Uncertainty quantification in structural responses of offshore monopile wind turbines - Barreto Lara, David (2020)
A nivel mundial existe un gran interés en la transición hacia fuentes de energías renovables. Esto es motivado por diversos factores como por ejemplo el calentamiento global, la inestabilidad de los precios del petróleo, la diversificación de la matriz energética, entre otros. En este escenario, la energía eólica juega un papel importante debido a su prometedor desempeño en comparación con las plantas de energía convencionales. Asimismo, existe un interés relativamente reciente en la explotación de los recursos eólicos en las zonas offshore. Aunque el costo de la generación de electricidad a partir de este tipo de energía ha ido disminuyendo gradualmente, en algunos casos sigue siendo comercialmente no competitivo con respecto a otras fuentes de energía. Uno de los problemas relacionados con los altos costos de la energía eólica es la presencia de incertidumbres que afectan al proceso de diseño. Esto lleva a un exceso de conservadurismo, altos factores de seguridad y exceso de material en los diseños. Por lo tanto, la comprensión del impacto que estas incertidumbres pueden tener en las cargas/respuestas que rigen el diseño de las turbinas eólicas marítimas es crucial. Los proyectos de energía eólica offshore se basan principalmente en simulaciones por computadora que se alimentan de datos de campo. Sin embargo, estos modelos numéricos no son completamente ajustados a la realidad y los datos fiables no siempre están disponibles. En la industria offshore, las condiciones ambientales, que están representadas por un gran número de parámetros, son aspectos muy importantes a tener en cuenta. Mientras que algunas de ellas se tratan como valores estocásticos, otras se consideran determinísticas y, por lo tanto, la existencia de incertidumbres en sus valores medidos/estimados es inevitable. Por otra parte, los modelos matemáticos que representan los fenómenos físicos son a menudo simplificados con el fin de atenuar los altos costos computacionales. Una situación que al mismo tiempo introduce nuevas fuentes de incertidumbre. Finalmente, el propio tratamiento estadístico de las condiciones estocásticas en el diseño estructural genera su correspondiente nivel de incertidumbre con respecto a las inferencias realizadas a partir de los datos de entrada. En la presente investigación se exploran los efectos de los tres principales tipos de incertidumbre considerados en el ámbito del análisis de la confiabilidad de los sistemas estructurales: física, estadística y de modelo. Se estudian los efectos de la incertidumbre en los parámetros de las olas, la incertidumbre en el coeficiente de cizallamiento, la influencia de la duración de la simulación y los efectos de la flexibilidad del suelo en las respuestas dinámicas de una turbina eólica offshore monopilar. Los resultados muestran que las respuestas dinámicas extremas en la base del monopilar están influenciadas por las variaciones de los parámetros de la ola y pueden modelarse mediante relaciones lineales y cuadráticas. También se descubrió que las respuestas extremas a largo plazo tienen baja sensibilidad a la incertidumbre del cizallamiento del viento. Por último, se observó que la duración de las simulaciones afecta moderadamente a las cargas extremas a largo plazo. También se encontró que la flexibilidad del suelo tiene un impacto limitado en las respuestas dinámicas.