một cột tuabin gió ngoài khơi trong quá trình sản xuất điện. Mô hình trạng thái biển khắc nghiệt kết hợp một trạng thái biển khắc nghiệt với từng tốc độ gió trung bình trong từng dải tương ứng với sản xuất điện. Chiều cao sóng đáng kể, H _s,SSS (V), đối với từng trạng thái biển khắc nghiệt, thông thường sẽ được xác định thông qua ngoại suy của dữ liệu metocean thích hợp tại vị trí cụ thể sao cho sự kết hợp giữa chiều cao sóng đáng kể và tốc độ gió trung bình có chu kỳ lặp lại là 50 năm. Trạng thái biển khắc nghiệt sẽ bao gồm chiều cao sóng riêng lẻ cực đoan, kết hợp với chu kỳ sóng đi kèm và tốc độ gió trung bình, tạo ra chu kỳ lặp lại 50 năm. Đơn vị thiết kế sẽ xem xét dải của chu kỳ sóng, T, thích hợp với từng chiều cao sóng cực đoan. Trong trường hợp thiếu thông tin để thực hiện một đánh giá xác suất phức tạp hơn, việc tính toán thiết kế sẽ giả định các giá trị của chu kỳ sóng trong dải này sẽ dẫn đến các tải cao nhất tác động lên một tuabin gió ngoài khơi.

Đối với tất cả các tốc độ gió trung bình, chiều cao sóng đáng kể tối đa không điều kiện, H _s50 , với chu kỳ lặp lại là 50 năm có thể được sử dụng như một giá trị bảo toàn cho H _s,SSS (V). Tương tự, việc chấp nhận chiều cao sóng cực đoan riêng lẻ H ₅₀ cho sóng cực đoan riêng lẻ trong trạng thái biển khắc nghiệt cũng là một phương pháp bảo toàn. Phương pháp này có thể được sử dụng trong trường hợp thiếu thông tin xác định phân bố xác suất kết hợp dài hạn của gió và sóng.

6.3.3.2.4 Trạng thái biển cực đoan (ESS)

Mô hình trạng thái biển cực đoan phải được xem xét cho các tác động môi trường toàn bộ kết hợp với chu kỳ lặp lại là 1 năm và 50 năm. Đơn vị thiết kế có thể cần khảo sát một số trạng thái biển cực đoan kết hợp với, ví dụ, các mực nước khác nhau để xác định trạng thái biển cực đoan thích hợp cho thiết kế, xem 6.3.3.4.3 và 6.3.3.3.5. Cả chiều cao sóng đáng kể cực đoan (H _s50 hoặc H _s1 ) và chiều cao sóng cực đoan riêng lẻ (H ₅₀ hoặc H ₁ ) đều phải được bao gồm trong trạng thái biển. Đơn vị thiết kế sẽ phải xem xét phạm vi của chu kỳ sóng phù hợp với mỗi chiều cao sóng cực đoan. Các phép tính thiết kế sẽ giả định các giá trị của chu kỳ sóng trong phạm vi này để đạt được tải cao nhất tác động lên một tuabin gió ngoài khơi.

Các trạng thái biển cực đoan sẽ được xác định từ phân tích dữ liệu metocean cho vị trí cụ thể lắp đặt tuabin gió ngoài khơi, tham khảo 6.4.4.

Trong trường hợp thiếu thông tin xác định phân bố xác suất kết hợp dài hạn của gió và sóng cực đoan, cần giả định tốc độ gió trung bình cực đoan trong 10 min với chu kỳ lặp lại là 50 năm xảy ra trong trạng thái biển cực đoan trong 3 h với chu kỳ lặp lại là 50 năm. Cùng một giả định sẽ được áp dụng đối với sự kết hợp của tốc độ gió cực đoan trong 10 min và trạng thái biển cực đoan trong 3 h từng trạng thái có chu kỳ lặp lại là 1 năm. Chiều cao sóng cực đoan riêng lẻ sẽ được giả định xảy ra vào thời gian ngẫu nhiên trong quá trình mô phỏng trạng thái biển cực đoan.

6.3.3.2.5 Sóng vỡ

Ảnh hưởng của các sóng vỡ phải được đánh giá trong quá trình thiết kế tuabin gió ngoài khơi. Các cơn sóng vỡ được phân loại thành các loại như sóng tràn, sóng nhào và sóng dâng, trong đó sóng tràn và sóng nhào liên quan đến các vị trí phù hợp cho tuabin gió ngoài khơi. Độ sâu của nước, độ dốc thềm đáy biển và chu kỳ sóng xác định xem hình dạng của cơn sóng vỡ dự kiến sẽ là loại sóng tràn hay sóng nhào.

Phụ lục B đưa ra hướng dẫn liên quan đến thủy động lực học nước nông và ảnh hưởng của các đặc điểm vị trí lên tính chất và kích thước của sóng vỡ. Phụ lục C đưa ra hướng dẫn tính toán tải trọng do sóng vỡ tác động lên kết cấu đỡ của tuabin gió ngoài khơi.

6.3.3.3 Dòng hải lưu

6.3.3.3.1 Quy định chung

Mặc dù dòng hải lưu có thể thay đổi theo không gian và thời gian, nhưng thường được xem như một trường dòng đồng đều theo chiều ngang với vận tốc và hướng không đổi, chỉ thay đổi theo chiều sâu. Các thành phần sau của vận tốc dòng hải lưu cần được xem xét:

• dòng hải lưu dưới mặt nước do thủy triều, sóng bão và biến đổi áp suất khí quyển, v.v.;

• dòng hải lưu gần mặt nước do gió tạo ra.

Tổng vận tốc dòng hải lưu là tổng của các thành phần này theo vectơ. Vận tốc của các giọt nước được tạo ra bởi sóng và vận tốc dòng hải lưu cũng được thêm vào theo cách tương tự. Ảnh hưởng của dòng hải lưu đối với mối quan hệ giữa độ dài sóng và chu kỳ sóng thường rất nhỏ và có thể bỏ qua, xem thêm hướng dẫn trong ISO 19901-1:2015, A.8.4.3 để biết thêm chi tiết. Có thể có các thành phần dòng hải lưu cụ thể cho từng vị trí, như dòng hải lưu gần bờ, do sóng tạo ra chạy song song với bờ.

Ảnh hưởng của dòng hải lưu đối với tải mỏi của một tuabin gió ngoài khơi có thể không đáng kể trong những trường hợp mà tổng vận tốc dòng hải lưu nhỏ hơn so với vận tốc của hạt nước do sóng tạo ra trên đỉnh sóng và trong trường hợp rung động của kết cấu đỡ không xảy ra do hiện tượng xoáy nước hoặc tảng băng trôi. Đơn vị thiết kế cần xác định liệu có thể bỏ qua dòng hải lưu trong việc tính toán tải mỏi thông qua việc đánh giá sự thích hợp dựa trên dữ liệu của vị trí cụ thể.

6.3.3.3.2 Dòng hải lưu dưới mặt nước

Biên dạng dòng hải lưu dưới mặt nước có thể được đặc trưng bởi luật lũy thừa đơn giản theo độ sâu của nước d, trong đó vận tốc dòng chảy dưới mặt nước U _ss (z) được xác định như một hàm số của độ cao z so với mặt nước biển:

Giá trị của vận tốc bề mặt biển U _ss (0) với chu kỳ lặp lại 1 năm và 50 năm có thể được xác định từ phân tích giá trị đo thích hợp tại vị trí tuabin gió ngoài khơi, xem 6.4.4.3.

Nói chung, việc giả định rằng dòng hải lưu dưới mặt nước thẳng hàng với hướng sóng là một cách thận trọng.

6.3.3.3.3 Dòng hải lưu gần mặt nước, được tạo ra bởi gió

Dòng hải lưu được tạo ra bởi gió có thể được mô tả như một hàm phân bố tuyến tính của vận tốc U _w (z) giảm từ vận tốc bề mặt U _w (0) xuống “không” ở độ sâu 20 m dưới SWL:

Ở các vị trí mà độ sâu nước nhỏ hơn 20 m, vận tốc dòng hải lưu được tạo ra bởi gió tại đáy biển sẽ khác không.

Vận tốc dòng hải lưu được tạo ra bởi gió trên mặt nước có thể được giả định là thẳng hàng theo hướng gió, và có thể được ước tính từ công thức:

Trong đó V _1-hour (z = 10 m) được xác định là giá trị trung bình trong 1 h của tốc độ gió ở độ cao 10 m trên mặt nước biển.

Các chu kỳ lặp lại sau 1 năm và 50 năm của V _1-hour (z = 10 m) có thể được xác định từ việc phân tích các phép đo thích hợp tại vị trí tuabin gió ngoài khơi. Sau đó, các tốc độ gió này có thể được sử dụng với công thức (5) để ước tính các chu kỳ lặp lại 1 năm và 50 năm của vận tốc dòng hải lưu gần bề mặt do gió tạo ra.

6.3.3.3.4 Mô hình dòng hải lưu bình thường (NCM)

Mô hình dòng hải lưu bình thường được xác định là sự kết hợp thích hợp tại vị trí cụ thể của các dòng hải lưu do gió tạo ra và dòng thủy triều. Mô hình dòng hải lưu bình thường loại trừ các dòng hải lưu dưới bề mặt được tạo ra bởi cơn bão. Dòng thủy triều bình thường sẽ được tính là trung bình của tốc độ dòng thủy triều.

Mô hình dòng hải lưu bình thường phải được giả định cho những trường hợp tải cuối cùng liên quan đến điều kiện sóng bình thường và khắc nghiệt (NSS, SSS), và đối với mỗi trường hợp tải, tốc độ của dòng hải lưu do gió tạo ra có thể được ước tính từ tốc độ gió trung bình tương ứng, xem 6.3.3.3.3.

6.3.3.3.5 Mô hình dòng hải lưu cực đoan (ECM)

Mô hình dòng hải lưu cực đoan phải được xem xét cho những trường hợp tải cuối cùng liên quan đến điều kiện sóng cực đoan (ESS). Các dòng hải lưu liên quan đến ESS sẽ dẫn đến các tác động môi trường toàn bộ kết hợp với chu kỳ lặp lại là 1 năm và 50 năm và được ký hiệu là U ₁ và U ₅₀ , tương ứng. Việc tính toán tải phải được thực hiện dựa trên các dòng hải lưu tạo ra các tải cao nhất đang tác động lên một tuabin gió ngoài khơi.

Các giá trị cực đoan này phải được xác định từ phân tích của dữ liệu metocean cho vị trí cụ thể thích hợp (tức là các số đo và/hoặc dữ liệu mô phỏng) cho vị trí tuabin gió ngoài khơi, xem 6.4.4.

Trong trường hợp thiếu thông tin xác định phân bố xác suất kết hợp dài hạn của các giá trị cực đoan, việc áp dụng dòng hải lưu với chu kỳ lặp lại là 1 năm và 50 năm và giả định rằng dòng hải lưu cùng hướng với hướng sóng là thận trọng.

6.3.3.4 Mực nước

6.3.3.4.1 Quy định chung

Đối với việc tính toán tải động lực của một tuabin gió nổi ngoài khơi, biến thiên mực nước (nếu đáng kể) tại vị trí phải được tính đến. Tuy nhiên, một mực nước không đổi bằng mực nước biển trung bình (MSL) có thể được giả định cho các trường hợp tải cuối cùng liên quan đến điều kiện sóng bình thường (NSS), với ngoại lệ được chỉ ra trong 6.3.3.4.2 dưới đây.

Các mực nước khác nhau được minh họa trên Hình 3 dưới đây:

CHÚ DẪN:

Hình 3 - Định nghĩa về các mực nước

6.3.3.4.2 Phạm vi mực nước bình thường (NWLR)

Phạm vi mực nước bình thường phải được giả định là bằng với chênh lệch dài hạn giữa thủy triều thiên văn cao nhất (HAT) và thủy triều thiên văn thấp nhất (LAT).

NWRL phải được giả định cho những trường hợp tải mỏi và tải tối đa liên quan đến mô hình biển bình thường (NSS) dựa trên phân bố xác suất kết hợp của điều kiện trạng thái biển và tốc độ gió (H _s , T _p , V _hub ). Phạm vi NWLR cũng sẽ được giả định cho các trường hợp tải tối đa liên quan đến:

• trạng thái biển khắc nghiệt (SSS);

• điều kiện sóng có chu kỳ lặp lại 1 năm.

Các phép tính tải tối đa phải được thực hiện dựa trên mực nước trong phạm vi NWLR mà gây ra các tải cao nhất, hoặc thông qua xem xét phân bố xác suất của mực nước trong phạm vi NWLR.

Đối với các trường hợp tải cực hạn liên quan đến mô hình biển khắc nghiệt ngẫu nhiên (SSS), các mực nước tương ứng với NWLR có thể khiến chiều cao sóng bị giới hạn bởi độ sâu. Nếu điều này xảy ra, và để tránh việc chiều cao sóng bị giới hạn bởi độ sâu, một mực nước cao hơn trong phạm vi mực nước cực đoan (EWLR) phải được giả định.

Để tính toán tải mỏi động học, đơn vị thiết kế có thể trong một số trường hợp chứng minh thông qua một phân tích thích hợp rằng ảnh hưởng của biến động mực nước đối với các tải mỏi là không đáng kể hoặc có thể được tính toán một cách bảo toàn bằng cách giả định một mực nước không đổi lớn hơn hoặc bằng mực nước biển trung bình.

6.3.3.4.3 Phạm vi mực nước cực đoan (EWLR)

Phạm vi mực nước cực đoan (EWLR) phải được giả định cho các trường hợp tải cuối cùng liên quan đến điều kiện sóng có chu kỳ lặp lại 50 năm (ESS). Kết hợp với ESS sẽ dẫn đến các tác động môi trường toàn bộ kết hợp với chu kỳ lặp lại 50 năm. Đơn vị thiết kế có thể cần phải khảo sát một số đại diện của ESS kết hợp với các mực nước khác nhau. Các phép tính tải phải được thực hiện dựa trên các mực nước tạo ra các tải cao nhất tác động lên một tuabin gió ngoài khơi. Các mực nước chạy thiết kế liên quan phải được xác định để tính tải trọng thủy động lực, tải trọng băng và lực nổi của kết cấu đỡ.

Trong trường hợp thiếu thông tin về phân bố xác suất kết hợp dài hạn của các tham số metocean bao gồm mực nước, đơn vị thiết kế ít nhất cũng phải thực hiện các phép tính dựa trên các mực nước sau đây:

• Mực nước tĩnh cao nhất với chu kỳ lặp lại 50 năm, dựa trên sự kết hợp thích hợp của thủy triều thiên văn cao nhất và sóng bão tăng.

• Mực nước tĩnh thấp nhất với chu kỳ lặp lại 50 năm, dựa trên sự kết hợp thích hợp của thủy triều thiên văn thấp nhất và sóng bão giảm.

• Mực nước liên quan đến tải sóng vỡ cao nhất.

6.3.3.5 Băng biển/hồ

Tại một số địa điểm, tải của kết cấu đỡ của tuabin gió ngoài khơi do băng biển/hồ có thể là quan trọng. Các tải băng có thể là tải tĩnh từ lớp băng cố định, hoặc tải động do chuyển động của các tảng băng nổi do gió và dòng chảy gây ra. Tảng băng nổi di chuyển tác động vào kết cấu đỡ trong một khoảng thời gian đáng kể có thể gây ra tải mỏi đáng kể. Đánh giá vị trí cụ thể về sự xuất hiện và các đặc tính của băng biển/hồ cần được thực hiện như được nêu trong 6.4.4.5.

Phụ lục D đưa ra hướng dẫn liên quan đến các phép tính tải băng.

6.3.3.6 Mảng bám sinh vật biển

Mảng bám sinh vật biển ảnh hưởng đến khối lượng, hình học và độ nhám bề mặt của kết cấu đỡ của một tuabin gió ngoài khơi. Do đó, mảng bám sinh vật biển có thể ảnh hưởng đến các tải thủy động lực, đáp ứng động, tính tiếp cận và tốc độ ăn mòn của kết cấu.

Mảng bám sinh vật biển có thể đáng kể tại một số địa điểm và phải được tính đến trong thiết kế của kết cấu đỡ.

Mảng bám sinh vật biển được chia thành "cứng" (thường là động vật như con trai và sò) và "mềm" (tảo biển và rong), trong đó mảng bám cứng thường mỏng hơn nhưng độ nhám cao hơn so với mảng bám mềm. Các sinh vật biển thường bám vào kết cấu ngay sau khi lắp đặt nhưng tốc độ tăng trưởng sẽ giảm dần sau vài năm.

Tính chất và độ dày của mảng bám sinh vật biển phụ thuộc vào vị trí của thành phần kết cấu so với mực nước biển, hướng so với dòng chảy chủ đạo, tuổi và chiến lược bảo trì; nhưng cũng phụ thuộc vào các điều kiện vị trí khác như độ mặn, nồng độ oxy, giá trị pH, dòng chảy và nhiệt độ.

Môi trường ăn mòn thường bị thay đổi bởi mảng bám sinh vật biển ở vùng ngâm phía trên và phần thấp hơn của vùng bắn tóe của kết cấu đỡ. Tùy thuộc vào loại mảng bám sinh vật biển và các điều kiện cục bộ khác, tác động tổng thể có thể tăng hoặc giảm quá trình ăn mòn. Hiện tượng tăng quá trình ăn mòn do mảng bám sinh vật biển (ví dụ, qua các chất chuyển hóa ăn mòn) được gọi là ăn mòn do vi sinh vật(MIC). Mảng bám sinh vật biển có thể gây cản trở thêm cho các hệ thống kiểm soát ăn mòn, bao gồm lớp phủ/vỏ bảo vệ và bảo vệ catốt.

Do các độ không đảm bảo trong các giả định về mảng bám sinh vật biển, một chiến lược để kiểm tra và loại bỏ có thể của mảng bám sinh vật biển cần được lên kế hoạch như một phần của thiết kế kết cấu đỡ. Tần suất, phương pháp kiểm tra và tiêu chí loại bỏ tăng trưởng phải dựa trên tác động của mảng bám sinh vật biển đối với độ tin cậy kết cấu của một tuabin gió ngoài khơi, và phạm vi kinh nghiệm với mảng bám sinh vật biển dưới các điều kiện cụ thể hiện có tại vị trí.

6.3.3.7 Chuyển động đáy biển và xói mòn

Kết cấu đỡ của một tuabin gió ngoài khơi phải được thiết kế có tính đến ảnh hưởng của chuyển động đáy biển và xói mòn. Phân tích về chuyển động đáy biển và xói mòn, cùng với thiết kế các biện pháp bảo vệ thích hợp, phải tuân thủ các yêu cầu của ISO 19901-4. Các yêu cầu liên quan đến đánh giá điều kiện đáy biển được nêu trong 6.4.4.7.

6.3.4 Điều kiện lưới điện

Các điều kiện tại các đầu nối của tuabin gió ngoài khơi phải được xác định cho việc lắp đặt cụ thể như mô tả trong 6.4.6.

6.3.5 Các điều kiện môi trường khác

Các điều kiện môi trường (khí hậu) khác ngoài điều kiện về gió và môi trường biển có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn và an toàn của một tuabin gió ngoài khơi, thông qua tác động nhiệt, quang, ăn mòn, cơ, điện hoặc tác động vật lý khác. Ngoài ra, sự kết hợp của các tham số khí hậu có thể tăng cường ảnh hưởng của chúng.

Các điều kiện môi trường khác nhau dưới đây ít nhất phải được xem xét và hành động được thực hiện được nêu trong tài liệu thiết kế:

• nhiệt độ không khí;

• độ ẩm;

• khối lượng riêng của không khí;

• bức xạ mặt trời;

• mưa, mưa đá, tuyết và băng;

• các chất hoạt động hóa học;

• các hạt hoạt động cơ học;

• độ mặn gây ăn mòn;

• sét;

• địa chấn gây ra động đất và/hoặc sóng thần;

• khối lượng riêng của nước;

• nhiệt độ nước.

Các điều kiện khí hậu được xem xét phải được xác định dưới dạng giá trị đại diện hoặc giới hạn của các điều kiện biến đổi. Xác suất của việc xảy ra đồng thời các điều kiện khí hậu phải được xem xét khi các giá trị thiết kế được chọn.

Các biến đổi trong các điều kiện khí hậu trong giới hạn bình thường tương ứng với chu kỳ lặp lại 1 năm, hoặc thường xuyên hơn, không được phép làm ảnh hưởng đến hoạt động bình thường đã thiết kế của một tuabin gió ngoài khơi.

Trừ khi có tương quan tồn tại, các điều kiện môi trường cực đoan khác theo 6.4.5.3 phải được kết hợp với điều kiện gió bình thường theo IEC 61400-1 và điều kiện biển bình thường theo 6.3.3.

6.4 Đánh giá điều kiện bên ngoài của vị trí đặt tuabin gió ngoài khơi

6.4.1 Quy định chung

Các điều kiện bên ngoài tại vị trí đặt tuabin gió ngoài khơi phải được đánh giá như là một cơ sở của việc thiết kế và/hoặc kiểm tra xác nhận thiết kế theo các yêu cầu của các điều dưới đây.

Các hệ số an toàn từng phần cho các tải được viện dẫn trong 7.6.2.2 giả định rằng việc đánh giá điều kiện metocean bình thường và cực đoan của môi trường làm việc đã được thực hiện theo yêu cầu tối thiểu của 6.4.

6.4.2 Cơ sở dữ liệu metocean

Cơ sở dữ liệu metocean của vị trí cụ thể phải được thiết lập có chứa thông tin về:

• tốc độ và hướng gió;

• chiều cao sóng đáng kể, chu kỳ sóng và hướng sóng;

• sự tương quan giữa thống kê gió và sóng;

• tốc độ và hướng dòng chảy;

• mực nước;

• sự xuất hiện và đặc điểm của băng biển/hồ và sự xuất hiện của hướng và tốc độ trôi của chúng;

• sự xuất hiện của băng trên tuabin và kết cấu đỡ;

• các tham số metocean liên quan khác như nhiệt độ và khối lượng riêng của không khí và nước, độ mặn của nước, địa hình biển của vị trí, mảng bám sinh vật biển, v.v...

Cơ sở dữ liệu có thể được thiết lập từ các phép đo ở vị trí cụ thể, được hỗ trợ, khi cần thiết, bởi các mô phỏng ngược. Nếu sử dụng các phép đo ở vị trí cụ thể thì kết quả cần được đối chiếu với dữ liệu dài hạn từ một vị trí lân cận, trừ khi kết quả có thể được chứng minh là thận trọng theo cách khác. Thời gian quan trắc phải đủ dài để cung cấp số liệu thống kê đáng tin cậy cho từng tham số và phân bố xác suất đồng thời của chúng ^[4] . Thông thường, không yêu cầu đo dài hạn tại vị trí nếu có thể tương quan với dữ liệu dài hạn từ vị trí lân cận hoặc sử dụng công cụ số để chuyển đổi dữ liệu dài hạn đến vị trí tuabin một cách đáng tin cậy.

Các phép đo chuỗi thời gian có thể rất quan trọng để mô tả chiều cao sóng, chu kỳ và phổ sóng ở các vị trí nước nông.

Khi đánh giá chất lượng và số lượng dữ liệu, cần chú ý đặc biệt đến sự đủ của dữ liệu đối với việc ngoại suy đến các sự kiện hiếm.

6.4.3 Đánh giá điều kiện gió

6.4.3.1 Quy định chung

Các tham số gió tại vị trí lắp đặt cần được ước tính bằng cách sử dụng các phương pháp thích hợp, bao gồm đo và ngoại suy hoặc tính toán dựa trên các dữ liệu đo từ vị trí, các ghi chép dài hạn từ các trạm khí tượng địa phương, mô hình mô phỏng hoặc các tiêu chuẩn và quy định hiện hành. Các phương pháp mô tả ở 11.3 của IEC 61400-1 áp dụng với các điều chỉnh dưới đây.

Các giá trị của các tham số dưới đây cần được ước tính tại vị trí tuabin gió ngoài khơi, bên cạnh các tham số được quy định trong IEC 61400-1:

• tốc độ gió cực đoan trung bình 10 min V _1,hub tại độ cao hub có chu kỳ lặp lại là 1 năm;

• độ lệch chuẩn của tốc độ gió từ luồng xoáy không khí (ước tính là giá trị trung bình của độ lệch chuẩn của thành phần dọc) và độ lệch chuẩn của ở V _hub giữa V _out và V _hub bằng với V _ref .

Các giá trị độ trượt gió cao đã được báo cáo trong một khoảng thời gian kéo dài cho một số khu vực do luồng không khí phân tầng cao hoặc sự thay đổi khắc nghiệt về độ nhám. Tuy nhiên, đối với các mô hình gió giật sử dụng biên dạng gió trung bình (tức là EOG, ECD, EWS như được xác định trong IEC 61400-1), độ trượt gió có thể được giả định bằng với độ trượt gió trung bình. Điều này đã được chứng minh vì các mô hình này liên quan đến các cơn gió giật được tạo ra do luồng xoáy, điều này bao hàm giá trị độ trượt gió được liên kết với mức cường độ luồng xoáy cao là thích hợp.

Khoảng bin tốc độ gió bất kỳ được sử dụng ở trên phải nhỏ hơn hoặc bằng 2 m/s, và các phân khu vực hướng gió phải nhỏ hơn hoặc bằng 30°. IEC 61400-1 yêu cầu tất cả các tham số, ngoại trừ khối lượng riêng của không khí, phải có sẵn dưới dạng hàm số của hướng gió và được biểu diễn dưới dạng trung bình 10 min. Do môi trường ngoài khơi thường ít biến thiên hướng gió hơn so với môi trường trên đất liền, việc cung cấp thông tin đa hướng về các tham số như độ trượt gió và luồng xoáy được chấp nhận trừ khi bị loại trừ bởi các tác động ven biển cho các khu vực gần bờ.

Các tham số gió cực đoan tại vị trí được xác định bằng một trong các cách sau:

• được đo trong khoảng từ 0,2 V _ref tới 0,4 V _ref và ngoại suy, hoặc

• được suy ra từ phân tích sự tương quan của các phép đo giám sát ngắn hạn được thực hiện tại vị trí và các bản ghi dài hạn từ các trạm khí tượng địa phương, hoặc từ các tiêu chuẩn và quy định hiện hành, hoặc

• dựa trên kinh nghiệm từ các vị trí gần đó. Trong trường hợp này, giả định về sự tương đồng giữa các vị trí phải được chứng minh.

Trong trường hợp tốc độ gió trung bình cực đoan tại vị trí cụ thể có sẵn cho các khoảng thời gian trung bình lớn hơn 10 min thì các hệ số chuyển đổi được nêu trong Bảng 1 có thể được sử dụng để ước lượng tốc độ gió trung bình 10 min cực đoan. Các hệ số trong bảng này cho tỷ lệ giữa tốc độ gió cực đoan cho một khoảng thời gian trung bình đã cho và tốc độ gió trung bình 10 min cực đoan.

Bảng 1 - Chuyển đổi giữa tốc độ gió cực đoan của các khoảng thời gian trung bình khác nhau

Phân bố xác suất dài hạn của tốc độ gió trung bình, V _hub , có thể được giả định là độc lập với khoảng thời gian trung bình cho các khoảng thời gian trong khoảng từ 10 min đến 3 h ^[5] .

6.4.3.2 Các điều kiện gió trong IEC 61400-1 áp dụng cho thiết kế cụm rôto-vỏ tuabin

Trong trường hợp điều kiện gió được quy định trong IEC 61400-1 được sử dụng làm cơ sở để thiết kế cụm rôto-vỏ tuabin, các biến đổi sau đây của các giá trị tham số có thể được giả định:

• độ nghiêng của dòng chảy trung bình so với mặt phẳng nằm ngang bằng 0;

• biên dạng gió, V(z), biểu thị tốc độ gió trung bình là hàm của độ cao, z, trên mực nước tĩnh. Trong trường hợp các cấp tuabin gió tiêu chuẩn, đặc tính tốc độ gió bình thường được tính theo định luật lũy thừa:

trong đó, đối với điều kiện gió bình thường, số mũ của lũy thừa, α, là 0,14.

6.4.3.3 Đánh giá luồng xoáy của luồng gió tự do trong không khí

Giá trị độ lệch chuẩn của luồng xoáy của luồng gió tự do trong không khí phải được xác định bằng cách sử dụng các kỹ thuật thống kê thích hợp được áp dụng cho dữ liệu đo và ưu tiên là dữ liệu đã khử xu hướng. Nếu tác động của các yếu tố địa lý (đường bờ biển) hoặc các yếu tố cục bộ khác có thể ảnh hưởng đến độ lệch chuẩn của luồng xoáy, thì những tác động này phải được thể hiện trong dữ liệu. Các đặc tính của cảm biến gió, tốc độ lấy mẫu và thời gian trung bình được sử dụng để có được dữ liệu đo phải tính đến khi khi đánh giá độ lệch chuẩn của luồng xoáy.

Trong trường hợp không có dữ liệu tại vị trí đối với luồng xoáy, độ lệch chuẩn của luồng xoáy σ ₁ có thể được ước lượng bằng cách sử dụng tham số độ nhám bề mặt z ₀ được suy ra từ biểu thức Charnock cho điều kiện không khí gần trung tính:

trong đó

g là gia tốc trọng trường;

к 0,4 là hằng số von Karman, và

A _C là hàm số Charnock.

A _C 0,011 là giá trị khuyến cáo cho khu vực biển mở và có thể sử dụng A _C = 0,034 cho các vị trí gần bờ biển ^[6] .

Độ nhám bề mặt biển tăng theo tốc độ gió và do đó cường độ luồng xoáy sẽ tăng dần theo hàm số của tốc độ gió trong điều kiện gần trung tính. Tại nhiều vị trí ngoài khơi, cường độ luồng xoáy trung bình ngoài khơi là cao tại tốc độ gió thấp, giảm xuống mức tối thiểu ở các tốc độ gió xấp xỉ trong khoảng từ 8 đến 12 ms ^-1 (ở độ cao tham chiếu 10 m) và sau đó tăng dần với việc tăng tốc độ gió.

Tham số độ nhám được tìm bằng cách giải phương trình ẩn ở trên và, lần lượt, độ lệch chuẩn của thành phần tốc độ gió theo chiều dọc có thể được tính từ:

Trong đó I ₁₅ là giá trị trung bình của cường độ luồng xoáy ở độ cao hub được xác định tại V _hub = 15 m/s. Việc sử dụng giả thiết về điều kiện gần trung tính (như công thức (7)) thường cho giá trị trung bình thấp đối với độ lệch chuẩn của thành phần tốc độ gió theo chiều dọc và không phù hợp để đại diện cho điều kiện của cơn bão nhiệt đới. ^[7]

Các mô hình tính toán cho điều kiện khí quyển không trung tính ngoài khơi đã được đề xuất. Các mô hình trong tài liệu số [35] của Thư mục tài liệu tham khảo có thể được áp dụng nếu không có thông tin khác. Phải cẩn thận khi chứng minh mức độ chấp nhận.

Trong trường hợp thiếu dữ liệu tại vị trí cụ thể thích hợp để ước tính độ lệch chuẩn của luồng xoáy với thời gian trung bình 1 h, có thể giả định rằng nó liên quan đến độ lệch chuẩn của luồng xoáy trung bình trong 10 min bởi:

6.4.3.4 Đánh giá các ảnh hưởng của luồng rẽ khí từ các tuabin gió lân cận

Việc đánh giá các ảnh hưởng của luồng rẽ khí từ các tuabin gió lân cận phải được thực hiện theo yêu cầu được quy định trong IEC 61400-1. Hướng dẫn cụ thể được cho trong Phụ lục E của IEC 61400-1:2019 về các điều kiện tại vị trí cụ thể.

6.4.4 Đánh giá các điều kiện biển

6.4.4.1 Đánh giá các điều kiện sóng cực đoan

Các tham số trạng thái biển cực đoan dưới đây phải được ước tính:

• chiều cao sóng đáng kể với chu kỳ lặp lại 50 năm, giả sử chu kỳ tham chiếu là 3 h, H _s,50 ;

• chiều cao sóng đáng kể với chu kỳ lặp lại 1 năm, giả sử chu kỳ tham chiếu là 3 giờ, H _s,1 ;

• chiều cao sóng cực đoan riêng rẽ với chu kỳ lặp lại 50 năm, H ₅₀ và phạm vi chu kỳ sóng đi kèm;

• chiều cao sóng cực đoan riêng rẽ với chu kỳ lặp lại 1 năm, H ₁ và phạm vi chu kỳ sóng đi kèm;

• chiều cao đỉnh sóng cực đoan với chu kỳ lặp lại 50 năm.

Chiều cao của sóng đáng kể cực đoan và chiều cao sóng riêng rẽ cực đoan có thể được xác định theo một số cách khác nhau. Phương pháp phù hợp nhất dựa trên phân tích thống kê của chiều cao sóng đáng kể đỉnh bão trong cơ sở dữ liệu metocean vượt qua một ngưỡng nhất định. Chiều cao sóng riêng rẽ cực đoan có thể được xác định bằng cách tích chập của phân bố dài hạn của chiều cao sóng đáng kể H _s và chu kỳ phổ sóng cao nhất T _p , với phân bố ngắn hạn điều kiện của chiều cao sóng riêng rẽ H dựa trên chiều cao sóng đáng kể H _s . Tham khảo ISO 19901-1. Tuy nhiên, các chiều cao sóng cực đoan có thể bị giới hạn bởi độ sâu của nước.

Sóng vỡ có thể xảy ra tại vị trí của một tuabin sóng ngoài khơi tùy thuộc vào độ sâu của nước, độ dốc của đáy biển, chiều cao sóng, chu kỳ và độ dốc của sóng. Dựa trên đánh giá các tham số này, có thể thực hiện theo hướng dẫn trong Phụ lục B để xác định tính chất và kích thước của sóng vỡ dựa trên các điều kiện vị trí. Phụ lục B cũng trình bày một mô hình kinh nghiệm về phân bố chiều cao sóng trong các khu vực nước nông.

Phụ lục H đưa ra hướng dẫn về đánh giá các điều kiện sóng cực đoan trong các điều kiện bão nhiệt đới.

Trong trường hợp dữ liệu metocean không đủ để đánh giá chiều cao sóng cực đoan và phạm vi của các chu kỳ sóng liên quan, đối với nước sâu có thể giả định rằng:

được xác định là sóng cực đoan có khả năng cao nhất trong một trạng thái biển có chu kỳ tham chiếu là 3 h với chiều cao sóng đáng kể H _s , giả sử một phân bố Rayleigh của các chiều cao sóng và 1 000 sóng, tức là phân vị vượt qua 0,1 % của phân bố Rayleigh. Liên kết với chiều cao sóng này, phạm vi chu kỳ sóng sau đây có thể được áp dụng:

Đối với một chiều cao sóng nhất định, chu kỳ sóng có một giới hạn dưới phụ thuộc vào độ sâu, được xác định từ giới hạn chiều cao sóng vỡ, xem Phụ lục B. Lưu ý rằng ở nước sâu, tỷ lệ H ₅₀ /H _s50 và H ₁ /H _{s 1} thường nằm trong khoảng từ 1,9 đến 2,0. Đối với các điểm nước nông mà không có dữ liệu đo, H ₅₀ và H ₁ phải được giả định bằng chiều cao sóng vỡ nếu chiều cao sóng vỡ nhỏ hơn 2,0 lần giá trị của H _s tương ứng.

6.4.4.2 Đánh giá các điều kiện sóng bình thường

Đối với các trạng thái biển bình thường, cơ sở dữ liệu metocean của vị trí cụ thể phải được phân tích để xác định phân bố xác suất kết hợp dài hạn của các tham số sau:

• tốc độ gió trung bình ở độ cao hub, V _hub ;

• chiều cao sóng đáng kể, H _s ;

• chu kỳ phổ cực đoan, T _p .

Điều 6.3.3.2.2 xác định NSS, một khoảng thời gian trung bình 1 h được yêu cầu để thiết lập phân bố xác suất kết hợp dài hạn của V _hub , H _s , và T _p . Nếu dữ liệu thống kê kết hợp có sẵn cho V _hub , H _s , và T _p được dựa trên một khoảng thời gian trung bình khác, dữ liệu sẽ được chuyển đổi để dựa trên khoảng thời gian trung bình 1 h cho tốc độ gió. Mối tương quan giữa V _hub , H _s , và T _p có thể tăng lên với một khoảng thời gian trung bình dài hơn vì sự hình thành sóng dưới tác động của gió diễn ra trong vài giờ. Tuy nhiên, tùy thuộc vào các đặc điểm cụ thể của vị trí, mối tương quan có thể không thay đổi đáng kể với khoảng thời gian trung bình nên có thể giả định phân bố xác suất kết hợp dài hạn của V _hub , H _s , và T _p không phụ thuộc vào thời gian trung bình.

Nếu cần thiết, phân bố xác suất kết hợp phải được mở rộng để bao gồm hướng gió và hướng sóng mặc dù các phép đo tại vị trí cụ thể cho phép suy ra sự xuất hiện kết hợp của năm tham số này thường không có sẵn ^[8] . Độ phân giải của phân bố xác suất kết hợp phải sao cho khoảng của bất kỳ bin tốc độ gió nào phải nhỏ hơn hoặc bằng 2 m/s, khoảng của bất kỳ bin chiều cao sóng đáng kể nào phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,5 m và khoảng của bất kỳ bin chu kỳ sóng nào phải nhỏ hơn hoặc bằng 0,5 s. Nếu có sẵn dữ liệu định hướng thì độ rộng của các phần hướng gió và hướng sóng phải bằng 30° hoặc nhỏ hơn.

Không có yêu cầu đánh giá phổ sóng và sự lan truyền theo hướng của vị trí cụ thể và có thể giả định các công thức tiêu chuẩn được cho trong ISO 19901-1. Tuy nhiên, khi có các dữ liệu đo thích hợp và đáng tin cậy, phổ sóng tại vị trí cụ thể và hàm lan truyền định hướng có thể được đánh giá làm cơ sở cho việc kiểm tra xác nhận thiết kế và/hoặc thiết kế của tuabin gió ngoài khơi.

6.4.4.3 Đánh giá dòng chảy

Ngoài ảnh hưởng của dòng chảy lên tải của kết cấu đỡ của một tuabin gió ngoài khơi, dòng chảy còn ảnh hưởng đến vị trí và hướng của bến tàu và đệm chắn và có thể tạo ra hiện tượng xói mòn đáy biển.

Dòng hải lưu phải được đánh giá dựa trên các thành phần liên quan đến thủy triều, sóng bão và dòng chảy do gió tạo ra, nếu những thành phần này có liên quan đến vị trí của tuabin gió. Đặc điểm về vận tốc và hướng của từng thành phần đáng kể của dòng hải lưu tại vị trí phải được đánh giá riêng biệt.

Vận tốc dòng hải lưu bề mặt cực đoan có chu kỳ lặp lại là 1 năm và 50 năm phải được xác định từ phân tích của cơ sở dữ liệu metocean của vị trí cụ thể.

Không có yêu cầu đánh giá sự biển đổi tại vị trí cụ thể của vận tốc dòng hải lưu theo độ sâu và các biên dạng tiêu chuẩn được cho trong 6.3.3.3 có thể được giả định. Tuy nhiên, nếu có thông tin về phép đo là thích hợp và đáng tin cậy, các biên dạng dòng hải lưu của vị trí cụ thể có thể được đánh giá làm cơ sở cho thiết kế và/hoặc kiểm tra xác nhận thiết kế của một tuabin gió ngoài khơi.

6.4.4.4 Đánh giá mực nước, thủy triều và sóng bão

Mức trung bình và dao động của mực nước tại vị trí tuabin gió phải được đánh giá để xác định các tham số sau:

• mực nước biển trung bình (MSL);

• thủy triều thiên văn cao nhất (HAT) và thủy triều thiên văn thấp nhất (LAT);

• mực nước tĩnh cao nhất (HSWL) bao gồm cả sóng bão tăng;

• mực nước tĩnh thấp nhất (LSWL) bao gồm cả sóng bão giảm.

Những tham số này phải được xác định từ cơ sở dữ liệu metocean tại vị trí cụ thể. Ước lượng chính xác về sóng bão đòi hỏi một tập dữ liệu lớn. Các phép đo dài hạn hoặc mô phỏng ngược từ các địa điểm gần kề có thể được sử dụng cùng với kỹ thuật tương quan để suy ra các đặc tính về sóng bão tại vị trí cụ thể.

