Rodrigo Oliveira Cruz
Título
OTIMIZAÇÃO ESTRUTURAL DE JAQUETAS PARA TURBINAS EÓLICAS OFFSHORE ATRAVÉS DE ALGORITMOS EVOLUTIVOS
Resumo
A energia eólica é uma fonte de energia renovável com custo-benefício e vantagens atrativas. Sua geração pode ocorrer por meio de Turbinas Eólicas Offshore, que são sujeitas aos carregamentos ambientais de onda e vento, e podem instalar-se com fundações como as jaquetas, utilizadas na indústria do petróleo. A análise de jaquetas associadas às turbinas é um processo complexo devido ao comportamento dinâmico e a interação entre os componentes estruturais. Desse modo é desejável o uso de modelos acoplados. O presente trabalho possui o objetivo de investigar a otimização do modelo do projeto OC4, baseado na jaqueta UpWind e na Turbina Eólica de 5MW da NREL. Dois modelos são desenvolvidos em softwares de Elementos Finitos e comparados. No problema de otimização estrutural de dimensões, é adotada a minimização do peso da jaqueta e utilizado restrições referentes às frequências naturais e capacidade última da estrutura. O Algoritmo Genético e o algoritmo de Evolução Diferencial são aplicados com as técnicas de tratamento de restrição de Seleção por Torneio, Classificação Múltipla de Restrições, Penalização Adaptativa e Funções Auxiliares e Equivalente. Os resultados de peso e propriedades dos modelos são comparados com a estrutura do projeto OC4. A análise apresenta soluções mais leves e que respeitam os critérios técnicos estabelecidos.
Abstract
Wind energy is a cost-benefit and a worthwhile renewable energy source. Its main facilities concern Offshore Wind Turbines which are installed in wind farms and with foundations such as jackets from the oil and gas platforms. The analysis of these structures is a complex assignment due to the existence of environmental loads and the structural dynamic behavior. Therefore, the use of coupled simulations is recommended in order to evaluate the jacket and turbine interactions. The purpose of this work is to examine the optimization of the OC4 project model, based on the UpWind jacket and the NREL 5MW Wind Turbine. Two different models are modeled through Finite Element software and compared. The sizing optimization problem concerns a weight minimization and constraints related to natural frequencies and ultimate strengths. The Genetic Algorithm and the Differential Evolution are used along with constraint handling techniques such as the Tournament Selection Method, Multiple Constraint Ranking, Adaptive Penalty Method and Helper and Equivalent Optimization. The weight results and the structural properties are compared with the OC4 project model. The optimization problem achieved solutions with lighter jackets that fulfill the problem’s constraints.
