Floating wind turbines are attracting more attention as more than three-quarters of the total offshore technical potential is located in deep water, leading to a growing trend in floating wind farm projects. Consequently, it becomes necessary to develop Floating Offshore Substation (FOSS) to step up voltage and efficiently transmit power to the shore with minimal losses. However, the harsh environment of the sea/ocean imposes significant challenges on the substation’s electrical equipment, which need to be addressed. This research aims to address the challenges with the primary electrical equipment and provide some recommendations and considerations within the framework of offshore wind. An in-depth literature study was conducted to describe the concepts of the floating application mechanically and electrically. The fatigue analysis theory was explained, and concrete examples were presented and evaluated. Moreover, a standard offshore substation design was presented with the primary high-voltage equipment, where the offshore considerations were highlighted based on the existing standards. Ultimately, a communication channel between the windfarm developer Vattenfall AB and the manufacturer Siemens Energy was established to enable cooperation between industries to discuss the topic, and obtain results from experts’ opinions and experiences. The literature study found that the semi-submersible platform structure performs better than other concepts in different water depths and environmental conditions. The electrical equipment onboard experiences similar equivalent damage regardless of the weight. Furthermore, some specific technical challenges and recommendations on the high-voltage equipment were identified through the mentioned cooperation. For instance, oil-immersed transformers and shunt reactors have better potential than dry-type or gas-insulated types, despite decaying the oil dielectric property due to the vibrations. High-voltage Gas Insulated Switchgear (GIS) is a preferable choice to the air-insulated types. Lastly, there is a lack of standards regarding equipment testing for floating application. Identifying a valid methodology to determine the equipment’s fatigue load capability, and alternatives to the shake table test is a necessity to make this substation happen. / Flytande vindkraftverk lockar alltmer uppmärksamhet då över tre fjärdedelar av det totala tekniska potentialen för havsbaserad vindkraft finns i djupt vatten, vilket leder till en växande trend av projekt med flytande vindparker. Följaktligen blir det nödvändigt att utveckla FOSS för att höja spänningen och effektivt överföra energi till land med minimala förluster. Dock medför den hårda havsmiljön betydande utmaningar för den elektriska utrustningen på stationen, vilka behöver hanteras. Denna forskning syftar till att identifiera utmaningarna med den primära elektriska utrustningen och ge rekommendationer och överväganden inom ramen för havsbaserad vindkraft. En grundlig litteraturstudie genomfördes för att beskriva koncepten för flytande tillämpningar både mekaniskt och elektriskt. Utmattningsanalysteorin förklarades och konkreta exempel presenterades och utvärderades. Dessutom presenterades en standarddesign för havsbaserad station med den primära högspänningsutrustningen, där havsrelaterade överväganden betonades baserat på befintliga standarder. Slutligen etablerades en kommunikationskanal mellan utvecklaren Vattenfall AB och tillverkaren Siemens Energy för att möjliggöra samarbete mellan industrierna för att diskutera ämnet och få resultat från experternas åsikter och erfarenheter. Litteraturstudien visade att den halvsumpade designen presterar bättre än andra koncept i olika vattendjup och miljöförhållanden. Den elektriska utrustningen ombord upplever liknande ekvivalenta krafter oavsett vikten. Vidare identifierades vissa specifika tekniska utmaningar och rekommendationer för högspänningsutrustningen genom det nämnda samarbetet. Till exempel har oljeisolerade transformatorer och strömspolar bättre potential än torr- eller gasisolerade typer, trots att oljans dielektriska egenskaper försämras på grund av vibrationer. Högspännings-GIS är ett föredraget val jämfört med luftisolerade typer. Slutligen finns det brist på standarder för utrustningstestning för flytande tillämpningar. Att identifiera en giltig metodik för att bestämma utrustningens förmåga att hantera belastning vid utmattning, samt alternativ till shake table-test, är nödvändigt för att genomföra denna flytande havbaserad station.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-339422 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Talaat Hifzy, Ahmad |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2023:727 |
Page generated in 0.0121 seconds