6.4.4.5 Đánh giá về băng biển/ hồ

Ở những vị trí dự kiến có băng, tính chất vật lý của băng phải được xem xét khi thiết kế các kết cấu đỡ của tuabin gió ngoài khơi.

Các đặc tính của băng tại từng vị trí cụ thể cần được mô tả trong tài liệu thiết kế.

Các tham số cần đánh giá, một số có thể đo được, một số được tính từ các công thức kinh nghiệm và một số khác được xác định từ các nguồn dữ liệu lịch sử như bản đồ băng.

Dưới đây là các tham số liên quan nhất:

• độ dày của tảng băng với chu kỳ lặp lại 50 năm, h ₅₀ ;

• kích thước của các phần băng dày có diện tích hữu hạn (như các rặng băng) mà bị cuốn vào trong băng có thể va chạm với kết cấu, bao gồm độ dày lớp băng kết khối h _c , với chu kỳ lặp lại 50 năm;

• hệ số độ bền băng C _R ;

• khối lượng riêng của băng;

• tốc độ dòng chảy ở 1 m dưới bề mặt dưới của băng;

• tốc độ gió ở độ cao 10 m trên bề mặt, tác động vào các tảng băng và rặng băng;

• dao động mực nước;

• độ mặn của nước;

• khối lượng riêng của nước;

• khối lượng riêng của không khí;

• độ đông theo ngày;

• hệ số cản gió C _W ;

• hệ số cản dòng C _C ;

• tần suất tập trung băng.

Phụ lục D đưa ra các định nghĩa của các tham số cần đánh giá để tính toán các tải băng.

6.4.4.6 Đánh giá mảng bám sinh vật biển

Độ dày mảng bám sinh vật biển và sự phụ thuộc vào độ sâu dưới mực nước biển phải được đánh giá dựa trên các khuyến nghị hiện hành, kinh nghiệm và các dữ liệu đo có sẵn. Các nghiên cứu cho vị trí cụ thể có thể cần thiết để xác định tính chất, khả năng phụ thuộc vào độ dày và độ sâu của mảng bám sinh vật biển ^[9] .

6.4.4.7 Đánh giá chuyển động đáy biển và xói mòn

Độ ổn định của đáy biển phải được đánh giá. Cần xác định xem địa hình và kết cấu đất tại vị trí có đòi hỏi cần xem xét khả năng xảy ra các hiện tượng sụt lún, trượt, sụp hố hoặc xói mòn. Nhìn chung, phải tính đến hiện tượng lún và hóa lỏng đất khi thiết kế móng trọng lực.

Dựa trên quan sát, biến đổi của thềm đáy biển thường có thể được đặc trưng bởi kết hợp của các yếu tố sau:

• sự xói mòn cục bộ được đặc trưng bởi các hố mòn với các bờ dốc xung quanh các phần tử kết cấu như cọc và nhóm cọc;

• sự xói mòn toàn bộ được đặc trưng bởi các hố mòn nông có phạm vi rộng xung quanh một kết cấu, có thể do ảnh hưởng tổng thể của kết cấu, tương tác giữa nhiều kết cấu, hoặc tương tác sóng-đất-kết cấu;

• chuyển động tổng thể dưới đáy biển của sóng cát, rặng băng và bãi cạn có thể xảy ra khi không có công trình. Những chuyển động như vậy có thể dẫn đến việc thềm đáy biển hạ xuống hoặc nâng lên hoặc lặp lại theo chu kỳ. Việc có thêm các công trình nhân tạo có thể làm thay đổi dòng vận chuyển trầm tích cục bộ, có thể làm tăng thêm tình trạng xói mòn, tích tụ trầm tích hoặc không có ảnh hưởng.

Sự dịch chuyển và xói mòn đáy biển có thể dẫn đến việc mất đi sự hỗ trợ theo chiều thẳng đứng và chiều ngang của móng, gây ra lún và dịch chuyển không mong muốn của móng nông, gây ứng suất quá mức cho các bộ phận móng và thay đổi đặc tính động của kết cấu tuabin gió. Khi có khả năng xảy ra xói mòn thì phải tính đến và/hoặc giảm thiểu khi thiết kế.

Phạm vi xói mòn và biện pháp bảo vệ khỏi xói mòn cần thiết tại vị trí tuabin gió phải được xác định:

• trên cơ sở các hồ sơ trước đây từ các vị trí ở gần hoặc các vị trí có đặc điểm thềm đáy biển tương tự;

• từ các thử nghiệm mô hình; hoặc

• từ các tính toán được hiệu chuẩn bằng nguyên mẫu hoặc thử nghiệm mô hình.

6.4.5 Đánh giá các điều kiện môi trường khác

6.4.5.1 Quy định chung

Phải đánh giá các thông số quy định tại 6.3.5.

6.4.5.2 Các điều kiện môi trường bình thường khác

Giá trị bình thường của các thông số môi trường được đưa ra dưới đây có thể được giả định như sau:

• dải nhiệt độ không khí xung quanh từ -10 °C đến +30 °C;

• độ ẩm tương đối lên tới 100 %;

• cường độ bức xạ mặt trời 1 000 w/ m ² ;

• khối lượng riêng của không khí 1,225 kg/m ³ ;

• khối lượng riêng của nước 1 025 kg/m ³ ;

• dải nhiệt độ nước từ 0 °C đến +30 °C.

Khi không có dữ liệu về khối lượng riêng của không khí tại vị trí thì phải giả định rằng khối lượng riêng của không khí nhất quán với ISO 2533, được hiệu chỉnh thích hợp với nhiệt độ trung bình hàng năm.

Khi đơn vị thiết kế quy định các điều kiện bên ngoài bổ sung thì các tham số và giá trị của chúng cũng phải được nêu trong tài liệu thiết kế và phải phù hợp với các yêu cầu của IEC 60721-2-1.

6.4.5.3 Các điều kiện môi trường cực đoan khác

6.4.5.3.1 Quy định chung

Các điều kiện môi trường cực đoan khác phải được xem xét khi thiết kế tuabin gió ngoài khơi bao gồm nhiệt độ, sét, băng và động đất.

6.4.5.3.2 Nhiệt độ

Trong trường hợp không có dữ liệu tại vị trí cụ thể, dải nhiệt độ không khí xung quanh cực đoan đối với các tuabin gió ngoài khơi có thể được giả định là từ -15 °C đến +40 °C.

Trong trường hợp không có dữ liệu tại vị trí cụ thể, dải nhiệt độ nước cực đoan đối với các tuabin gió ngoài khơi có thể được giả định là từ -2 °C đến +35 °C.

6.4.5.3.3 Sét

Các cú sét ở các tuabin gió ngoài khơi có thể xảy ra thường xuyên hơn và nghiêm trọng hơn so với trên đất liền. Các quy định về chống sét được yêu cầu trong IEC 61400-24 có thể được coi là đầy đủ đối với các tuabin gió ngoài khơi.

6.4.5.3.4 Đóng băng

Không có yêu cầu tối thiểu nào về đóng băng được đưa ra đối với các cấp tuabin gió ngoài khơi tiêu chuẩn. Sự tích tụ băng trên các bộ phận của tuabin gió phải được xem xét từ:

• độ ẩm và mảnh vụn ở nhiệt độ khoảng 0°C và dưới 0°C;

• tia nước của đỉnh sóng ở nhiệt độ dưới 0°C.

6.4.5.3.5 Động đất

Trong trường hợp có liên quan, việc đánh giá điều kiện động đất phải được thực hiện theo 11.6 của IEC 61400-1:2019.

6.4.6 Đánh giá điều kiện lưới điện

Để đánh giá các điều kiện của lưới điện, tham khảo 11.7 của IEC 61400-1:2019. Trong trường hợp không có dữ liệu vị trí, việc mất kết nối điện trong thời gian 3 tháng liên tục phải được coi là điều kiện cực đoan.

6.4.7 Đánh giá điều kiện đất

Việc khảo sát đất phải được thực hiện để cung cấp thông tin đầy đủ nhằm mô tả các đặc tính của đất theo chiều sâu và khu vực sẽ ảnh hưởng hoặc bị ảnh hưởng bởi kết cấu móng. Các cuộc khảo sát nói chung sẽ bao gồm những nội dung sau:

• khảo sát địa chất của vị trí;

• khảo sát độ sâu của thềm đáy biển bao gồm việc đăng ký các đá tảng, sóng cát hoặc vật cản dưới thềm đáy biển;

• khảo sát địa vật lý;

• khảo sát địa kỹ thuật bao gồm thử nghiệm hiện trường và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.

Để xây dựng các tham số thiết kế móng cần thiết, dữ liệu thu được trong quá trình khảo sát phải được xem xét kết hợp với đánh giá địa chất nông của khu vực. Nếu có thể, chương trình lấy mẫu và thử nghiệm đất cần được xác định sau khi xem xét các kết quả địa vật lý.

Việc khảo sát đất sẽ bao gồm một hoặc nhiều lỗ khoan đất để cung cấp mẫu đất cho các thử nghiệm tại chỗ và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm nhằm xác định dữ liệu phù hợp cho việc xác định các đặc tính kỹ thuật, số lượng và độ sâu của các lỗ khoan cần thiết sẽ phụ thuộc vào số lượng và vị trí của móng tuabin gió trong trang trại gió ngoài khơi, sự biến đổi của đất ở vùng lân cận vị trí, loại móng và kết quả của bất kỳ cuộc khảo sát địa vật lý sơ bộ nào. Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT) và lỗ khoan lõi rung nông có thể được sử dụng để bổ sung cho việc khoan đất trong khảo sát đất. Về nguyên tắc, dữ liệu đất tại vị trí cụ thể phải được thiết lập cho từng móng trong trang trại gió. CPT có thể được sử dụng cho mục đích này tại các vị trí đặt tuabin gió nơi không thực hiện việc khoan đất. Để hiệu chuẩn CPT, một CPT phải được thực hiện ở lân cận của một trong các lỗ khoan đất.

Việc khảo sát đất sẽ cho các dữ liệu dưới đây làm cơ sở cho thiết kế móng:

• dữ liệu phân loại đất và mô tả đất;

• các tham số cường độ cắt, bao gồm cả hiệu ứng suy thoái đất;

• đặc tính biến dạng, bao gồm các thông số kết hợp;

• độ thẩm thấu;

• các tham số độ cứng và giảm chấn để dự đoán các đặc tính động của kết cấu tuabin gió.

Đối với từng lớp đất, các thuộc tính kỹ thuật này phải được đánh giá kỹ lưỡng bằng thử nghiệm thích hợp tại hiện trường và thử nghiệm tại phòng thí nghiệm.

Việc đánh giá điều kiện đất cũng phải xem xét khả năng hóa lỏng đất, lún dài hạn, dịch chuyển của móng và đất xung quanh, cũng như tính ổn định thủy lực và ổn định đất.

7 Thiết kế kết cấu

7.1 Quy định chung

Tính toàn vẹn của các thành phần mang tải của kết cấu tuabin gió ngoài khơi phải được kiểm tra xác nhận và phải khẳng định được mức an toàn chấp nhận được. Độ bền mỏi và độ bền cực hạn của các thành phần kết cấu phải được kiểm tra xác nhận bằng các tính toán, thử nghiệm hoặc cả hai để chứng minh tính toàn vẹn kết cấu của tuabin gió ngoài khơi với mức an toàn thích hợp.

Các phân tích kết cấu phải dựa trên ISO 2394.

Thực hiện các tính toán bằng cách sử dụng các phương pháp thích hợp. Mô tả về các phương pháp tính toán phải được nêu trong tài liệu thiết kế. Các mô tả phải có bằng chứng về tính hợp lệ của các phương pháp tính toán hoặc tham khảo các nghiên cứu kiểm tra xác nhận thích hợp. Mức tải trong thử nghiệm bất kỳ để kiểm chuẩn độ bền phải tương ứng với các hệ số an toàn thích hợp đối với các tải đặc trưng theo 7.6.

Kết cấu đỡ, rôto và cộng hưởng của bộ truyền động phải được xác định đối với dải tần lên đến và bao gồm 2 lần tần số kích thích đi qua cánh quạt. Các cộng hưởng có thể xảy ra phải được kiểm tra ở mức cường độ luồng xoáy bằng 30 % cường độ luồng xoáy thiết kế NTM cấp C đối với DLC 1.2. Nếu tải cộng hưởng cao được phát hiện ở cường độ luồng xoáy thấp thì phải áp dụng các biện pháp để tránh cộng hưởng hoặc chúng phải được tính vào tải thiết kế.

7.2 Phương pháp thiết kế

Phải kiểm tra xác nhận các trạng thái giới hạn không bị vượt quá đối với thiết kế tuabin gió. Thử nghiệm mô hình và thử nghiệm mẫu cũng có thể được sử dụng thay cho việc tính toán để kiểm tra xác nhận thiết kế kết cấu, như quy định trong ISO 2394.

Việc tính toán thiết kế phải dựa trên các phương pháp đã được xác nhận và các quy định được công nhận.

Theo IEC 61400-1, mô hình tính toán thiết kế phải được xác nhận bằng các phép đo tải. Các phép đo như vậy phải được thực hiện trên tuabin gió trên bờ hoặc ngoài khơi có kết cấu và động lực tương tự nhưng có thể khác nhau về chi tiết (chẳng hạn như kết cấu đỡ thay thế) so với tuabin được thiết kế. Có thể tìm thấy các yêu cầu đối với phép đo tải trong IEC 61400-13.

7.3 Tải

7.3.1 Quy định chung

Các tải mô tả từ 7.3.2 đến 7.3.7 phải được xem xét khi tính toán thiết kế.

7.3.2 Tải trọng lực và quán tính

Tải trọng lực và quán tính là các tải tĩnh và động do trọng lực, rung, quay và địa chấn gây ra.

Dung sai cho phép về độ thẳng đứng của tháp phải được nêu trong tài liệu thiết kế và phải bao gồm các ảnh hưởng ban đầu và dài hạn do sụt lún đất vĩnh viễn. Ảnh hưởng của độ thẳng đứng của tháp đến tải trọng lực phải được xem xét riêng trong quá trình phân tích kết cấu tháp và móng.

7.3.3 Tải khí động học

Tải khí động học là các tải tĩnh và động phát sinh từ luồng không khí tương tác với các bộ phận cố định và chuyển động của các tuabin gió.

Luồng không khí phụ thuộc vào tốc độ gió trung bình và luồng xoáy ngang qua mặt phẳng rôto, tốc độ quay của rôto, khối lượng riêng của không khí, các dạng khí động học của các thành phần tuabin gió và các hiệu ứng tương tác của chúng, bao gồm cả các hiệu ứng đàn hồi không khí.

Trong tính toán tải khí động học, không cần thiết phải tính đến dung sai hình học ở độ thẳng đứng của tháp nhỏ hơn hoặc bằng 3°.

7.3.4 Tải truyền động

Tải truyền động sinh ra do vận hành và điều khiển các tuabin gió. Chúng ở nhiều dạng khác nhau gồm cả điều khiển mômen xoắn của máy phát/biến tần, các tải trọng từ cơ cấu điều khiển góc quay, góc ngẩng và tải phanh cơ khí. Trong mỗi trường hợp, điều quan trọng trong tính toán đáp ứng và tải trọng là xem xét phạm vi của các lực thao tác hiện có. Đặc biệt, đối với các phanh cơ khí, phạm vi ma sát, lực lò xo hoặc áp lực khi bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và quá trình lão hóa phải được tính đến trong việc kiểm tra đáp ứng và mang tải trong khi phanh.

7.3.5 Tải thủy động

Tải thủy động là các tải động gây ra bởi dòng nước và sự tương tác của nó với kết cấu đỡ của tuabin gió ngoài khơi.

Tải thủy động phụ thuộc vào động học của dòng nước, khối lượng riêng của nước, độ sâu của nước, hình dạng của kết cấu đỡ và các ảnh hưởng tương tác của chúng, bao gồm cả các hiệu ứng đàn hồi thủy động.

Các bộ phận của kết cấu đỡ tuabin gió ngoài khơi không được thiết kế để chịu tải thủy động phải được đặt ở độ cao có khoảng hở không khí so với giá trị dự kiến của đỉnh sóng cao nhất với chu kỳ lặp lại là 50 năm, có tính đến thủy triều thiên văn cao nhất, sóng bão tăng, chiều cao đỉnh sóng cực đoan và chuyển động của kết cấu đỡ. Khoảng hở không khí cần lớn hơn hoặc bằng 0,2 × H _s50 , với giá trị nhỏ nhất là 1 m. Tuy nhiên, đối với những vị trí có điều kiện khắc nghiệt do bão nhiệt đới gây ra, phải xem xét các hướng dẫn khu vực để xác định khe hở không khí.

Cần xem xét tải thủy động phát sinh từ sóng “dâng trào”, đặc biệt đối với việc thiết kế các bệ và công trình phụ trợ bên ngoài.

7.3.6 Tải băng biển/hồ

Tải băng biển tác động lên tuabin gió ngoài khơi vừa là tải tĩnh vừa là tải động. Tải tĩnh có nguồn gốc từ sự dao động nhiệt độ hoặc sự thay đổi mực nước trong lớp băng cố định. Tải động được gây ra bởi chuyển động của các tảng băng nổi do gió và dòng chảy gây ra và sự phá hủy của chúng khi tiếp xúc với kết cấu đỡ.

Sự liên quan của tải băng, trên biển hoặc trong hồ, với thiết kế kết cấu đỡ phụ thuộc vào vị trí và đặc điểm cụ thể của vị trí lắp đặt tuabin gió ngoài khơi. Hướng dẫn liên quan đến tính toán tải băng được cho trong Phụ lục D.

7.3.7 Các tải khác

Các tải khác như tải do luồng rẽ khí, các tải va đập vào tàu, rung do xoáy nước, v.v... có thể xuất hiện và phải được tính đến khi thích hợp. Đối với các tải khác liên quan đến khí hậu lạnh, xem Điều 14 và Phụ lục L của IEC 61400-1:2019.

Khi có liên quan, tải động đất phải được xem xét theo 11.6 của IEC 61400-1:2019. cần có mô phỏng miền thời gian để tính toán tải của các kết cấu đỡ tuabin gió ngoài khơi. Phải sử dụng các phương pháp lập mô hình phù hợp cho các loại kết cấu hỗ trợ cụ thể, ví dụ: mô hình tương tác là cần thiết cho kết cấu đỡ đơn cọc trong khi mô hình lắc-nghiêng có thể được sử dụng cho kết cấu móng trọng lực. Xem Phụ lục H của ISO 3010:2017 để biết thêm chi tiết. Ngoài ra, tải thủy động từ sóng do động đất dưới biển (sóng thần) có thể cần được xem xét.

Tải thủy tĩnh tác dụng lên kết cấu đỡ do áp suất bên trong và bên ngoài và lực nổi sinh ra phải được tính đến khi thích hợp.

7.4 Các tình huống thiết kế và các trường hợp tải

7.4.1 Quy định chung

Điều này mô tả các trường hợp tải thiết kế cho một tuabin gió ngoài khơi và quy định một số lượng tối thiểu cần xem xét.

Đối với các mục đích thiết kế, tuổi thọ của tuabin gió ngoài khơi có thể được biểu diễn bằng một tập hợp các tình huống thiết kế bao quát các điều kiện quan trọng nhất mà tuabin gió ngoài khơi có thể trải qua.

Các trường hợp tải phải được xác định từ việc kết hợp các mô hình vận hành hoặc các tình huống thiết kế khác, ví dụ như các điều kiện lắp ráp, lắp đặt hoặc bảo trì cụ thể, với các điều kiện bên ngoài. Phải xem xét tất cả các trường hợp tải liên quan có xác suất xuất hiện chấp nhận được, cùng với đáp ứng của hệ thống điều khiển. Các trường hợp tải thiết kế được sử dụng để kiểm tra xác nhận tính toàn vẹn về kết cấu của tuabin gió ngoài khơi phải được tính toán bằng cách kết hợp:

• các tình huống thiết kế bình thường và điều kiện bên ngoài bình thường hoặc cực đoan thích hợp;

• các tình huống thiết kế sự cố và các điều kiện bên ngoài thích hợp;

• các tình huống thiết kế vận chuyển, lắp đặt và bảo trì và các điều kiện bên ngoài thích hợp.

Nếu có tương quan giữa điều kiện bên ngoài cực đoan và tình huống sự cố, việc kết hợp thực tế của cả hai phải được xem xét như một trường hợp tải thiết kế.

Trong mỗi tình huống thiết kế, phải xem xét một vài trường hợp tải thiết kế. Tối thiểu phải xem xét các trường hợp tải thiết kế trong Bảng 2. Trong bảng này, các trường hợp tải thiết kế được quy định đối với mỗi tình huống thiết kế bằng cách mô tả gió, biển, điện và các điều kiện bên ngoài khác. Ngoài ra, nếu tuabin gió ngoài khơi được lắp đặt ở vị trí có thể có băng biển/hồ thì các trường hợp tải thiết kế thể hiện ở Bảng 3 phải được xem xét.

Trong trường hợp tải thiết kế với một mô hình gió xác định, nếu bộ điều khiển tuabin gió ngoài khơi có thể dừng tuabin gió trước khi đạt đến góc quay tuabin và/hoặc tốc độ gió tối đa, thì phải chỉ ra tuabin có thể dừng một cách tin cậy trong điều kiện luồng xoáy có sự thay đổi như nhau về điều kiện gió xác định.

Phải xem xét các trường hợp tải thiết kế khác nếu có liên quan đến tính toàn vẹn kết cấu của thiết kế tuabin gió cụ thể.

Đơn vị thiết kế phải đảm bảo đường bao tải trọng bao gồm tất cả các yếu tố biến đổi có thể làm tăng tải, ví dụ như góc phương vị, chiều cao sóng, sự thay đổi độ sâu của nước, v.v.

Đơn vị thiết kế phải xem xét tác động của việc giảm tải đối với việc giảm các giá trị của các tham số trạng thái tuabin gió và môi trường xuống dưới các giá trị giới hạn được xác định trong tiêu chuẩn này và trong IEC 61400-1.

Đơn vị thiết kế có thể chỉ ra rằng sự thay đổi trong các giá trị tham số nhất định là không đáng kể và do đó việc loại bỏ hoặc giảm bớt mức độ xem xét các tham số này trong mô phỏng trường hợp tải. Thông thường, điều này yêu cầu thực hiện một số mô phỏng hạn chế để chứng minh rằng sự thay đổi của tham số là không đáng kể. Phương pháp này cũng có thể áp dụng để loại bỏ một số tác động bên ngoài nếu được chứng minh là không đáng kể, như dòng chảy, sóng hoặc các phần tử của quá trình này như động học sóng.

Đối với các kết cấu đỡ cố định phía dưới có tần số tự nhiên của dao động riêng của kết cấu đỡ thứ nhất trên 0,2 Hz, sóng và dòng chảy có thể được bỏ qua đối với các DLC 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.3, 2.5, 3.2, 3.3, 4.2 và 5.1. Không được bỏ qua khối lượng nước chứa trong các thành phần kết cấu phụ.

Đối với mỗi trường hợp tải thiết kế, loại phân tích thích hợp được công bố là "F" và "U" trong Bảng 2. Loại "F" đề cập đến phân tích các tải mỏi, được sử dụng trong việc đánh giá độ bền mỏi. Loại "U" đề cập đến phân tích các tải cực hạn, liên quan đến độ bền vật liệu, độ uốn đầu cánh và ổn định của kết cấu.

Các trường hợp tải thiết kế loại "U", được phân loại là bình thường (N) hoặc bất thường (A). Các trường hợp tải thiết kế bình thường dự kiến sẽ xảy ra thường xuyên. Tuabin ở trạng thái bình thường hoặc có thể có các lỗi hoặc bất thường nhỏ. Các tình huống thiết kế bất thường ít có khả năng xảy ra. Chúng thường tương ứng với các tình huống thiết kế với các sự cố nghiêm trọng dẫn đến kích hoạt các chức năng bảo vệ hệ thống. Loại tình huống thiết kế, N hoặc A xác định các hệ số an toàn từng phần γ _f được áp dụng cho các tải cực hạn. Các hệ số này được cho trong Bảng 3 của IEC 61400- 1:2019.

Xem 7.5.6 để có hướng dẫn về số lượng và độ dài mô phỏng yêu cầu.

Bảng 2 - Các trường hợp tải thiết kế

Các từ viết tắt sau được sử dụng trong Bảng 2 và Bảng 3:

COD: cùng hướng (xem 6.3.3.2)

DLC: trường hợp tải thiết kế

ECD: gió giật liên tục cực đoan có đổi hướng (xem IEC 61400-1)

ECM: mô hình dòng chảy cực đoan (xem 6.3.3.3.5)

EDC: đổi hướng cực đoan (xem IEC 61400-1)

EOG: gió giật hoạt động cực đoan (xem IEC 61400-1)

ESS: trạng thái biển cực đoan (xem 6.3.3.2.4)

EWLR: phạm vi mực nước cực đoan (xem 6.3.3.4.3)

EWM: mô hình tốc độ gió cực đoan (xem IEC 61400-1)

EWS: trượt gió cực đoan (xem IEC 61400-1)

MIS: không thẳng hàng (xem 6.3.3.2)

MSL: mực nước biển trung bình (xem 6.3.3.4)

MUL: đa hướng (xem 6.3.3.2)

NCM: mô hình dòng chảy bình thường (xem 6.3.3.3.4)

NTM: mô hình luồng xoáy bình thường (xem IEC 61400-1)

NWLR: phạm vi mực nước bình thường (6.3.3.4.2)

NWP: mô hình biên dạng gió bình thường (xem IEC 61400-1)

NSS: trạng thái biển bình thường (xem 6.3.3.2.2)

SSS: trạng thái biển khắc nghiệt (xem 6.3.3.2.3)

UNI: đơn hướng (xem 6.3.3.2)

V _r ± 2 m/s: nhạy đối với tất cả các tốc độ gió trong phạm vi phải phân tích

F : độ mỏi (xem 7.6.3)

U: độ bền cực hạn (xem 7.6.2)

N: bình thường

A: bất thường

*: hệ số an toàn từng phần đối với mỏi (xem 7.6.3)

Khi một phạm vi tốc độ gió được chỉ ra trong Bảng 2, phải xem xét tốc độ gió dẫn đến điều kiện bất lợi nhất cho thiết kế tuabin gió. Phạm vi tốc độ gió có thể được thể hiện bởi tập hợp các giá trị rời rạc, với độ phân giải phải đủ để đảm bảo tính chính xác của việc tính toán ^[10] . Liên quan đến định nghĩa các trường hợp tải thiết kế, tham khảo các điều kiện gió mô tả trong Điều 6.

Trong các quy định chi tiết về các trường hợp tải thiết kế (DLC) trong các điều từ 7.4.2 đến 7.4.10, một số DLC cho phép các công thức thay thế. Khi đề cập đến các lựa chọn, đơn vị thiết kế theo tiêu chuẩn này phải quyết định lựa chọn nào sẽ được sử dụng trong toàn bộ phận tích của DLC.

Đối với việc tính toán các tải tác động lên cụm rôto-vỏ tuabin và ngoại trừ các trường hợp tải thiết kế liên quan đến sự thay đổi tạm thời trong hướng gió trung bình (DLC 1.4 và 3.3), có thể giả định rằng sóng luôn cùng hướng với giỏ và cả gió và sóng đều tác động từ một hướng duy nhất (đơn hướng) ^[11] .

Sự đa hướng của gió và sóng có thể, trong một số trường hợp, ảnh hưởng đáng kể đến các tải tác động lên kết cấu đỡ, chủ yếu phụ thuộc vào mức độ không đối xứng của kết cấu đỡ. Đối với một số trường hợp thiết kế như đã chỉ ra trong Bảng 2, các phép tính tải có thể được thực hiện bằng cách giả định rằng gió và sóng đều tác động từ một hướng duy nhất, bất lợi nhất (đơn hướng). Tuy nhiên, trong những trường hợp này, tính toàn vẹn kết cấu phải được xác minh bằng cách áp dụng các tải tình huống bất lợi nhất tính toán vào các hướng liên quan của kết cấu đỡ.

Độ lệch hướng quay trung bình hoặc cực đoan cần được xem xét cho từng trường hợp thiết kế như đã quy định trong IEC 61400-1. Độ lệch hướng quay được xác định là độ lệch ngang của trục rôto của tuabin gió so với hướng gió.

7.4.2 Sản xuất điện (DLC 1.1 đến 1.6)

Trong tình huống thiết kế này, tuabin gió ngoài khơi đang vận hành và được nối với phụ tải điện, cấu hình tuabin gió giả định phải tính đến sự mất cân bằng rôto. Khối lượng tối đa và sự mất cân bằng khí động học (ví dụ như độ xoay của cánh và độ lệch xoắn) quy định trong chế tạo rôto phải được sử dụng trong các tính toán thiết kế.

Ngoài ra, các độ lệch với các tình huống vận hành tối ưu về lý thuyết như độ quay tuabin và các lỗi theo dõi hệ thống điều khiển phải được tính đến trong phân tích các tải vận hành.

Các trường hợp tải thiết kế (DLC) 1.1 và 1.2 đưa ra các yêu cầu đối với các tải do luồng xoáy khí quyển (NTM) và trạng thái biển ngẫu nhiên (NNS) xảy ra trong quá trình vận hành bình thường của tuabin gió ngoài khơi trong suốt tuổi thọ.

Phân tích của DLC 1.1 chỉ được yêu cầu cho việc tính toán các tải cực hạn tác động lên cụm rôto-vỏ tuabin. Các tính toán cho DLC 1.1 sẽ dựa trên việc ngoại suy thống kê của các kết quả đáp ứng tải từ nhiều mô phỏng của trạng thái biển ngẫu nhiên và dòng không khí nhiễu động cho một dải tốc độ gió trung bình.

Để tính các tải tác động lên cụm rôto-vỏ tuabin, phân tích thống kê dữ liệu mô phỏng DLC 1.1 (xem 7.6.2.2 và Phụ lục G của IEC 61400-1:2019) bao gồm ít nhất việc tính toán các giá trị cực đoan của mômen trong mặt phẳng và mômen ngoài mặt phẳng tại gốc cánh và độ lệch đầu cánh. Nếu các giá trị thiết kế cực đoan của moment gốc cánh suy ra từ DLC 1.1 vượt quá giá trị thiết kế cực đoan được suy ra cho DLC 1.3, việc phân tích thêm của DLC 1.1 có thể bị bỏ qua.

Nếu các giá trị thiết kế cực đoan của moment gốc cánh suy ra từ DLC 1.1 không vượt quá các giá trị thiết kế cực đoan được suy ra cho DLC 1.3, hệ số c cho mô hình luồng xoáy cực đoan sử dụng trong DLC 1.3 (xem IEC 61400-1) có thể được tăng lên cho đến khi các giá trị thiết kế cực đoan của moment gốc cánh tính toán trong DLC 1.3 bằng hoặc vượt qua các giá trị tương ứng. Các giá trị đặc trưng của các tải liên quan cho các thành phần tuabin khác có thể được xác định từ phân tích này dựa trên DLC 1.3 với giá trị c tăng lên. Như một lựa chọn thay thế cho phân tích này, các giá trị đặc trưng của tất cả các thành phần tải liên quan cho mỗi thành phần tuabin cụ thể khác nhau có thể được xác định hoặc ngoại suy trực tiếp từ phép mô phỏng.

Đối với DLC 1.2, điều kiện biển bình thường (NSS) phải được giả định. Một giá trị duy nhất của chiều cao sóng đáng kể có thể được xem xét cho mỗi tốc độ gió trung bình có liên quan. Tuy nhiên, đơn vị thiết kế cần đảm bảo rằng số lượng và độ phân giải của các trạng thái biển bình thường được xem xét là đủ để tính hỏng hóc do mỏi cùng với phân bố dài hạn của các tham số metocean. Chiều cao sóng đáng kể, chu kỳ phổ đỉnh, hướng sóng và mực nước đối với từng trạng thái biển bình thường phải được xem xét, cùng với tốc độ gió trung bình liên quan, dựa trên phân bố xác suất kết hợp dài hạn của các tham số metocean. Xem 7.6.3 liên quan đến tính khả dụng của tuabin.

DLC 1.3 đưa ra các yêu cầu về tải cực hạn được tạo ra từ các điều kiện luồng xoáy cực đoan. Trạng thái biển bình thường (NSS) phải được giả định cho trường hợp tải thiết kế này (theo 7.4.1). Chiều cao sóng đáng kể cho mỗi trạng thái biển riêng rẽ phải được xem như là giá trị kỳ vọng của chiều cao sóng đáng kể được ổn định theo tốc độ gió trung bình tương ứng.

Các ảnh hưởng của luồng rẽ khí phải được xem xét cho DLC 1.2 và DLC 1.3 - xem hướng dẫn ở Phụ lục E của IEC 61400-1:2019. Các ảnh hưởng của luồng rẽ khí có thể được bao gồm bằng cách sử dụng mô hình luồng rẽ khí được bổ sung hoặc mô hình uốn khúc luồng rẽ khí động.

DLC 1.4 và 1.5 quy định các trường hợp quá độ đã được lựa chọn là các sự kiện tiềm năng quan trọng trong vòng đời của một tuabin gió ngoài khơi. Đối với các trường hợp tải này, trạng thái biển bình thường (NSS) phải được giả định (theo 7.4.1). Chiều cao sóng đáng kể cho mỗi trạng thái biển riêng rẽ phải được xem như là giá trị kỳ vọng của chiều cao sóng đáng kể được ổn định theo tốc độ gió trung bình tương ứng.

Đối với DLC 1.4, có thể giả định rằng gió và sóng cùng hướng trước sự thay đổi quá độ trong hướng gió.

DLC 1.6 đưa ra các yêu cầu về tải cực hạn được tạo ra từ các điều kiện luồng xoáy bình thường (NTM) và trạng thái biển khắc nghiệt (SSS). Việc tính đáp ứng phải cân nhắc đầy đủ về đáp ứng động của tuabin gió đối với tải gió, sóng và dòng chảy cũng như động học sóng phi tuyến. Để đảm bảo điều này, trường hợp tải phải được phân tích bằng cách sử dụng các mô phỏng về luồng xoáy vào kết hợp với các trạng thái biển ngẫu nhiên mà mỗi trạng thái đều bao gồm ít nhất một sóng phi tuyến có chiều cao bằng chiều cao sóng cực đoan thích hợp với SSS. Các tham số trạng thái biển được xác định như mô tả trong 6.3.3.2.3. Điều 7.5.6 chỉ định cách thực hiện các mô phỏng để đáp ứng các yêu cầu của DLC 1.6.

7.4.3 Phát điện có xuất hiện sự cố hoặc mất kết nối điện lưới (DLC 2.1 - 2.5)

7.4.3.1 Quy định chung

Tình huống thiết kế này liên quan đến một sự kiện quá độ được kích hoạt bởi sự cố hoặc mất kết nối lưới điện khi tuabin đang phát điện. Mọi sự cố trong hệ thống kiểm soát và bảo vệ, hoặc sự cố nội bộ trong hệ thống điện, đáng kể đối với tải của tuabin gió (như ngắn mạch máy phát) phải được xem xét. Tình huống thiết kế này cũng được coi là quan trọng cho phân tích mỏi, xem DLC 2.4.

Chế độ lỗi và phân tích tác động (FMEA) hoặc phân tích sự cố tương đương phải được thực hiện để xác định các sự kiện sự cố liên quan đến mang tải của tuabin gió.

Vị trí góc phương vị của rôto tại thời điểm sự cố có thể ảnh hưởng đáng kể đến mức tải. Vị trí góc phương vị tại thời điểm xảy ra sự cố cần được chọn ngẫu nhiên.

Các sự cố trong hệ thống điều khiển phải được xem là DLC 2.1 và DLC 2.2 như được mô tả ở 7.4.3.2. Đối với các kiến trúc trong đó sự an toàn của tuabin được đảm bảo bởi hai lớp chức năng độc lập (qua chức năng điều khiển lớp chính và chức năng bảo vệ lớp phụ), có thể sử dụng phương pháp mô tả ở 7.4.3.3.

Xem IEC 61400-1:2019, Điều 8 về hướng dẫn xác định các chế độ lỗi, đánh giá các chu kỳ lặp lại của chế độ lỗi, loại bỏ lỗi và biện pháp để tránh các lỗi có nguyên nhân chung.

7.4.3.2 Lỗi hệ thống điều khiển (DLC 2.1 và DLC 2.2) - Tiếp cận định lượng

Đối với DLC 2.1, các sự kiện sau đây sẽ được xem là các sự kiện bình thường:

a) các sự kiện liên quan đến lỗi chức năng điều khiển có chu kỳ lặp lại chế độ lỗi dự kiến bằng hoặc nhỏ hơn 50 năm,

b) các sự kiện liên quan đến lỗi chức năng điều khiển mà không có chu kỳ lặp lại chế độ lỗi dự kiến,

c) mất kết nối lưới điện.

Đối với các sự kiện có chu kỳ lặp lại chế độ lỗi dự kiến trong khoảng từ 10 năm đến 50 năm, hệ số tải cục bộ được áp dụng được coi là hàm số của chu kỳ lặp lại chế độ lỗi như nêu trong Bảng 3 của IEC 61400-1:2019.

Đối với DLC 2.2, các sự kiện lỗi chức năng điều khiển hoặc lỗi hệ thống cơ và điện bên trong với chu kỳ lặp lại chế độ lỗi dự kiến lớn hơn 50 năm phải được coi là bất thường.

Các sự kiện sự cố có chu kỳ lặp lại vượt quá 2 000 năm và các sự kiện sự cố không liên quan đến tải tuabin gió có thể được bỏ qua. Chu kỳ lặp lại sự kiện sự cố dựa trên tính toán thống kê về xác suất xảy ra sự kiện trong đó bộ phận điều khiển hoặc hệ thống điện bên trong đang lỗi hoặc bắt đầu tình trạng lỗi đến mức có thể xảy ra hỏng hóc về kết cấu.

7.4.3.3 Lỗi hệ thống điều khiển (DLC 2.1 và DLC 2.2) - Tiếp cận hai lớp

Cách tiếp cận này có thể được sử dụng cho các kiến trúc hệ thống điều khiển bao gồm hai lớp độc lập. Trong cách tiếp cận này:

1) các chức năng điều khiển và bảo vệ lớp chính nhằm mục đích giữ cho các tham số vận hành của tuabin nằm trong giới hạn vận hành bình thường và giới hạn thiết kế của chúng một cách tương ứng, và

2) các chức năng bảo vệ lớp phụ nhằm mục đích giữ cho các tham số vận hành của tuabin nằm trong giới hạn thiết kế của chúng. Chúng phải được kích hoạt khi có lỗi của các chức năng điều khiển lớp chính hoặc khi có lỗi bên trong hoặc bên ngoài hoặc có sự kiện nguy hiểm.

Đối với DLC 2.1, các lỗi chức năng điều khiển lớp chính, kích hoạt chức năng bảo vệ lớp chính hoặc mất kết nối lưới điện phải được coi là sự kiện bình thường. Các lỗi chức năng điều khiển dẫn đến vượt quá giới hạn và kích hoạt các chức năng bảo vệ lớp phụ phải được đưa vào DLC 2.2.

Các lỗi chức năng điều khiển lớp chính được xem xét trong DLC 2.1 thường bao gồm các lỗi liên quan đến tốc độ rôto, góc quay và góc ngẩng của cánh quạt.

Đối với DLC 2.2, các sự kiện hiếm gặp liên quan đến tải tuabin gió, bao gồm các sự cố liên quan đến kích hoạt chức năng bảo vệ lớp phụ phải được coi là bất thường. Những sự cố như vậy có thể bao gồm việc kích hoạt sai cơ cấu chấp hành, không kích hoạt hệ thống phanh và chặn hệ thống nghiêng. Trường hợp tải này ít nhất phải giải quyết các vấn đề sau: bảo vệ quá tốc độ độc lập, bảo vệ quá tải/sự cố máy phát, bảo vệ cánh quạt nghiêng không kiểm soát được (cánh nghiêng tự do), bảo vệ quay không kiểm soát được và bảo vệ chống rung hoặc xóc quá mức.

7.4.3.4 Phát điện có xuất hiện sự cố hoặc mất kết nối điện lưới (DLC 2.3 - 2.5)

Đối với DLC 2.3, sự kiện gió khắc nghiệt tiềm ẩn, cơn gió giật cực đoan (EOG), kết hợp với việc mất một hoặc nhiều pha trong kết nối lưới điện nhiều pha và được coi là sự kiện bất thường. Trong trường hợp này, thời gian của hai sự kiện này phải được chọn để đạt được tải xấu nhất.

