Dopuszczenie turbiny wiatrowej do eksploatacji wymaga wykazania dostatecznej wytrzymałości konstrukcji wsporczej dla szeregu kombinacji warunków środowiskowych i warunków pracy generatora. Macierz parametrów projektowych stanów obciążenia podawana jest przez:

• Przepisy towarzystw klasyfikacyjnych (np. DNV-GL – Offshore Standard DNV-OS-J101, May 2014, ABS – Guide for building and classing bottom-founded offshore wind turbine installations, 2013).
• Przepisy Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (International Electrotechnical Commission – IEC): International Standard IEC 61400-1 „Wind turbines – Part 1: Design requirements”

Przepisy te wyróżniają następujące stany obciążenia:

1.   Produkcja energii
2.   Produkcja energii w warunkach wystąpienia uszkodzenia
3.   Rozruch
4.   Normalne zatrzymanie
5.   Awaryjne zatrzymanie
6.   Turbina odstawiona (nieruchoma lub na biegu jałowym)
7.   Turbina odstawiona, wystąpienie uszkodzenia
8.   Transport, montaż, obsługa i naprawa.

Dla każdego z wymienionych typów stanu obciążenia definiowane są zestawy parametrów warunków środowiskowych oraz warunków pracy turbiny, obejmujące:

• Stan morza (tzn. warunki falowania)
• Wiatr (prędkość, kierunek, zmiana kierunku, turbulencja)
• Prąd (prędkość, kierunek)
• Poziom wody.
• Inne warunki (np. rodzaj uszkodzenia dla stanów awaryjnych).

Poniżej podano przykład tabeli (na podstawie DNV-GL) zawierającej macierz parametrów projektowych dla stanu obciążenia „Produkcja energii”.

W ramach projektu AQUILO powstały cztery alternatywne projekty posadowionych konstrukcji wsporczych na akweny o dużej głębokości:

• Tripod palowany  (ta konstrukcja jako jedyna nie była projektowana  i w związku z tym nie ma swojego opracowania w zakładkach „Wstępny projekt….”)
• Tripod grawitacyjny
• Monopal XXL
• Stopa grawitacyjna

 Weryfikacja opracowanych projektów prowadzona była z wykorzystaniem następujących metod:

• Obciążenia hydrodynamiczne: na podstawie analizy obliczeniowej opartej na półempirycznym równaniu Morisona
• Obciążenia hydrodynamiczne: na podstawie analizy obliczeniowej opartej na potencjalnym modelu przepływu oraz badania eksperymentalne
• Obciążenia aerodynamiczne: na podstawie analizy obliczeniowej CFD opartej na modelu przepływu RANS 

Wyznaczanie obciążeń hydrodynamicznych na podstawie równania Morisona – schemat ideowyWyznaczanie obciążeń hydrodynamicznych na podstawie potencjalnego modelu przepływu – wizualizacja wyników

Wyznaczanie obciążeń hydrodynamicznych: badania eksperymentalne na modelu fizycznymZestawienie wyników analiz obliczeniowych z wynikami eksperymentu – obciążenia hydrodynamiczne oraz wizualizacja powierzchni swobodnejWyznaczanie obciążeń aerodynamicznych – obliczenia CFDW ramach projektu AQUILO przeprowadzono uproszczoną analizę porównawczą dla czterech zaprojektowanych konstrukcji, pozwalającą na ich zbiorczą ocenę pod kątem łącznego oddziaływania falowania i prądu morskiego. Przyjęte parametry falowania i prądu zestawiono w poniższej tabeli.

	Znaczca wysokosc fali HS [m]	Okres modalny TP [s]	Współczynnik wzmocnienia piku widma g [-]
NSS	1.41	5.4	5.00
ESS	4.08	7.0	5.00
SSS	9.23	11.3	4.36
Prędkość prądu o okresie powrotu 50 lat
45 cm/s

gdzie:

• NSS (normal sea state) – stan morza odpowiadający 10-minutowej prędkości wiatru na wysokości gondoli równej prędkości nominalnej
• ESS (extreme sea state) – ekstremalny stan morza dla okresu powrotu 1 rok
• SSS (severe sea state) – ciężki stan morza, odpowiednik ESS (extreme sea state) dla okresu powrotu 50 lat

Zestawienie wyników podano w postaci skumulowanych wykresów słupkowych. Podano sumaryczne wartości siły wzdłużnej i momentu przewracającego oraz udział siły generowanej przez falę i przez prąd. Należy zwrócić uwagę, że podane wartości są wartościami maksymalnymi, tzn. sumą stałej w czasie siły od prądu oraz maksymalnej wartości oscylującej siły od fali działającej w tym samym kierunku.

NSS – siła wzdłużna

NSS – moment przewracającyESS – siła wzdłużna

ESS – moment przewracający

SSS – siła wzdłużna

SSS – moment przewracający

Wykonana analiza porównawcza prowadzi do następujących wniosków:

• Udział siły od prądu w całkowitym obciążeniu konstrukcji jest znaczący tylko w przypadku stanu morza odpowiadającego nominalnej prędkości wiatru na wysokości gondoli, istotnego z punktu widzenia oceny wytrzymałości zmęczeniowej;
• Dla stanów morza odpowiadających sztormom roku i 50-lecia, udział prądu w całkowitym obciążeniu konstrukcji nie przekracza 5%;
• Dla każdego z przypadków obciążeń, siła wzdłużna oraz – w mniejszym stopniu – moment przewracający, są najmniejsze dla konstrukcji typu monopal. Jest to oczywiście osiągnięte kosztem największej podatności tego typu konstrukcji, mającej istotny wpływ na dynamikę układu wirnik-gondola;
• Konstrukcja typu posadowienie grawitacyjne charakteryzuje się wyraźnie największym obciążeniem siłą wzdłużną, mimo znacznie mniejszego niż pozostałe konstrukcje zanurzenia;

Konstrukcja typu tripod grawitacyjny charakteryzuje się największym obciążeniem momentem przewracającym ze względu na największą objętość elementów konstrukcyjnych w rejonie powierzchni swobodnej, gdzie prędkości od ruchu falowego są największe. Decyzja o zastosowaniu tego rodzaju konstrukcji wsporczej wymaga zatem dokładnej analizy sił w miejscu posadowienia ze względu na brak utwierdzenia.