Một lựa chọn thay thế cho quy định kỹ thuật của DLC 2.3 ở trên và trong Bảng 2, DLC 2.3 có thể được coi là một sự kiện bình thường (tức là hệ số an toàn một phần cho tải là 1,35) để được phân tích bằng cách sử dụng mô phỏng sóng và gió ngẫu nhiên (NTM - V _in <V _hub < V _out ) kết hợp với sự cố hệ thống điện bên trong hoặc bên ngoài (bao gồm cả việc mất kết nối lưới điện). Trong trường hợp này, phải thực hiện 12 mô phỏng đáp ứng cho từng tốc độ gió trung bình được xem xét. Đối với mỗi mô phỏng đáp ứng, lấy mẫu đáp ứng cực đoan sau khi xảy ra sự cố điện. Sự cố phải được đưa vào sau khi ảnh hưởng của các điều kiện ban đầu đã trở nên không đáng kể. Đối với mỗi tốc độ gió trung bình, đáp ứng cực đoan danh nghĩa được đánh giá là trung bình của 12 đáp ứng cực đoan được lấy mẫu cộng với ba lần độ lệch chuẩn của 12 mẫu. Giá trị đáp ứng đặc trưng đối với DLC 2.3 được xác định là giá trị cực đoan trong các đáp ứng cực đoan danh nghĩa.

Nếu một sự cố hoặc mất kết nối lưới điện không gây ra dừng ngay lập tức và việc tải tiếp theo có thể dẫn đến hư hại đáng kể do mỏi thì khoảng thời gian có thể xảy ra của tình huống này cùng với hư hại do mỏi gây ra trong điều kiện luồng xoáy bình thường (NTM) phải được đánh giá trong DLC 2.4 ^[12] .

Đối với DLC 2.5, sự kiện bỏ qua điện áp thấp (LVRT) ^[13] được coi là bình thường. Sự kiện chạy qua điện áp thấp trong thiết kế phải được xác định bằng độ sụt điện áp và thời gian.

Đối với DLC 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 và 2.5, giả định rằng các điều kiện trạng thái biển bình thường (NSS) (theo 7.4.1). Chiều cao sóng đáng kể đối với từng trạng thái biển riêng rẽ phải được lấy bằng giá trị dự kiến của chiều cao sóng đáng kể được ổn định dựa trên tốc độ gió trung bình liên quan.

7.4.4 Khởi động (DLC 3.1 đến 3.3)

Tình huống thiết kế này bao gồm tất cả các sự kiện dẫn đến các tải trên tuabin gió ngoài khơi trong các quá trình quá độ chuyển từ trạng thái đứng yên hoặc không tải sang phát điện, số lần xuất hiện được ước lượng dựa trên đáp ứng của hệ thống điều khiển ^[14] .

Đối với DLC 3.2, ít nhất bốn sự kiện tính thời gian khác nhau giữa EOG và sự kiện khởi động phải được xem xét cho từng tốc độ gió. Thời điểm đầu tiên phải được chọn sao cho thời điểm bắt đầu EOG xảy ra khi công suất phát đạt tới 50 % công suất tối đa. Thời điểm cuối cùng phải được chọn sao cho thời điểm bắt đầu EOG xảy ra khi công suất phát đạt tới 95 % công suất tối đa. Phải chọn ít nhất hai thời điểm bổ sung, phân bố đều trong khoảng từ 50 % đến 95 % công suất lớn nhất.

Đối với mỗi tốc độ gió, giá trị đặc trưng của tải có thể được tính bằng giá trị trung bình của giá trị cực đoan quá độ được tính toán cho từng điểm trong số 4 điểm phân biệt được xác định.

Một lựa chọn thay thế cho gió giật EOG, DLC 3.2 có thể được phân tích bằng cách sử dụng ít nhất 12 mô phỏng gió ngẫu nhiên cho mỗi tốc độ gió trung bình bằng ETM. Đối với mỗi tốc độ gió trung bình, đáp ứng cực đoan danh nghĩa được đánh giá là giá trị trung bình của các cực đoan mô phỏng.

Đối với DLC 3.1, 3.2 và 3.3, giả định rằng các điều kiện trạng thái biển bình thường (NSS) (theo 7.4.1). Chiều cao sóng đáng kể đối với từng trạng thái biển riêng rẽ phải được lấy bằng giá trị dự kiến của chiều cao sóng đáng kể được ổn định dựa trên tốc độ gió trung bình liên quan.

Đối với DLC 3.3, có thể giả định rằng gió và sóng là cùng hướng trước khi có sự thay đổi quá độ về hướng gió.

7.4.5 Dừng bình thường (DLC 4.1 đến 4.2)

Tình huống thiết kế này bao gồm tất cả các sự kiện dẫn đến các tải trên tuabin gió ngoài khơi trong các quá trình quá độ chuyển từ trạng thái phát điện sang trạng thái đứng yên hoặc không tải. số lần xuất hiện được ước lượng dựa trên đáp ứng của hệ thống điều khiển ^[15] .

Đối với DLC 4.2, thời gian của gió giật và sự kiện dừng phải được chọn sao cho gió giật EOG bắt đầu ở các thời điểm khác nhau so với thời điểm dừng, với tối thiểu sáu sự kiện phân bố đều từ 10 s trước khi bắt đầu dừng cho đến thời điểm tại đó công suất đạt 50 % mức công suất phát ban đầu.

Tối thiểu 4 vị trí góc phương vị rôto phân bố đều phải được đặt vào cho từng thời điểm riêng biệt. Đối với mỗi tốc độ gió, giá trị đặc trưng của tải có thể được tính là giá trị trung bình của các tải tính toán cực đoan trong số tất cả các vị trí thời gian và góc phương vị được xem xét.

Nếu, do hệ thống an toàn và điều khiển, sự kiện dừng được kích hoạt tự động trong thời gian gió giật EOG thì sự kiện đó cũng phải được xem xét trong phân tích.

Một lựa chọn thay thế cho gió giật EOG, DLC 4.2 có thể được phân tích bằng cách sử dụng ít nhất 12 mô phỏng gió ngẫu nhiên cho mỗi tốc độ gió trung bình bằng ETM. Đối với mỗi tốc độ gió trung bình, đáp ứng cực đoan danh nghĩa được đánh giá là giá trị trung bình của các cực đoan mô phỏng.

Đối với DLC 4.1 và 4.2, giả định rằng các điều kiện trạng thái biển bình thường (NSS) (theo 7.4.1). Chiều cao sóng đáng kể đối với từng trạng thái biển riêng rẽ phải được lấy bằng giá trị dự kiến của chiều cao sóng đáng kể được ổn định dựa trên tốc độ gió trung bình liên quan.

7.4.6 Dừng khẩn cấp (DLC 5.1)

Phải xem xét các tải sinh ra do kích hoạt nút dừng khẩn cấp.

Vị trí góc phương vị của rôto tại thời điểm kích hoạt có thể có ảnh hưởng đáng kể đến mức tải. Vị trí góc phương vị tại thời điểm xảy ra sự cố cần là ngẫu nhiên.

Đối với DLC 5.1, giả định rằng các điều kiện trạng thái biển bình thường (NSS) (theo 7.4.1). Chiều cao sóng đáng kể đối với từng trạng thái biển riêng rẽ phải được lấy bằng giá trị dự kiến của chiều cao sóng đáng kể được ổn định dựa trên tốc độ gió trung bình liên quan.

7.4.7 Dừng (đứng yên hoặc không tải) (DLC 6.1 đến 6.4)

Trong tình huống thiết kế này, rôto của tuabin gió dừng là ở trạng thái đứng yên hoặc chạy không tải. DLC 6.1, 6.2 và 6.3 phải được phân tích để xác định tải cực hạn cho điều kiện này, trong khi DLC 6.4 liên quan đến tải mỏi.

Đối với DLC 6.1 và 6.2, sự kết hợp giữa các điều kiện sóng và gió cực đoan phải sao cho tác động môi trường khắc nghiệt toàn bộ có chu kỳ lặp lại kết hợp là 50 năm. Phụ lục I cung cấp hướng dẫn về mức độ an toàn đối với điều kiện bão nhiệt đới.

Đối với các tính toán đáp ứng DLC 6.1, 6.2 và 6.3 phải tính toán thích hợp đáp ứng động đối với tải gió, sóng và dòng chảy cũng như động học sóng phi tuyến tính. Để đảm bảo điều này, DLC phải được phân tích bằng cách sử dụng các mô phỏng của luồng xoáy chảy vào kết hợp với các trạng thái biển ngẫu nhiên, mỗi trạng thái bao gồm ít nhất một sóng phi tuyến có chiều cao bằng chiều cao sóng cực đoan. Các tham số trạng thái biển được xác định như mô tả trong 6.3.3.2.4, 6.3.3.3.5 và 6.3.3.4.3. IEC 61400-1 cho phép sử dụng mô hình gió ổn định cho các DLC này trong khi IEC 61400-3-1 yêu cầu sử dụng EWM nhiễu loạn.

Trong DLC 6.1, 6.2 và 6.3, sự không thẳng hàng của các hướng gió và sóng phải được xem xét để tính toán tải tác dụng lên kết cấu đỡ. Trong trường hợp các phép đo thích hợp tại vị trí cụ thể của các hướng gió và sóng là có sẵn thì phải sử dụng để tính phạm vi góc lệch liên quan đến sự kết hợp của các điều kiện sóng và gió cực đoan liên quan đến các trường hợp tải thiết kế này. Sau đó, việc tính toán tải phải dựa trên các giá trị độ lệch trong phạm vi này dẫn đến tải cao nhất tác động lên kết cấu đỡ.

Trong trường hợp không có dữ liệu hướng sóng và gió thích hợp tại vị trí cụ thể thì phải xem xét độ lệch trong phạm vi ± 30° mà gây ra ở tải cao nhất tác động lên kết cấu đỡ.

Nếu hiện tượng trượt trong hệ thống quay của tuabin gió có thể xảy ra ở tải đặc trưng thì độ trượt bất lợi lớn nhất có thể có phải được cộng vào độ lệch hướng quay trung bình. Nếu tuabin gió có hệ thống quay trong đó dự kiến có chuyển động quay trong các tình trạng gió cực đoan (ví dụ: quay tự do, lệch thụ động hoặc lệch nửa tự do), thì phải sử dụng mô hình luồng gió xoáy và độ lệch hướng quay sẽ được điều chỉnh bởi sự thay đổi hướng của luồng gió xoáy và đáp ứng quay động của tuabin. Ngoài ra, nếu tuabin gió chịu các chuyển động quay lớn hoặc thay đổi trạng thái cân bằng trong quá trình tăng tốc độ gió từ trạng thái hoạt động bình thường đến trạng thái cực đoan thì đáp ứng này phải được đưa vào phân tích.

Trong DLC 6.1, đối với tuabin gió ngoài khơi có hệ thống quay chủ động, độ lệch hướng quay trung bình bằng ± 8° khi sử dụng mô hình luồng gió xoáy cực đoan phải được áp dụng với điều kiện là chắc chắn rằng không có hiện tượng trượt trong hệ thống quay. Lưu ý rằng tiêu chuẩn này không xem xét mô hình gió cực đoan không đổi.

Đáp ứng phải được ước tính bằng cách sử dụng mô phỏng động đầy đủ. Điều 7.5.6 quy định cách thực hiện mô phỏng để đáp ứng các yêu cầu đối với DLC 6.1.

Trong DLC 6.2, giả định mất điện lưới ở giai đoạn đầu trong một cơn bão có tình trạng gió cực đoan. Trừ khi nguồn điện dự phòng được cung cấp cho hệ thống điều khiển và hệ thống quay có khả năng căn chỉnh hướng quay trong thời gian ít nhất là 6 h, phải phân tích ảnh hưởng của sự thay đổi hướng gió lên tới ± 180°.

Trong DLC 6.3, gió cực đoan có chu kỳ lặp lại 1 năm phải được kết hợp với độ lệch hướng quay cực đoan. Giả định độ lệch hướng quay cực đoan lên tới ± 20° khi sử dụng mô hình luồng gió xoáy.

Đối với DLC 6.2 và 6.3, các yêu cầu về mô hình có thể được đáp ứng bằng cách sử dụng các phương pháp tương tự như được mô tả ở trên đối với DLC 6.1, xem 7.5.6.

Nếu đối với các trường hợp DLC 6.1, DLC 6.2 và DLC 6.3, độ lệch hướng quay được đánh giá bằng cách sử dụng các giá trị rời rạc, độ tăng của độ lệch hướng quay không được vượt quá 10° trong khu vực của lực nâng tối đa trên các cánh quạt.

Trong DLC 6.4, số giờ dự kiến của thời gian không phát điện ở mức tải dao động thích hợp cho từng tốc độ gió trong trường hợp hư hại do mỏi đáng kể có thể xảy ra cho bất kỳ thành phần nào (ví dụ từ trọng lượng của các cánh quạt đang đứng yên) cũng phải được xem xét. Phải đặc biệt tính đến tải cộng hưởng của kết cấu đỡ do kích thích từ các sóng và ảnh hưởng của sự giảm của khí động học thấp từ rôto trong điều kiện đứng yên hoặc không tải. Trạng thái biển bình thường (NSS) phải được giả định. Chiều cao sóng đáng kể, chu kỳ phổ đỉnh, hướng cho từng trạng thái biển bình thường phải được chọn, cùng với tốc độ gió trung bình kết hợp, dựa trên phân bố xác suất liên tục dài hạn của các tham số metocean thích hợp với vị trí dự kiến. Đơn vị thiết kế phải đảm bảo rằng số lượng và độ phân giải của các trạng thái biển bình thường xem xét là đủ để tính đến hư hại do mỏi liên quan đến phân bố xác suất dài hạn đầy đủ của các tham số metocean.

Đối với các tuabin gió ngoài khơi được lắp đặt trong các khu vực bị ảnh hưởng bởi các cơn bão nhiệt đới, có thể cần phải xem xét thêm các yếu tố thiết kế để duy trì cùng một mức độ an toàn như đối với các tuabin gió ngoài khơi được lắp đặt thêm cho các khu vực nhiệt đới. Phụ lục I đề xuất một phương pháp dựa trên phân tích mức độ chắc chắn và mô tả thêm hai trường hợp tải để nghiên cứu đáp ứng của một tuabin gió ngoài khơi đang dừng đối với các điều kiện metocean của cơn bão.

7.4.8 Dừng cộng với các điều kiện sự cố (DLC 7.1 đến 7.2)

Các độ lệch so với hoạt động bình thường của tuabin gió đang dừng do các sự cố trên lưới điện hoặc trong tuabin gió phải được phân tích. Tối thiểu, các lỗi trong các hệ thống sau phải được đánh giá: hệ thống hãm, hệ thống nghiêng và hệ thống quay.

Trong trường hợp sự cố trong hệ thống quay thì phải xem xét độ lệch hướng quay ± 180°. Nếu đối với các trường hợp DLC 7.1 có sự cố trong hệ thống quay thì phải đánh giá độ lệch hướng quay bằng các giá trị rời rạc thì mức tăng độ lệch hướng quay không được lớn hơn 10° trong khu vực của lực nâng lớn nhất lên các cánh. Đối với bất kỳ các sự cố nào khác, độ lệch hướng quay phải nhất quán với DLC 6.1.

Trong DLC 7.1, điều kiện sự cố phải được kết hợp với các điều kiện sóng và gió cực đoan, sao cho tác động môi trường cực đoan trên toàn bộ có chu kỳ lặp lại tổng hợp là 1 năm. Các tham số trạng thái biển được xác định như mô tả trong 6.3.3.2.4, 6.3.3.3.5 và 6.3.3.4.2.

Đối với các yêu cầu về mô hình DLC 7.1 có thể được đáp ứng bằng cách sử dụng các phương pháp tương tự như được mô tả ở trên đối với DLC 6.1, xem 7.5.6.

Trong DLC 7.1, độ lệch hướng gió và hướng sóng phải được xem xét để tính toán tải tác dụng lên kết cấu đỡ. Trong trường hợp các phép đo thích hợp tại vị trí cụ thể của các hướng gió và sóng là có sẵn thì phải sử dụng để tính phạm vi góc lệch liên quan đến sự kết hợp của các điều kiện sóng và gió cực đoan liên kết với các trường hợp tải thiết kế này. Sau đó, việc tính toán tải phải dựa trên các giá trị độ lệch trong phạm vi này dẫn đến tải cao nhất tác động lên kết cấu đỡ.

Trong trường hợp không có dữ liệu hướng sóng và gió thích hợp tại vị trí cụ thể, phải xem xét độ lệch dẫn đến tải cao nhất tác động lên kết cấu đỡ. Nếu độ lệch này vượt quá 30°, chiều cao sóng cực đoan có thể bị giảm do sự suy giảm mức độ khắc nghiệt của trạng thái biển trong khoảng thời gian liên quan đến sự thay đổi hướng gió gây ra độ lệch. Việc giảm chiều cao sóng cực đoan phải được tính toán có tính đến độ sâu nước, lực hút và các điều kiện vị trí cụ thể khác liên quan.

Nếu hiện tượng trượt trong hệ thống quay có thể xảy ra ở tải đặc trưng trong DLC 7.1 thì phải xem xét độ trượt bất lợi lớn nhất có thể xảy ra.

Trong DLC 7.2, số giờ dự kiến của thời gian không phát điện (xem 7.6.3) do sự cố trên lưới điện hoặc trong tuabin gió ngoài khơi phải được xem xét cho từng tốc độ gió và trạng thái biển. Phải đặc biệt tính đến tải cộng hưởng của kết cấu đỡ do kích thích từ các sóng và ảnh hưởng của sự giảm của khí động học thấp từ rôto trong điều kiện đứng yên hoặc không tải. Trạng thái biển bình thường (NSS) phải được giả định.

7.4.9 Vận chuyển, lắp ráp, bảo trì và sửa chữa (DLC 8.1 đến 8.4)

7.4.9.1 Quy định chung

DLC 8.1 đến 8.4 đại diện cho các tình huống tải cực hạn và tải mỏi liên quan đến vận chuyển, lắp ráp, bảo trì và sửa chữa của một tuabin gió ngoài khơi. Để xác định các trường hợp tải này, thiết kế cơ bản phải đưa ra tất cả các điều kiện gió, điều kiện biển và tình huống thiết kế được giả định cho vận chuyển, lắp ráp tại hiện trường, tiếp cận, bảo trì và sửa chữa tuabin gió ngoài khơi. Các điều kiện gió và điều kiện biển tối đa phải được xem xét trong thiết kế nếu chúng có thể sinh ra tải đáng kể lên tuabin gió. Giới hạn đủ lớn giữa các điều kiện nêu ra và các điều kiện gió và điều kiện biển được xem xét trong thiết kế phải được cung cấp để đảm bảo mức độ an toàn chấp nhận được. Giới hạn đủ lớn này có thể đạt được bằng cách thêm 5 m/s vào tốc độ gió trung bình công bố.

Các tải xảy ra trong quá trình vận chuyển, lắp ráp, tiếp cận, bảo trì và sửa chữa tuabin gió ngoài khơi phải được tính đến:

• trọng lượng của các dụng cụ và thiết bị di động;

• tải từ hoạt động của các cần cẩu;

• tải neo và chắn từ các tàu phục vụ cho tuabin gió (xem 7.4.9.2);

• khi có liên quan, các tải liên quan đến hoạt động trực thăng (xem 7.4.9.2);

• khi có liên quan, các tải phát sinh trong các hoạt động kéo, ví dụ như rung do xoáy nước.

Ngoài ra, DLC 8.2 phải bao gồm tất cả trạng thái tuabin trong khi vận chuyển, lắp ráp, bảo trì và sửa chữa mà có thể kéo dài lâu hơn một tuần. Khi có liên quan, điều này phải gồm cả kết cấu đỡ chưa được hoàn thiện hoàn toàn, kết cấu đỡ đứng không bao gồm cụm rôto-vỏ tuabin và cụm rôto-vỏ tuabin không có một hoặc nhiều cánh. Trong trường hợp kết cấu đỡ đứng không có vỏ tuabin, phải có phương tiện thích hợp để tránh các tốc độ gió tới hạn đối với xoáy tạo ra rung ngang hoặc các trường hợp tải thiết kế thích hợp phải được xem xét ^[16] . Phải giả định rằng không được nối vào điện lưới ở bất kỳ trạng thái nào trong các trạng thái này. Có thể thực hiện các biện pháp để giảm tải trong trạng thái bất kỳ với điều kiện các biện pháp này không yêu cầu kết nối điện lưới.

Đối với ý kiến về thiết kế các thiết bị chặn, xem IEC 61400-1:2019, 7.4.

Trong DLC 8.2, các điều kiện phải được kết hợp với điều kiện gió và sóng cực đoan, sao cho tác động môi trường cực đoan toàn bộ có chu kỳ lặp lại hợp nhất là 1 năm. Trong trường hợp thiếu thông tin xác định phân bố xác suất kết hợp dài hạn của gió và sóng cực đoan, giả định rằng tốc độ gió trung bình cực đoan 10 min với chu kỳ lặp lại 1 năm xảy ra trong trạng thái biển cực đoan với chu kỳ lặp lại 1 năm.

Đối với mô phỏng DLC 8.2, các yêu cầu có thể được đáp ứng bằng cách sử dụng các phương pháp tương tự như đã mô tả cho DLC 6.1, xem 7.5.6.

Trong DLC 8.3, số giờ dự kiến của thời gian không phát điện trong quá trình xây dựng trang trại gió ngoài khơi và trước khi nó được kết nối vào lưới điện phải được xem xét cho từng tốc độ gió và trạng thái biển trong trường hợp có thể xảy ra hư hại đáng kể do mỏi cho bất kỳ thành phần nào. Phải xem xét tải mỏi của các tuabin gió ngoài khơi đã được lắp đặt một phần; ví dụ, kết cấu đỡ được lắp đặt một phần, kết cấu đỡ đứng không bao gồm cụm rôto-vỏ tuabin và cụm rôto-vỏ tuabin không có một hoặc nhiều cánh, mà dự kiến sẽ duy trì trong một khoảng thời gian đáng kể ^[17] . Phải tính đến tải cộng hưởng của kết cấu đỡ do kích thích bởi sóng và bị ảnh hưởng bởi việc làm giảm khí động học thấp có sẵn từ rôto trong điều kiện đứng yên hoặc không tải. Điều kiện biển bình thường (NSS) phải được giả định. Chiều cao sóng đáng kể, chu kỳ phổ đỉnh và hướng cho mỗi trạng thái biển bình thường phải được chọn, cùng với tốc độ gió trung bình kết hợp, dựa trên phân bố xác suất kết hợp dài hạn của các tham số metocean thích hợp với vị trí dự kiến. Đơn vị thiết kế phải đảm bảo rằng số lượng và độ phân giải của các trạng thái biển bình thường được xem xét là đủ để tính hư hại do mỏi liên quan đến phân bố dài hạn đầy đủ của các tham số metocean.

7.4.9.2 Va chạm tàu và tải trực thăng (DLC 8.1)

7.4.9.2.1 Quy định chung

Các bến tàu, thang và các kết cấu phụ khác trong và gần mặt nước phải được thiết kế chống lại các va chạm từ các tàu hoạt động như một trường hợp tải thiết kế bình thường. Kết cấu chính trong và gần mặt nước phải được thiết kế chống lại các va chạm tình cờ từ các tàu như một trường hợp tải thiết kế bất thường như mô tả dưới đây.

Các điều kiện môi trường được áp dụng kết hợp với va chạm của tàu hoạt động phải tương ứng với các điều kiện khắc nghiệt nhất mà tàu dịch vụ được phép tiếp cận tuabin. Để phân tích, có thể giả định rằng tuabin có thể được dừng hoặc đưa vào điều kiện bảo trì từ xa.

Chiều cao sóng đáng kể cho phép tối đa đối với các hoạt động tàu gần hệ thống lắp đặt tuabin gió ngoài khơi phải được nêu trong hướng dẫn vận hành. Bất kỳ khu vực nào mà tàu không được phép hoạt động ở gần cần được quy định trong hướng dẫn vận hành.

Ít nhất hai tình huống thiết kế cần được xem xét trong DLC 8.1: một tình huống thiết kế bình thường đại diện cho va chạm từ một tàu dịch vụ trong tầm kiểm soát và một tình huống thiết kế bất thường đại diện cho va chạm từ một tàu dịch vụ đang trôi. Chỉ những tàu dịch vụ được dự định tiếp cận các bến tàu (hoặc các hệ thống tiếp cận khác) cần được xem xét. Các tàu cung cấp (ví dụ: tàu khách sạn) hoạt động bên trong trang trại gió, nhưng không dự định tiếp cận tuabin gió, không cần phải xem xét cho các kịch bản va chạm. Các tình huống thiết kế này được mô tả trong 7.4.9.2.2 và 7.4.9.2.3.

7.4.9.2.2 Tình huống thiết kế bình thường: tàu dịch vụ có điều khiển

Đối với tình huống thiết kế bình thường, năng lượng va chạm đặc trưng phải được lấy theo năng lượng dự kiến từ tàu dịch vụ lớn nhất được phép trong trạng thái biển khắc nghiệt nhất cho phép tiếp cận. Một tốc độ cụ thể của tàu phải được giả định. Tốc độ này không được giả định nhỏ hơn 0,5 m/s. Các hiệu ứng của gió, sóng và dòng chảy cũng cần được bao gồm cũng như hiệu ứng của khối lượng thêm vào, góp phần vào động năng của tàu.

Ba phương pháp khác nhau được phép để đánh giá các tải như được quy định dưới đây. Các phương pháp này dùng cho lực nằm ngang từ mũi tàu hoặc đuôi tàu tiếp cận từ các hướng phía trước hoặc bên cạnh so với bến tàu. Chúng phải được giả định có kích thước bằng nhau. Các lực không được áp dụng đồng thời ở cả hai hướng.

Tùy chọn 1: Một phần tích động chi tiết về cách tiếp cận của tàu có thể được thực hiện, bao gồm:

• sự kết hợp giữa tốc độ của tàu và trạng thái biển để thiết lập tốc độ va chạm của tàu. Điều này sẽ tính đến quán tính của tàu để thiết lập tốc độ tăng lên mà trạng thái biển có thể gây ra. Một ước lượng bảo toàn về tốc độ của tàu được cho trong Tùy chọn 2 dưới đây;

• lượng chiếm nước của tàu và khối lượng gia tăng;

• các đặc tính phi tuyến tính của lực biến dạng của tàu, bộ đệm và hệ thống lò xo hạ tàu.

Nếu không có đủ thông tin để thực hiện đánh giá chi tiết, có thể sử dụng các tùy chọn 2 hoặc 3 như mô tả dưới đây.

Tùy chọn 2: Nếu bộ đệm và hệ thống lò xo hạ tàu có thể được giả định là đáp ứng đàn hồi tuyến tính thì có thể áp dụng phương pháp sau đây để liên kết lực va chạm với tốc độ tàu, năng lượng va chạm và năng lượng lò xo.

Năng lượng va chạm sẽ được chuyển thành biến dạng đàn hồi, tạo ra điều kiện va chạm:

Năng lượng va chạm được tính bằng:

trong đó

m là khối lượng di chuyển của tàu [t];

α là hệ số khối lượng bổ sung (1,25 cho va chạm mũi hoặc đuôi tàu);

v _impact là tốc độ va chạm [m/s].

Tốc độ va chạm có thể được đánh giá bằng cách sau đây, giả định hoạt động của tàu bù cho dòng chảy:

Giả sử đàn hồi tuyến tính, năng lượng lò xo liên quan đến lực của lò xo và độ cứng của lò xo:

trong đó

F _{boat impact} là lực va chạm [kN/m];

c là tổng độ cứng lò xo của kết cấu tại điểm va chạm theo hướng va chạm [kN/m].

Tổng độ cứng của lò xo c có thể được tính bằng:

Các giá trị độ cứng từ c ₁ đến c _n đại diện cho các thành phần khác nhau của độ linh hoạt tổng tại điểm tiếp xúc, ví dụ như:

• độ cứng cục bộ của kết cấu hạ tàu,

• độ cứng toàn bộ của kết cấu ngoài khơi (bao gồm móng),

• các tế bào giảm chấn, thanh ma sát, v.v. ở phía hạ tàu,

• bộ đệm và độ linh hoạt kết cấu cục bộ phía cạnh tàu.

Nói chung, trong các trường hợp ngoài khơi, việc giả định rằng tàu dịch vụ là cứng vững và toàn bộ năng lượng được truyền vào kết cấu đỡ là một cách tiếp cận bảo toàn.

Tùy chọn 3: Khi không có tải cụ thể cho tàu va chạm đang hoạt động, vùng tiếp xúc có thể được thiết kế cho lực va chạm F = 2,5 × ∆ , trong đó F là lực va chạm tính bằng kN và ∆ dịch chuyển đầy tải của tàu dịch vụ tính bằng tấn.

Bất kể phương pháp nào được chọn để tính toán tải va chạm, các bộ phận kết cấu phụ cần được thiết kế sao cho không được hạn chế chuyển động thẳng đứng của tàu dịch vụ. Các bộ phận kết cấu phụ cũng cần đủ bền vững và chúng nên có khả năng chịu được 1/2 của tải va chạm hoạt động đặt theo hướng thẳng đứng, trừ khi có phân tích chi tiết được thực hiện để đánh giá tải thẳng đứng xem xét lực va chạm và lực ma sát có hướng. Điều này áp dụng cho cả hướng lên và hướng xuống.

Trong trường hợp tải thiết kế bình thường, các bộ phận kết cấu phụ, như bộ đệm, bến tàu và thang, không được phép bị hỏng đến mức mất chức năng tiếp cận.

7.4.9.2.3 Tình huống thiết kế bất thường: tàu dịch vụ không được điều khiển

Đối với tình huống thiết kế bất thường, tàu dịch vụ được cấp phép lớn nhất phải được giả định là đang trôi theo phương ngang. Tốc độ của tàu đang trôi phải được đánh giá nhưng không được giả định nhỏ hơn 2,0 m/s. Các ảnh hưởng của khối lượng được thêm vào và các bộ đệm phải được tính vào.

Kết quả của tình huống thiết kế này là các bộ phận kết cấu phụ được phép bị gãy, ví dụ, bằng cách bố trí các điểm yếu có chú ý hoặc gia cường cục bộ của các bộ phận kết cấu đỡ, nhằm tránh sự hỏng hóc quá mức cho các bộ phận đỡ này.

Năng lượng được hấp thụ bởi kết cấu đỡ sẽ phụ thuộc vào độ bền và độ cứng của nó so với phần va chạm của tàu. Trong trường hợp của một kết cấu đỡ rất cứng và vững năng lượng sẽ được hấp thụ chủ yếu bởi tàu. Sau một va chạm của tàu, quan trọng là phải kiểm tra mọi hỏng hóc của kết cấu đỡ do lực va chạm gây ra và xác định bất kỳ công việc sửa chữa cần được thực hiện để đảm bảo rằng khả năng chịu tải cần thiết của kết cấu đỡ được bảo toàn. Kết cấu phải có khả năng chịu được DLC 8.2 trong trạng thái bị hỏng để cho phép các công việc sửa chữa được tiến hành.

Tải của một tuabin gió ngoài khơi do hoạt động của trực thăng phải được xem xét nếu có liên quan. Tình huống thiết kế, kích thước tối đa của trực thăng và các điều kiện giới hạn cho quá trình tiếp cận của một tuabin gió ngoài khơi bằng trực thăng phải được công bố bởi đơn vị vận hành hoặc thiết kế và tính vào trong các phép tính tải.

7.4.10 Các trường hợp tải thiết kế đối với băng biển/hồ

Ngoài các trường hợp tải trong Bảng 2, các trường hợp tải trong Bảng 3 cũng cần được xem xét cho việc thiết kế một kết cấu đỡ cho một tuabin gió ngoài khơi sẽ được lắp đặt tại một vị trí nơi có thể có băng. Các trường hợp tải thiết kế băng biển/hồ từ D1 đến D8 được mô tả chi tiết hơn trong Phụ lục D cùng với hướng dẫn về các phương pháp tính toán tải liên quan.

Bảng 3 - Các trường hợp tải thiết kế cho băng biển/băng hồ

7.5 Tính các tải và ảnh hưởng của tải

7.5.1 Quy định chung

Các phép tính về tải và ảnh hưởng của tải phải được thực hiện bằng các phương pháp thích hợp có tính chính xác đến đáp ứng động của kết cấu tuabin gió ngoài khơi đến sự kết hợp của các điều kiện bên ngoài có liên quan. Phải tuân theo hướng dẫn ở 7.5 của IEC 61400-1:2019, được bổ sung bởi hướng dẫn cụ thể cho các ứng dụng ngoài khơi trong các điều từ 7.5.2 đến 7.5.7 của tiêu chuẩn này.

7.5.2 Sự liên quan của tải thủy động

Các tải thủy động tác động lên kết cấu đỡ của một tuabin gió ngoài khơi có thể chỉ ảnh hưởng đến cụm rôto-vỏ tuabin gián tiếp thông qua rung động của kết cấu đỡ. Ảnh hưởng gián tiếp này của các tải thủy động lên cụm rôto-vỏ tuabin nói chung là nhỏ, và có thể bỏ qua tùy thuộc vào các đặc tính động học của kết cấu đỡ.

Đơn vị thiết kế có thể loại trừ việc xem xét ảnh hưởng của các tải thủy động lên cụm rôto-vỏ tuabin nếu có thể chứng minh rằng tác động của các tải như vậy là không đáng kể. Trong mọi trường hợp, kể cả trường hợp không xem xét ảnh hưởng của các tải thủy động trong quá trình thiết kế cụm rôto-vỏ tuabin, tính toàn vẹn kết cấu phải được chứng minh có tính chính xác đến các điều kiện biển của từng vị trí tuabin gió ngoài khơi.

Đối với các phép tính tải liên quan đến thiết kế kết cấu đỡ của một tuabin gió ngoài khơi, tất cả các tải như mô tả ở các điều từ 7.3.1 đến 7.3.6 phải được tính đến. Các phép tính tải phải dựa trên các điều kiện bên ngoài đại diện cho vị trí tuabin gió ngoài khơi.

7.5.3 Tính các tải thủy động

Việc tính toán các tải thủy động tác động lên kết cấu đỡ của một tuabin gió ngoài khơi phải được thực hiện bằng các phương pháp thích hợp. Phụ lục C đưa ra hướng dẫn để tính toán các tải thủy động trên kết cấu, có tính đến ảnh hưởng của các thiết bị phụ trợ và mảng bám sinh vật biển.

Ảnh hưởng của sự mảng bám sinh vật biển lên các tải thủy động trên kết cấu đỡ phải được tính đến bằng cách tăng kích thước bề ngoài của thành phần kết cấu theo độ dày trung bình dự kiến của sinh vật biển "cứng" và phân loại các thành phần kết cấu thành "mịn" hoặc "gồ ghề", tùy thuộc vào lượng và độ dày dự kiến của sinh vật biển. Trong trường hợp thiếu thông tin cụ thể hơn, nên giả định rằng sinh vật biển sẽ phát triển trên kết cấu tại các độ cao lên đến 2 m so với mực nước biển (MSL) trên các kết cấu ở biển Bắc. Đối với các khu vực địa lý khác, cần phải có hướng dẫn cụ thể cho vị trí cụ thể.

Nếu độ dày của sinh vật biển đạt đến mức các cụm thành phần bị chặn hoàn toàn thì ảnh hưởng này phải được tích hợp chính xác trong mô hình các tải thủy động lên kết cấu đỡ.

7.5.4 Tính các tải băng biển/hồ

Phụ lục D đưa ra hướng dẫn để tính các tải tĩnh và động do băng biển/hồ.

7.5.5 Đánh giá tổng thể về độ giảm chấn cho các đánh giá đáp ứng của kết cấu đỡ

7.5.5.1 Quy định chung

Khi lập mô hình đáp ứng động của kết cấu tuabin gió ngoài khơi, độ giảm chấn tổng thể là một yếu tố then chốt trong việc dự đoán cả tải mỏi và tải cực hạn cho các thành phần chịu tải của kết cấu tuabin gió ngoài khơi và cần được lựa chọn cẩn thận. Độ giảm chấn trong một tuabin gió ngoài khơi có một số yếu tố góp phần, bao gồm sự tiêu tán năng lượng xuất phát từ:

• tính đàn hồi khí động học;

• thủy động;

• các thành phần kết cấu;

• tiêu tán năng lượng của đất;

• các thiết bị giảm chấn thụ động;

• các thiết bị giảm chấn chủ động hoặc tính chất kiểm soát giảm chấn cũng có thể được sử dụng, nhưng không được nêu ở điều này.

Những yếu tố này nói chung có tính chất khác nhau. Một số là do độ nhớt, một số là kết quả của hiện tượng trễ vật liệu, còn một số khác lại giống như ma sát. Do đó, độ giảm chấn có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến trong các biến trạng thái. Thường thì việc biểu diễn độ giảm chấn bằng độ giảm chấn mô-đun nhớt tương đương là thuận tiện, cần nhấn mạnh rằng độ giảm chấn nhớt tương đương như vậy phụ thuộc vào biên độ dao động. Giảm chấn nhớt thường được biểu thị dưới dạng tỷ số so với giảm chấn tới hạn hoặc giảm logarit. Trong cả hai trường hợp, tần số và khối lượng phương thức là ngầm định và phải cẩn thận khi áp dụng giảm chấn từ trường hợp này sang trường hợp khác - tức là từ kích thước tuabin này sang kích thước tuabin khác.

Các mô phỏng động học có tính đến sự sai lệch đáng kể giữa hướng gió và hướng sóng có thể chứng minh mức độ cao đáp ứng cộng hưởng của kết cấu đỡ do lực sóng được tạo ra bởi sự giảm chấn đàn hồi khí động rất thấp theo hướng ngang. Đơn vị thiết kế phải đặc biệt chú ý để đảm bảo rằng mô hình giảm chấn chuyển động ngang của kết cấu đỡ là đáng tin cậy.

7.5.5.2 Giảm chấn khí động học

Sự giảm chấn khí động học phải được tính đến bằng cách triển khai tính toán khí động học đàn hồi trong mã mô phỏng.

7.5.5.3 Giảm chấn thủy động

Giảm chấn thủy động là một thành phần giảm chấn phát sinh từ tương tác giữa kết cấu và nước. Đóng góp giảm chấn này bao gồm hai phần chính: giảm chấn bức xạ và giảm chấn nhớt.

Giảm chấn nhớt của chất lỏng là kết quả của vận tốc tương đối giữa phần ướt của kết cấu và chất lỏng xung quanh. Giảm chấn nhớt thủy động liên quan đến thành phần lực cản dòng chảy trong công thức Morison. Độ giảm chấn nhớt được xem xét trong công thức Morison thông qua các vận tốc hạt tương đối.

Giảm chấn bức xạ xuất phát từ sự rung động của phần chìm của kết cấu, tạo ra sóng lan tỏa ra ngoài kết cấu. Cơ chế này đại diện cho một sự mất năng lượng của một hệ thống và do đó là một hình thức giảm chấn.

7.5.5.4 Giảm chấn kết cấu

Giảm chấn kết cấu chủ yếu đại diện cho giảm chấn vật liệu từ mối quan hệ ứng suất-độ căng trễ, nhưng các tác động giảm chấn từ bên trong của kết cấu đỡ cũng có thể được bao gồm trong giá trị này. Các yếu tố này bao gồm, ví dụ, các bệ, cầu thang, thang máy và cáp dọc treo tự do.

7.5.5.5 Giảm chấn đất do ma sát bên trong đất

Độ giảm chấn đất phát sinh từ năng lượng bị tiêu tán trong khối lượng đất. So với các thành phần giảm chấn khác, việc đặc trưng hóa và mô hình hóa độ giảm chấn đất là phức tạp nhưng đóng góp đáng kể vào tổng độ giảm chấn. Độ giảm chấn đất có thể xuất phát từ một số nguồn, bao gồm: độ giảm chấn bức xạ trong đất, sự tiêu tán năng lượng do tính đàn hồi ờ các lớp đất trên cùng (độ giảm chấn trễ), dòng nước xung quanh móng do sự tích tụ áp suất lỗ rỗng và ma sát bên trong từ biến dạng cắt của đất trong móng.

Hai nguồn độ giảm chấn chỉnh được xác định là: độ giảm chấn vật liệu (bên trong) của đất và độ giảm chấn hình học (bức xạ). Độ giảm chấn vật liệu của đất là độ giảm chấn trễ và thường được xác định cho một khối đất cụ thể với tỷ lệ giảm chấn đất cố định. Độ giảm chấn hình học tương tự như độ giảm chấn bức xạ của sóng nước. Độ giảm chấn hình học không thể bỏ qua chỉ khi tần số dao động vượt quá một giá trị ngưỡng, giá trị này phụ thuộc vào tầng đất tại một vị trí cụ thể. Độ giảm chấn đất đã chứng minh là phụ thuộc vào các tham số thiết kế địa kỹ thuật áp dụng và mức độ tải. Cả hai khía cạnh này đều cần được xem xét.

7.5.5.6 Giảm chấn do thiết bị giảm chấn thụ động

Giảm chấn tổng thể có thể được tăng cường bằng cách áp dụng các thiết bị giảm chấn thụ động. Tác động giảm chấn từ các thiết bị này cần được chứng minh bằng các phép đo và thử nghiệm.

7.5.6 Yêu cầu mô phỏng

Các mô phỏng động sử dụng một mô hình động học kết cấu thường được sử dụng để tính toán các hiệu ứng tải của tuabin gió. Một số trường hợp tải có đầu vào gió và/hoặc sóng ngẫu nhiên. Tổng thời gian dữ liệu tải, cho các trường hợp này, phải đủ dài để đảm bảo độ tin cậy thống kê của ước lượng hiệu ứng tải đặc trưng. Nói chung, ít nhất sáu mô phỏng 10 min (hoặc một chu kỳ liên tục 1 h) được yêu cầu cho mỗi tốc độ gió trung bình, độ cao hub của tuabin và trạng thái biển được xem xét trong các mô phỏng. Tuy nhiên, đối với một số trường hợp tải thiết kế, yêu cầu tính toán càng phức tạp hơn:

• đối với DLC 2.1, 2.2 và 5.1, ít nhất phải thực hiện mười hai mô phỏng 10 min cho mỗi sự kiện ở tốc độ gió và trạng thái biển cụ thể;

• đối với DLC 1.1, số lượng và chu kỳ của các mô phỏng thực hiện cho mỗi tốc độ gió trung bình và kết hợp trạng thái biển phải đủ để xác định một phần bố xác suất đáng tin cậy dài hạn của các giá trị cực đoan để ngoại suy đến hiệu ứng tải đặc trưng;

• đối với DLC 1.2, số lượng và chu kỳ của các mô phỏng thực hiện cho mỗi tốc độ gió trung bình và kết hợp trạng thái biển phải đủ để tránh sự phụ thuộc vào hạt giống - nghĩa là việc sử dụng lại cùng một hạt giống sóng với các hạt giống gió khác nhau thường không đủ. Mặt khác, thực hiện một mô phỏng cho từng kết hợp tốc độ gió trung bình và trạng thái biển, đồng thời tính đến các sai lệch khác nhau, có thể mang lại đủ độ chính xác;

• đối với các DLC 1.6, 6.1, 6.2, 6.3, 7.1 và 8.2, ít nhất phải thực hiện sáu mô phỏng sóng bị giới hạn 1 h như mô tả trong C.7.3. Một cách khác, sáu nhóm của sáu mô phỏng 10 min mỗi nhóm có thể được thực hiện, trong đó mỗi nhóm sáu tương đương với một mô phỏng 1 h. Đối với ít nhất một mô phỏng 10 min trong mỗi nhóm sáu, tốc độ gió trung bình tại độ cao hub sẽ được xem xét là giá trị 10 min có chu kỳ lặp lại N năm trong khi cho các mô phỏng khác, giá trị tốc độ gió trung bình 1 h có chu kỳ lặp lại N năm với mức luồng xoáy liên quan thích hợp có thể được sử dụng. Tương tự, ít nhất một mô phỏng 10 min trong mỗi nhóm sáu sẽ có chiều cao sóng chu kỳ lặp lại N năm, H _N . Chiều cao sóng đáng kể phải được lấy là giá trị có chu kỳ lặp lại N năm cho mỗi mô phỏng. Các phương pháp khác có thể được áp dụng nếu đơn vị thiết kế có thể chứng minh rằng đáp ứng cực đoan ước tính không kém phần cực đoan so với kết quả thu được từ các mô phỏng trong 1 h. Cần lưu ý rằng đối với việc đánh giá sự suy giảm chu kỳ của các tính chất đất, có thể cần thêm mô phỏng, nhưng đối với tính toán tải thiết kế, sáu mô phỏng là đủ.

Biểu diễn phổ của các trạng thái biển ngẫu nhiên yêu cầu một số lượng thành phần phổ tối thiểu để đảm bảo sự biểu diễn của hình dạng phổ, đáp ứng cộng hưởng có thể có, và tránh lặp lại định kỳ. Xem C.1.

Vì các điều kiện ban đầu được sử dụng cho các mô phỏng động thường có ảnh hưởng đến thống kê hiệu ứng tải trong giai đoạn đầu của chu kỳ mô phỏng, 5 s đầu tiên của dữ liệu (hoặc lâu hơn nếu cần) phải được loại trừ khỏi việc xem xét trong bất kỳ khoảng thời gian phân tích nào liên quan đến đầu vào gió và/hoặc sóng ngẫu nhiên.

Trong các trường hợp tải liên quan đến mô phỏng các trạng thái biển ngẫu nhiên và luồng xoáy vào, nơi có một dải tốc độ gió được đưa ra, xác suất vượt quá cho hiệu ứng tải đặc trưng phải được tính toán, xem xét phân bố xác suất chung của các điều kiện trạng thái biển bình thường và tốc độ gió cụ thể tại vị trí nơi tuabin gió ngoài khơi sẽ được lắp đặt. Vì nhiều tính toán tải sẽ liên quan đến các mô phỏng ngẫu nhiên có thời gian giới hạn, hiệu ứng tải đặc trưng được xác định cho chu kỳ lặp lại yêu cầu có thể lớn hơn bất kỳ giá trị nào được tính toán trong mô phỏng.

Đối với các trường hợp tải với trường gió xác định và các trạng thái biển ngẫu nhiên đi kèm, tức là DLC 1.4, 1.5, 2.3, 3.2, 3.3 và 4.2 (trừ khi trạng thái biển được loại trừ như đã nêu ở 7.4.1), giá trị đặc trưng của hiệu ứng tải sẽ là giá trị tạm tính xấu nhất được tính toán như là trung bình của các giá trị tải tạm tính xấu nhất cho các trạng thái biển ngẫu nhiên tương ứng. Khi dòng vào loạn động được sử dụng cùng với các trạng thái biển ngẫu nhiên, trung bình của các giá trị tải tạm tính xấu nhất được tính cho các biến thể ngẫu nhiên khác nhau, ngoại trừ DLC 2.1, 2.2 và 5.1, trong đó giá trị đặc trưng của hiệu ứng tải sẽ là giá trị trung bình của nửa lớn nhất các hiệu ứng tải tối đa. Cụ thể đối với các DLC 1.6, 6.1, 6.2, 6.3, 7.1 và 8.2, trong đó ít nhất sáu mô phỏng sóng gió bị giới hạn 1 h được yêu cầu, các bước sau được cho phép như một phương án thay thế:

1) Thực hiện sáu nhóm mỗi nhóm bao gồm sáu mô phỏng 10 min. Trong mỗi nhóm, ít nhất một mô phỏng 10 min sẽ chứa sóng ngập bị giới hạn (xem C.7.3).

2) Hiệu ứng tải xấu nhất được tính toán từ mỗi nhóm sáu mô phỏng sẽ được xác định, tức là đây là giá trị xấu nhất (thường là giá trị lớn nhất) xuất hiện trong mỗi nhóm sáu mô phỏng. Giá trị này thay thế giá trị xấu nhất mà nếu không có sẽ theo một mô phỏng 1 h.

3) Giá trị thiết kế là giá trị trung bình của sáu giá trị thu được trong bước trước.

7.5.7 Các yêu cầu khác

Các tải như mô tả ở các điều từ 7.3.1 đến 7.3.7 phải được tính đến cho từng trường hợp tải thiết kế. Khi có liên quan, các yêu cầu sau đây cũng phải được tính đến:

• nhiễu loạn trường gió do bản thân tuabin gió (vận tốc gây ra bởi luồng rẽ khí, bóng tháp, v.v.);

• ảnh hưởng của luồng không khí ba chiều lên các đặc tính khí động học của cánh (ví dụ như hiện tượng dừng ba chiều và tổn thất khí động học ở đầu cánh);

• hiệu ứng khí động học không ổn định;

• động lực học kết cấu và sự kết hợp của các dạng dao động;

• hiệu ứng đàn hồi khí động học;

• hoạt động của hệ thống điều khiển và bảo vệ tuabin gió;

• ảnh hưởng của sự đóng băng của cánh quạt hoặc các bộ phận khác của tuabin gió ngoài khơi đến các đặc tính động và khí động học của nó;

• các đặc tính tĩnh và động của sự tương tác giữa móng và đáy biển. Đơn vị thiết kế phải tính đến tính phi tuyến tính của sự tương tác giữa móng và đáy biển, độ bất định và khả năng biến đổi theo thời gian dài hạn của các đặc tính động do xói mòn, sóng cát, v.v. Độ bền vững của thiết kế tuabin gió ngoài khơi đối với sự thay đổi tần số cộng hưởng của kết cấu hỗ trợ và sự thay đổi trong mang tải móng phải được đánh giá.

• khối lượng của sự phát triển của sinh vật biển trên tần số cộng hưởng và tải động của kết cấu đỡ;

• đáp ứng động của tuabin gió đối với sự kết hợp của tải khí động học và thủy động lực;

• động học sóng phi tuyến tính, tham khảo Phụ lục B;

• nhiễu xạ, tham khảo Phụ lục C.

Trong nhiều trường hợp, biến dạng hoặc ứng suất cục bộ tại các vị trí quan trọng trong một thành phần tuabin gió nhất định bị chi phối bởi tải đa trục đồng thời. Trong những trường hợp này, chuỗi thời gian của tải trực giao là đầu ra từ các mô phỏng đôi khi được sử dụng để xác định tải thiết kế. Khi chuỗi thời gian thành phần trực giao như vậy được sử dụng để tính toán độ mỏi và tải cực hạn, chúng phải được kết hợp để bảo toàn cả pha và biên độ. Vì vậy, phương pháp trực tiếp dựa trên việc suy ra ứng suất đáng kể theo lịch sử thời gian. Sau đó, các phương pháp dự đoán cực đoan và mỏi có thể được áp dụng cho tín hiệu đơn lẻ này, tránh các vấn đề về tổ hợp tải.

Các thành phần tải giới hạn cũng có thể được kết hợp một cách thận trọng với giả định các giá trị thành phần bất lợi nhất xảy ra đồng thời. Trong trường hợp lựa chọn này được thực hiện, cả giá trị thành phần cực đoan tối thiểu và tối đa phải được áp dụng trong tất cả các kết hợp có thể có để tránh đưa ra tính không bảo toàn.

Trong 6.3.3.2, các yêu cầu đánh giá độ lệch của gió-sóng được quy định. Trong trường hợp xem xét phân bố hướng gió và sóng theo nhiều hướng thì phải xem xét phân bố ứng suất theo hướng thu được.

Cần xác định điều kiện thiết kế để đánh giá độ rộng vết nứt trong bê tông và độ lún của đất. Nên sử dụng một trong các giải pháp thay thế sau đây, dựa trên các trường hợp tài sản xuất (DLC 1.2):

• tải từ mômen uốn vượt quá 1 % thời gian,

• tải từ mômen uốn liên quan đến lực đẩy trung bình lớn nhất cộng với 1,28 lần độ lệch chuẩn (độ phân đoạn 90 %).

7.6 Phân tích trạng thái giới hạn cực hạn

7.6.1 Phương pháp

7.6.1.1 Quy định chung

Tiêu chuẩn này sử dụng định dạng hệ số an toàn một phần để tính đến độ không đảm bảo và biến thể trong tải và vật liệu, độ không đảm bảo trong phương pháp phân tích và tầm quan trọng của các thành phần kết cấu đối với hậu quả của sự cố.

Phân tích trạng thái giới hạn cực hạn của cụm rôto-vỏ tuabin của một tuabin gió ngoài khơi phải đáp ứng các yêu cầu được quy định trong IEC 61400-1. Đối với thiết kế của kết cấu đỡ, các quy định được nêu trong 7.6.1.2 phải được tuân theo.

7.6.1.2 Định dạng hệ số an toàn từng phần

7.6.1.2.1 Quy định chung

Mức độ an toàn của một kết cấu hoặc một thành phần kết cấu được coi là đáng tin cậy khi hiệu ứng tải thiết kế 5d không vượt quá độ bền thiết kế R _d :

Đây là tiêu chí thiết kế. Tiêu chí thiết kế còn được gọi là bất đẳng thức thiết kế. Công thức tương ứng S _d = R _d tạo thành công thức thiết kế.

7.6.1.2.2 Ảnh hưởng của tải thiết kế

Có hai phương pháp tiếp cận để xác định ảnh hưởng của tải thiết kế S _di liên quan đến một tải đặc biệt cụ thể là F _i .

Phương pháp tiếp cận 1 - ảnh hưởng của tải thiết kế S _di được tính bằng cách nhân hiệu ứng tải đặc tính S _ki với một hệ số tải cụ thể γ _fi đã xác định.

trong đó, ảnh hưởng của tải đặc tính S _ki được xác định trong một phần tích kết cấu cho tải đặc tính F _ki .

Phương pháp tiếp cận 2 - ảnh hưởng của tải thiết kế S _di được thu được từ một phần tích kết cấu cho tải thiết kế F _di , trong đó tải thiết kế F _di được thu được bằng cách nhân tải đặc tính F _ki với một hệ số tải cụ thể y _fi đã xác định.

Phương pháp tiếp cận 1 thường được sử dụng để xác định ảnh hưởng của tải thiết kế khi việc biểu diễn đúng của đáp ứng động là ưu tiên hàng đầu, trong khi phương pháp tiếp cận 2 thường được sử dụng nếu việc biểu diễn đúng của đáp ứng vật liệu phi tuyến hoặc phi tuyến hình học hoặc cả hai đều là ưu tiên hàng đầu. Phương pháp tiếp cận 1 thường áp dụng cho việc xác định ảnh hưởng của tải thiết kế trong kết cấu đỡ, bao gồm cả tháp, từ tải gió lên cánh quạt, trong khi phương pháp tiếp cận 2 thường áp dụng cho thiết kế của kết cấu phụ (hoặc chỉ là móng) với ảnh hưởng của tải tại điểm tiếp xúc giữa tháp và kết cấu phụ (hoặc của kết cấu phụ) được áp dụng như một điều kiện biên. Sự khác biệt giữa hai phương pháp tiếp cận được minh họa trên Hình 4 dưới đây.

Hình 4 - Hai phương pháp tiếp cận để tính ảnh hưởng của tải thiết kế

7.6.1.2.3 Độ bền thiết kế

Có hai phương pháp tiếp cận để xác định độ bền thiết kế, R _d , của một thành phần kết cấu cụ thể.

Phương pháp tiếp cận 1 - Độ bền thiết kế được xác định từ độ bền của vật liệu:

trong đó γ _m là hệ số vật liệu cho độ bền vật liệu và f _k là giá trị đặc trưng cho độ bền vật liệu.

Phương pháp tiếp cận 2 - Độ bền thiết kế được xác định từ độ bền đặc trưng của thành phần kết cấu cụ thể:

trong đó γ _m là hệ số vật liệu của thành phần cụ thể và R _k là giá trị đặc trưng của độ bền thành phần.

Công thức (18) được sử dụng cùng với công thức (21) theo quy định của IEC 61400-1. Một số tiêu chuẩn, ví dụ ISO 19902, yêu cầu sử dụng công thức (19) kết hợp với công thức (21) trong khi các tiêu chuẩn khác, ví dụ ISO 19903, kết hợp công thức (19) và công thức (20).

7.6.2 Phân tích độ bền cực hạn

7.6.2.1 Quy định chung

Độ bền thiết kế của hệ thống và các thành phần của kết cấu đỡ phải được xác định theo các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu ngoài khơi được công nhận. Hoặc, độ bền thiết kế của tháp có thể được xác định theo tiêu chuẩn IEC 61400-1. Các trường hợp tải thiết kế độ bền cực hạn và các hệ số an toàn tải liên quan được quy định trong tiêu chuẩn này phải được sử dụng trong thiết kế của kết cấu đỡ.

Đối với mỗi thành phần kết cấu đỡ được đánh giá và cho mỗi trường hợp tải trong Bảng 2 trong đó việc phân tích độ bền cực hạn là phù hợp nhất, việc xác định tiêu chí thiết kế trong công thức (17) phải được kiểm tra xác nhận cho trạng thái giới hạn tới hạn nhất, được xác định dựa trên việc có biên thấp nhất.

Nếu thiết kế kết cấu phụ và móng được thực hiện theo các tiêu chuẩn ngoài khơi được công nhận khác dựa trên các nguyên tắc thiết kế tương tự thì phương pháp tiếp cận 2 trong 7.6.1.2.2 phải được sử dụng để tính đúng mức ảnh hưởng của sự phi tuyến tính của đất. Trong một tình huống thiết kế điển hình, các tải chính sẽ là tải gió và tải thủy động học cùng với các tải cố định. Các ảnh hưởng của tải thiết kế lên móng và kết cấu phụ có thể được xác định từ một phần tích kết cấu được thực hiện bằng cách áp dụng các ảnh hưởng của tải gió thiết kế như các tải bên ngoài tại một giao diện phù hợp, chẳng hạn như mặt phẳng tháp hoặc thềm đáy biển, bên cạnh các giá trị tải thủy động học và các tải cố định thiết kế.

Phương pháp tiếp cận 1 trong 7.6.1.2.2 có thể được sử dụng để xác định các ảnh hưởng của tải thiết kế bằng cách áp dụng một hệ số an toàn tải chung cho các ảnh hưởng của tải đặc trưng phát sinh từ một phần tích động học tích hợp của các tải gió, thủy động học và cố định đặc trưng kết hợp. Trong trường hợp này, cần phải chú ý để các hệ số an toàn phần được hiệu chỉnh để bù đắp cho sự thiếu sót của việc lập mô hình đáp ứng phi tuyến tính của đất và kết cấu phụ. Việc hiệu chuẩn sẽ đảm bảo rằng cùng một mức độ tin cậy kết cấu được đạt được như được ngụ ý trong các quy định của tiêu chuẩn này, bao gồm các tham chiếu đến các tiêu chuẩn thiết kế liên quan.

7.6.2.2 Hệ số an toàn từng phần cho tải

Các hệ số an toàn từng phần cho các tải nói chung phải bằng với các giá trị được chỉ định trong tiêu chuẩn IEC 61400-1. Như đã nêu trong IEC 61400-1, các hệ số an toàn từng phần cho các trường hợp tải DLC 6.1 và DLC 6.2 được suy ra bằng cách giả định rằng hệ số biến thiên của tốc độ gió tối đa hàng năm nhỏ hơn 15 %, điều này không phải lúc nào cũng đúng trong điều kiện bão. Ngoài hướng dẫn trong IEC 61400-1, Phụ lục I cung cấp hướng dẫn về mức độ an toàn trong điều kiện bão nhiệt đới.

7.6.2.3 Hệ số an toàn từng phần cho độ bền và vật liệu

Độ bền thiết kế của hệ thống và các thành phần của kết cấu đỡ phải được xác định theo các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu ngoài khơi được công nhận khác. Các công thức để đánh giá độ bền thiết kế tới hạn, các giá trị đặc trưng liên quan đến độ bền vật liệu và/hoặc độ bền, và các yếu tố an toàn vật liệu và/hoặc độ bền liên quan phải theo các tiêu chuẩn đã đề cập ở trên. Ngoài ra, độ bền thiết kế của tháp có thể được xác định theo IEC 61400-1.

7.6.3 Hỏng hóc do mỏi

Độ bền thiết kế của hệ thống và các thành phần của kết cấu đỡ phải được xác định theo các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu ngoài khơi được công nhận khác. Các công thức để đánh giá độ bền thiết kế mỏi, các giá trị đặc trưng liên quan đến độ bền vật liệu và/hoặc độ bền, và các yếu tố an toàn vật liệu và/hoặc độ bền liên quan phải theo các tiêu chuẩn đã đề cập ở trên. Ngoài ra, độ bền thiết kế của tháp có thể được xác định theo IEC 61400-1. Các trường hợp tải thiết kế mỏi và hệ số an toàn tải đi kèm đã được quy định trong tiêu chuẩn này phải được sử dụng trong thiết kế của kết cấu đỡ.

Đối với từng thành phần của kết cấu đỡ được đánh giá và cho mỗi trường hợp tải trong Bảng 2 và Bảng 3 trong đó việc phân tích độ bền mỏi là thích hợp, tiêu chí thiết kế phải được kiểm tra xác nhận cho trạng thái giới hạn tới hạn nhất, được xác định dựa trên việc có biên thấp nhất.

Hỏng hóc do mỏi tích lũy trong suốt tuổi thọ của một tuabin gió bị ảnh hưởng bởi độ khả dụng của tuabin gió. Điều này loại trừ các giai đoạn xây dựng và đưa vào vận hành. Trong một số trường hợp, việc giả định độ khả dụng là 100 % khi đánh giá bảo toàn tải mỏi nhưng trong những trường hợp khác (bao gồm các thành phần tải khác) việc giả định giá trị khả dụng thấp hơn có thể được bảo toàn. Trong trường hợp giá trị thấp bảo toàn là khả dụng thì phải được đánh giá bởi nhà thiết kế. Trong trường hợp thiếu thông tin khác, có thể giả định một giá trị là 90 %.

7.6.4 Hệ số an toàn đặc biệt

Các hệ số an toàn từng phần thấp hơn cho các tải có thể được sử dụng khi các độ lớn của các tải đã được xác định thông qua phép đo hoặc thông qua phân tích được xác nhận bằng phép đo với một mức độ tin cậy cao hơn bình thường. Các giá trị của tất cả các hệ số an toàn từng phần được sử dụng phải được nêu trong tài liệu thiết kế.

7.6.5 Đánh giá tải chu kỳ cho đánh giá móng

Đánh giá tải chu kỳ cho các cọc móng cần tuân theo các nguyên tắc được nêu trong ISO 19902. Nếu việc xem xét rõ ràng về tải chu kỳ được bảo đảm là cần thiết, các trường hợp tải liên quan đến đánh giá tải chu kỳ phải được lựa chọn dựa trên cơ sở sau đây:

• tải vận hành như đã bao gồm cho việc đánh giá FLS phải được đánh giá bằng các phổ tải tích lũy trong suốt tuổi thọ của các kết cấu;

• các trường hợp tải ULS bất thường không cần phải xem xét cho việc đánh giá tải chu kỳ vì xác suất xảy ra rất thấp hoặc đáp ứng là tạm thời với các chu kỳ chủ yếu xuất hiện đầu tiên trong chuỗi tải;

• các trường hợp tải ULS bình thường gây ra tải đặc trưng cực đoan nhất sẽ được kiểm tra. Việc xem xét thích hợp về chế độ tải trước và sau khi sự kiện cực đoan xảy ra cũng phải được bao gồm.

Khi đếm chu kỳ, việc sử dụng phương pháp đếm “dòng mưa” là cẩn thận. Việc đếm chu kỳ bằng phương pháp đi qua mức trung bình cũng được chấp nhận. Sự suy giảm chu kỳ phụ thuộc nhiều vào các chu kỳ khắc nghiệt nhất. Do đó, các kết quả có thể biểu hiện độ nhạy với các hiện tượng ngẫu nhiên, và việc giảm độ nhạy đối với tốc độ cần được chú ý đặc biệt.

8 Hệ thống điều khiển

Hoạt động và an toàn của một tuabin gió ngoài khơi phải được quản trị bởi một hệ thống điều khiển đáp ứng các yêu cầu được nêu trong tiêu chuẩn IEC 61400-1.

Các quy định phải được thực hiện để đảm bảo bảo vệ đầy đủ cho tất cả các thành phần của hệ thống điều khiển và bảo vệ khỏi tác động của môi trường biển. Hướng dẫn liên quan đến bảo vệ chống ăn mòn được nêu trong Phụ lục G.

Ngoài ra, áp dụng như dưới đây:

Phải có khả năng dừng rôto bằng điều khiển từ xa để sử dụng trước khi có nhân viên đến, nếu cần thiết cho an toàn của họ.

Nếu cần thiết để đảm bảo an toàn cho nhân viên (ví dụ, trong các hoạt động cứu hộ bằng trực thăng hoặc để tránh va chạm có thể xảy ra giữa một đầu cánh quạt và tàu), lệnh từ xa cho hệ thống điều hướng, cũng như việc dừng hệ thống này từ xa, phải có thể thực hiện theo yêu cầu của phi công trực thăng hoặc tàu đang di chuyển gần tuabin.

Nếu các hệ thống khác ngoài thiết bị khóa được sử dụng để dừng (ví dụ, phanh điều hướng hoặc phanh đĩa cơ khí), các biện pháp phải được áp dụng để tránh trượt an toàn.

Các chỉ số thích hợp phải được lắp đặt trên tuabin gió ngoài khơi để thông báo cho nhân viên đang tiếp cận biết rằng hệ thống rôto và hệ thống quay đã bị tắt.

Trong trường hợp hệ thống rôto và/hoặc hệ thống quay được tắt tự động/từ xa, các biện pháp phải được cung cấp để ngăn chặn việc khởi động lại tự động/từ xa của các hệ thống này trừ khi có yêu cầu từ nhân viên trên tuabin và/hoặc trong trực thăng/tàu. Đối với nhân viên trên tuabin, phải có khả năng vô hiệu hóa việc khởi động lại tự động/từ xa của hệ thống rôto và/hoặc hệ thống quay trước khi vào các khu vực nguy hiểm. Một lưu ý phù hợp phải được thêm vào trong các tài liệu hướng dẫn liên quan.

9 Hệ thống cơ khí

Hệ thống cơ khí trong tiêu chuẩn này là hệ thống bất kỳ, không bao gồm các thành phần kết cấu tĩnh, hay các thành phần điện, mà sử dụng hoặc truyền chuyển động tương đối thông qua kết hợp các trục, liên kết, ổ bi, ổ trượt, bánh răng và các bộ phận khác. Trong tuabin gió, các hệ thống này có thể bao gồm các phần tử hệ thống truyền động như các hộp số, trục và khớp nối, và các bộ phận phụ trợ như hệ thống phanh, điều khiển độ xoay cánh, điều khiển xoay tuabin. Các bộ phận phụ trợ có thể được điều khiển bằng điện, thủy lực hoặc khí nén.

Thiết kế của tất cả các hệ thống cơ khí trong một tuabin gió ngoài khơi phải đáp ứng các yêu cầu được nêu trong tiêu chuẩn IEC 61400-1.

Các biện pháp phải được thực hiện để đảm bảo bảo vệ đủ cho tất cả các hệ thống cơ khí chống lại tác động của môi trường biển bằng cách chọn cấp ăn mòn, cấp khí hậu, cấp môi trường, cấp nhiễm bẩn thích hợp và thông số bảo vệ bằng vỏ ngoài chống xâm nhập (IP) theo các quy định hiện hành. Hướng dẫn liên quan đến bảo vệ chống ăn mòn được cho trong Phụ lục G.

10 Hệ thống điện

Hệ thống điện của một hệ thống lắp đặt tuabin gió ngoài khơi bao gồm tất cả các thiết bị điện được lắp đặt trong mỗi tuabin gió ngoài khơi, bao gồm cả thiết bị đóng cắt cao áp; sau đây sẽ được gọi là hệ thống điện của tuabin gió.

Hệ thống thu gom điện không được đề cập trong tiêu chuẩn này.

Thiết kế hệ thống điện của tuabin gió ngoài khơi phải đáp ứng các yêu cầu được quy định trong IEC 61400-1, trừ khi rõ ràng các yêu cầu này chỉ áp dụng cho các vị trí trên bờ.

Cần có các biện pháp để đảm bảo bảo vệ đầy đủ cho tất cả các thành phần điện khỏi tác động của môi trường biển bằng cách lựa chọn lớp bảo vệ ăn mòn, cấp khí hậu, cấp môi trường, độ nhiễm bẩn, và mức độ bảo vệ ngăn ngừa xâm nhập (IP) phù hợp theo các quy định hiện hành. Hướng dẫn liên quan đến bảo vệ ăn mòn được đưa ra trong Phụ lục G.

Đơn vị thiết kế sẽ đưa ra các xem xét đủ về các yêu cầu cách điện, khí quyển có muối, độ ẩm và nhiệt độ, các yêu cầu thông gió, sự xuất hiện của hơi ẩm và/hoặc ngưng tụ, khả năng cho nước nhỏ giọt, xóc hoặc rung cơ học và các yêu cầu bảo trì bất kỳ để bảo toàn tính toàn vẹn của hệ thống điện của tuabin gió.

11 Thiết kế móng và kết cấu phụ

Thiết kế và phân tích kết cấu móng và kết cấu phụ của một tuabin gió ngoài khơi phải được thực hiện theo các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu và địa kỹ thuật ngoài khơi được công nhận. Các trường hợp tải thiết kế và các hệ số an toàn liên quan được quy định trong Bảng 2 và Bảng 3 của tiêu chuẩn này phải được sử dụng làm cơ sở cho thiết kế móng.

Khi thiết kế và phân tích được thực hiện theo ISO 19900, các tiêu chuẩn sau đây là phù hợp. Các yêu cầu về địa kỹ thuật và đặc thù của móng, liên quan đến các khía cạnh của khoa học trái đất và kỹ thuật móng áp dụng cho một loạt các kết cấu ngoài khơi, dựa trên ISO 19901-4. Thiết kế các móng bao gồm cọc, thường được liên kết với các kết cấu cố định bằng thép, được mô tả chi tiết trong ISO 19902. Các yêu cầu đặc biệt cho thiết kế móng nông, thường được liên kết với các kết cấu cố định bằng bê tông, được mô tả chi tiết trong ISO 19903.

Móng phải được thiết kế để chịu đựng các tác động tĩnh và động (bao gồm cả các tác động lặp lại và tạm thời) mà không gây ra biến dạng hoặc rung động quá mức trong kết cấu. Cần đặc biệt chú ý đến các tác động của các tác động lặp lại và tạm thời đối với đáp ứng kết cấu, cũng như đối với khả năng chịu lực của các lớp đất chịu tải. Cần nghiên cứu khả năng chuyển động của thềm đáy biển so với các thành phần của móng. Các tải gây ra bởi những chuyển động như vậy, nếu dự đoán được, phải được tính đến trong thiết kế.

Các tải tác động lên kết cấu phụ và/hoặc móng trong quá trình vận chuyển và lắp đặt phải được xem xét. Đối với các kết cấu bao gồm cọc (xem Hình 1), một phần tích phải được thực hiện để tính hỏng hóc do mỏi ^[18] mà cọc phải chịu khi được cắm vào đáy biển. Phân tích độ mỏi phải xem xét các tải liên quan đến tác động của việc cắm cọc, bao gồm động học kết cấu của cọc và sự gia tăng ứng suất do đặc điểm thiết kế của cọc và quá trình cắm cọc.

Các biện pháp phải được áp dụng để đảm bảo bảo vệ đầy đủ cho tất cả các thành phần của kết cấu đỡ của tuabin gió khỏi các tác động của sự ăn mòn, xem Phụ lục G.

12 Lắp ráp, lắp đặt và lắp dựng

12.1 Quy định chung

Nhà chế tạo tuabin gió ngoài khơi phải cung cấp hướng dẫn lắp đặt, mô tả rõ ràng các yêu cầu lắp đặt cho kết cấu và thiết bị của tuabin gió. Việc lắp đặt tuabin gió ngoài khơi phải được thực hiện bởi các nhân viên được đào tạo hoặc hướng dẫn về các hoạt động này.

Vị trí tuabin gió ngoài khơi phải được chuẩn bị, duy trì, vận hành và quản lý để công việc có thể được thực hiện một cách an toàn và hiệu quả. Điều này bao gồm các quy trình để ngăn chặn xâm nhập trái phép ở nơi có thể. Người vận hành phải xác định và loại bỏ các nguy hiểm tồn tại và tiềm ẩn.

Kỹ thuật lắp đặt chi tiết phải được thực hiện. Phải chuẩn bị danh sách kiểm tra các hoạt động dự kiến và phải lưu giữ các bản ghi công việc và kết quả công việc đã hoàn thành.

Khi cần thiết, nhân viên lắp đặt phải sử dụng thiết bị bảo vệ mắt, chân, thính giác và đầu. Tất cả nhân viên leo cột tháp, hoặc làm việc trên mặt đất hoặc mặt nước, phải được đào tạo cho công việc như vậy và phải sử dụng các đai an toàn, hỗ trợ leo an toàn hoặc các thiết bị an toàn khác. Khi cần thiết, một phương tiện hỗ trợ nổi trên mặt nước phải được sử dụng.

Tất cả các thiết bị phải được giữ trong tình trạng tốt và phù hợp với nhiệm vụ được dự định. Các cần cẩu, cần trục và thiết bị nâng hạ, bao gồm tất cả cáp treo, móc và các dụng cụ khác, phải thích hợp cho việc nâng hạ an toàn.

Cần xem xét cụ thể hệ thống lắp đặt các tuabin gió ngoài khơi trong các điều kiện bất thường, ví dụ như mưa đá, sét, gió lớn, động đất, đóng băng, sóng lơn, điều kiện thủy triều cực đoan v.v...

Các quy trình lắp đặt phải được thực hiện sao cho công việc có thể, nếu cần thiết, bị gián đoạn mà không gây nguy hiểm cho nhân viên hoặc tạo ra các tải không chấp nhận được đối với công trình. Trong trường hợp cột tháp đứng mà không có vỏ tuabin, các biện pháp thích hợp phải được thực hiện để tránh tốc độ gió tới hạn của luồng xoáy tạo ra các dao động ngang. Các tốc độ gió tới hạn và các biện pháp đề phòng phải được nêu trong hướng dẫn lắp đặt.

Trước bất kỳ hoạt động xây dựng nào trên khu vực lắp đặt tuabin gió ngoài khơi, mọi kết cấu tạm thời hoặc vĩnh viễn dự kiến, được coi là chướng ngại vật đối với hàng hải và hàng không, phải được thông báo đủ sớm và phải được đánh dấu trên các bản đồ và trong các cơ sở dữ liệu liên quan, cung cấp thông tin về vị trí, phạm vi và độ cao. Việc cảnh báo chướng ngại vật bằng ánh sáng và tín hiệu phải tuân thủ các quy định hiện hành.

Tất cả các khía cạnh của các hoạt động hạ cánh trực thăng liên quan đến an toàn kết cấu của các sân băng hạ cánh, khoảng cách an toàn, bảo vệ chống cháy, tín hiệu cảnh báo, v.v. phải tuân thủ các quy định hiện hành.

ISO 29400 cung cấp các khuyến nghị về việc lập kế hoạch và kỹ thuật cho các hoạt động cảng và hàng hải liên quan đến việc vận chuyển, lắp đặt và bảo trì các tuabin gió ngoài khơi cố định.

12.2 Lập kế hoạch

Việc lắp ráp, lắp dựng và lắp đặt các tuabin gió và thiết bị liên quan phải được lập kế hoạch theo thứ tự công việc được thực hiện một cách an toàn và phù hợp với các quy định của địa phương và quốc gia. Ngoài các quy trình đảm bảo chất lượng, khi thích hợp, việc lập kế hoạch phải bao gồm xem xét những điều sau đây:

• bản vẽ và quy định kỹ thuật chi tiết của công việc và kế hoạch kiểm tra;

• các quy tắc để thực hiện an toàn công việc đào đất, phá hủy và các hoạt động khác liên quan đến xây dựng móng và dưới nước, ví dụ như đóng cọc, rải cát chống xói mòn, và rải cáp;

• các quy tắc để xử lý đúng đắn các công trình ngầm, như móng, bu lông, neo và cốt thép;

• các quy tắc cho thành phần bê tông, giao hàng, lấy mẫu, đổ, hoàn thiện và định vị ống dẫn;

• các quy trình lắp đặt cột tháp và các dây neo;

• quy định về sức khỏe, an toàn và môi trường cho công việc ngoài khơi, bao gồm các quy tắc an toàn cho lặn;

• quy trình sơ tán (bao gồm các quy trình giám sát điều kiện gió và biển, và khi nào cần sơ tán).

12.3 Các điều kiện lắp đặt

Trong khi lắp đặt tuabin gió ngoài khơi, vị trí phải được duy trì trong tình trạng sao cho không có rủi ro về an toàn hoặc hàng hải.

12.4 Tiếp cận vị trí

Tiếp cận vị trí phải an toàn và phải tính đến các yếu tố sau:

• các hàng rào và các tuyến đường đi lại;

• khu vực loại trừ;

• giao thông;

• khả năng mang tải tiếp cận;

• chuyển động của thiết bị tại vị trí;

• hệ thống tiếp cận tàu đến tuabin;

• hệ thống tiếp cận trực thăng đến tuabin.

12.5 Các điều kiện môi trường

Khi lắp đặt, phải tuân thủ các giới hạn môi trường do nhà chế tạo quy định, cần xem xét các hạng mục:

• tốc độ gió;

• tuyết và băng;

• nhiệt độ môi trường;

• sét;

• khả năng nhìn;

• mưa;

• chiều cao sóng;

• độ sâu của nước không đủ;

• dòng chảy;

• thủy triều.

12.6 Lập tài liệu

Nhà chế tạo tuabin gió ngoài khơi phải cung cấp các bản vẽ, thông số kỹ thuật và hướng dẫn cho các quy trình lắp ráp, lắp đặt và lắp dựng tuabin gió ngoài khơi. Nhà chế tạo phải cung cấp các chi tiết về tất cả các tải, trọng lượng, các điểm nâng và các công cụ đặc biệt và các quy trình cần thiết cho việc xử lý và lắp đặt tuabin gió ngoài khơi. Nhà chế tạo phải cung cấp đánh giá rủi ro của các hoạt động có nguy hiểm.

12.7 Tiếp nhận, tháo dỡ và lưu giữ

Tháo dỡ và vận chuyển thiết bị máy phát điện tuabin gió trong khi lắp đặt phải được thực hiện với thiết bị đã được xác nhận là phù hợp với nhiệm vụ và tuân thủ thông lệ đề xuất của nhà chế tạo.

Trong trường hợp có rủi ro dịch chuyển do gió và/hoặc các sóng có rủi ro gây hỏng, các cánh, vỏ tuabin, các bộ phận khí động học khác và bộ phận dễ bị lật phải được giữ chắc chắn.

12.8 Hệ thống kết cấu đỡ

Khi nhà chế tạo có quy định liên quan đến lắp đặt hoặc lắp ráp an toàn, phải sử dụng các dụng cụ đặc biệt, đồ gá lắp, các cơ cấu cố định và các dụng cụ khác.

12.9 Lắp ráp tuabin gió ngoài khơi

Tuabin gió ngoài khơi phải được lắp ráp theo hướng dẫn của nhà chế tạo. Phải thực hiện kiểm tra để xác nhận bôi trơn đúng và ổn định trước khi vận hành của tất cả các thành phần.

12.10 Lắp dựng tuabin gió

Tuabin gió ngoài khơi phải được lắp dựng bởi các nhân viên được đào tạo và huấn luyện trong thực hành lắp dựng thích hợp và an toàn trên biển. Ngoài việc đào tạo cần thiết cho việc lắp đặt tuabin, việc đào tạo ít nhất phải bao gồm:

• cấp cứu;

• các quy trình cụ thể về ngoài khơi (ví dụ, sử dụng xuồng cứu sinh, áo phao, trang phục đặc biệt, thiết bị sinh tồn trên biển);

• các quy trình sơ tán, cũng như các quy trình khi có những người bị thương hoặc bất tỉnh;

• sử dụng tàu, trực thăng và các hệ thống tiếp cận trên biển (với sự chú ý đặc biệt đối với các quy trình chuyển giao an toàn vào ban đêm).

Mọi công việc phải được thực hiện bởi ít nhất 2 người, trang bị đầy đủ các phương tiện truyền thông thích hợp.

Không có bộ phận nào của hệ thống điện tuabin gió ngoài khơi được cấp năng lượng trừ khi cần thiết cho quá trình lắp dựng. Trong trường hợp này, việc thực hiện cấp điện cho thiết bị như vậy theo quy trình đã cho ở dạng văn bản do nhà cung cấp tuabin gió cung cấp.

Tất cả các phần tử khi chuyển động (xoay hoặc dịch chuyển) có thể dẫn đến nguy hiểm tiềm ẩn phải được giữ chắc chắn tránh chuyển động không chú ý trong suốt quá trình lắp dựng.

12.11 Các chi tiết bắt chặt và các cấu kiện liên kết

Các chi tiết bắt chặt có ren và các thiết bị liên kết khác phải được lắp đặt theo mômen xoắn và/hoặc các chỉ dẫn khác do nhà chế tạo tuabin gió khuyến cáo. Các chi tiết bắt chặt được xác định là quan trọng phải được kiểm tra và các quy trình xác nhận mômen xoắn lắp đặt và các yêu cầu khác phải được thu nhận và sử dụng.

Đặc biệt, thực hiện kiểm tra để xác nhận như sau:

• kết nối và lắp ráp thích hợp của các dây chằng, dây cáp, các vít tăng đơ, các cọc lắp ráp và các dụng cụ và máy móc khác;

• cấu kiện liên kết thích hợp của các thiết bị nâng hạ yêu cầu để lắp dựng an toàn.

12.12 Cần cẩu, cần trục và thiết bị nâng hạ

Cần cẩu, cần trục và thiết bị nâng hạ, bao gồm tất cả các cáp nâng tải, các móc và dụng cụ khác yêu cầu để lắp dựng an toàn, phải đầy đủ để nâng an toàn và định vị cuối cùng các tải. Hướng dẫn và tài liệu của nhà chế tạo liên quan đến lắp dựng và tháo dỡ phải cung cấp thông tin về các tải dự kiến và các điểm nâng an toàn cho các thành phần và/hoặc các cụm lắp ráp. Tất cả các thiết bị cầu, dây treo và móc phải được thử nghiệm và chứng nhận an toàn cho tải.

13 Vận hành thử, vận hành và bảo trì

13.1 Quy định chung

Các quy trình vận hành thử, vận hành, kiểm tra, và bảo trì phải được quy định trong tài liệu hướng dẫn của tuabin gió ngoài khơi có xem xét thích hợp về an toàn của nhân viên.

Thiết kế phải kết hợp các quy định về tiếp cận an toàn để kiểm tra và bảo trì tất cả các thành phần. Hệ thống tiếp cận phải phù hợp với các quy định hiện hành.

Các yêu cầu của Điều 10 cũng đề cập đến thiết bị đo điện được lắp đặt tạm thời trong tuabin gió ngoài khơi với mục đích đo.

Khi cần thiết, nhân viên vận hành và bảo trì phải sử dụng thiết bị bảo vệ mắt, chân, thính giác và đầu. Tất cả các nhân viên leo cột tháp, hoặc làm việc trên mặt đất hoặc mặt nước, phải được đào tạo về công việc này và phải sử dụng đai an toàn, phương tiện hỗ trợ leo an toàn. Các thiết bị an toàn khác bao gồm áo phao, bộ đồ lặn và một phương tiện hỗ trợ nổi trên mặt nước.

13.2 Yêu cầu thiết kế để vận hành, kiểm tra và bảo trì an toàn

Phải có thể vận hành bình thường tuabin gió ngoài khơi bởi nhân viên vận hành tại mức nền. Phải cung cấp thao tác bằng tay, tại chỗ được ưu tiên hơn so hệ thống điều khiển từ xa/tự động.

Các sự kiện bên ngoài khi phát hiện như là sự cố nhưng không quan trọng đối với an toàn trong tương lai của tuabin gió, như mất và phục hồi phụ tải điện, có thể cho phép tự động quay về hoạt động bình thường sau khi kết thúc chu trình dừng.

Tấm bảo vệ được thiết kế để bảo vệ nhân viên chống tiếp xúc ngẫu nhiên với các thành phần dịch chuyển phải được cố định, trừ khi thấy trước tiếp cận thường xuyên, thì khi đó các tấm bảo vệ này có thể dịch chuyển.

Tấm bảo vệ phải:

• có kết cấu vững chắc;

• không dễ đi vòng qua;

• khi có thể, cho phép thực hiện bảo trì thiết yếu mà không cần tháo dỡ.

Bất kỳ lối đi hoặc sàn được lắp trên kết cấu đỡ của một tuabin gió ngoài khơi phải được đặt ở phía trên vùng nước bắn tóe. Để đảm bảo an toàn, việc loại bỏ sự mảng bám sinh vật biển cần được xem xét. Nếu có nguy cơ đóng băng tại vị trí, việc hạn chế tiếp cận đến cầu thang và nền dưới điều kiện đóng băng phải được xem xét. Cũng cần xem xét nguy cơ gây hỏng kết cấu do băng rơi.

Thiết kế phải tích hợp khe hở không khí thẳng đứng tối thiểu giữa đầu cánh quạt quay và bất kỳ lối đi hoặc sàn nào được sử dụng trong quá trình vận hành của tuabin gió ngoài khơi.

Các quy định phải được thực hiện khi thiết kế để sử dụng thiết bị chẩn đoán tìm sự cố.

Để đảm bảo an toàn cho nhân viên kiểm tra và bảo trì, thiết kế phải có:

• các tuyến đường tiếp cận và nơi làm việc an toàn cho việc kiểm tra và bảo trì thường xuyên;

• đầy đủ phương tiện để bảo vệ nhân viên tránh tiếp xúc ngẫu nhiên với các thành phần quay hoặc bộ phận chuyển động;

• dự phòng cho các dây cáp bảo hiểm kẹp chặt và các đai lưng an toàn hoặc các thiết bị bảo vệ khác đã được phê duyệt khi leo hoặc làm việc trên cao so với mức nền;

• các quy định để khống chế vòng quay của rôto và cơ chế xoay tuabin hoặc chuyển động cơ học khác như xoay cánh, trong khi làm việc theo các điều kiện gió và các tình huống thiết kế được quy định tại DLC 8.1, cũng như quy định để mở khóa an toàn;

• các tín hiệu cảnh báo cho các vật dẫn đang mang điện;

• các thiết bị thích hợp để phóng điện tích lũy;

• bảo vệ phòng cháy thích hợp cho nhân viên;

• một lối thoát dự phòng từ vỏ tuabin;

• quy định đối với lối thoát dự phòng từ tuabin gió ngoài khơi trong trường hợp khẩn cấp;

• quy định khi ở lại 1 tuần ở một trạm tuabin gió ngoài khơi (đồ ăn, nước uống, sưởi, quần áo/chăn);

• thiết bị an toàn ngoài khơi (ví dụ như: áo phao, thuyền cứu sinh, đèn, còi báo động, đèn báo hiệu).

Quy trình bảo trì sẽ yêu cầu các dự phòng an toàn cho nhân viên đi vào không gian làm việc đóng kín bất kỳ như bên trong hub hoặc cánh quạt để đảm bảo tình huống nguy hiểm bất kỳ sẽ được các nhân viên dự phòng biết đến để ngay lập tức khởi động các quy trình giải cứu, nếu cần.

Việc vận hành hệ thống cảnh báo chướng ngại vật liên quan đến hàng hải và hàng không bằng ánh sáng và tín hiệu phải tuân thủ các quy định của quốc gia và quốc tế.

13.3 Hướng dẫn liên quan đến vận hành thử

13.3.1 Quy định chung

Nhà chế tạo phải cung cấp các hướng dẫn để vận hành thử.

13.3.2 Cấp điện

Hướng dẫn của nhà chế tạo phải có quy trình bắt đầu cấp điện hệ thống điện tuabin gió.

13.3.3 Thử nghiệm vận hành thử

Hướng dẫn của nhà chế tạo phải có các quy trình thử nghiệm tuabin gió ngoài khơi sau khi lắp đặt, để xác nhận vận hành thích hợp, an toàn và đúng chức năng cho tất cả các thiết bị, cơ cấu điều khiển và các thiết bị. Thử nghiệm này phải bao gồm nhưng không giới hạn:

• khởi động an toàn;

• dừng an toàn;

• dừng khẩn cấp an toàn;

• dừng an toàn khi quá tốc độ hoặc mô phỏng đại diện của chúng;

• thử nghiệm chức năng hệ thống bảo vệ.

13.3.4 Hồ sơ

Hướng dẫn của nhà chế tạo phải có hướng dẫn lưu giữ thích hợp hồ sơ mô tả thử nghiệm, vận hành thử, các tham số điều khiển và các kết quả.

13.3.5 Hoạt động sau vận hành thử

Khi hoàn tất lắp đặt, và tuân theo hoạt động đối với giai đoạn chạy thử do nhà chế tạo khuyến cáo, phải hoàn thành các hoạt động cụ thể mà nhà chế tạo có thể yêu cầu.

Các hoạt động này có thể bao gồm, nhưng không giới hạn, đặt tải trước cho các chi tiết bắt chặt, thay chất lỏng bôi trơn, kiểm tra các thành phần khác để cài đặt và vận hành thích hợp và điều chỉnh các tham số điều khiển phù hợp.

13.4 Sổ tay hướng dẫn vận hành

13.4.1 Quy định chung

Sổ tay hướng dẫn vận hành phải được nhà chế tạo tuabin gió ngoài khơi cung cấp và được bổ sung thông tin về các điều kiện đặc biệt tại địa phương ở thời điểm vận hành thử khi thích hợp. Sổ tay phải sẵn có cho người vận hành và bảo trì bằng ngôn ngữ mà người vận hành có thể đọc và hiểu. Sổ tay phải bao gồm, nhưng không giới hạn:

• yêu cầu bất kỳ cho việc vận hành phải được thực hiện bởi nhân viên đã được đào tạo hoặc hướng dẫn thích hợp trong hoạt động này;

• giới hạn vận hành an toàn và mô tả hệ thống;

• quy trình khởi động và dừng máy;

• danh sách hành động khi có báo động;

• kế hoạch về quy trình xử lý khẩn cấp;

• quy trình tiếp cận ngoài khơi an toàn;

• các yêu cầu đã quy định mà khi thích hợp:

- thiết bị bảo vệ cá nhân được phê duyệt, ví dụ như áo phao bảo vệ mắt, chân, khả năng nghe và bảo vệ đầu phải được sử dụng,

- tất cả các nhân viên leo cột tháp, hoặc làm việc trên mực nước, phải được đào tạo về công việc này và phải sử dụng đai an toàn, phương tiện hỗ trợ leo an toàn hoặc các thiết bị an toàn khác,

13.4.2 Hướng dẫn các hồ sơ vận hành và bảo trì

Sổ tay phải ghi rõ rằng các hồ sơ về vận hành và bảo trì phải được lưu giữ và phải bao gồm những điều sau đây:

• nhận biết tuabin gió;

• năng lượng được sản xuất;

• giờ làm việc;

• giờ dừng;

• ngày và thời gian sự cố được báo cáo;

• ngày và thời gian dịch vụ hoặc sửa chữa;

• bản chất của sự cố hoặc dịch vụ;

• hành động được thực hiện;

• các bộ phận được thay thế.

13.4.3 Hướng dẫn tự động dừng đột xuất

Hướng dẫn sẽ yêu cầu rằng tự động dừng đột xuất bất kỳ do sự cố hoặc trục trặc kéo theo, trừ khi có quy định khác trong hướng dẫn hoặc chỉ dẫn vận hành, người vận hành phải khảo sát nguyên nhân trước khi khởi động lại tuabin gió ngoài khơi. Tất cả quá trình tự động dừng đột xuất phải được ghi lại.

Nếu tuabin gió được khởi động lại sau hơn ba tháng không sản xuất điện, cần phải thực hiện các biện pháp đặc biệt. Trước khi khởi động lại, tất cả các bộ phận và hệ thống phải được kiểm tra kỹ lưỡng và đánh giá tính toàn vẹn kỹ thuật của chúng. Các bộ phận và hệ thống không còn đáp ứng các yêu cầu thiết kế do ảnh hưởng của thời gian dài không sản xuất điện phải được sửa chữa hoặc thay thế. Tình trạng của các bộ phận và hệ thống quan trọng phải được giám sát sau khi khởi động lại tuabin gió và quay lại trạng thái sản xuất điện.

13.4.4 Hướng dẫn đối với độ tin cậy bị giảm

Hướng dẫn đòi hỏi phải thực hiện loại bỏ các nguyên nhân gốc rễ của bất kỳ dấu hiệu hoặc cảnh báo bất thường hoặc độ tin cậy giảm đi.

13.4.5 Kế hoạch các quy trình làm việc

Hướng dẫn yêu cầu tuabin gió ngoài khơi phải được vận hành theo các quy trình làm việc an toàn, có tính đến những điều sau đây:

• vận hành các hệ thống điện;

• phối hợp vận hành và bảo trì;

• các quy trình xác nhận vị trí công trình ngầm;

• các quy trình leo cột tháp;

• các quy trình xử lý thiết bị;

• hoạt động trong thời tiết xấu;

• các quy trình thông tin liên lạc và các kế hoạch khẩn cấp;

• quy trình tiếp cận tuabin.

13.4.6 Kế hoạch về quy trình xử lý khẩn cấp

Hướng dẫn vận hành phải nêu các tình huống khẩn cấp có thể xảy ra và quy định các hành động cần thiết của nhân viên vận hành trong các tình huống khẩn cấp này.

Hướng dẫn phải yêu cầu khi có hỏa hoạn hoặc biểu hiện rủi ro thiệt hại kết cấu cho tuabin gió hoặc các bộ phận của nó, không ai có thể tiếp cận tuabin gió trừ khi rủi ro đã được đánh giá cụ thể.

Trong khi chuẩn bị kế hoạch các quy trình khẩn cấp, phải tính đến rủi ro cho thiệt hại kết cấu có thể bị tăng lên do các tình huống như sau:

• quá tốc độ;

• các điều kiện đóng băng;

• sấm sét;

• động đất;

• đứt hoặc lỏng dây chằng;

• mất phanh;

• mất cân bằng rôto;

• các chi tiết bắt chặt bị lỏng;

• các lỗi bôi trơn;

• cháy, lũ lụt;

• va chạm tàu;

• các hỏng hóc bộ phận khác.

13.5 Hướng dẫn bảo trì

Từng tuabin gió ngoài khơi phải có một hướng dẫn bảo trì, trong đó tối thiểu có các yêu cầu bảo trì và các quy trình khẩn cấp được quy định bởi nhà chế tạo tuabin gió. Hướng dẫn cũng phải cung cấp bảo trì đột xuất.

Hướng dẫn bảo trì phải xác định các bộ phận bị mài mòn, hỏng hóc, ăn mòn và tích lũy sinh vật biển, và chỉ ra các tiêu chí để thay thế.

Các đối tượng cũng cần được đề cập trong hướng dẫn bao gồm:

• yêu cầu bất kỳ để kiểm tra và bảo trì phải được thực hiện bởi các nhân viên được đào tạo hoặc chỉ dẫn phù hợp với hoạt động này, theo khoảng thời gian được quy định và tuân thủ các chỉ dẫn trong hướng dẫn bảo trì tuabin giỏ;

• mô tả các hệ thống phụ trợ của tuabin giỏ ngoài khơi và hoạt động của chúng;

• quy trình bôi trơn quy định tần suất bôi trơn và loại dầu bôi trơn hay chất lỏng đặc biệt bất kỳ khác;

• quy trình tái vận hành thử;

• các quy trình và định kỳ kiểm tra bảo trì;

• các quy trình kiểm tra chức năng của các hệ thống bảo vệ;

• sơ đồ kết nối bên trong và đi dây đầy đủ;

• các quy trình kiểm tra cáp dây chằng và căng lại và các quy trình kiểm tra bu lông và gia tải trước, bao gồm các tải lực căng và mô men xoắn;

• các quy trình bảo trì của hệ thống tiếp cận và sửa chữa sau khi hỏng hóc do, ví dụ như va chạm với tàu dịch vụ;

• các quy trình chẩn đoán và chỉ dẫn xử lý sự cố;

• danh sách các bộ phận dự phòng được đề xuất;

• bộ các bản vẽ lắp ráp và lắp đặt theo vị trí;

• danh sách dụng cụ;

• kiểm tra và loại bỏ các sinh vật biển nếu có thể;

• bảo trì hệ thống bảo vệ chống xói mòn.

 

Phụ lục A

(tham khảo)

Các tham số thiết kế chính của một tuabin gió ngoài khơi

A.1 Nhận dạng tuabin gió ngoài khơi

A.1.1 Quy định chung

Đối với tuabin gió ngoài khơi, các thông tin sau cần được đưa ra trong bản tóm tắt có trong tài liệu thiết kế:

• tên và loại tuabin gió (mô tả);

• tọa độ vị trí.

A.1.2 Các tham số cụm rôto-vỏ tuabin

Cần đưa ra các thông số sau:

 

Phụ lục B

(tham khảo)

Thủy động lực nước nông và sóng vỡ

B.1 Lựa chọn lý thuyết sóng thích hợp

Một số lý thuyết sóng tuần hoàn có thể được sử dụng để dự đoán động học của sóng đều hai chiều. Các lý thuyết khác nhau đều đưa ra nghiệm gần đúng cho cùng một công thức vi phân với các điều kiện biên thích hợp. Tất cả đều tính toán một dạng sóng đối xứng qua đỉnh và lan truyền mà không thay đổi hình dạng. Các lý thuyết này khác nhau ở cách thức xây dựng hàm số và mức độ chúng thỏa mãn các điều kiện biên động học và động học phi tuyến tính ở bề mặt sóng. Hình B.1 cung cấp hướng dẫn về việc lựa chọn các lý thuyết sóng đều phù hợp như là một hàm của chiều cao sóng chuẩn hóa và độ sâu nước.

CHÚ DẪN

H Chiều cao sóng

L Chiều dài sóng

T Chu kỳ sóng

d Độ sâu sóng

g Gia tốc trọng trường

Hình B.1 - Đồ thị lựa chọn lý thuyết sóng đều

Các sóng có độ cao nhỏ trong nước sâu bản chất là xấp xỉ tuyến tính. Các sóng đều trong vùng này có dạng hình sin và có thể được mô hình hóa sử dụng lý thuyết sóng tuyến tính Airy hoặc giải pháp hàm dòng bậc thấp.

Khi độ cao sóng tăng lên hoặc độ sâu nước giảm, biên dạng sóng trở nên dốc hơn và độ cao của đỉnh sóng trên mực nước tĩnh trở nên cao hơn độ sâu của lòng sóng bên dưới cùng một dữ liệu tham chiếu. Biên dạng sóng và động học của các giọt nước không thể được mô tả chính xác bằng lý thuyết sóng tuyến tính nữa. Lý thuyết hàm dòng có thể được áp dụng thích hợp trên một phạm vi rộng các độ sâu nếu lựa chọn đúng bậc. Lý thuyết Stokes bậc 5 có thể được sử dụng để mô phỏng sóng dốc trong nước sâu.

Khi chiều cao sóng tiếp tục tăng hoặc độ sâu nước tiếp tục giảm, vận tốc ngang của các giọt nước ở đỉnh sóng sẽ đến một điểm nào đó vượt quá tốc độ lan truyền của sóng và kết cấu của sóng sẽ bị phá vỡ. Các giọt nước bị đẩy về phía trước từ đỉnh sóng và sóng được cho là đã vỡ.

Các mô tả chi tiết hơn về các lý thuyết sóng và phạm vi ứng dụng của chúng có thể có trong ISO 19901-1.

B.2 Mô hình hóa của các chuỗi sóng không đều

Các chuỗi sóng không đều, đại diện cho các trạng thái biển ngẫu nhiên, có thể được mô hình hóa là tổng của các thành phần sóng hình sin, mỗi thành phần được mô tả bằng lý thuyết Airy. Trong các độ sâu nước trung gian hoặc nông, độ chính xác của lý thuyết Airy cần được đánh giá. Đối với việc đánh giá tải mỏi, việc sử dụng lý thuyết Airy thường được chấp nhận. Lý thuyết bậc hai có thể được xem xét để cải thiện độ chính xác trong nước nông.

B.3 Phân bố chiều cao sóng

B.3.1 Quy định chung

Trong nước nông, phân bố độ cao bề mặt sẽ lệch khỏi phân bổ Gaussian và phân bố của các độ cao sóng riêng lẻ sẽ lệch khỏi phân bố Rayleigh. Đối với những trường hợp như vậy, một số phân bố độ cao sóng thay thế được đề xuất trong tài liệu. Điều B.3 trình bày ba phân bố thường được sử dụng. Các phân bố khác bao gồm các định nghĩa của Naess và Glukhovskiy (tài liệu tham khảo 1 và 2 của Điều B.5).

B.3.2 Mô hình Goda cho chiều cao sóng tối đa

Chiều cao sóng tối đa với xác suất vượt quá 0,1 % có thể được tính toán bằng phương pháp được đề xuất bởi Goda (tài liệu tham khảo 3 của Điều B.5). Bài báo gốc của Goda vào năm 1975 dựa trên chiều cao sóng đáng kể thống kê H _1/3 , và chiều cao sóng tối đa được xác định là H _{1 /250} . Đây là các tham số khác với các tham số được sử dụng trong tiêu chuẩn này, trong đó sử dụng chiều cao sóng đáng kể phổ H _s và chiều cao sóng tối đa H _{0, 1 %} . Mô hình của Goda giả định phân bố chiều cao sóng theo phân bố Rayleigh trong nước sâu và:

H _{1/ 3} = H _s (B.1)

H _max = H _{0, 1 %} = 1,86 H _s cho nước sâu (B.2)

Chiều cao sóng tối đa riêng rẽ đặc trưng được xác định bằng:

Các hệ số và được công thức hóa như dưới đây.

là giá trị lớn nhất trong hai giá trị sau:

• 1,70 và

•

Trong đó θ là góc của đáy biển so với phương ngang theo hướng truyền sóng và L ₀ là độ dài sóng ở nước sâu,

Trong đó T _D là chu kỳ sóng.

K _s là một hệ số nước nông, tức là hệ số đẩy nước, được xác định bởi:

Trong đó L là độ dài sóng tại độ sâu d và có thể được tính theo (B.10).

K _r là hệ số khúc xạ, được xác định bởi:

trong đó α ₀ là hướng sóng và α _r là hướng sóng khúc xạ ở độ sâu d,

Chiều cao sóng đáng kể ở độ sâu tương đương của nước, H _{s 0} , có thể được tính từ H _s theo công thức sau:

là giá trị lớn nhất trong hai giá trị sau:

• 10,92 và

•

Một ví dụ về việc sử dụng phương pháp của Goda được đưa ra dưới đây. Các tham số được thiết lập như sau:

• độ sâu nước: 21 m

• chiều cao sóng đáng kể: 7,1 m

• độ dốc của đáy biển, tức là tanθ: 0,01

• thời gian đỉnh sóng: 10 s (không được xem xét trong mô hình Battjes Groenendijk ở B.3.3)

• hướng sóng 0 độ (không được xem xét trong mô hình Battjes Groenendijk ở B.3.3)

Chiều dài sóng ở biển sâu cho thời gian đỉnh sóng 10 s là:

Các tham số khác được tính như sau:

H _s0 thỏa mãn H _s = 7,1m được tính từ công thức (B.13) thông qua việc lặp lại và thu được H _s0 = 7,72m. Bằng cách dùng công thức (B.3), thu được H _max = 13,2m.

B.3.3 Phân bố chiều cao sóng của Battjes và Groenendijk

Có thể sử dụng phân bố chiều cao sóng được phát triển cho các vùng nước nông bởi Battjes và Groenendijk (tài liệu tham khảo số 4 ở Điều B.5). Mô hình Battjes và Groenendijk được phát triển trên cơ sở các thí nghiệm vật lý được thực hiện trong các điều kiện sau: độ dốc đáy biển không đổi, sóng hai chiều và khi không có dòng chảy, do đó áp dụng một số hạn chế khi sử dụng mô hình này ¹⁹⁾ . Hệ số lan truyền sóng nhỏ hơn đơn vị có thể không được sử dụng cùng với mô hình Battjes và Groenendijk.

Phân bố chiều cao sóng Battjes và Groenendijk là một hàm của độ sâu và độ dốc của thềm đáy biển cục bộ:

Trong đó các hằng số h ₁ và h ₂ được cho ở Bảng B.1. Chiều cao sóng trung bình bình phương H _rms được xác định bởi:

Trong đó d là độ sâu cục bộ và phương sai của độ cao mặt nước biển là m ₀ . Độ cao sóng chuyển tiếp H _tr là:

H _{t r} =(0,35 + 5,8 tan α)d (B.17)

Trong đó α (rad) là độ dốc đáy biển cục bộ. Chiều cao sóng chuyển tiếp chuẩn hóa h _tr được cho bởi:

Cuối cùng, chiều cao sóng riêng rẽ với xác suất vượt x % được cho bởi:

Trong đó h _{x %} được cho trong Bảng B.1 với các giá trị khác nhau của x.

Bảng B.1 - Các hằng số h ₁ và h ₂ chiều cao sóng chuẩn hóa h _{x %} như một hàm số của H _tr

Dưới đây là một ví dụ về việc sử dụng phương pháp Battjes và Groenendijk. Với mục đích so sánh, các giá trị tham số tương tự được sử dụng như ví dụ về phương pháp Goda được trình bày trong B.3.2. Các tham số liên quan cho phương pháp Battjes và Groenendijk là:

• độ sâu nước: 21 m

• chiều cao sóng đáng kể: 7,1 m

• độ dốc của đáy biển, tức là tanθ: 0,01

và độ dốc và các số Ursell được cho bởi:

và

trong đó T ₁ = m ₀ /m ₁ , tức là chu kỳ trung bình được tính từ hai thời điểm phổ đầu tiên, và k ₁ là số lượng sóng trong một tần số 1/T ₁ được xác định thông qua mối quan hệ phân tán tuyển tính:

Hình B.2 so sánh các giá trị được tính của H0,1% từ mô hình Goda, Battjes-Groenendijk, Forristall và Rayleigh cho các dải độ dốc đáy biển và các giá trị chu kỳ phổ đỉnh.

Độ lệch chuẩn của chiều cao sóng:

Chiều cao sóng chuyển tiếp: H _tr = (0,35 + 5,8 x 0,01) x 21 = 8,57 m

Căn bậc hai của giá trị trung bình bình phương của chiều cao sóng: H _ms = 2,69 x 1,775 + 3,24 x 1,775 ² /21 = 5,26 m

Chiều cao sóng chuyển tiếp chuẩn hóa: h _tr = H _tr /H _ms = 8,57/5,26 = 1,63

Sử dụng Bảng B.1 để tìm: h ₁ = 1,021 và h ₂ = 1,256 cho h _tr = 1,63

Sử dụng hàm phân bố F để tìm giá trị chuẩn hóa của h _{0,1 %} :

• với F ₁ : h _{0,1 %} = h ₁ (-ln(0,001)) ^1/2 = 1,021 x (-ln(0,001)) ^1/2 = 2,68

• với F ₂ : h _{0,1 %} = h ₂ (-ln(0,001)) ^{1/3 , 6} = 1,256 x (-In(0,001)) ^{1/ 3 , 6} = 2,15

Từ h _{0,1 %} > h _tr = 1,63, F ₂ phải được sử dụng, và do đó h _{0,1 %} = 2,15. Cuối cùng, chiều cao sóng với xác suất vượt quá 0,1 % là:

H _0,1% = 2,15 x H _ms = 2,15 x 5,26 = 11,3 m.

Phân bố chiều cao sóng quy ước Rayleigh cho:

H _0,1% = 1,86 x 7,1 = 13,2 m.

B.3.4 Phân bố chiều cao sóng và đỉnh sóng Forristall

Phân bố Forristall cho chiều cao sóng và chiều cao đỉnh sóng đã được sử dụng phổ biến ngay cả cho nước nông. Phân bố chiều cao sóng là một phân bố Weibull thực nghiệm ban đầu được điều chỉnh cho các cơn bão quan sát được ở Vịnh Mexico (tài liệu tham khảo 5) nhưng phân bố này đã được chứng minh có ứng dụng rộng rãi hơn. Phân bố độ cao đỉnh sóng dựa trên mô phỏng sóng không đều 2D và 3D chính xác đến bậc 2. Các phân bố này đã được so sánh với các cơn bão thực tế ở Vịnh Mexico và Biển Bắc (tài liệu tham khảo 6 của Điều B.5). Các phân bố độ cao đỉnh sóng là các phân bố Weibull được tham số hóa bằng các tham số về độ dốc và độ sâu nước.

Cả hai phân bố chiều cao sóng và chiều cao đỉnh sóng đều là các phân bố Weibull.

Trong đó α và β được cho bởi:

 

Hình B.2 - So sánh kết quả phân bố chiều cao sóng

B.4 Sóng vỡ

Sóng có thể vỡ theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào nguyên lý về tỷ số giữa độ dốc của sóng trong nước sâu và độ dốc thềm đáy biển.

Trong nước nông, giới hạn vỡ theo kinh nghiệm của chiều cao sóng là khoảng 78 % độ sâu nước cục bộ. Sự có mặt của thềm đáy biển dốc (độ sâu nước tĩnh giảm theo hướng lan truyền sóng) có thể dẫn đến các sóng vỡ cao hơn đáng kể so với giới hạn chiều cao sóng đều trong cùng một độ sâu nước cục bộ (0,78d). Hướng dẫn được cung cấp bởi Barltrop và Adams (tài liệu tham khảo 7 của Điều B.5).

Chu kỳ sóng, T, liên quan đến một sóng đều với chiều cao sóng, H, có một giới hạn dưới phụ thuộc vào độ sâu, được xác định từ giới hạn chiều cao sóng vỡ, và có thể được tính xấp xỉ bởi:

trong đó d là độ sâu của nước ²⁰⁾ .

Trong nước sâu, sóng cũng có thể vỡ khi độ dốc vượt quá 1/7, tức là khi chiều cao sóng lớn hơn 14 % chiều dài sóng.

Chiều cao sóng vỡ H _b có thể được ước tính bằng công thức (B.28) (từ tài liệu tham khảo 8 của Điều B.5) có xem xét sự bảo toàn với độ dốc thềm đáy biển α > 0,1. Lưu ý rằng có nhiều phương án thay thế cho công thức này.

trong đó

A = 0,12 - 0,18 (0,17 được khuyến cáo);

L ₀ là chiều dài sóng ở nước sâu (L ₀ = (g/2 π)T _b ² );

T _b là chu kỳ của sóng vỡ;

α là độ dốc thềm đáy biển.

Độ cao so với mực nước biển tối đa của mặt nước tự do, ηb có thể được ước tính từ tài liệu tham khảo số 9 của Điều B.5:

trong đó

Các đặc tính của sóng vỡ cũng bị ảnh hưởng bởi tương tác của gió-sóng, tương tác sóng-sóng và tương tác dòng chảy.

Sẽ thuận tiện khi phân loại các sóng vỡ thành các dạng tràn, đổ hoặc dâng.

Sóng vỡ dạng tràn là các sóng chỉ mới bị vỡ bởi các điều kiện cụ thể và giữ nguyên biên dạng có sườn dốc. Biên dạng và động lực của sóng có thể được mô tả một cách đầy đủ bằng cách sử dụng một giải pháp hàm dòng bậc cao.

Sóng vỡ dạng đổ xảy ra khi một sóng, thông thường có độ dốc trung bình ban đầu, bất ngờ bị vỡ do chạm vào thềm đáy biển dốc. Chiều cao của sóng tăng lên cao hơn nhiều so với chiều cao giới hạn của sóng thông thường cho độ sâu nước cục bộ và một vòi phun hình thành tại đỉnh sóng. Việc vòi phun này tác động lên một kết cấu cố định có thể dẫn đến tải xung cao và áp suất cục bộ cao.

Việc mô hình hóa các sóng vỡ dạng đổ là một công việc khó khăn khi thực hiện số học. Một phương pháp được minh họa trong Phụ lục C. Dưới mực nước tĩnh, biên dạng và động lực của sóng có thể được mô tả bằng một giải pháp hàm dòng bậc cao ²¹⁾ .

Sóng vỡ dạng dâng xảy ra khi một sóng rất dài với chiều cao thấp gặp phải một thềm đáy biển dốc như một bãi biển. Đặc điểm của loại sóng này khá khác biệt so với sóng vỡ dạng tràn và sóng vỡ dạng đổ, và rất ít có khả năng quan trọng đối với thiết kế tuabin ngoài khơi.

Loại sóng vỡ dự kiến có thể được xác định từ Bảng B.2 dựa trên một hàm của độ dốc thềm đáy biển α (rad) và căn bậc hai của độ dốc sóng. Tham số ξ có thể được tính toán dựa trên sóng biển sâu H ₀ hoặc chiều cao sóng vỡ H _b và chiều dài của sóng không bị ảnh hưởng λ ₀ :

 

Bảng B.2 - Loại sóng vỡ

Sự xuất hiện và loại sóng vỡ cũng có thể bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của kết cấu chính nó, đặc biệt là đối với các kết cấu gọn nhẹ.

B.5 Tài liệu tham khảo

1) Naess, A., 1984, The effect of the Markov chain condition on the prediction of extreme values, J. of Sound and Vibration, Vol. 94, pp.87-103

2) Glukhovskiy, B. H., 1966, Issledovaniye morskogo vetrovogo volneniya (Investigation of sea wind waves), Gidrometeoizdat, Leningrad, pp.284.(in Russian)

3) Goda Y., 1975, Deformation of irregular waves due to depth-controlled wave breaking, Rept. Port and Harbour Res. Inst. 14(3), pp.59-106. (in Japanese)

4) Battjes, J. A., and Groenendijk, H. W., 2000, Wave height distributions on shallow foreshores, J. of Coastal Engineering, Vol. 40, pp.161-182

5) G.z. Forristal, 1978, On the statistical distribution of wave heights in a storm, J. of Geophysical Research, pp. 2353-2358 ,Vol. 83

6) G.z. Forristall, 2000, Wave crest distributions: Observations and second-order theory, J. of Physical Oceanography, pp. 1931-1943, Vol. 30

7) Barltrop, N. D. P., and Adams, A. J., Dynamics of Fixed Marine Structures, Butterworth Heinemann, ISBN 0 7506 1046 8, available from the Energy Institute, London, UK

8) Goda, Y., 2010. Random Seas and Design of Maritime Structures (3rd Edition), World Scientific, Singapore, Section 3.1.1

9) Hattori, M. and Katsuragawa, T., 1990, Improved Calculation of the Shoaling Wave Field, Coastal Engineering, pp. 396-409

 

Phụ lục C

(tham khảo)

Hướng dẫn tính tải thủy động

C.1 Quy định chung

Sau khi chọn một lý thuyết sóng thích hợp (xem Phụ lục B), động học của các giọt nước liên quan đến sóng và dòng chảy và các tải kết cấu kết quả có thể được tính toán.

Động học của các giọt nước cho một dãy sóng không đều có thể được tạo ra bằng cách sử dụng các phương pháp sau đây.

a) Lọc nhiễu trắng. Trong phương pháp này, nhiễu trắng Gaussian được lọc trong miền thời gian với một bộ lọc đại diện cho phổ sóng.

b) Phương pháp hệ số ngẫu nhiên. Trong phương pháp này, bề mặt biển được ước lượng bằng tổng của một số hàm sin và cosin, trong đó mỗi hàm sin và mỗi hàm cosin có một biên độ ngẫu nhiên, phân bố theo phân bố chuẩn, phụ thuộc vào phổ sóng.

c) Phương pháp góc pha ngẫu nhiên. Trong phương pháp này, bề mặt biển được ước lượng bằng tổng của một số hàm (cos) sin, trong đó mỗi hàm (cos) sin có một biên độ cố định phụ thuộc vào phổ sóng và một góc pha ngẫu nhiên.

Tùy thuộc vào loại tính toán hoặc trường hợp tải thiết kế được xem xét, có thể quan trọng để mô hình một bề mặt nước với một hoặc nhiều tính chất gần nhất có thể so với tự nhiên, ví dụ như:

• độ nhấp nhô của phổ sóng;

• chiều dài của nhóm sóng;

• số lượng sóng trên mỗi nhóm sóng;

• sự biến đổi giữa các hiện thực.

Chu kỳ mô phỏng ảnh hưởng đến số lượng thành phần tần số cần thiết để tránh sự chu kỳ không mong muốn của dãy sóng mô phỏng. Đối với một chu kỳ mô phỏng 600 s áp dụng một phổ chế độ duy nhất, 500 thành phần phân bố đều trong không gian tần số giữa 0 Hz và một tần số cắt thích hợp thường đủ.

Khi sử dụng phương pháp góc pha ngẫu nhiên, cần chú ý rằng phương pháp chỉ mô phỏng một quá trình Gaussian thực sự (và cung cấp sự "nhóm sóng" đúng) nếu một số lượng vô hạn thành phần được sử dụng. Trong thực tế, ít nhất 1 000 thành phần nên được xem xét (xem tài liệu tham khảo 1 của Điều C.8).

Lý thuyết sóng tuyến tính Airy định nghĩa động học của các giọt nước từ đáy biển đến mực nước tĩnh. Để tính đến sự thay đổi chiều cao của bề mặt nước, có thể áp dụng kỹ thuật kéo dài sóng. Kéo dài Wheeler và kéo dài delta là hai phương pháp phù hợp và được mô tả trong ISO 19901-1:2015 (A.9.4.1 và A.8.4.2 tương ứng).

Tải thủy động lên kết cấu ngoài khơi có thể được phân loại như sau:

• Tải ma sát nhớt: Do ma sát bề mặt và các xoáy nước được tạo ra trong luồng chảy khi nó đi qua các thành phần. Lực ma sát nhớt tỉ lệ thuận với bình phương của vận tốc tới;

• Tải quán tính: Do gradient áp suất trong một chất lưu gia tốc và tương tác cục bộ của thành phần với chất lưu gia tốc. Lực quán tính tỷ lệ thuận với gia tốc của chất lưu;

• Tải nhiễu xạ: Một loại tải mà sự có mặt của kết cấu thay đổi mô hình sóng và do đó thay đổi tải trên kết cấu;

• Tải va chạm và đập: Một lực quán tính xảy ra khi một thành phần đi qua bề mặt nước. Lực này tỉ lệ thuận với bình phương của vận tốc tương đối;

• Tải xoáy: Khi mỗi vòng xoáy, gây ra tải ma sát, di chuyển khỏi kết cấu, các lực dao động được đặt lên kết cấu. Nếu tần số tự nhiên của kết cấu gần với tần số “xoáy nước” thì có thể phát sinh dao động lớn;

• Tải bức xạ sóng: Do chuyển động dao động của kết cấu tạo ra sóng mặt tự do lan xa khỏi kết cấu. Tải này tỉ lệ thuận với vận tốc dao động của kết cấu và phụ thuộc vào lịch sử chuyển động của nó. Khi chuyển động dao động nhỏ, như là trường hợp của hầu hết các kết cấu đỡ tuabin gió ngoài khơi được đặt trên đáy biển, tải bức xạ sóng có thể bị bỏ qua. Sự suy giảm có thể được tính toán bằng phương pháp lý thuyết tiềm năng nhiễu xạ/khúc xạ

Ngoài những điều trên, tải phát sinh từ trường áp suất thủy tĩnh cũng phải được tính toán. Điều này đặc biệt quan trọng đối với bất kỳ thành phần không ngập nước nào.

Nếu một thành phần là nhỏ so với bước sóng thì các chuyển động của giọt nước chỉ bị ảnh hưởng cục bộ bởi thành phần và các lực có thể được tính từ các thành phần ma sát và quán tính sử dụng công thức của Morison. Điều này được nêu ở Điều C.2 dưới đây. Khi kích thước thành phần lớn hơn khoảng 1/5 độ dài sóng, tác động nhiễu xạ trở nên quan trọng, như được nêu ở Điều C.3.

C.2 Công thức Morison

Công thức của Morison (xem tài liệu tham khảo số 2) là công thức thường được sử dụng để tính toán tải ma sát và quán tính trên các kết cấu khung. Công thức cho một thành phần tĩnh là:

trong đó

F là lực trên một đơn vị chiều dài của thành phần;

C _d là hệ số cản;

C _m là hệ số quán tính;

p là khối lượng riêng của nước;

D là đường kính thành phần;

A là diện tích mặt cắt ngang của thành phần;

U là vận tốc của dòng chảy phân bố vuông góc với thành phần;

là gia tốc của dòng chảy phân bố vuông góc với thành phần.

Nếu kết cấu di chuyển đáng kể, vận tốc tương đối sẽ sửa đổi lực cản và có thể dẫn đến giảm lực thủy động. Gia tốc tương đối dẫn đến một lực tương tự như lực quán tính có thể thuận tiện nhất được phân tích bằng cách sử dụng khái niệm về khối lượng thêm vào của nước bị giới hạn để di chuyển cùng với kết cấu. Trong trường hợp này, công thức của Morison trở thành:

trong đó:

U _r là vận tốc tương đối của dòng chảy vuông góc với thành phần;

là gia tốc của dòng chảy phân bố vuông góc với thành phần.

là gia tốc của kết cấu phân bố vuông góc với thành phần.

C _a là hệ số khối lượng thêm vào (C _a = C _m - 1 đối với thành phần mỏng, hình trụ của các kết cấu cố định).

Các giá trị của C _d và C _m thay đổi theo hàm Reynolds, độ nhám bề mặt, số Keulegan-Carpenter và tỷ số vận tốc dòng chảy/sóng. Các thí nghiệm tại nhiều vị trí đã chỉ ra sự biến động đáng kể trong các giá trị của C _d và C _m ở những điều kiện gần như giống nhau. Do đó, có sự không đảm bảo đáng kể về các giá trị của C _d và C _m phù hợp cho các kết cấu ngoài khơi. Để hướng dẫn về việc chọn lựa giá trị của C _d và C _m , người thiết kế có thể tham khảo tài liệu tham khảo số 3 của Điều C.8.

Đối với các thành phần không phải hình trụ, hướng dẫn về việc lựa chọn các giá trị C _d và C _m có thể theo tài liệu tham khảo số 4 của Điều C.8. Cần lưu ý rằng đối với các tiết diện không phải hình tròn, C _d và C _m là một hàm của góc dòng chảy tới.

C.3 Sự nhiễu xạ

Sự nhiễu xạ xảy ra khi kết cấu thay đổi mô hình sóng. Điều này xảy ra khi kích thước tiết diện của kết cấu lớn so với chiều dài sóng, thường là khi D > 0,2λ. Trong trường hợp này, công thức của Morison không còn áp dụng được.

Để tính toán ảnh hưởng của nhiễu xạ sóng, cần tuân theo quy trình của lý thuyết sóng với điều kiện biên bổ sung là không có dòng chảy qua kết cấu nhiễu xạ. Nói chung, các phương pháp số dựa trên phương pháp hoặc các phần tử chất lỏng hữu hạn sẽ được sử dụng, giả sử lý thuyết sóng tuyến tính. Các kết quả từ phương pháp hố-nguồn (sink-source) cần được kiểm tra để đảm bảo tránh được các tần số không đều. Nếu một khái niệm kết cấu mới được đưa ra và tải không thể được mô tả đầy đủ bằng các phương pháp số hiện đại, khuyến khích thực hiện các thí nghiệm mô hình.

Đối với một số trường hợp đơn giản, chẳng hạn như một hình trụ đứng kéo dài từ đáy biển và xuyên qua mặt nước tự do, vấn đề nhiễu xạ có thể được giải quyết một cách phân tích. Giải pháp cho các hình trụ xuyên mặt nước ở độ sâu nước trung bình đã được MacCamy và Fuchs cung cấp (xem tài liệu tham khảo số 5). Lực ròng theo hướng lan truyền sóng trên mỗi đơn vị chiều dài trục tác dụng lên một hình trụ có bán kính α được cho bởi:

trong đó:

Lực ngang trên từng đơn vị chiều dài có thể được viết tương ứng là thành phần quán tính của công thức Morison:

trong đó là gia tốc giọt nước ở độ cao s so với mực nước biển chậm pha của α

Giải pháp phân tích này có thể được sử dụng để dự đoán lực sóng tác dụng lên các móng hình trụ như các móng một trụ và một số móng trọng lực. Tuy nhiên, các công thức này có thể dẫn đến kết quả sai lệch nếu hình dạng kết cấu lệch nhiều so với hình dạng hình trụ giả định, chẳng hạn như khi có một thành phần hình nón xuất hiện trong vùng sóng bắn tóe để giảm tải băng.

C.4 Tải va đập và vỗ của sóng

Lực va đập và vỗ của sóng xảy ra khi một thành phần bất ngờ bị ngập trong nước. Va đập sóng xảy ra khi một thành phần gần như nằm ngang bị bao phủ bởi một bề mặt nước dâng lên khi sóng đi qua. Các lực va đập mạnh nhất xảy ra đối với các thành phần ở mức nước tĩnh và hướng của lực va đập gần như theo phương thẳng đứng. Lực vỗ sóng liên quan đến các sóng vỡ và ảnh hưởng đến các thành phần ở bất kỳ góc nghiêng nào, nhưng trong mặt phẳng vuông góc với hướng sóng. Các lực lớn nhất xảy ra ở trên mực nước tĩnh. Trong cả hai trường hợp, lực tác dụng một cách đột ngột và do đó, đáp ứng động học của kết cấu rất quan trọng.

Các động lực học thực tế của lực va đập rất phức tạp. Hình học của thành phần, hình dạng chính xác của bề mặt nước và sự có mặt của không khí bị cuốn vào tại thời điểm va đập có tác động lớn đến lực va đập. Công thức cho lực va đập trên mỗi đơn vị chiều dài thường được viết như sau:

trong đó, C _s là hệ số va đập. Các giá trị đo được của C _s đối với một hình trụ thường dao động từ 3 đến 7.

Đối với lực va đập hoặc vỗ sóng, vận tốc U không chỉ đơn giản là vận tốc của giọt nước, U có thể được xác định từ lý thuyết sóng bằng cách phân giải vận tốc của các hạt nước tại điểm va đập, trước tiên vuông góc với bề mặt nước và sau đó vuông góc với thành phần kết cấu. Về lý thuyết, việc xem xét thay vì U ² trong công thức va đập là chính xác hơn, trong đó U _s là tốc độ mà bề mặt nước cắt qua đường kính hình trụ và U _p là vận tốc tương đối của các giọt nước vuông góc với hình trụ.

Lực vỗ và va đập có thể gây ra áp suất nước cục bộ rất cao. Mặc dù có sự không đảm bảo đáng kể trong việc tính toán, nhưng có thể ước lượng được các áp suất này. Để phục vụ cho các mục đích thực tế trong các vùng nước trống trải, có thể chấp nhận một áp suất là 1 MPa đối với các bề mặt có khả năng bị va đập hoặc vỗ sóng (xem tài liệu tham khảo số 4 của Điều C.8).

Các phép đo của Wienke về sóng vỡ tác động lên các kết cấu hình trụ đứng và nghiêng (xem tài liệu tham khảo số 6 của Điều C.8) đã chỉ ra rằng lực va động F ₁ có thể được thêm vào công thức của Morison như là một thành phần bổ sung của lực sóng:

trong đó:

F _D là thành phần kéo của lực sóng;

F _M là thành phần quán tính của lực sóng;

F _D là thành phần va đập của lực sóng vỡ.

Lực kéo và lực quán tính thay đổi theo thời gian tùy theo sự thay đổi độ cao bề mặt nước liên quan đến chu kỳ sóng và có thể được phân tích bằng lý thuyết sóng bậc cao.

Xem xét một ống trụ trong môi trường sóng vỡ, diện tích tác động có thể được xác định như Hình C.1:

CHÚ DẪN:

C tốc độ sóng

H _b chiều cao sóng tại vị trí vỡ

η _b độ cao tối đa của bề mặt nước tự do

R bán kính của ống trụ

λ hệ số quăn ≈ 0,5

Hình C.1 - Sóng vỡ và các tham số của ống trụ

Khi khối lượng nước đập vào ống trụ không vuông góc mà theo một góc xiên γ như trong Hình C.2, thì hình dạng của ống trụ phải được biểu diễn bằng hình elip thay vì hình tròn. Mô tả này áp dụng cho ống trụ nghiêng hoặc khi đầu sóng vỡ đập vào ống trụ thẳng đứng theo hướng xiên, tức là dưới đỉnh sóng.

Hình C.2 - Các tham số dòng chảy xiên

Lực va đập F ₁ có thể được tính là:

đối với

và

đối với

Tổng thời gian va đập được cho bởi:

trong đó:

γ là góc giữa hướng dịch chuyển của khối lượng nước và vuông góc với trục của trụ;

cosγ = 1 đối với sóng vỡ tại trụ thẳng đứng;

cosγ < 1 đối với đầu sóng vỡ cuộn đập vào ống trụ thẳng đứng, hoặc sóng vỡ tại ống trụ nghiêng.

Cần lưu ý rằng hệ số quăn λ tăng lên khi góc nghiêng của ống trụ so với phương sóng. Lực tác động tối đa xảy ra với một góc nghiêng xấp xỉ 25° so với hướng sóng. Vị trí thẳng đứng của đường lực va đập lớn nhất được cho trên Hình C.3 với γ = 0°.

Hình C.3 - Phân bố theo chiều cao của lực tác động tối đa theo đường thẳng (γ = 0°)

C.5 Dao động do xoáy sinh ra

C.5.1 Quy định chung

Các xoáy hình thành và chảy vào dòng chảy qua một vật thể có hình dáng lồi như cọc hình trụ tạo ra một lực động lên vật thể đó. Mối nguy hiểm chính từ loại tải này phát sinh từ khả năng cộng hưởng giữa tần số tự nhiên của kết cấu và tần số kích thích. Các biên độ dao động lớn và có hại có thể xảy ra do cơ chế cộng hưởng phức tạp, xảy ra trong một phạm vi điều kiện khá rộng, khi sự tương tác giữa dòng chảy và chuyển động của kết cấu khiến tần số kích thích bị điều khiển và khóa chặt vào tần số đáp ứng.

Kích thích do dòng xoáy được gây ra bởi sự dao động áp suất liên quan đến chuyển động của các xoáy trong vùng sau của vật thể. Mặc dù lực dao động chủ yếu vuông góc với phương dòng chảy đến, dòng xoáy cũng có thể tạo ra lực động theo hướng dòng chảy, và chuyển động kết cấu do dòng xoáy có thể làm tăng đáng kể lực kéo trung bình theo thời gian. Các lực do dòng xoáy là kết quả của các hiện tượng động lực học chất lỏng phức tạp và rất nhạy cảm với một loạt các tham số mô tả đặc điểm của dòng chảy và kết cấu. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề này, nhưng toàn bộ quá trình vẫn chưa được hiểu rõ và các dự đoán về tải và phản ứng vẫn còn nhiều độ không đảm bảo. Một số hướng dẫn về cách tính toán tải thủy động học do dòng xoáy có thể tham khảo trong các tài liệu tham khảo 7), 8) và 9) của Điều C.8.

Ít có các thành phần kết cấu có thể được thiết kế để chịu đựng hậu quả của cộng hưởng. Do đó, chủ yếu, điều quan trọng là tránh những điều kiện có thể xảy ra cộng hưởng, hoặc thực hiện các biện pháp cụ thể để ngăn chặn cơ chế kích thích. Tần số mà ở đó các biên độ dao động lớn có thể xảy ra có thể được dự đoán với sự tự tin cao hơn rất nhiều so với cả tải và đáp ứng.

Dao động do xoáy sinh ra có thể là kết quả từ các dòng chảy ổn định hoặc từ tốc độ nước liên quan đến các sóng chu kỳ dài (số Keulegan-Carpenter cao). Những dao động này có thể phát sinh từ các tình huống thiết kế vận chuyển và lắp đặt cũng như các tình huống liên quan đến tuabin gió đã được lắp đặt.

C.5.2 Vận tốc tới hạn đối với chuyển động dòng chéo

Tần số của lực nâng dao động tăng theo vận tốc dòng chảy. Nếu, tại vận tốc dòng chảy tới hạn, tần số dao động lực nâng bằng tần số tự nhiên của thành phần kết cấu, thì có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng. Tùy thuộc vào mức độ giảm chấn kết cấu, các dao động với biên độ lớn có thể xảy ra. Nếu dòng chảy có thể xấp xỉ bởi một dòng chảy ổn định, tức là nếu số K _c , vận tốc tới hạn được cho bởi:

trong đó: là tần số tự nhiên của kết cấu (Hz) và S _t là số Strouhal. Theo đó, đối với một hình trụ tròn, với số Strouhal xấp xỉ 0,2:

đối với dao động dòng chéo đỉnh. Chuyển động có thể bắt đầu ở các vận tốc dòng chảy thấp hơn. Vận tốc dòng chảy U có thể được biểu thị bằng vận tốc giảm U _r :

Giá trị vận tốc giảm tới hạn U _r xấp xỉ 5 đối với biên độ cực đại ở các số Reynolds mà số Strouhal xấp xỉ 0,2. Vận tốc dòng chảy để bắt đầu chuyển động dòng chéo có biên độ lớn tại các số Reynolds siêu tới hạn được cho bởi U _r ≈ 3,7. Các kết cấu có sự giảm chấn thấp có thể phản ứng ở một U _r hơi thấp hơn.

Vận tốc dòng chảy tại đó chuyển động dòng chéo đáng kể bắt đầu thường phụ thuộc vào khối lượng kết cấu và mức độ giảm chấn, cũng như khối lượng bị dịch chuyển. Tham số giảm "khối lượng và độ giảm chấn" không có kích thước k _s (còn gọi là số Scruton) kết hợp những ảnh hưởng này được xác định như sau:

trong đó:

m _e là khối lượng tương đương trên đơn vị chiều dài (xem tài liệu tham khảo 4 của Điều C.8),

δ là độ giảm logarit của độ giảm chấn kết cấu.

Hình C.4 cho thấy các điều kiện, dưới dạng k _s và U _r , mà theo đó có thể mong đợi dao động dòng chéo đáng kể. Nếu không thể tránh được những điều kiện này, sự kích thích có thể bị ngăn chặn bởi các thiết bị như vây, vỏ bọc và các bộ che chắn.

Hình C.4 - Đáp tuyến của trụ mô hình và tỷ lệ đầy đủ trên cùng đường thẳng và dòng chảy chéo

C.5.3 Vận tốc tới hạn đối với chuyển động trên cùng đường thẳng

Dòng xoáy luân phiên với tần số tạo ra tải động theo hướng theo chiều với tần số 2 . Vận tốc giảm tới hạn cho chế độ kích thích này do đó là:

U _r ≈ 2,5 (C.16)

Các chế độ dòng xoáy khác dẫn đến dao động theo chiều cũng đã được quan sát. Một chế độ chính, liên quan đến các xoáy tạo thành dòng đồng thời theo từng cặp thay vì theo kiểu luân phiên thông thường, có vận tốc tới hạn thấp hơn:

U _r ≈ 2,0 (C.17)

Đối với một kết cấu cụ thể, biên độ của dao động theo chiều thường không vượt quá 20 % so với biên độ của dao động theo hướng dòng chéo.

C.6 Thiết bị phụ trợ

C.6.1 Quy định chung

Các tải thủy động tác dụng lên các thiết bị phụ trợ của kết cấu, chẳng hạn như ống J, vỏ bảo vệ tàu, thang, lối đi bộ, v.v..., cần phải được tính đến. Các thiết bị phụ trợ lớn như ống J và vỏ bảo vệ tàu thường có thể được mô hình hóa như các thành phần riêng biệt, trong khi các thiết bị phụ trợ nhỏ không cần phải mô hình hóa một cách rõ ràng, miễn là các kích thước và/hoặc hệ số lực của các yếu tố mô hình hóa đã tính đến sự đóng góp của các lực tác dụng lên các yếu tố bị bỏ qua.

Một phương pháp đơn giản được trình bày dưới đây để mô hình hóa các tải lên thiết bị phụ trợ bằng cách tính các hệ số thủy động học tương đương.

C.6.2 Phương pháp thay thế để ước tính các hệ số thủy động học có tính đến thiết bị phụ trợ và mảng bám sinh vật biển

C.6.2.1 Quy định chung

Một phương pháp đơn giản để phân tích tải toàn bộ, chủ yếu dựa trên API Recommended Practice 2A-WSD (tài liệu tham khảo 10) của Điều C.8), được trình bày dưới đây để mô hình hóa các tải lên thiết bị phụ trợ bằng cách tính toán các hệ số thủy động học tương đương. Hướng dẫn trong C.6.2 áp dụng cho các trường hợp mà đường kính của kết cấu chính ít nhất gấp 4 lần đường kính của thiết bị phụ trợ và cả kết cấu chính và thiết bị phụ trợ đều có mặt cắt ngang hình tròn.

Phương pháp này xác định các hệ số lực cản và quán tính thủy động học tương đương (C _deq và C _Meq ) mà khi kết hợp với hình học cơ bản (đường kính) của thành phần chính (cọc đơn hoặc chân giàn), và sử dụng công thức Morison, sẽ dẫn đến các lực thủy động học tổng thể trên mặt cắt ngang tổng thể với thiết bị phụ trợ, mảng bám sinh vật biển, v.v...

Các hệ số thủy động học tương đương là hàm của các biến sau:

• độ dày mảng bám sinh vật biển (t _MG ) [m];

• số Keulegan-Carpenter (KC) [-];

• tổng vận tốc sóng và dòng chảy (U) [m/s];

• kích thước mặt cắt ngang của thiết bị phụ trợ (d _i ) [m];

• hướng của thiết bị phụ trợ trên thành phần chính so với hướng sóng và dòng chảy (ϕ _i ) [độ];

• khoảng cách giữa thành phần chính và thiết bị phụ trợ, từ bề mặt đến bề mặt (S _i ) [m].

Các thiết bị phụ trợ, tức là ống J, vỏ bảo vệ tàu, bến tàu, v.v., được tính xấp xỉ bằng các hình trụ tròn thẳng đứng, được đặc trưng bởi một đường kính tương đương, d _i , như đã đề xuất trong tài liệu tham khảo 10. Đường kính tương đương trong phương pháp hiện tại được điều chỉnh cho mảng bám sinh vật biển.

Nguyên lý tổng thể là tính các hệ số thủy động học tương đương như tổng của các tải tương ứng trên các thành phần riêng biệt và chuẩn hóa chúng theo đường kính của thành phần chính.

Các hệ số thủy động học tương đương cho một mặt cắt ngang cụ thể do đó được tính bằng công thức:

và

trong đó, các ký hiệu sau đây được sử dụng:

C _d là hệ số cản cho dòng chảy dao động;

C _M là hệ số quán tính cho kết cấu hình trụ;

C _m là hệ số khối lượng bổ sung cho kết cấu hình trụ;

WAF là hệ số khuếch đại sóng;

d _i là đường kính của thiết bị phụ trợ riêng biệt mà không có mảng bám sinh vật biển [m];

D là đường kính của thành phần chính mà không có mảng bám sinh vật biển [m];

t _MG là độ dày mảng bám sinh vật biển [m];

là đường kính tương đương để tính đến mảng bám sinh vật biển [m];

= d _i + 2t _MG

D _i là đường kính tương đương để tính đến mảng bám sinh vật biển [m];

D _i = D + 2t _MG

IF _Di là hệ số can thiệp thể hiện sự biến đổi trong yếu tố cản cho thiết bị phụ trợ do sự có mặt của thành phần chính;

IF _Mi là hệ số can thiệp thể hiện sự biến đổi trong yếu tố khối lượng bổ sung C _m cho thiết bị phụ trợ do sự có mặt của thành phần chính;

ψ là hệ số lan tỏa sóng;

ϕ là góc hướng của thiết bị phụ trợ so với hướng sóng, xem Hình C.5 [rad];

S _i là khoảng cách giữa thành phần chính và thiết bị phụ trợ (tính từ tâm đến tâm) [m].

Cần lưu ý rằng:

• các số hạng D' và d' được sử dụng để bù cho mảng bám sinh vật biển;

• IF _Di và IF _Mi là các hệ số can thiệp thể hiện sự biến đổi trong hệ số thủy động học cho thiết bị phụ trợ do sự có mặt của cọc đơn;

• không có sự can thiệp nào từ thiết bị phụ trợ vào cọc đơn được tính đến vì giả sử rằng D >> d _i ;

• ζ _x và ζ _t là các hệ số để tính đến sự thay đổi lý thuyết tiềm ẩn trong vận tốc hạt theo hướng sóng và tổng cộng, tương ứng.

Đối với nước nông, động học sóng sẽ không thay đổi đáng kể theo độ sâu nước và số Reynolds (R _e ) cùng số KC có thể được tính toán dựa trên động học sóng tại mặt thoáng. Tuy nhiên, nhìn chung, sẽ hợp lý hơn khi tính toán các giá trị R _e và KC cục bộ cho từng mặt cắt ngang.

Các thành phần trên HAT có thể được xem như là mịn thủy lực, trong khi các thành phần dưới HAT có thể được xem là thô thủy lực. Các hệ số cản và quán tính (C _d và C _M ) cho cả các thành phần chính và thiết bị phụ trợ sẽ được xác định là một hàm của số Keulegan-Carpenter cục bộ (KC hoặc KC _d ):

Trong việc tìm hệ số thủy động học, vận tốc cực đại của các thiết bị phụ trợ riêng biệt có thể được điều chỉnh để tính đến sự thay đổi lý thuyết tiềm tàng trong vận tốc hạt do sự có mặt của thành phần chính. Đối với các trạng thái biển bình thường, khuyến nghị áp dụng một u _max đại diện dựa trên lý thuyết sóng tuyến tính; đối với sóng cực đoan, các giá trị cực đại xảy ra theo chiều cao phải được sử dụng.

Trong cách giải thích hiện tại, tất cả các yếu tố sẽ được xem xét trong phạm vi sau khi vượt qua giới hạn (R _e > 3,5·10 ⁶ ). Điều này có thể bảo toàn khi xác định hệ số cản C _d cho các kết cấu phụ riêng biệt, những kết cấu này có thể có số R _e nhỏ hơn do đường kính kết cấu nhỏ hơn.

Hệ số cản trạng thái ổn định, C _DS đã được chỉ định là 0,65 cho các thành phần mịn và 1,05 cho các thành phần thô. Ngoài ra, giá trị C _DS có thể được nội suy từ hệ số cản dòng chảy ổn định tùy thuộc vào độ thô của bề mặt tương đối.

Liên quan đến các hệ số can thiệp, IF _{D i} và IF _Mi , có hai hiện tượng liên quan: chặn và che chắn. Chặn được áp dụng để giảm vận tốc dòng chảy do sự cản trở dòng chảy gây ra bởi nhiều thành phần trong một mặt cắt ngang, trong khi che chắn được áp dụng để giảm tải thủy động học lên một thành phần nằm trong vùng rìa (phía sau) của thành phần chính.

Hiệu ứng biên của một hình trụ có đường kính lớn thay vì một bức tường phẳng vô hạn chưa được mô tả rõ ràng trong các tài liệu có sẵn. Vì dòng chảy gần hình trụ lớn phải uốn quanh hình trụ này, khoảng cách vuông góc với dòng chảy nhỏ hơn hoặc bằng khoảng cách từ tâm đến tâm, vì vậy có vẻ hợp lý khi nhân khoảng cách tương đối với một hệ số đường kính nhỏ hơn đơn vị, . Trong trường hợp giới hạn của , đại diện cho một hình trụ gần với một hình trụ vô cùng lớn, dự kiến rằng trường hợp tường cố định sẽ được tiếp cận và do đó . Hệ số này làm giảm khoảng cách tương đối và do đó yếu tố đường kính có tác dụng tăng lên đối với các hệ số cản và khối lượng. Vì vậy, để tính đến hiệu ứng đơn cọc không phải là một bức tường vô hạn, khoảng cách tương đối (H _i /d _i ) được giảm đi một hệ số là . Hệ số này cùng với phương pháp tính toán hiệu ứng che chắn được mô tả trong tài liệu tham khảo 10, có thể được áp dụng trực tiếp để tính toán các hệ số can thiệp IF _{D i} và IF _Mi .

Hình C.5 minh họa định nghĩa hình học của hai tình huống này dưới dạng góc giữa kết cấu thiết bị phụ trợ và hướng sóng vào.

Hình C.5 - Định nghĩa hình học của chặn và che chắn

C.6.2.2 Tính hệ số can thiệp cho hệ số cản của thiết bị phụ trợ (IF _Di )

Chắn

Hệ số can thiệp tính đến sự can thiệp cục bộ và sự nhiễu loạn của dòng chảy do có kết cấu lớn hơn ở gần. Hệ số can thiệp được hiệu chỉnh bởi sự thay đổi lý thuyết tiềm ẩn trong vận tốc, ζ _X .

Các công thức C.22 cho hàm Block _D sử dụng một hàm điều chỉnh để phù hợp với Hình C.6.

Với

Với

Với

Hình C.6 - Ảnh hưởng của một biên cố định lên hệ số cản của một hình trụ tròn trong dòng chảy dao động siêu tới hạn KC > 20, R _e = 10 ⁵ - 2 x 10 ⁶

Che chắn

Hiệu ứng can thiệp che chắn cần được áp dụng như hệ số khuếch đại tải theo tài liệu tham khảo 10.

trong đó:

Nếu A/S _i > 2,5 Hệ số che chắn tiệm cận từ Hình C.7a

Nếu A/S _i < 0,5 Không có hệ số che chắn. Che chắn = 1

0 5 < A/S _i < 2,5 Che chắn một phần. Xem Hình C.7b.

Trong trường hợp không có thông tin tốt hơn, hệ số tấm chắn trong chế độ tấm chắn một phần có thể được nội suy tuyến tính theo hàm số của A/S. Xem Hình C.7b.

a) Hệ số che chắn đối với các tải sóng trên giàn dẫn là hàm của khoảng cách dây dẫn

b) Che chắn từng phần

Hình C.7 - Các hệ số che chắn

C.6.2.2.1 Tính hệ số can thiệp cho hệ số quán tính của thiết bị phụ trợ (IF _{M i} )

Chặn

Hệ số can thiệp chặn tính đến sự can thiệp cục bộ và sự nhiễu loạn của dòng chảy do có kết cấu lớn hơn ở gần. Hệ số ζ _x tính đến sự tăng tốc do sự có mặt của thành phần chính.

Công thức C.25 dưới đây cho hàm Block _M được minh họa trong Hình C.8.

Khi áp dụng Hình C.8, giá trị C _m tham chiếu được giả định là 1, có nghĩa là một tham số hóa cần thiết được áp dụng với C _{m ∞} = 1. Do đó, giá trị được cung cấp bởi Hình C.8 đại diện cho một C _m tương đối, vì nó được giả định là chia cho một C _{m ∞} =1 tham chiếu.

Hình C.8 - Giá trị được khuyến nghị cho hệ số khối lượng bổ sung C _m của một hình trụ tròn; ảnh hưởng của một biên cố định

Che chắn

Một hiệu ứng can thiệp che chắn cần được áp dụng như hệ số khuếch đại tải theo tài liệu tham khảo 10 của Điều C.8.

C.7 Phương pháp tính toán

C.7.1 Quy định chung

Đối với một số trường hợp tải thiết kế, đặc biệt là những trường hợp mô tả các sự kiện cực đoan, điều quan trọng là phải tính đến tất cả các hiệu ứng sau: tính ngẫu nhiên của tải gió và sóng, tính linh hoạt của kết cấu và bản chất phi tuyến của sóng. Để tính toán các hiệu ứng này đồng thời, cần sử dụng một mô hình sóng phi tuyến và không đều, như được mô tả trong C.7.2. Vì các mô hình như vậy không phổ biến trong kỹ thuật, một phương pháp thay thế được sử dụng rộng rãi được mô tả trong C.7.3.

C.7.2 Phương pháp rõ ràng

Phương pháp nghiêm ngặt nhất bao gồm mô hình hóa rõ ràng các yếu tố:

• tính linh hoạt của kết cấu;

• luồng gió xoáy;

• sóng không đều, phi tuyến, sóng đỉnh ngắn.

Trong trường hợp này, động học sóng được tính toán bằng cách sử dụng một mô hình không đều và phi tuyến, chẳng hạn như giải pháp Boussinesq. Các mô hình tính toán trường gió xoáy và động học kết cấu tương tự như các mô hình được sử dụng trong mô phỏng miền thời gian của các tuabin gió trên bờ. Nhược điểm của phương pháp này là một số trường hợp tải thiết kế yêu cầu thời gian mô phỏng dài để ghi nhận các tải cao nhất, và các giải pháp sóng có thể mất thời gian lâu để hội tụ.

C.7.3 Phương pháp sóng bị giới hạn

Bằng cách sử dụng phương pháp này, các mô phỏng tính đến các hiệu ứng sau:

• tính linh hoạt của kết cấu;

• luồng gió xoáy;

• sóng không đều, tuyến tính;

• sóng không đều phi tuyến.

Trong trường hợp này, động học sóng được tính toán bằng cách nhúng một sóng phi tuyến đều vào một chuỗi các sóng tuyến tính không đều. Các mô hình tính toán trường gió xoáy và động học kết cấu tương tự như các mô hình được sử dụng trong mô phỏng miền thời gian của các tuabin gió trên bờ. Ngoài ra, phương pháp sóng bị giới hạn “Sóng Mới” kết hợp với phương pháp kéo dài có thể được sử dụng.

Ảnh hưởng của sự lan tỏa phương hướng có thể được bao gồm trong các phương pháp sóng bị giới hạn bằng cách áp dụng một hệ số lan tỏa phương hướng cho các thành phần ngang của động học sóng hai chiều. Mô tả về hệ số lan tỏa phương hướng được cung cấp trong ISO 19901-1:2015, A.8.3.2.2.

C.8 Tài liệu tham khảo

1) Elgar, S., Guza, R.T., and Seymour, R.J., 1985, Wave group statistics from numerical simulations of a random sea, Applied Ocean Research 7 (1985) 2, p93-96

2) Morison, J.R., O’Brien, M.P., Johnson, J.W. and Schaf, S.A., 1950, The forces exerted by surface waves on piles Petroleum Transactions, AIME, Vol. 189, pp 149-157

3) International Standard ISO 13819-2, Petroleum and natural gas industries - Offshore structures - Part 2: Fixed steel structures

4) Barltrop, N.D.P., and Adams, A.J., 1977, Dynamics of fixed marine structures, Butterworth Heinemann, ISBN 0 7506 1046 8, available from the Energy Institute, London, UK

5) MacCamy, R.C., and Fuchs R.A., 1954, Wave forces in piles: A diffraction theory, Technical memorandum no. 69, Beach Erosion Board, US Navy Corps of Engineers

6) Wienke, J., Druckschlagbelastung auf Schlanke Zylindrische Bauwerke durch Brechende Wellen - Slamming an Offshore Windkraftanlagen, Dissertation, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig

7) Det Norske Veritas, DNV-RP-C205, Environmental Conditions and Environmental Loads, April 2014

8) UK Department of Energy, Fluid Loading on Fixed Offshore Structures - Background to the 4th edition of Offshore Installations: Guidance on Design and Construction, Offshore Technology Report OTH 90322, 1990

9) Germanischer Lloyd, Rules and Guidelines IV-Part 8 Pipelines, 1 Rules for Subsea Pipelines and Risers, 2004

10) American Petroleum Institute. Recommended Practice for planning, designing and constructing Fixed Offshore Platforms - Working Stress Design, API Recommended Practice 2A-WSD (RP 2A-WSD) 21st edition, October 2005

 

Phụ lục D

(tham khảo)

Các khuyến nghị về thiết kế kết cấu đỡ tuabin gió ngoài khơi liên quan đến tải băng

D.1 Mở đầu

Tải băng có thể là một trường hợp tải nghiêm trọng và quyết định trong các vùng nước có khí hậu mùa đông. Sự xuất hiện của băng cần được đánh giá tại các vị trí ngoài khơi ở các hồ và vùng biển ở Bắc Mỹ, Bắc Âu và Bắc Á. Băng trôi có thể tạo ra tải rất lớn lên kết cấu đỡ và gây ra các sự cố thảm khốc cho các tuabin gió ngoài khơi.

Độ lớn của các lực băng cần được ước tính, xem xét các điều kiện băng cục bộ và mực nước cũng như chuyển động của băng, kích thước và hình dạng của kết cấu đỡ, cùng với các đặc tính động học của nó. Các tải băng sau đây cần được đánh giá:

• tải ngang do dao động nhiệt độ trong lớp băng dày (áp suất băng nhiệt);

• tải ngang từ lớp băng dày chịu ảnh hưởng của dao động mực nước và theo hiệu ứng vòm;

• tải ngang từ băng trôi;

• áp suất từ gò băng và các rặng băng do các quá trình giảm và tích lũy;

• lực thẳng đứng từ các lớp băng dày chịu ảnh hưởng của dao động mực nước.

Các cơ chế giới hạn tải băng trên kết cấu cần được xem xét:

• giới hạn ứng suất, là tình huống trong đó tác động của băng được chi phối bởi các quá trình phá hủy băng gần kết cấu như nghiền băng, uốn băng, phá hủy bằng cách cắt hoặc tách mảng băng. Trong các tình huống giới hạn ứng suất, kích thước kế hoạch kết cấu nhô ra theo phương vuông góc với hướng trôi băng được sử dụng để ước tính tải.

• giới hạn lực, là tình huống trong đó tác động của băng bị giới hạn bởi các lực truyền động lên các tính chất băng nằm ở kết cấu. Các lực truyền động có thể là các tác động metocean như lực kéo do gió và dòng chảy cũng như áp suất băng dày.

• giới hạn năng lượng (hoặc giới hạn mômen) là tình huống trong đó động năng (hoặc mômen) của các tính chất băng hạn chế tác động của băng. Những tác động này có liên quan trong trường hợp va chạm với các tính chất như tảng băng lớn và dày, và các khối băng sông.

Cơ chế giới hạn ứng suất chỉ có thể xảy ra nếu tính chất băng có đủ lực tác động để phá hủy băng và bao phủ hoàn toàn kết cấu. Vì vậy, cơ chế giới hạn lực đóng vai trò là một kiểm tra quan trọng trong việc đánh giá các kịch bản tương tác băng.

D.2 Quy định chung

Các tải băng thường được giả định xảy ra ở một mực nước tùy ý trong phạm vi mực nước bình thường (NWLR) nếu không có phân tích thống kê cụ thể nào được thực hiện. Đối với các kết cấu bao gồm các hình nón nhạy với mực nước, dữ liệu thống kê về dao động mực nước trong điều kiện mùa đông cần được thu thập để xác định phạm vi mực nước thiết kế, từ đó xác định các kích thước hình nón chịu tải băng. Các kết cấu đỡ trong phụ lục này được giả định là các kết cấu có mặt cắt ngang hình trụ/hình chữ nhật tại mặt nước, bao gồm các trụ đứng và các hình nón được xây dựng bằng bê tông hoặc thép.

Ở các hồ hoặc vùng biển gần bờ, lớp băng thường không di động sau khi đã đạt đến một độ dày nhất định. Tải từ băng trôi cần được kiểm tra cho đến khi lớp băng đạt độ dày này. Các tải từ áp suất nhiệt, hiệu ứng hồ quang và nâng theo phương thẳng đứng cần được kiểm tra về lớp băng dày dợ phát triển sau này.

Ở những khu vực mà băng trôi được kỳ vọng, tải từ băng trôi cần được tính toán cho tất cả các mùa và phải được xem xét là tác động từ bất kỳ hướng nào mà nó có thể bị đẩy vào kết cấu bởi dòng chảy và gió. Cần xem xét khả năng hướng gió có thể độc lập với hướng chuyển động của băng. Cũng cần khảo sát khả năng khóa động lực của tần số băng vỡ với tần số riêng của tuabin gió. Để làm điều này, các mô phỏng động học theo thời gian của các trường hợp tải thường là cần thiết. Các thử nghiệm mô hình cũng có thể được sử dụng như một phần trong đánh giá.

D.3 Lựa chọn độ dày của băng

Độ dày của lớp băng, h, và độ dày của lớp băng hợp nhất của băng chồng lớp đã đông lại hoặc lớp băng hợp nhất của một rặng băng, h _c , có thể được xác định từ các phép đo cục bộ. Ngoài ra, phân tích dữ liệu thống kê từ bản đồ băng cục bộ hoặc tài liệu tương tự có thể được sử dụng (xem tài liệu tham khảo 3 trong Điều D.7), và có thể bổ sung thêm các phép đo nhiệt độ gần khu vực (tức là không phải là trung bình địa lý) cùng với các mô hình tăng trưởng băng. Các tham chiếu đến cơ sở dữ liệu được cung cấp trong Điều D.8. Nếu dữ liệu về độ mặn và nhiệt độ biển với chất lượng đủ tốt có thể thu thập được, chúng cũng có thể được sử dụng để bổ sung vào phân tích. Đối với phân tích như vậy, nhiệt độ đóng băng của nước mặn theo độ C, θ _f , có thể được tính từ độ mặn của nước theo phần nghìn, S _w bằng công thức (14) của tài liệu tham khảo 20 trong Điều D.7:

Trong hầu hết các trường hợp, cần thực hiện phân tích kết hợp giữa độ dày băng và cường độ xô của băng.

Độ dày được sử dụng trong phân tích tải cực đoan có thể dựa trên chu kỳ lặp lại 50 năm. Đối với các DLC D3, D4, D6, D7 và D8, độ dày có thể bị giới hạn bởi độ dày tối đa khi băng đang di chuyển.

Các lớp băng trôi có thể gây ra hiện tượng "tạo mảng" trong đó hai hoặc nhiều lớp băng chồng lên nhau. Các lớp này có thể đông lại và phát triển dày thêm trong suốt mùa đông. Kết quả là, một số khu vực băng có thể dày hơn so với phân tích nhiệt đơn giản chỉ ra. Do đó, cần tính đến băng đã hợp nhất hoặc băng đã đông lại trong ước tính về độ dày băng hợp nhất, h _c , điều này được xử lý trong DLC D6.

Công thức (D.2) dưới đây có thể được sử dụng để ước tính độ dày lớp băng tính bằng mét vào cuối một kỳ lạnh khi không có lớp tuyết phủ (và bỏ qua băng chồng lớp):

trong đó nhiệt độ đóng băng tích lũy theo ngày là:

tức là, giá trị tuyệt đối của tổng số nhiệt độ trung bình trong 24 h nhỏ hơn θ _f trong một kỳ lạnh (ngày độ) ^[22] ;

K ₀ là một hằng số, trong đó ở Bắc Âu có thể coi giá trị này là 50 ngày độ và giá trị thích hợp nên được sử dụng cho các khu vực khác.

Sự có mặt của lớp tuyết sẽ làm cho băng phát triển chậm hơn rất nhiều so với dự đoán từ công thức (D.2). Nếu sự có mặt của lớp tuyết có thể được chứng minh, tác động cách nhiệt của nó có thể được tính đến trong một phương pháp xử lý băng phát triển nâng cao hơn.

Đối với các phân tích mỏi, việc đánh giá lịch sử thời gian dự kiến của độ dày băng và khả năng di chuyển của băng được khuyến nghị: tức là tạo ra một bảng các độ dày băng với thời gian tương ứng cho các khoảng thời gian khi băng đủ mạnh và di chuyển. Nếu có thể, bảng này cũng nên bao gồm các khoảng thời gian khi tốc độ di chuyển của băng và các điều kiện khác nằm trong phạm vi mà kết cấu tuabin có thể bị khóa tần số.

Nếu thiếu dữ liệu cụ thể tại chỗ về độ dày băng, công thức (D.2) và giả định tan băng đơn giản có thể được sử dụng để tìm lịch sử thời gian ước tính của độ dày băng từ dữ liệu nhiệt độ không khí theo cách sau:

Đối với giai đoạn xây dựng, độ dày băng có thể được mô hình hóa bằng công thức (D.2). Ví dụ, trong trường hợp đơn giản nhất với nhiệt độ gần như không thay đổi, điều này sẽ làm cho \( K \) tăng theo thời gian, và độ dày băng sẽ tăng theo căn bậc hai được cho trong công thức (D.2).

Đối với giai đoạn tan băng (tức là sau thời điểm khi K _max đạt giá trị cực đại), băng nhanh chóng yếu đi; vì vậy giai đoạn này có thể bị bỏ qua trong các phân tích mỏi.

D.4 Các trường hợp tải

D.4.1 Quy định chung

Các trường hợp tải sau đây cần được áp dụng nếu có liên quan đến vị trí. Điều kiện gió và mực nước được nêu trong Bảng 3 của tiêu chuẩn này. Các điều kiện này cần được đánh giá theo yêu cầu của 6.4.4.5 để xác định các giá trị cụ thể tại chỗ phù hợp để kết hợp với tải băng cho các trường hợp tải được mô tả dưới đây. Không cần xem xét sóng. Các trường hợp tải D1, D2, D3, D5, D6 và D8 là các trường hợp tải cực đoan trong khi D4 và D7 là các trường hợp tải mỏi. Việc thực hiện tải động được mô tả trong D.4.7.

D.4.2 Tải ngang từ lớp băng dày do dao động nhiệt độ (DLC D1)

Áp suất băng nhiệt chỉ nên được xem xét ở các hồ và biển nước lợ. Trong biển mở với nước mặn như Biển Bắc, áp suất băng nhiệt có thể bỏ qua.

Áp suất băng nhiệt đơn hướng sẽ lớn nhất trên các kết cấu đỡ tuabin gió ngoài khơi ở một trang trại gió, và nên giả định rằng nó tác động từ đất liền ra biển mở hoặc từ trung tâm của một trang trại gió, ra ngoài theo hướng bán kính. Nếu một tàu phá băng tạo ra một kênh qua lớp băng dày dưới áp suất nhiệt, băng sẽ mở rộng về phía kênh mở. Lực nhiệt có thể được biểu diễn như sau:

Trong đó:

D là đường kính của kết cấu đỡ tại mực nước. D được đặt là 4 m nếu D < 4m;

ƒ _t là lực đơn vị/chiều rộng của kết cấu đỡ. ƒ _t có thể được đặt là 300 kN/m cho các kết cấu đỡ độc lập hoặc cho các kết cấu đỡ ngoại vi trong một trang trại gió, xem A.8.2.4.11 trong tài liệu tham khảo 7) của Điều D.7.

D.4.3 Tải ngang từ lớp băng dày do dao động mực nước và hiệu ứng cung (DLC D2)

Áp suất ngang đơn phương từ hiệu ứng cung giữa các kết cấu đỡ tuabin gió hoặc giữa các kết cấu đỡ và bờ có thể được ước tính bằng công thức (D.4).

trong đó:

D là đường kính của kết cấu đỡ tại mực nước. D được đặt là 4 m nếu D < 4 m;

F _v có thể được đặt là 200 kN/m, xem 2.1.2 trong tài liệu tham khảo 4) của Điều D.7.

D.4.4 Tải ngang từ băng trôi (DLC D3, D4, D7 và D8)

D.4.4.1 Tổng quan

Lực từ băng trôi cần được ước tính theo phương pháp được mô tả trong D.4.4.2 hoặc D.4.4.3. DLC D7 và D8 là các tình huống khi tuabin được đỗ và băng trôi có thể tạo ra các tải mỏi (D7) và tải cực đoan (D8) lên kết cấu đỡ và tháp. Vì lực giảm khí động học phía trước và phía sau của một tuabin đỗ ít hơn nhiều so với một tuabin đang vận hành, tuabin có thể dễ dàng bị rung động khóa tần số trong DLC D7 và D8 hơn so với DLC D3 và D4.

D.4.4.2 Các hình dạng trụ đứng

Lực tĩnh cực đại do băng nén lên các kết cấu trụ đứng có thể được ước tính dựa trên công thức (D.5) được rút ra từ A.8-20 và A.8-21 của tài liệu tham khảo 7) của Điều D.7. Công thức này được dựa trên các phép đo quy mô đầy đủ.

Trong đó:

p _G là áp suất băng trung bình toàn bộ [Pa];

h là độ dày của tấm băng [m];

h ₁ là độ dày tham chiếu 1 m;

D là đường kính của kết cấu tại mức tương tác với băng [m];

m là một hệ số thực nghiệm bằng-0,16;

n là một hệ số thực nghiệm, bằng -0,50 + h/(5 /21) cho h < 1,0 m, và bằng -0,30 cho h ≥ 1,0 m;

C _R là hệ số độ bền của băng [Pa], C _R = 2,8 MPa có thể được sử dụng cho các khu vực bắc cực (dựa trên Biển Beaufort, nhiệt độ đóng băng tích lũy theo ngày khoảng 4 000 mỗi mùa đông), C _R = 1,8 MPa có thể được sử dụng cho các khu vực ôn đới (dựa trên phía bắc của Biển Baltic, nhiệt độ đóng băng tích lũy theo ngày khoảng 1 000 mỗi mùa đông). Các giá trị được đề xuất có thể không bảo toàn đối với băng nước ngọt. Nếu các giá trị khác được sử dụng, điều này cần phải được chứng minh bằng các phép đo trong khi xem xét các đặc tính của DLC được lập mô hình;

A _C là diện tích tiếp xúc giữa băng và kết cấu, thường là A _C = h x D.

Công thức (D.5) áp dụng cho các kết cấu có D/h> 2. Nếu sự dịch chuyển ngang của chúng tại mực nước lớn hơn 10 mm, các hiệu ứng động cần được xem xét. Hệ số độ bền của băng cũng có thể được tính theo công thức A.8-22 từ tài liệu tham khảo 7) của Điều D.7.

Công thức (D.5) có thể được sử dụng cho băng phẳng, băng chồng lớp và lớp hợp nhất của rặng băng. Cần phải cung cấp lý do nếu áp suất giảm được sử dụng cho băng chồng lớp hoặc lớp băng hợp nhất.

Hiệu chuẩn với thử nghiệm mô hình

Các thử nghiệm mô hình đã chỉ ra rằng mức độ và loại lực rất phụ thuộc vào việc có xảy ra nén liên tục hay không, hoặc có xuất hiện mẫu uốn không ổn định, xem tài liệu tham khảo 6) của Điều D.7. Việc thử nghiệm mô hình được mô tả thêm trong Điều D.6.

D.4.4.3 Các hình dạng nghiêng

Công thức được đề xuất trong tài liệu tham khảo 22) của Điều D.7 có giá trị đối với các kết cấu nghiêng, tức là các kết cấu đỡ tuabin gió có băng hình nón. Công thức này cũng đã được ISO thông qua làm thực hành khuyến nghị trong tài liệu tham khảo 7) của Điều D.7. Công thức được trích dẫn có giá trị cho các góc nghiêng trong phạm vi 0°< α <70°, trong đó α là góc nghiêng so với mức ngang. Các thử nghiệm mô hình tham chiếu trong tài liệu tham khảo 6) của Điều D.7 đã chỉ ra rằng công thức của Ralston đưa ra giá trị an toàn cho lực băng trên các hình nón lên đến tốc độ băng 1 m/s.

Tải ngang liên quan đến băng bị uốn về phía trước bởi một hình nón là:

Tải thẳng đứng hướng xuống là:

Trong đó:

A ₁ , A ₂ , A ₃ , ,A ₄ , B ₁ và B ₂ là các hệ số không có kích thước, phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa băng và hình nón, μ, và góc hình nón α. Các giá trị của các hệ số này được đưa ra trong các đồ thị trong Hình D.1.

σ _b là độ bền uốn của băng, không nhỏ hơn 0,26 σ _c ;

h là độ dày lớp băng:

ρ _w là khối lượng riêng của nước;

g là gia tốc trọng trường;

D là đường kính hình nón tại mực nước;

D _T là đường kính đỉnh của hình nón (thường bằng đường kính ngoài của kết cấu đỡ).

Đối với một hình nón uốn cong băng xuống dưới, các công thức trên áp dụng nếu ρ _w được thay đổi thành ρ _w /9 và lực thẳng đứng có hướng lên trên.

Các công thức trên có thể được sử dụng nếu độ cao của hình nón vượt quá độ dày băng từ mặt trên của băng đối với một hình nón uốn cong băng lên trên, hoặc từ đáy của băng đối với một hình nón uốn băng hướng xuống dưới. Về nguyên tắc, thiết kế của hình nón nên đảm bảo rằng không có sự xô băng xảy ra trên bất kỳ phần nào của kết cấu đỡ ngoài chính hình nón. Rủi ro và hậu quả của tải xô băng tác động ngoài kết cấu hình nón (ví dụ: do dao động mực nước) cần được đánh giá.

Đối với các hình nón hai mặt, lực có thể được ước tính như đã mô tả ở trên, ngoại trừ lực tác động trực tiếp lên đỉnh. Đối với một đỉnh nhọn, lực ngang cần được tăng lên gấp đôi, và đối với một đỉnh tròn, lực cần được tăng lên gấp ba, xem tài liệu tham khảo 6) của Điều D.7.

Hệ số ma sát động giữa băng và hình nón μ có thể được đặt là μ = 0,15 cho hình nón bằng bê tông/thép bị ăn mòn, hoặc μ = 0,10 cho hình nón bằng thép mới hoặc thép đã sơn.

Các công thức (D.6) và (D.7) không tính đến tải bổ sung do sự tích tụ băng vụn trên mặt của các kết cấu nghiêng. Điều này có thể được xem xét một cách ước tính bằng cách tăng độ dày băng, h, trong các điều kiện thứ hai và thứ ba của Công thức (D.6) và điều kiện thứ hai của Công thức (D.7). Ngoài ra, các công thức này không tính đến tải bổ sung do phần đáy của các rãnh lớn. Việc xem xét chi tiết hơn về các quá trình này được cung cấp trong A.8.2.4.4.2 của tài liệu tham khảo 7) của Điều D.7.

D.4.4.4 Áp suất băng cục bộ

Kết cấu đỡ cần được thiết kế cho áp suất băng cục bộ sau:

Trong đó:

ρ _{c ,local} là áp suất băng cục bộ đặc trưng để sử dụng trong thiết kế chống lại băng trôi;

σ _c là độ bền xô đặc trưng của băng;

h là độ dày đặc trưng của băng;

A _{l oca l} là diện tích cục bộ được xem xét, xem 1.8 của tài liệu tham khảo 4) của Điều D.7.

Xem tài liệu tham khảo 22) của Điều D.7.

Hình D.1 - Hệ số lực băng cho phân tích giới hạn dẻo

D.4.4.5 Tải do gió và dòng chảy tạo ra

Tải lực giới hạn là:

Trong đó, chỉ số W và C chỉ tải do gió và dòng chảy, và PL là lực từ khối băng. Các giá trị sau áp dụng:

C _W là hệ số lực cản gió;

ρ _w là khối lượng riêng của không khí, ví dụ 1,3 kg/m ³ ;

U _W là vận tốc dòng chảy tự do ở độ cao 10 m so với bề mặt băng;

C _C là hệ số lực cản dòng chảy;

ρ _C là khối lượng riêng của nước, ví dụ 1 000 kg/m ³ ;

U _C là vận tốc dòng chảy tự do ở độ sâu 1 m dưới bề mặt bằng.

Các hệ số lực cản phải phản ánh độ nhám bề mặt bằng liên quan đến kịch bản thiết kế cũng như đặc điểm lớp biên khí quyển và lớp biên đại dương, và phải phù hợp với độ cao hoặc tham chiếu áp suất của dữ liệu gió và dòng chảy. Để tham khảo, các giá trị trung bình áp dụng cho Biển Baltic là C _W = 0,004 và (C _C = 0,006), theo tài liệu tham khảo 16) và 25) của Điều D.7. Các hệ số lực cản không khí đo được cho các loại bề mặt bằng khác nhau có thể được tìm thấy trong Bảng 4.1 của tài liệu tham khảo 24) của Điều D.7.

Đối với tải trọng do các khối băng, L là chiều rộng trên đó các tương tác băng-băng xảy ra và P là áp suất xây dựng của băng như mô tả ở trang 192-193 của tài liệu tham khảo 21) của Điều D.7.

Khi thiết lập tải giới hạn, các sự kiện có chu kỳ quay lại liên quan đến kích thước tảng băng nổi, vận tốc gió và dòng chảy cần được xác định dựa trên điều kiện địa điểm cụ thể và thời gian tương tác tấm băng với kết cấu. Đối với các nồng độ băng từng phần, hiệu ứng của kích thước tấm băng giảm do sóng gió có thể được xem xét nếu có liên quan.

Tải từ gió và/hoặc dòng chảy bị giới hạn bởi cường độ xô của băng. Các lực trôi kết hợp từ gió và dòng chảy cần được dựa trên phân tích thống kê của dữ liệu vị trí.

D.4.5 Tải thẳng đứng từ lớp băng dày (DLC D5)

Tải thẳng đứng trong trường hợp có dao động mực nước với lớp băng dày đóng băng vào kết cấu đỡ bị giới hạn bởi độ bền trượt gió tại vị trí dính vào bề mặt kết cấu đỡ, V _τ , hoặc độ bền uốn nếu băng bị vỡ trong một vòng xung quanh kết cấu đỡ, V _b . Giá trị thấp hơn của hai lựa chọn trên sẽ được quyết định và sử dụng.

trong đó:

τ là độ bền dính trượt gió;

A = πDh là diện tích tiếp xúc cho một kết cấu đỡ hình tròn dọc.

Độ bền dính trượt gió τ có thể được đặt là:

0,8 MPa đối với thép - băng nước ngọt,

0,3 MPa đối với thép - băng nước mặn (tài liệu tham khảo 19) của Điều D.7), hoặc

1 MPa đối với bê tông - băng nước mặn (tài liệu tham khảo 2) của Điều D.7).

trong đó

A là diện tích bề mặt tiếp xúc;

σ _b là độ bền uốn của băng, không nhỏ hơn 0,26 σ _c ;

ρ là khối lượng riêng của nước;

g là gia tốc trọng trường;

Δz là sự chênh lệch mực nước.

Lưu ý rằng băng có thể phát triển giữa các thanh giằng trong các kết cấu nhiều chân.

D.4.6 Áp suất từ các rặng băng (DLC D6)

DLC D6 đề cập đến tình huống với tải băng cực lớn kết hợp với điều kiện gió cực đại có chu kỳ lặp lại 1 năm. Tải gió dẫn đến ảnh hưởng tải toàn bộ lớn nhất lên kết cấu đỡ hoặc móng cần được áp dụng.

Tải tĩnh từ các rặng băng, các trường băng vỡ, các hình thái của băng chồng lớp, và các hình thái khác trong lớp băng được xem xét trong trường hợp tải này. Tải áp dụng cho kết cấu là giá trị nhỏ hơn của các tải áp dụng từ các cơ chế sau:

• áp suất do băng đặt lên kết cấu, bao gồm các đóng góp từ phần băng hợp nhất hình thái và từ băng vỡ trong phần cánh buồm và mũi tàu;

• hỏng hóc hình thái băng khi tiếp xúc với kết cấu, bao gồm các đóng góp từ việc hỏng hóc do uốn, trượt gió, di chuyển lên và di chuyển xuống, giảm tải truyền xuống đáy biển; và

• hỏng hóc của băng xung quanh đẩy hình thái băng vào kết cấu.

Độ sâu nước, kích thước kết cấu và thiết kế kết cấu - dù là mặt đứng dọc hay nghiêng, đơn thể hay nhiều chân - có thể ảnh hưởng đến các cơ chế kiểm soát. Tất cả các cơ chế thực tế về mặt vật lý, đối với các dữ liệu có sẵn, đều có thể được xem xét.

Các hiệu ứng tải cần được tính cho các kích thước hình thái tương tác với kết cấu mà chúng bị vượt quá một lần trung bình trong một khoảng thời gian 50 năm. Các điều kiện băng xung quanh cần phải phù hợp với kích thước các hình thái băng - ví dụ, băng xung quanh sẽ dày hơn vào những năm khi các rặng băng có các lớp băng dày đã hợp nhất.

Các phương pháp được nêu trong D.4.4.2, D.4.4.3, và trong A.8.2 của tài liệu tham khảo 7) của Điều D.7 có thể được sử dụng cho các phép tính này ^[23] .

Nên sử dụng các phép đo tải băng, khi có thể, để xác minh các phép tính tải.

D.4.7 Tải động (DLC D3, D4, D7, và D8)

Tuabin gió cần được kiểm tra về các hiệu ứng động do tải băng gây ra. Khi đánh giá liệu có thể xảy ra các hiệu ứng động hay không và tần suất xảy ra, thường cần phải xem xét tính di động của băng, kích thước tấm băng, nồng độ băng, sự sai lệch giữa hướng trôi băng và hướng gió, cũng như các loại băng. Nói chung, không thể rút ra kết luận chỉ dựa vào nồng độ băng. Lưu ý rằng độ dày băng thích hợp cần xem xét cho DLC D3, D4, D7 và D8 là độ dày tấm băng h, thay vì độ dày của lớp băng kết dính h _c .

Một lưu ý hữu ích là nếu loại băng trôi thích hợp có mặt tại một vị trí, hiện tượng khóa tần số gần như luôn có thể xảy ra vì tốc độ băng yêu cầu thường nhỏ, ví dụ khoảng 0,1 m/s. Một điểm quan trọng khác là các mô hình này có thể dẫn đến hiện tượng khóa tần số cho nhiều chế độ dao động kết cấu - ngay cả đối với một bộ giá trị duy nhất của tốc độ băng, độ bền và độ dày - như mô tả thêm trong phần này. Điều này đặc biệt quan trọng đối với độ mỏi vật liệu. Mặc dù khóa tần số có thể xảy ra do các hệ số trên, nhưng không nhất thiết sẽ xảy ra liên tục: việc đánh giá hiện tượng này có thể được thực hiện dựa trên tính đồng nhất của băng. Để có thêm hướng dẫn, khóa tần số thông thường không xảy ra đối với các nồng độ băng dưới 7/10.

Tất cả các tốc độ băng có liên quan, kết hợp với thời gian và độ dày băng, đều cần được xem xét.

Dưới đây là một số công thức đơn giản hóa được đưa ra cho mô phỏng tải động, có thể sử dụng nếu không có dữ liệu thống kê, mô hình số đủ nâng cao (xem Điều D.5) hoặc phép đo (xem Điều D.6).

Tiêu chí đối với độ nhạy với hiện tượng khóa tần số đối với băng tác động lên một điểm duy nhất theo A.8.2.6.1.4 của tài liệu tham khảo 7) của Điều D.7 là:

Trong đó:

ƒ _n là tần số riêng thứ n [Hz];

M _n là khối lượng chế độ dao động của tần số riêng thứ n [kg];

ξ _n là độ giảm chấn của chế độ dao động thứ n tính theo tỷ lệ phần trăm của giảm chấn tới hạn [s];

ϕ _{n C} là độ lớn của chế độ dao động thứ n tại điểm tác động của băng;

h là độ dày băng [m];

θ là một hệ số với giá trị đề xuất là 40.10 ⁶ kg/m·s.

Do đó, quy trình thiết kế để phân tích hiện tượng khóa tần số bao gồm các bước sau:

a) Giải các giá trị riêng và chế độ dao động.

b) Xác định các chế độ có thể nhạy với hiện tượng khóa tần số sử dụng tiêu chí trên: tức là nếu độ giảm chấn của một chế độ nhỏ hơn hoặc tương đương với phía bên phải của công thức (D.12), nó có thể nhạy với hiện tượng khóa tần số.

c) Tính toán đáp ứng động.

Chức năng tác động đơn giản từ Hình D.2 có thể được sử dụng để xác định phản ứng của kết cấu dọc theo trục dưới tác động của dao động khóa tần số. Tần số ƒ = 1/T của chức năng tác động tương ứng với tần số của một trong các chế độ tự nhiên nhạy có tần số tự nhiên dưới 10 Hz, được suy ra từ Công thức (D.12). Các lực cực đại và cực tiểu H _max và H _min , cũng như biên độ ΔH = H _max - H _min , có thể được giả sử là không đổi. Các giá trị đỉnh có thể được xác định theo công thức (D.4). Hàm lực cần đủ dài để đảm bảo đáp ứng của kết cấu ở trạng thái ổn định. Biên độ ΔH phụ thuộc vào các chế độ dao động của kết cấu và tốc độ băng. Nó có thể được biểu diễn dưới dạng một phân số q, của lực cực đại H _max , như mô tả trong A.8.2.6.1.5 của tài liệu tham khảo 7) của Điều D.7. Biên độ ΔH cần được điều chỉnh sao cho đáp ứng vận tốc ở mặt nước là 1,4 lần tốc độ băng cao nhất. Điều này sẽ đảm bảo kết quả bảo toàn về đáp ứng kết cấu. Thông tin thêm về mối quan hệ giữa băng và tốc độ kết cấu dưới dao động khóa tần số có thể được tìm thấy trong các tài liệu tham khảo 11), 12), 14) và 26) của Điều D.7.

CHÚ DẪN:

T thời gian tác động của băng

H _min giá trị cực tiểu của tác động băng

H _max giá trị cực đại của tác động băng

ΔH hiệu giữa giá trị tối đa và tối thiểu của tác động băng

Xem tài liệu tham khảo 7) của Điều D.7.

Hình D.2 - Lịch sử tải băng cho điều kiện khóa tần số

Một hình nón ở mặt nước có thể giảm mức độ dao động do băng gây ra so với kết cấu thẳng đứng tương ứng. Tuy nhiên, các kết cấu có hình nón hẹp ở mặt nước vẫn có thể trải qua rung động do băng gây ra. Rung động này được mở rộng khi băng vỡ ổn định không hình thành trên mặt trước của hình nón. Lịch sử thời gian cho loại tác động băng này được trình bày trong Hình D.3. Đáp ứng động của kết cấu khi bị kích thích bởi chức năng tác động ngẫu nhiên này sẽ thấp hơn so với dao động khóa tần số trên một kết cấu thẳng đứng tương tự.

CHÚ DẪN:

τ thời gian của chu kỳ tải/không tải

T thời gian tác động của băng

H ₀ giá trị đỉnh của tác động băng

H _min giá trị cực tiểu của tác động băng

Xem tài liệu tham khảo 7) của Điều D.7.

Hình D.3 - Lịch sử thời gian của thành phần lực ngang của tải băng tác động lên kết cấu hình nón

Tác động thay đổi theo thời gian, H(t), là một hàm của nhiều tham số, bao gồm chiều rộng của kết cấu, góc nghiêng và các tác động ma sát liên quan. Nó được xác định trong A.8.2.6.2 của tài liệu tham khảo 7) của Điều D.7. Phương pháp toán học nâng cao hơn để tạo ra lịch sử thời gian như vậy có thể được tìm thấy trong tài liệu tham khảo 15) của Điều D.7.

Tải đến từ tác động đột ngột của một tảng băng lớn cần được kiểm tra bằng phương pháp tải tạm thời như được gợi ý dưới đây.

Trong đó:

U là vận tốc tác động;

t là thời gian;

k là độ cứng của kết cấu tại mặt nước.

Trong trường hợp áp dụng trực tiếp một lịch sử thời gian tải băng đã được xác định trước trên mô hình số của tuabin gió ngoài khơi, sự tương tác quan trọng giữa chuyển động tương đối của kết cấu và băng bị bỏ qua. Trong nhiều trường hợp, băng có thể tạo ra sự suy giảm đáng kể đối với hệ thống, điều này làm ảnh hưởng đến phản ứng động của kết cấu. Những tác động này không thể được mô phỏng chính xác khi một chuỗi thời gian tải đã được xác định trước áp dụng cho kết cấu. Do đó, kết quả thu được có thể không phải lúc nào cũng đáng tin cậy, và cần rất cẩn thận trong việc giải thích chúng.

Mô hình băng đơn giản có thể sử dụng cho phân tích tương tác băng-kết cấu có thể tìm thấy trong tài liệu tham khảo 17) và 18) của Điều D.7. Những tài liệu tham khảo hữu ích khác là tài liệu tham khảo 1) và 26) của Điều D.7.

D.5 Yêu cầu đối với mô phỏng ngẫu nhiên

Việc mô phỏng động lực học băng-kết cấu một cách thực tế, thay vì sử dụng các mô hình bảo toàn đơn giản được mô tả trong D.4.7, yêu cầu phải xem xét cả động lực học của kết cấu, động lực học của băng, cũng như sự tương tác giữa chúng. Đặc biệt, lực từ băng tại bất kỳ thời điểm nào sẽ phụ thuộc vào cách kết cấu di chuyển tương đối với băng; một ảnh hưởng mà bị bỏ qua trong mô hình răng cưa của D.4.7. Sự tương tác băng-kết cấu có thể được mô phỏng bằng các mô hình số có tính đến những hiệu ứng này, có thể bổ sung thêm các thử nghiệm mô hình băng như mô tả dưới đây trong Điều D.6, hoặc thông qua các phép đo quy mô đầy đủ.

Nếu thử nghiệm mô hình được sử dụng, các chuỗi thời gian mô tả tải băng ngẫu nhiên có thể có sẵn. Vì các thử nghiệm mô hình băng thường chỉ tạo ra chuỗi thời gian tải tương ứng với một vài phút tải mẫu, nên cần phải mở rộng chuỗi thời gian đo được bằng các phương pháp như được mô tả trong tài liệu tham khảo 6) của Điều D.7, nhằm có được một số mô phỏng 10 min gần như độc lập về tải băng động.

Chuỗi thời gian tải băng độc lập và các lực gió sau đó được áp dụng vào mô hình tuabin động.

D.6 Yêu cầu đối với thử nghiệm mô hình

Các thử nghiệm mô hình có thể chỉ ra một số đặc điểm chính của sự tương tác động lực băng-kết cấu. Tuy nhiên, chúng luôn phải được sử dụng trong bối cảnh với dữ liệu quy mô đầy đủ có sẵn và các mô hình toán học của quá trình, dù là phân tích hay số học.

Các thử nghiệm mô hình có thể được thực hiện với băng nhân tạo. Thông thường, kết quả được tỷ lệ hóa trên cơ sở quy luật mô hình Froude, tỷ lệ hóa các lực theo λ ³ , độ bền uốn và xô với λ và thời gian theo λ ^{0 , 5} .

Để mô phỏng sự tương tác động lực giữa lực băng và kết cấu, cần mô phỏng chính xác tần số cộng hưởng, sự suy giảm và độ cứng của kết cấu chịu tải băng.

Cẩn thận trong việc giải thích kết quả là cần thiết khi thử nghiệm liên quan đến xô băng trên các kết cấu. Băng theo tỷ lệ có độ bền nứt cao hơn và do đỏ ít giòn hơn so với băng quy mô đầy đủ. Độ giòn này ảnh hưởng đến kích thước (diện tích tiếp xúc) và tỷ lệ hình học (tỷ lệ giữa độ dày băng và chiều rộng kết cấu) đối với áp lực băng. Do đó, sự thay đổi diện tích tiếp xúc hoặc tỷ lệ hình học sẽ ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa mô hình và tải quy mô đầy đủ.

Nếu thử nghiệm mô hình được sử dụng để ước tính tải băng, các quá trình phá vỡ băng điều khiển tải cần được thể hiện tốt. Đặc biệt, băng mỏng có khả năng bị phá vỡ do uốn cao hơn băng dày. Hơn nữa, sự di chuyển của băng thường bị ước tính quá mức trong thử nghiệm mô hình.

Đối với các kết cấu hình nón, sự tương tác động lực hạn chế xảy ra, vì vậy kết quả thử nghiệm mô hình cứng có thể được sử dụng để tạo ra tải băng động lực cho kết cấu đỡ. Đối với các kết cấu thẳng đứng, sự tương tác động lực mạnh mẽ giữa tải băng và các dao động của kết cấu có thể xảy ra và hệ số này nên là một phần của mô hình. Đối với trường hợp này, điều đặc biệt quan trọng là tần số cộng hưởng, sự suy giảm và độ cứng được mô hình hóa chính xác để tỷ lệ giữa tốc độ tảng băng và tốc độ dao động kết cấu được mô phỏng chính xác. Đối với một kết cấu đỡ tuabin gió điển hlnh, thường là các chế độ cộng hưởng 1 và 2 sẽ gây ra sự tương tác động lực với băng. Các yêu cầu điển hình đối với thử nghiệm mô hình, kết quả liên quan và quy trình thiết kế được minh họa trong tài liệu tham khảo 6) của Điều D.7. Một tài liệu tham khảo hữu ích khác là tài liệu tham khảo 23) của Điều D.7.

D.7 Tài liệu tham khảo

1) Bjerkås, M., Albrektsen, A., and Gürtner, A., 2010, Static and dynamic ice actions in the light of new design codes, Proceedings of the 29th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering (OMAE), Vol. 4, pp. 733-739, Shanghai, China.

http://dx.doi.org/10.1115/OMAE2010-20036 (viewed 3rd March 2018)

2) Cammaert, A.B. and Muggeridge, D.B., 1988, Ice interaction with offshore structure. Van Nostrand Reinhold. New York, USA, 1988. ISBN 978-0442216528

3) Christensen, F.T. and Skourup, J., 1991, Extreme ice properties, J. of Cold Regions Engineering, Vol. 5, No. 2, pp. 51-68.

http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0887-381X(1991)5:2(51) (viewed 3rd March 208)

4) Fransson, L. and Bergdahl, L., 2009, Recommendations for design of offshore foundations exposed to ice loads. ELFORSK, Stockholm, Sweden

5) Fujisaki, A., Yamaguchi, H., Toyota, T., Futatsudera, A., and Miyanaga, M. , 2009, Measurements of air-ice drag coefficient over the ice-covered Sea of Okhotsk, J. of Oceanography, Vol. 65, No. 4, pp. 487-498.

http://dx.doi.org/10.1007/s10872-009-0042-8 (viewed 3rd March 2018)

6) Gravesen, H., Petersen, B., Sørensen, S.L., and Vølund, P., 2003, Ice forces to wind turbine foundations in Denmark, Proc. of the 17th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC), Vol. 1, pp 187-202, Trondheim, Norway.

http://www.poac.com/Papers/POAC03_V1.zip (viewed 3rd March 2018)

7) Hendrikse, H. and Metrikine, A., 2015, Interpretation and prediction of ice induced vibrations based on contact area variation. Int. J. Solids Struct., 75-76:336-348.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0020768315003789 (viewed 3rd March 2018)

8) Hendrikse, H. and Metrikine, A., 2016,. Ice-induced vibrations and ice buckling. Cold Reg. Sci. Technol., 131:129-141. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165232X16301902 (viewed 3rd March 2018)

9) Hendrikse, H., Seidel, M., Metrikine, A. and Løset, S. 2017, Initial results of a study into the estimation of the development of frequency lock-in for offshore structures sujected to ice loading. Proc. of 24th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions, Busan, Korea

10) ISO 19906: 2010 Petroleum and natural gas industries - Arctic offshore structures. International Organization for Standardization, 2010

11) Kärnä, T., and Muhonen, A., 1990, Preliminary results from ice indentation tests using flexible and rigid indentors, Proc. of the 10th International Symposium on Ice (IAHR),Vol. 3, pp. 261-275, Espoo, Finland.

http://www.riverice.ca//IAHR%20Proc/1990/1990_Espoo_Vol_3.pdf (viewed 3rd March 2018)

12) Kärnä, T., 1994, Steady-state vibrations of offshore structures, Hydrotechnical Construction, Vol. 28, No. 8, pp. 446-453. http://dx.doi.org/10.1007/BF01487453 (viewed 3rd March 2018)

13) Kärnä, T., 2008, Modelling Ice-induced Vibrations of Vertical Structures, Report Karna-16-2008 Ver. A_27.0602008, Karna Research and Consulting (2008-02-06). Part of the report: Ice Mechanics and Shipping in Ice-infested Waters, ISSN: 1402-1528 - ISRN: LTU-FR--08/09—SE, Luleå University (2008-09).

http://www.trafi.fi/filebank/a/1410168004/bc5eaf895175435be8a7fcc6653f73cb/15332- Report_No_65_lcemechanics_and_shipping_in_ice-infested_waters.pdf (viewed 3rd March 2018)

14) Karr, D. G., Troesch, A. W., and Wingate, W.C., 1993, Nonlinear dynamic response of a simple ice-structure interaction model, J. of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, Vol. 115, pp. 246-252

15) Kärnä, T., and Kolari, K., 2004, Mitigation of dynamic ice actions on offshore wind turbines. Proc. of the Third European Conference on Structural Control, Vienna University of Technology, Vienna, Austria

16) Kärnä, T., Gravesen, H., Fransson, L., and Løset, S., 2010, Simulation of multi-modal vibrations due to ice actions, Proc. of the 20th International Symposium on Ice (IAHR), Lahti, Finland

17) Matlock, H., Dawkins, W.P., and Panak, J.J., 1971, Analytical model for ice-structure interaction, J. of the Engineering Mechanics Division, Vol. 97, No. 4, pp 1083-1092

18) Määttänen, M., 1998, Numerical model for ice-induced vibration load lock-in and synchronization, Proc. of the 14th International Symposium on Ice (IAHR), Vol. 2, pp.923-930, Potsdam, NY, USA.

http://www.riverice.ca/IAHR%20Proc/14%20th%20Ice%20Symp%20Potsdam%201998/1 4th_Ice_Symp_Potsdam_1998_Vol_2.pdf (viewed 3rd March 2018)

19) Oksanen, P., 1982, Adhesion strength of ice, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo, Finland, ISBN 978-9513815851

20) Ono, N., 1967, Specific heat and heat of fusion of sea ice, Proc. of Physics of Snow and Ice, Vol. 1, No. 1, pp. 599-610, Sapporo, Japan.

http://eprints.lib.hokudai.ac.jp/dspace/bitstream/2115/20328/1/1_p599-610.pdf (viewed 3rd March 2018)

21) Palmer, A., and Croasdale, K., 2012, Arctic Offshore Engineering, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore, ISBN 978-9814368773

22) Ralston, T., 1977, Ice force design considerations for conical offshore structures, Proc. of the 4th International Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions (POAC), Vol. 2, pp 741-752, St. John’s, NF, Canada. http://www.poac.com/Papers/POAC77_V2_all.pdf (viewed 3rd March 2018)

23) Singh, S.K., Timco, G.W., Frederking, R.M.W., and Jordaan, L.J., 1990, Test of ice crushing on a flexible structure, Proc. of the 9th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering (OMAE), Vol. 4, pp. 89-94, Houston, TX, USA

24) Wadhams, P., 2001, Ice in the Ocean. Gordon and Breach Science Publishers, London, United Kingdom, ISBN 978-9056992961

25) Wang, K., Leppäranta, M., and Kõuts, T., 2006, A study of sea ice dynamic events in a small bay, Cold Regions Science and Technology, Vol. 45, No. 2, pp. 83-94.

http://dx.doi.org/10.1016/j.coldregions.2006.02.002 (viewed 3rd March 2018)

26) Withalm, M., and Hoffmann, N. P., 2010, Simulation of full-scale ice-structureinteraction by an extended Matlock-model, Cold Regions Science and Technology, 60.2, pp. 130-136

27) Yue, Q., and Bi, X., 2000, Ice-induced jacket structure vibrations in Bohai Sea. J. of Cold Regions Engineering, Vol. 14, No. 2, pp. 81-92.

http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0887-381X(2000)14:2(81) (viewed 3rd March 2018)

D.8 Cơ sở dữ liệu cho điều kiện băng

• Climatological Ice Atlas for the Baltic Sea, Kattegat, Skagerak and Lake Vänern. Sjöfartsverket , S-601 78 Norrköping, Sweden

• The National Ice Center, USA (NATICE): http://www.natice.noaa.gov/ (viewed 3rd March 2018)

• The National Snow and Ice Data Center, USA (NSIDC): http://nsidc.org/ (viewed 3rd March 2018)

• NOAA Atlas, An Electronic Atlas of Great Lakes Ice Cover: http://www.glerl.noaa.gov/data/ice/atlas/ (viewed 3rd March 2018)

• Canadian Ice Service: https://www.ec.gc.ca/glaces-ice/ (viewed 3rd March 2018)

 

Phụ lục E

(tham khảo)

Thiết kế móng và kết cấu phụ cho tuabin gió ngoài khơi

Hướng dẫn cụ thể liên quan đến thiết kế móng và kết cấu phụ cho tuabin gió ngoài khơi có thể được tìm thấy trong các ấn phẩm sau:

1) Germanischer Lloyd WindEnergie GmbH, Rules and Guidelines: IV - Industrial Services, Part 2 - Guideline for the Certification of Offshore Wind Turbines

2) DNVGL-ST-126, Support structures for wind turbines

 

Phụ lục F

(tham khảo)

Ngoại suy thống kê của các tham số metocean vận hành cho phân tích độ bền cực hạn

F.1 Quy định chung

Việc ngoại suy các tham số metocean môi trường được xem xét trong phụ lục này. Phụ lục này nhằm mục đích ước lượng các tham số liên quan đến SSS như đã định nghĩa trong mục 6.3.3.2.3. Việc ngoại suy các tham số metocean dài hạn đến các giá trị tương ứng với chu kỳ lặp lại 50 năm bỏ qua sự dao động của đáp ứng đối với các tham số metocean đã cho, tức là các dao động ngẫu nhiên của, ví dụ, đáp ứng cực đại trong 1 h đối với các gió trung bình, cường độ luồng xoáy và chiều cao sóng đáng kể đã cho bị bỏ qua. Do đó, việc ngoại suy các tham số metocean dài hạn trước và tiếp tục với các tính toán đáp ứng để xác định đáp ứng của chu kỳ lặp lại 50 năm thường dẫn đến kết quả khác so với kết quả thu được bằng cách thực hiện các tính toán đáp ứng cho tất cả các tham số metocean liên quan và sau đó ngoại suy đáp ứng với sự xem xét thích hợp của phân bố dài hạn của các tham số metocean. Phụ lục này mô tả một phương pháp chung cho việc ngoại suy các tham số metocean, cụ thể là phương pháp độ tin cậy bậc một ngược (IFORM) (xem tài liệu tham khảo 1 trong Điều F.6), phương pháp này được áp dụng ở đây để xác định trạng thái biển khắc nghiệt (SSS).

IFORM tạo ra một đường bao môi trường xác định, theo một nghĩa nào đó, các kết hợp chu kỳ lặp lại 50 năm của tốc độ gió trung bình, V, và chiều cao sóng đáng kể, H _s . Sau khi xác định đường bao môi trường, bước tiếp theo là tìm kiếm dọc theo đường viền để xác định điểm mà tại đó đáp ứng cực đoan có điều kiện trở nên cực đoan nhất. Đáp ứng cực đoan tại điểm này sau đó là một ước lượng cho đáp ứng chu kỳ lặp lại 50 năm. Đáp ứng cực đoan có điều kiện được xác định thông qua việc sử dụng một số mô phỏng chuỗi thời gian đáp ứng ngẫu nhiên giả động lực học áp dụng trạng thái biển SSS làm đầu vào, liên quan đến một mô phỏng sóng nhúng. Cuối phụ lục này, việc đánh giá chiều cao sóng riêng rẽ cực đoan nhúng trong SSS sẽ được đưa ra.

F.2 Sử dụng IFORM để xác định chiều cao sóng đáng kể 50 năm có điều kiện theo tốc độ gió trung bình

IFORM yêu cầu truy cập vào một mô hình phân bố chung cho tốc độ gió trung bình V - với một chu kỳ trung bình thích hợp - và chiều cao sóng đáng kể H _s . Kết quả của IFORM là một đường bao môi trường của phân bố chung. Để xây dựng đường bao môi trường này, một phép biến đổi xác suất từ hai biến ngẫu nhiên chuẩn không tương quan, U ₁ và U ₂ , sang cặp phân bố chung (V, H _s ) là cần thiết:

Một cách phổ biến để xây dựng phép biến đổi này ià áp dụng phép biến đổi Rosenblatt.

trong đó:

Φ là hàm phân bố tích lũy bình thường tiêu chuẩn (CDF);

F _V (v) là CDF biên của tốc độ gió trung bình, và

là phân bố của chiều cao sóng đáng kể có điều kiện theo tốc độ gió trung bình.

Thuận lợi của phép biến đổi Rosenblatt là tính đơn giản và thực tế là hai phân bố F _V (v) và tạo thành một cách thuận tiện để thể hiện phân bố chung. Do đó, phép biến đổi xác suất trở thành:

Bằng cách sử dụng phép biến đổi ở Công thức (F.3), đường bao môi trường thu được bởi quy trình dưới đây. Đường tròn có bán kính β trong mặt phẳng u ₁ - u ₂ , tức là các điểm thỏa mãn công thức u ₁ ² + u ₂ ² = β ² được biến đổi thành đường cong trong mặt phẳng V - H _s , sau đó là đường bao môi trường. Bán kính β được xác định bởi:

trong đó N là số trạng thái biển độc lập trong 50 năm.

Hình F.1 - Ví dụ về kết cấu của đường bao môi trường trong 50 năm đối với khoảng thời gian của trạng thái biển trong 3 h

Đối với thời gian trạng thái biển trong 3 h, N = 50·365·24/3 = 1,46·10 ⁵ , dẫn đến β ≈ 4,35; đối với khoảng thời gian trạng thái biển trong 1 h, β ≈ 4,58. Hình F.1 cho thấy một ví dụ cho khoảng thời gian trạng thái biển trong 3 h. Thông thường, không cần thiết phải xác định toàn bộ đường bao môi trường. Điều quan tâm là phần của đường bao môi trường trong phạm vi vận hành, nơi cho tốc độ gió trung bình đã cho, chiều cao sóng đáng kể cao nhất (được gọi là trạng thái biển khắc nghiệt hoặc SSS), vì đây là nơi phát hiện đáp ứng cực đoan trung bình cao nhất. Phần này của đường bao môi trường có thể được xác định, mà không cần phép xấp xỉ, như sau đây. Đối với mỗi tốc độ gió trung bình V trong phạm vi vận hành, đầu tiên đánh giá biến chuẩn hóa u ₁ bằng:

Tiếp theo, chiều cao sóng đáng kể, H _s , _SSS (V) là cùng với V tính được bởi:

Phần đậm của đường bao môi trường giữa các vòng tròn nhỏ trong Hình F.1 đã được rút ra từ các công thức (F.5) và (F.6).

Vì phương pháp này phụ thuộc nhiều vào mô hình phân bố chung của tốc độ gió trung bình và chiều cao sóng có ý nghĩa, nên các kiểm tra thống kê hoặc kiểm tra trực quan về độ phù hợp của mô hình này phải được thực hiện. Mô hình phân bố chung nên bao gồm ảnh hưởng của các giới hạn có thể có đối với chiều cao sóng có ý nghĩa. Nếu không rõ rằng điều này đã được bao gồm trong mô hình, thì sau khi đường bao môi trường đã được xác định, có thể thêm một giới hạn trên để tránh ước lượng H _s , _SSS (V) quá lớn.

F.3 Ví dụ về các phân bố chung của V và H _s và các phép xấp xỉ đối với đường bao môi trường

Hai mô hình phân bố chung được trình bày dưới đây, trong nhiều trường hợp, cho một sự phù hợp thích hợp với dữ liệu. Thuận lợi của hai mô hình này là có thể rút ra các biểu thức phân tích đơn giản xấp xỉ các công thức (F.5) và (F.6). Những biểu thức này phụ thuộc vào một vài tham số thống kê mà trong hầu hết các trường hợp có thể ước lượng đáng tin cậy. Cần nhấn mạnh rằng việc ước lượng đáng tin cậy các tham số thống kê này không đảm bảo ước lượng đáng tin cậy cho đường bao môi trường. Để đảm bảo điều này, các kiểm tra độ phù hợp của mô hình đã chọn phải được thực hiện. Khi mô hình đã vượt qua các kiểm tra này, các biểu thức được cung cấp ở đây sẽ đưa ra các ước lượng đáng tin cậy cho đường bao môi trường.

Mô hình phân bố đầu tiên được trình bày giả định rằng H _s có phân bố chuẩn có điều kiện theo V. Điều này có nghĩa là:

trong đó là độ lệch trung bình và độ lệch chuẩn của H _s có điều kiện trên V, tương ứng. Trong trường hợp này, công thức (F.6) trở thành:

Phép xấp xỉ bảo toàn theo Công thức (F.8) thu được bằng cách loại bỏ bình phương của u ₁ . Điều này dẫn đến biểu thức đơn giản sau:

Mối tương quan càng chặt chẽ giữa V và H _s , và sự khác biệt càng lớn giữa tốc độ gió trung bình cắt mạch và tốc độ gió trung bình của chu kỳ lặp lại 50 năm, thì công thức (F.9) càng gần với công thức (F.8).

Mô hình phân bố thứ hai được trình bày ở đây giả định rằng H _s có phân bố chuẩn theo logarit (log-norm) có điều kiện của V. Điều này có nghĩa là:

Sử dụng công thức (F.10), công thức (F.6) trở thành:

Một phép xấp xỉ bảo toàn đối với công thức (F.12) có thể được phát triển thông qua việc sử dụng khai triển Taylor của công thức (F.11) và loại bỏ bình phương của u ₁ trong công thức (F.12):

Mối tương quan càng cao giữa V và H _s , và sự khác biệt càng lớn giữa tốc độ gió trung bình cắt mạch và tốc độ gió trung bình của chu kỳ lặp lại 50 năm, thì công thức (F.13) càng gần với công thức (F.12).

Cải tiến đáng kể nhất của công thức (F.13) có được là thông qua việc đưa vào lại bình phương của u ₁ , tức là thay thế β bằng .

Việc ước tính đáng tin cậy giá trị kỳ vọng có điều kiện và độ lệch chuẩn trong hầu hết các trường hợp là khả thi. Việc thực hiện các thử nghiệm độ phù hợp, dù là hình ảnh hay thống kê, đòi hỏi nhiều dữ liệu hơn so với việc ước lượng và nhưng cuối cùng vẫn dựa vào sự phán đoán, có thể được thực hiện để đảm bảo tính bảo toàn. Cần lưu ý rằng mô hình log-norm bảo toàn hơn so với mô hình chuẩn khi sử dụng cùng một bộ dữ liệu. Nếu không thể ước lượng E[H _s |V] và D[H _s |V] và/hoặc không thể đưa ra lựa chọn bảo toàn cho mô hình phân bố, thì có thể sử dụng, như một ước lượng bảo toàn cho H _s , _SSS (V = v), chiều cao sóng đặc trưng cực đoan, H _{s 50} , với chu kỳ lặp lại 50 năm được xác định từ phân bố biên của H _s và với khoảng thời gian trạng thái biển tương ứng với thời gian trạng thái biển đã được sử dụng để xây dựng đường bao môi trường.

Có thể gặp khó khăn với cả hai mô hình phân bố chuẩn và log-norm trong việc giải thích đúng đắn các giới hạn trên của chiều cao sóng đặc trưng ở các tốc độ gió trung bình cao hơn. Do đó, cần lưu ý rằng để tránh các ước lượng quá lớn về H _s , _SSS (V), có thể định nghĩa một giới hạn trên, ví dụ như chiều cao sóng đặc trưng cực đoan H _{s 50} , với chu kỳ lặp lại 50 năm và thời gian trạng thái biển giống như thời gian trạng thái biển được sử dụng để xây dựng đường bao môi trường.

F.4 Lựa chọn thời gian trạng thái biển

Các hướng dẫn chính xác về việc lựa chọn thời gian trạng thái biển rất khó đưa ra, vì lựa chọn đúng là vị trí cụ thể. Tuy nhiên, dưới đây là một mô tả ngắn gọn về vấn đề này.

Một trạng thái biển được xác định là điều kiện mà trong đó có thể giả định tính ổn định cho quá trình thay đổi độ cao mặt biển. Vì thời gian của một trạng thái biển thường dài hơn hoặc bằng khoảng 1 h, việc chọn thời gian chỉ 10 min để phù hợp với chu kỳ tham chiếu của tốc độ gió sẽ gặp phải một số khó khăn. Trong trường hợp chọn thời gian 10 min, có khả năng đáng kể rằng phản ứng cực đoan cần tìm, tức là đáp ứng với chu kỳ lặp lại 50 năm xảy ra dưới điều kiện gió bình thường khi tuabin gió đang hoạt động, có thể xảy ra trong các trạng thái biển 10 min khác ngoài SSS. Vì vậy, trong trường hợp này, chiều cao sóng đặc trưng cho SSS cần được tăng đáng kể. Việc chọn các khoảng thời gian dài hơn gần với sự duy trì thực tế của trạng thái biển sẽ giảm bớt vấn đề này. Một tình huống thiết kế có thể quan trọng là trường hợp tương ứng với cuối một cơn bão hoặc mắt bão nhiệt đới, nơi sóng vẫn còn mạnh nhưng tốc độ gió đã giảm xuống một giá trị cho phép tuabin gió khởi động. Sự kết hợp của các tải khí động học hoạt động và tải thủy động học trong tình huống này có thể được phân tích bằng cách xác định đường bao môi trường. Nếu chọn thời gian 10 min và không làm tăng đúng mức H _s , _SSS thì đóng góp của tải sóng đối với trường hợp tải quan trọng này có thể bị ước tính thấp đáng kể.

Dữ liệu metocean thường được thu thập - cả dữ liệu đo được và dữ liệu dự báo lại - dưới dạng dữ liệu 1 h, tức là có một quan sát dữ liệu metocean mỗi giờ. Trong trường hợp dữ liệu gió, dữ liệu 1 h thu được thường được báo cáo dưới dạng giá trị trung bình 1 h. Nghĩa là, chúng là tốc độ gió trung bình với khoảng thời gian trung bình là 1 h. Ngoài ra, có thể là dữ liệu tốc độ gió trung bình 10 min có sẵn và có nhu cầu chuyển đổi chúng thành dữ liệu 1 h hoặc 3 h. Các tác động của việc chuyển đổi này lên phân bố chung của V và H _s được mô tả ngắn gọn dưới đây. Khi xem xét phân bố biên dài hạn của tốc độ gió trung bình, có sự khác biệt giữa các phân bố tốc độ gió với các khoảng thời gian trung bình 10 min, 1 h và 3 h. Độ lệch chuẩn của phân bố biên giảm nhẹ khi chu kỳ tham chiếu tăng, trong khi giá trị trung bình không thay đổi. Phân bố biên dài hạn của H _s không thay đổi, vì nó, theo định nghĩa, độc lập với khoảng thời gian mẫu và độc lập với chu kỳ tham chiếu được sử dụng trong các ứng dụng.

Mối tương quan giữa V và H _s có thể tăng lên khi chu kỳ tham chiếu tăng vì sự phát triển của sóng dưới tác động của gió xảy ra trong một khoảng thời gian đáng kể, ở quy mô giờ. Tuy nhiên, tùy thuộc vào các đặc tính của vị trí cụ thể, mối tương quan có thể không thay đổi đáng kể với khoảng thời gian trung bình và do đó có thể hợp lý khi giả định rằng phân bố xác suất kết hợp dài hạn của V _hub , H _s và T _p là độc lập với chu kỳ tham chiếu.

F.5 Xác định chiều cao sóng cực đoan cá nhân được bao gồm trong SSS

Nếu phân bố chiều cao sóng F(h|H _s ) được biết, chiều cao sóng cực đoan riêng rẽ, H _SSS (V) có thể được xác định bằng cách giải công thức sau đối với H _SSS :

trong đó M là số sóng trung bình trong SSS.

Công thức (F.14) cho phương thức của phân bố. Nếu phân bố chiều cao sóng F(h|H _s ) là chưa biết thì H _SSS (V) có thể được xác định bằng cách giả định rằng các chiều cao sóng được phân bố Rayleigh (dựa vào giả định của quá trình thay đổi độ cao so với mực nước biển băng thông hẹp trong vùng nước sâu). Đối với khoảng thời gian trạng thái biển 3 h, H _SSS (V) được cho bởi:

Công thức (F.15) có thể không hợp lệ nếu phân bố chiều cao sóng có điều kiện đối với H _s không được mô hình Rayleigh mô tả tốt, ví dụ như do giới hạn về độ sâu nước. Nếu dữ liệu không đủ để xác định H _SSS (V) bằng cách sử dụng công thức (F.14) hoặc (F.15), chiều cao sóng cực đoan không có điều kiện H ₅₀ độc lập với V và có chu kỳ lặp lại 50 năm, có thể được sử dụng như một giá trị bảo toàn cho H _SSS (V).

F.6 Tài liệu tham khảo

1) Winterstein, S.R., Ude, T., Cornell, C.A., Bjerager, P. and Haver, S., 1993, Environmental parameters for extreme response: Inverse FORM with omission factors, ICOSSAR’93, Innsbruck

2) Moon, J. S., Sahasakkul, W., Soni, M. and Manuel, L, 2014, On the Use of Site Data to Define Extreme Turbulence Conditions for Wind Turbine Design, Journal of Solar Energy Engineering including Wind Energy and Building Energy Conservation, Transactions of the ASME, Vol. 136, No. 4, 044506

 

Phụ lục G

(tham khảo)

Bảo vệ chống ăn mòn

G.1 Quy định chung

Các tuabin gió ngoài khơi chịu tác động từ môi trường biển rất ăn mòn và do hạn chế về khả năng tiếp cận, việc kiểm tra và sửa chữa thường xuyên bị hạn chế. Vì vậy, các tuabin gió ngoài khơi yêu cầu cần xem xét đặc biệt về bảo vệ chống ăn mòn, chẳng hạn như: lựa chọn vật liệu, các xem xét thiết kế, hệ thống bảo vệ chống ăn mòn và các chương trình kiểm tra và sửa chữa thích hợp.

Hư hại do ăn mòn có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn kết cấu, làm giảm khả năng chịu tải theo nhiều cách khác nhau. Bảo vệ chống ăn mòn nhằm ngăn ngừa hư hại này ở các khu vực nhạy với mỏi và tải cực đoan. Trong trường hợp mỏi, hư hại do ăn mòn có thể tạo thành các điểm tập trung ứng suất, gây ra sự khởi đầu của vết nứt do mỏi. Đối với các tải cực đoan, bảo vệ chống ăn mòn giúp tránh giảm khả năng chịu tải của các bộ phận kết cấu. Đối với thiết kế độ bền mỏi, kết cấu hỗ trợ được giả định là không có hư hại do ăn mòn khi có hệ thống bảo vệ chống ăn mòn đầy đủ, và hệ thống này phải chịu một chương trình kiểm tra và sửa chữa thích hợp. Thiết kế các bộ phận kết cấu, cơ khí và điện của một tuabin gió ngoài khơi cũng cần xem xét tác động của ăn mòn đối với chức năng, ví dụ như kẹt khớp do gỉ sét hoặc hỏng cảm biến.

Hệ thống bảo vệ chống ăn mòn cho các tuabin gió ngoài khơi cần được thiết kế theo các quy định và tiêu chuẩn đã được công nhận, cần chú ý để tránh việc kết hợp sai phương pháp phân tích từ các tiêu chuẩn khác nhau.

G.2 Môi trường biển

Ăn mòn được đặc trưng bởi quá trình hòa tan bề mặt kim loại thành dạng ion trong một quá trình điện hóa gọi là oxy hóa. Quá trình này phụ thuộc vào sự có mặt của một điện ly ion dẫn điện, mà nước biển trong môi trường biển cung cấp. Quá trình ăn mòn bị ảnh hưởng bởi các biến số quan trọng sau của nước biển:

• loại và khối lượng của các muối và chất ô nhiễm hòa tan;

• ôxy hòa tan;

• nhiệt độ;

• chuyển động và dòng chảy.

Kết cấu của tuabin gió ngoài khơi có thể được chia thành các khu vực sau đây để giúp hiểu mối quan hệ của nó với môi trường biển:

• khu vực khí quyển;

• khu vực nước bắn tóe hoặc khu vực trung gian;

• khu vực ngập chìm;

• khu vực chôn vùi.

Khu vực khí quyển bao gồm các khu vực tiếp xúc tự do và bán che chắn phía trên khu vực nước bắn tóe.

Khu vực nước bắn tóe được xác định là khu vực của kết cấu bị ướt gián đoạn bởi phân bố độ cao bề mặt biển dự đoán và thường chịu sự biến động lớn cục bộ.

Khu vực ngập chìm kéo dài dưới khu vực nước bắn tóe và bao gồm bất kỳ khoang bên trong nào bị ngập nước biển.

Khu vực chôn vùi bao gồm bất kỳ bộ phận kết cấu nào bị chôn vùi trong trầm tích đáy biển hoặc bị phủ bởi các chất rắn được sắp xếp.

Khu vực ngập chìm phía trên và phần dưới của khu vực nước bắn tóe cũng thường bị ảnh hưởng bởi mảng bám sinh vật biển. Tùy thuộc vào loại và phạm vi của mảng bám này, cũng như các điều kiện địa phương, tác động này có thể làm tăng hoặc giảm sự tấn công ăn mòn. Mảng bám sinh vật biển cũng có thể can thiệp vào các hệ thống bảo vệ chống ăn mòn như lớp phủ/bọc và bảo vệ catot.

Trong điều kiện băng giá, việc trầy xước băng có thể làm tăng tốc độ ăn mòn qua việc loại bỏ: lớp oxit bảo vệ chống ăn mòn, lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn, và mảng bám sinh vật biển.

Trong điều kiện nhiệt đới, môi trường biển còn khắc nghiệt hơn do nhiệt độ và độ ẩm cao hơn, làm cho hệ thống bảo vệ chống ăn mòn trở nên quan trọng hơn.

G.3 Các yếu tố cần xem xét về bảo vệ chống ăn mòn

Các hệ thống bảo vệ chống ăn mòn được sử dụng để ngừng hoặc giảm thiểu tốc độ hư hại do ăn mòn đối với kết cấu trong suốt vòng đời thiết kế. Thực tế, thường rất khó để ngừng hoàn toàn ăn mòn; tuy nhiên, có thể giảm thiểu tốc độ ăn mòn.

Hư hại do ăn mòn có thể được giảm thiểu bằng các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn sau đây:

• lựa chọn vật liệu kết cấu phù hợp thông qua việc sử dụng các quy định và tiêu chuẩn thiết kế được công nhận;

• thông qua phương pháp thiết kế phù hợp, bao gồm: khả năng tiếp cận, thoát nước đầy đủ, loại bỏ các cạnh và khuyết điểm, và các yếu tố khác;

• cách ly vật liệu kim loại khỏi điện ly bằng hệ thống lớp phủ;

• thông qua kiểm tra và sửa chữa định kỳ hệ thống bảo vệ chống ăn mòn;

• thông qua bảo vệ điện hóa, ví dụ như bảo vệ catot.

G.4 Các hệ thống bảo vệ chống ăn mòn - Kết cấu đỡ

Hệ thống bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu hỗ trợ của tuabin gió ngoài khơi có thể được chia thành hai khu vực chính: hệ thống lớp phủ và bảo vệ catot. Các khu vực này được nêu trong trường hợp của từng khu vực của kết cấu hỗ trợ.

Đối với khu vực khí quyển và khu vực nước bắn tóe, một hệ thống lớp phủ phù hợp theo một quy định hoặc tiêu chuẩn đã được công nhận nên được áp dụng cho tất cả các bề mặt kim loại. Cần chú ý đặc biệt đến khu vực nước bắn tóe, nơi hệ thống lớp phủ nên được chỉ định cho môi trường biển khắc nghiệt, phù hợp với điều kiện dịch vụ của kết cấu và phải được đánh giá về hiệu quả của nó.

Các khu vực ngập chìm và chôn vùi cũng cần được bảo vệ bằng một hệ thống bảo vệ thích hợp có khả năng kéo dài suốt vòng đời thiết kế của kết cấu, nếu không, việc làm mới hoặc sửa chữa phải có thể thực hiện được. Nếu việc làm mới được dự kiến, cần phát triển các khoảng thời gian khảo sát riêng biệt để phát hiện bất kỳ sự hỏng lớp phủ nào.

Các khoảng trống bên trong trong các dầm hộp, ổ cắm ống, v.v., khi đã được niêm phong hoàn toàn không yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn bên trong. Trong quá trình lắp ráp, cần chú ý đặc biệt để đảm bảo các khoảng trống này được làm sạch và khô trước khi niêm phong. Đối với các không gian bị ngập nước vĩnh viễn mà không có hoặc có ít sự trao đổi nước, yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn cũng có thể được giảm bớt.

Tất cả các hệ thống lớp phủ cần phải chịu một chương trình kiểm tra và sửa chữa để đảm bảo chúng duy trì tính toàn vẹn trong suốt vòng đời thiết kế. Đối với tần suất kiểm tra giảm, cần tập trung nhiều hơn vào việc chứng nhận lớp phủ theo một tiêu chuẩn đã được công nhận. Cần lưu ý rằng chứng nhận lớp phủ một mình không đảm bảo hiệu suất trong suốt vòng đời thiết kế, và việc chọn lớp phủ nên dựa trên kinh nghiệm sản phẩm đã được chứng minh trong các ứng dụng tương tự.

Ngoài ra, khu vực ngập chìm luôn cần được cung cấp bảo vệ catot. Bảo vệ catot thường được cung cấp bằng anốt hoặc thông qua hệ thống dòng điện cảm ứng. Nếu hệ thống bảo vệ catot phát triển phân bố dòng điện không thuận lợi ở các phần của kết cấu, việc áp dụng lớp phủ bổ sung được khuyến nghị trong những khu vực này. Các khoảng trống và khu vực mà bảo vệ catot không hiệu quả cần được tránh hoặc bù đắp bằng lớp phủ bổ sung. Yêu cầu này có thể được xem xét lại đối với các kết cấu nổi có khả năng cập cảng để kiểm tra và sửa chữa kỹ lưỡng.

Một khoản chi phí dự phòng cho ăn mòn thay vì hệ thống bảo vệ chống ăn mòn chỉ nên được sử dụng cho: các bộ phận không quan trọng; các kết cấu có vòng đời thiết kế ngắn; hoặc các khu vực nơi có kế hoạch kiểm tra và sửa chữa định kỳ. Ví dụ, trong ISO 19902, tốc độ ăn mòn đối với thép hợp kim thấp hoặc thép không hợp kim không được bảo vệ trong khu vực nước bắn tóe ở Biển Bắc được quy định là 0,3 mm mỗi năm, và trong khu vực ngập chìm là 0,1 mm mỗi năm. Đối với vòng đời thiết kế 20 năm, điều này tương đương với sự ăn mòn tổng cộng là 6 mm trong khu vực nước bắn tóe và 2 mm trong khu vực ngập chìm; điều này cần được tính đến trong phân tích trạng thái giới hạn như dung sai chống ăn mòn.

G.5 Bảo vệ chống ăn mòn trong cụm rôto-vỏ tuabin

Vỏ tuabin cũng nằm trong khu vực khí quyển và chịu tác động của những yếu tố ăn mòn từ môi trường biển; do đó, việc xem xét bảo vệ chống ăn mòn chung giống như đối với kết cấu đỡ cũng cần được thực hiện. Một biện pháp bảo vệ chống ăn mòn bổ sung là việc niêm phong vỏ tuabin khỏi khu vực khí quyển.

Đối với tất cả các bề mặt kim loại nằm trong vỏ tuabin, hệ thống lớp phủ theo các quy định và tiêu chuẩn đã được công nhận cần được áp dụng. Các phân loại môi trường sau đây theo ISO 12944-2 được khuyến nghị:

• các bộ phận bên ngoài, phụ kiện, cảm biến, v.v., cần được bảo vệ chống ăn mòn theo cấp C5-M;

• các bề mặt bên trong trực tiếp tiếp xúc với không khí ngoài trời cần được bảo vệ chống ăn mòn theo cấp C4;

• các bề mặt bên trong được niêm phong khỏi không khí ngoài trời cần được bảo vệ chống ăn mòn theo cấp C3.

Thông thường, người ta chấp nhận rằng ăn mòn đáng kể có thể xảy ra khi độ ẩm tương đối vượt quá 80 %, do đó, môi trường bên trong vỏ tuabin cần được kiểm soát bằng cách niêm phong môi trường và điều hòa không khí. Hệ thống kiểm soát môi trường này cần được giám sát bởi hệ thống điều khiển của tuabin gió và phải được bảo dưỡng định kỳ như bình thường.

Ngoài ra, các bộ phận bên trong khác (ví dụ như các bộ phận thở cho ổ bi hoặc hộp số) và vật liệu hoạt động (ví dụ như chất bôi trơn, dầu) có tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với không khí ngoài trời, cũng như các bộ phận bên ngoài (ví dụ như gioăng, vật liệu đàn hồi và ống dẫn) bên ngoài vỏ tuabin, cần được chỉ định và thiết kế để chịu được môi trường biển ngoài khơi.

Để tham khảo, khuyến nghị rằng môi trường này nên được mô tả theo IEC 60721-3-3.

G.6 Tài liệu tham khảo

1) DNVGL-OS-C101, Design of offshore Steel structures, general - LRFD method, April 2016

2) DNVGL-ST-0126, Support structures for wind turbines, April 2016

3) DNV-RP-B401, Cathodic Protection Design, October 2010 (amended April 2011)

4) Germanischer Lloyd WindEnergie GmbH, Rules and Guidelines: IV - Industrial Services, Part 2 - Guideline for the Certification of Offshore Wind Turbines, 2005

5) Germanischer Lloyd, VI - Additional Rules and Guidelines, Part 9 Materials and Welding, 6 Guideline for Corrosion Protection and Coating Systems

6) IEC 60721-3-3, Classification of environmental conditions - Part 3: Classification of groups of environmental parameters and their severities - Section 3: Stationary use at weatherprotected locations

7) ISO 12944-2, Paints and varnishes - Corrosion protection of steel structures by protective paint systems - Part 2: Classification of environments, 1998

8) ISO/DIS 12495, Cathodic protection for fixed steel offshore structures, 2000

9) ISO/CD 19902, Draft, Petroleum and Natural Gas Industries - Fixed Steel Offshore Structures, 2001

10) NACE Standard RP0176-2003, Corrosion Control of Steel Fixed Offshore Structures Associated with Petroleum Production

11) NORSOK Standard M-501, Surface Preparation and Protective Coating, Rev.4, 1999

12) NORSOK Standard M-503, Cathodic Protection, Rev.2, 1997

13) STG.Richtlinie Nr. 2215, Korrosionsschutz fur Schiffe und Seebauwerke

14) ZTV-KOR, Zusätzliche technische Vertragsbedingungen und Richtlinie für den Korrosionsschutz von Stahlbauten

15) ZTV-W, Zusätzliche technische Vertragsbedingungen und Richtlinie Wasserbau für Korrosionsschutz im Stahlwasserbau

16) ZTV-RHD.ST, Zusatzliche technische Vertragsbedingungen und Richtlinie reaktionsharzgebundene Dünnbelege auf Stahl

17) N. Hunold and B. Richter, Korrosionsschutz in der maritimen Technik Tagungsband zur 1. Tagung, Korrosionsschutz von Offshore-Windenergieanlagen

18) W. v. Baeckmannn and W. Schwenk, 1999, Handbuch des kathodischen Korrosionschutzes, 4. Auflage, Wiley-VCH Verlag

19) Egon Kunze, 2001, Korrosion und Korrosionsschutz, Band 4 Korrosion und Korrosionsschutz in verschiedenen Gebieten, Wiley-VCH Verlag

 

Phụ lục H

(tham khảo)

Dự đoán các chiều cao sóng cực đoan trong thời gian có bão nhiệt đới

H.1 Quy định chung

Đối với các tuabin gió ngoài khơi được lắp đặt ở các khu vực nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới, nơi các cơn bão nhiệt đới, như bão, lốc xoáy và bão lớn, có ảnh hưởng lớn đến chiều cao sóng cực đoan, những tác động này cần được xem xét một cách thích hợp. Việc đánh giá có thể dựa trên việc đo đạc tại chỗ hoặc các kỹ thuật mô phỏng (xem tài liệu tham khảo 1) tại Điều H.4. Trong mỗi trường hợp, yêu cầu tối thiểu là có ít nhất 30 năm dữ liệu.

Trong phụ lục này, phương pháp mô phỏng cần thiết để đánh giá sóng cực đoan ở các khu vực nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới được mô tả.

H.2 Ước tính trường gió cho các cơn bão nhiệt đới

Vì gió ngoài khơi thường khó đo đạc, nên trường gió ngoài khơi thường được mô phỏng. Điều này mô tả một phương pháp mô phỏng gió ngoài khơi. Phương pháp này có thể được kết hợp với các đường đi bão mô phỏng thực tế và các đường đi bão tổng hợp.

Trường áp suất bề mặt trong một cơn bão nhiệt đới có thể được mô phỏng bằng mô hình của Schloemer (tài liệu tham khảo 2) tại Điều H.4 hoặc mở rộng của nó, mô hình của Holland (tài liệu tham khảo 3) tại Điều H.4. Trong mô hình của Holland, trường áp suất bề mặt trong cơn bão nhiệt đới p(r) có thể được mô tả như sau:

trong đó:

r là khoảng cách từ tâm của cơn bão nhiệt đới,

p _c là áp suất trung tâm,

p _∞ là áp suất bên ngoài cơn bão nhiệt đới,

R _m là bán kính tại tốc độ gió tối đa,

B là tham số hình dạng và bằng 1,0 trong mô hình Schloemer.

Các tham số mô hình này cho từng cơn bão nhiệt đới có thể được ước tính bằng cách sử dụng kỹ thuật DVORAK (tài liệu tham khảo 4) tại Điều H.4 hoặc từ dữ liệu đường đi bão do các cơ quan khí tượng địa phương phát hành (xem Điều H.5). Các đánh giá về các vấn đề mô hình liên quan đến các độ không đảm bảo trong việc mô phỏng trường gió cực đoan và vai trò của dữ liệu và mô phỏng được cung cấp trong các tài liệu tham khảo 5), 6) và 7) tại Điều H.4.

Trường gió ngoài lớp biên có thể được ước tính bằng cách giả định cân bằng gió gradient và gió bề mặt có thể được ước tính bằng phương pháp do Ishihara et al. (tài liệu tham khảo 8) tại Điều H.4 đề xuất.

Cần đặc biệt chú ý khi ước tính chiều cao sóng trên biển mở, nơi sóng lừng có thể ảnh hưởng đáng kể đến chiều cao sóng cực đoan. Trong trường hợp này, trường gió ngoài cơn bão nhiệt đới ảnh hưởng đến chiều cao sóng trong suốt cơn bão nhiệt đới và cần được mô phỏng một cách thích hợp. Mô phỏng khí tượng cỡ trung có thể được thực hiện để ước tính trường gió bề mặt ngoài cơn bão nhiệt đới (tài liệu tham khảo 9) tại Điều H.4.

H.3 Ước tính sóng cho các cơn bão nhiệt đới

Để ước tính chiều cao sóng trong các cơn bão nhiệt đới, có thể thực hiện phương pháp mô phỏng sử dụng các mô hình sóng thế hệ thứ ba như WAVEWATCH III (WW3) (tài liệu tham khảo 10) tại Điều H.4 hoặc SWAN (tài liệu tham khảo 11) tại Điều H.4. Các mô hình sóng thế hệ thứ ba giải phương trình cân bằng mật độ phổ pha ngẫu nhiên cho phổ sóng theo số sóng và hướng. Giả định ngầm của phương trình này là các đặc tính của môi trường (độ sâu nước và dòng chảy) cũng như trường sóng tự nó thay đổi theo thời gian và không gian với các quy mô lớn hơn nhiều so với các quy mô biến thiên của một sóng đơn lẻ. Các mô hình này tính toán rõ ràng sự tương tác giữa các sóng, sự suy giảm do hiện tượng trắng đỉnh sóng và sự tương tác giữa sóng và đáy biển. Cần đặc biệt chú ý khi lựa chọn độ phân giải ngang của mô phỏng, xem xét khoảng cách từ bờ biển, đặc điểm của đáy biển và độ sâu nước.

H.4 Tài liệu tham khảo

1) Moon, I. J., Ginis, I., Hara, T., Tolman, H. L, Wright, C. W. and Walsh, E. J., 2003, Numerical Simulation of Sea Surface Directional Wave Spectra under Hurricane Wind Forcing, J. of Physical Oceanography, Vol. 33, pp. 1680-1706

2) Schloemer, R. W., 1954, Analysis and synthesis of hurricane wind patterns over Lake Okeechobee Florida, Hydrometeorlogical Report, No.31

3) Holland, G. J., 1980, An Analytic Model of the Wind and Pressure Profiles in Hurricanes, Monthly Weather Reviews, American Meteorological Society, Vol. 108, pp. 1212-1218

4) Dvorak, V. F., 1975, Tropical Cyclone Intensity Analysis and Forecasting from Satellite Imagery, Monthly Weather Review, American Meteorological Society, Vol. 103, pp. 420-430

5) Vickery, P.J., Masters, F. J., Powell, M. D., and Wadhera, D., 2009, Hurricane hazard modelling: The past, present, and future, J. of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 97, Nos. 7-8, pp. 392-405, http://dx.doi.org/10.1016/j.jweia.2009.05.005 (viewed 3rd March 2018)

6) Vickery, P.J., Wadhera, D., Powell, M.D., and Chen, Y., 2009, A Hurricane Boundary Layer and Wind Field Model for Use in Engineering Applications, J. of Appl. Meteor., 48, pp. 381-405

7) Hagerman, G., 2014, Development of an Integrated Extreme Wind, Wave, Current, and Water Level Climatology to Support Standards-Based Design of Offshore Wind Projects, Technology Assessment Programs Final Report #672, Bureau of Safety and Environmental Enforcement

8) Ishihara, T., Siang, K. K., Leong, C. C. and Fujino, Y., 2005, Wind field model and mixed probability distribution function for typhoon simulation, Proc. of the Sixth AsiaPacific Conference on Wind Engineering, pp. 412-426

9) Tanemoto, J. and Ishihara, T., 2013, Prediction of extreme wind speed by using mesoscale model and JMA best track of tropical cyclones, Proc. of the Eighth AsiaPacific Conference on Wind Engineering

10) Tolman, H. L., 1989, The numerical WAVEWATCH: A third generation model for the hindcasting of wind waves on tides in shelf seas, Communications on Hydraulic and Geotechnical Engineering, Delft University of Technology, pp. 72

11) Booij, N. R., Ris, R. C. and Holthuijsen, L. H., 1999, A third-generation wave model for coastal regions, Part I, J. of Geophysical Research, 104, C4

12) Powell, M.D., Vickery, P.J., and Reinhold, T.A., 2003, Reduced drag coefficient for high wind speeds in tropical cyclones, Nature, 422, March 20, pp. 279-283

13) Holthuijsen, L. H., Powell, M. D., and Pietrzak, J. D., 2012, Wind and waves in extreme hurricanes, J. of Geophys. Res., Vol. 117

14) Vickery, P. J., Skerlj, P. F., Steckley, A. C., and Twisdale, L. A., 2000, Hurricane wind field model for use in hurricane simulations, J. of Struct. Engrg., ASCE, 126(10), pp.1203-1222

H.5 Cơ sở dữ liệu cho các điều kiện bão nhiệt đới

1) The National Hurricane Center / Tropical Prediction Center, USA (NOAA): http://www.nhc.noaa.gov/ (viewed 3rd March 2018)

2) The Japan Meteorological Agency, Japan (JMA): http://www.wis-jma.go.jp/cms/ (viewed 3rd March 2018)

 

Phụ lục I

(tham khảo)

Khuyến cáo về việc căn chỉnh các mức an toàn trong khu vực bão nhiệt đới

I.1 Quy định chung

Các điều kiện metocean liên quan đến bão nhiệt đới có thể biểu hiện tính biến thiên lớn hơn (hệ số biến thiên [COV] lớn hơn của các giá trị cực đoan) so với các điều kiện liên quan đến bão ngoài khu vực nhiệt đới. Điều này có khả năng đòi hỏi phải thay đổi các quy tắc thiết kế, tức là thay đổi các công thức thiết kế, các giá trị đặc trưng (ví dụ: chu kỳ lặp lại) hoặc các hệ số an toàn để duy trì cùng mức độ an toàn như được ngụ ý bởi các quy tắc thiết kế có trong tiêu chuẩn này đối với các điều kiện ngoài nhiệt đới ^[24] .

Phụ lục này đề xuất một cách tiếp cận để căn chỉnh các quy tắc thiết kế theo các điều kiện phụ thuộc vào vị trí đối với các điều kiện cho bão nhiệt đới. có thể áp dụng các cách tiếp cận khác nếu có thể chứng minh rằng đạt được mức độ an toàn tương đương với mức độ được ngụ ý trong tiêu chuẩn này. Yêu cầu về các quy tắc thiết kế phụ thuộc vào địa điểm để sử dụng trong thiết kế dựa trên bão nhiệt đới chỉ áp dụng cho thiết kế kết cấu đỡ.

I.2 Tiêu chí mức độ vững chắc toàn bộ

Ở các khu vực bão nhiệt đới, thay vì xác định các hệ số an toàn từng phần yêu cầu dựa trên các đường cong nguy hiểm, tiêu chí mức độ vững chắc cần được sử dụng để kiểm tra tính toàn vẹn của kết cấu toàn bộ của kết cấu phụ và móng. Thực hành khuyến nghị 2A của Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API),

Phiên bản 22, cung cấp hướng dẫn để thực hiện phân tích mức độ vững chắc, phát triển dữ liệu ở vị trí cụ thể và lựa chọn tiêu chí môi trường ở các khu vực địa lý tiếp xúc với điều kiện bão nhiệt đới dựa trên rủi ro khi xem xét đến sự an toàn tính mạng và hậu quả của sự cố. Đối với các công trình không có người hoặc được sơ tán trong các cơn bão lớn và có hậu quả trung bình của sự cố (phân loại phơi nhiễm L-2), các điều kiện bão nhiệt đới có tần suất xảy ra một lần trong 50 năm xác định các tiêu chí mức độ thiết kế, và điều kiện bão nhiệt đới với tần suất 500 năm xác định các tiêu chí mức độ bền vững.

I.3 Các trường hợp tải thiết kế

Tại các khu vực bị ảnh hưởng bởi bão nhiệt đới, việc xem xét các trường hợp tải thiết kế bổ sung được liệt kê trong Bảng I.1 là điều được khuyến nghị.

Đối với DLC I.2, chu kỳ lặp lại 'N' cho các điều kiện môi trường cực đoan được chọn sao cho sự kiện kết hợp giữa việc mất lực xoay và điều khiển trong điều kiện môi trường cực đoan có xác suất là 1/500, hoặc tương đương với chu kỳ lặp lại là 500 năm. Giá trị của 'N' nên được chọn và được chứng minh bởi đơn vị thiết kế. Đối với các vị trí dự kiến sẽ gặp phải mất nguồn lưới điện, hoặc trong trường hợp thiếu thông tin xác định độ tin cậy của lưới điện, một chu kỳ lặp lại 500 năm cho các điều kiện môi trường có thể được sử dụng như một giá trị bảo toàn, trừ khi có nguồn điện dự phòng như quy định tại 7.4.7.

Bảng I.1 - Các trường hợp tải bổ sung cho các khu vực bị ảnh hưởng bởi bão nhiệt đới

 

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] IEC 60034 (all parts), Rotating electrical machines

[2] IEC 60038, IEC standard voltages

[3] IEC 60146 (all parts), Semiconductor converters

[4] IEC 60173:1964, Colours of the cores of flexible cables and cords

[5] IEC 60204-1, Safety of machinery - Electrical equipment of machines - Part 1: General requirements

[6] IEC 60204-11:2000, Safety of machinery - Electrical equipment of machines - Part 11: Requirements for HV equipment for voltages above 1 000 V a.c. or 1 500 V d.c. and not exceeding 36 kV

[7] IEC 60227 (all parts), Polyvinyl chloride insulated cables of rated voltages up to and including 450/750 V

[8] IEC 60245 (all parts), Rubber insulated cables - Rated voltages up to and including 450/750 V

[9] IEC 60269 (all parts), Low-voltage fuses

[10] IEC 60287 (all parts), Electric cables - Calculation of the current rating

[11] IEC 60364 (all parts), Low voltage electrical installations

[12] IEC 60439 (all parts), Low voltage switchgear and control gear assemblies

[13] IEC 60446:2007, Basic and safety principles for man-machine interface, marking and identification - Identification of conductors by colours or numerals

[14] IEC 60529:1989, Degrees of protection provided by enclosures (IP Code)

[15] IEC 60617, Graphical symbols for diagrams

[16] IEC 60755:2008, General requirements for residual current-operated protective devices

[17] IEC 60898, Electrical accessories - Circuit breakers for overcurrent protection for household and similar installations

[18] IEC 61000-6-1, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 6-1: Generic standards - Immunity standard for residential, commercial and light-industrial environments

[19] IEC 61000-6-4, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 6-4: Generic standards - Emission standard for industrial environments

[20] IEC 61310-1:2007, Safety of machinery - Indication, marking and actuation - Part 1: Requirements for visual, acoustic and tactile signals

[21] IEC 61310-2:2007, Safety of machinery - Indication, marking and actuation - Part 2: Requirements for marking

[22] IEC TS 61400-3-2, Design requirements for floating offshore wind turbines

[23] IEC 61400-13, Wind turbines - Part 13: Measurement of mechanical loads

[24] IEC 61400-21, Wind turbines - Part 21: Measurement and assessment of power quality characteristics of grid connected wind turbines

[25] IEC 61400-24, Wind turbines - Part 24: Lightning protection

[26] ISO 21650: 2007, Actions from waves and currents on coastal structures

[27] ISO 3010, Basis for design of structures - Seismic actions on structures

[28] ISO 4354:1997, Wind actions on structures

[29] ISO 8930:1993, General principles on reliability for structures - List of equivalent terms

[30] ISO 29400, Ships and marine technology - Offshore wind energy - Port and marine operations

[31] International Civil Aviation Organization (ICAO), Annex 14 to Convention on International Civil Aviation, Aerodromes, Vol. 1, Ed. 4, July 2004, Aerodrome Design and Operations

[32] International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities (IALA), Recommendation O-117, Ed. 2, December 2004, On the Marking of Offshore Wind Farms

[33] Germanischer Lloyd Wind Energie GmbH, Rules and Guidelines: IV - Industrial Services, Part 2 - Guideline for the Certification of Offshore Wind Turbines

[34] DNVGL-ST-0126, Support structures for wind turbines, April 2016

[35] H. Wang, R. J. Barthelmie, S. C. Pryor and H. G. Kim, A new turbulence model for offshore wind turbine standards, Wind Energy, Volume 17, Issue 10, pages 1587-1604, October 2014