Modeling and measurement of dynamic mooring line tension. Impact on operational thresholds assessment for harbour and offshore operations

Cabrerizo Morales, Miguel Ángel (2021). Modeling and measurement of dynamic mooring line tension. Impact on operational thresholds assessment for harbour and offshore operations. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Navales (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.68001.

Description

Title: Modeling and measurement of dynamic mooring line tension. Impact on operational thresholds assessment for harbour and offshore operations
Author/s:
  • Cabrerizo Morales, Miguel Ángel
Contributor/s:
  • Molina Sánchez, Rafael
  • Pérez Rojas, Luis
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2021
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Navales (UPM)
Department: Arquitectura, Construcción y Sistemas Oceánicos y Navales (Dacson)
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Mercados emergentes como la energía eólica marina están imponiendo nuevos desafíos a la industria offshore; la competitividad de la energía eólica marina está fuertemente relacionada con las subestructuras marinas y su logística. Algunos de los enfoques utilizados para el despliegue de turbinas eólicas en alta mar son los cimentaciones de gravedad (GBF); sin embargo, el sector de las renovables no puede asumir los precios de transporte e instalación típicos de otras industrias como la petrolera. Con el objetivo de reducir los costes de instalación, se han diseñado y ejecutado nuevas operaciones en un esfuerzo por evitar el uso de embarcaciones especializadas utilizadas en la industria del petróleo y gas. Una de las singularidades de estos nuevos diseños, también una de sus principales ventajas, es la capacidad de transporte, fondeo autónomo y desmantelamiento con la única asistencia de remolcadores. Esto evita la necesidad de buques de carga especializados lo que reduce los costos y las incertidumbres económicas relacionadas con las fases de instalación y desmantelamiento. Las cimentaciones autoinstalables como las mencionadas anteriormente también utilizan remolcadores como ayuda externa para un posicionamiento preciso sobre el fondo marino, este enfoque motiva el diseño de operaciones que conjugan varias embarcaciones o estructuras flotantes unidas entre sí por líneas de amarre y fondeo. Este tipo de maniobra no es común y requiere un análisis extenso, modelización y, si es posible, entrenamiento de la tripulación. En un contexto de reducción de costos, el tamaño de los remolcadores y las líneas de amarre deben optimizarse de acuerdo con los requisitos operativos. Idealmente, los operadores buscarán el uso del remolcador más pequeño, evitarán el uso de configuraciones de líneas de remolque complejas y pesadas y perseguirán el mejor control posible utilizando la distancia más corta posible entre los remolcadores y la estructura. Por otro lado, los equipos de instalación también necesitan ventanas operativas lo más amplias posible. Todos los elementos enumerados pueden dar lugar a eventos de holgura enseñada en las líneas de amarre / remolque. En este contexto, se debe evaluar el análisis y la predicción de la tensión de la línea. Esta tesis aborda el análisis de la tensión de la línea de amarre como un aspecto clave en el bucle en torno a la optimización del diseño de los medios de posicionamiento, los costos, los requisitos operativos y las ventanas climáticas. Presenta una revisión de estrategias para analizar la tensión de la línea de amarre e identificar la ocurrencia de carga impulsiva o brusca; También propone una metodología que define los umbrales de carga máxima para una configuración de línea determinada y la compara con la metodología que se encuentra en las normas DNV-GL. Para lograr esto, se implementa un simulador a escala global con énfasis en un dispositivo dinámico de control y monitoreo de línea de amarre. La metodología se aplica y desarrolla en la ejecución de tres proyectos reales. ----------ABSTRACT---------- Emerging markets as marine wind energy are imposing new challenges to the offshore industry; Marine wind energy business competitiveness is strongly related to offshore substructures and their logistics. Some of the approaches used for deploying wind turbines offshore are gravity base foundations (GBF) however classic transport and commissioning costs cannot be afforded by the renewables business. With the aim of reducing installation cost, new or unusual operations are being planned and executed in an effort to avoid the use of specialized and expensive vessels used in traditional offshore industry as oil&gas. One of these cases is the DEM0GRAVI3 project, a Horizon 2020 funded effort to prove the feasibility of a singular GBF design through the construction, transportation, installation and exploitation of a full- scale prototype. One of the singularities of this design, also one of its main advantages, is the capability of transport, self-installation and decommissioning with the sole assistance of regular tugs. This avoids the need for specialized heavy lift vessels or tailored built craft, thus reducing both costs and economic uncertainties related to installation and decommissioning phases. Self-installing foundations as the ones mentioned before also use tugs as external assistance for precise positioning over the seabed, this approach motivates the design of operations that conjugate several vessels or floating structures joined together by mooring and anchoring lines. This type of maneuver is not common and requires extensive analysis, modeling and if possible, training of the crew. In a context of cost reduction, vessel size and linking elements must be optimized according to operational requirements. Ideally, operators will pursue the use of the smaller tug, avoid the use of complex and heavy towing line set ups, like clump weights, and have the best control possible by using the shorter distance between tugs and the structure as possible. On the other hand, installation crews also need operational windows as wide as possible. All the listed elements can lead to taughtslack events on the mooring/towing lines. In this context line tension analysis and prediction must be assessed. This thesis approaches the analysis of mooring line tension as a key aspect on the loop around optimization of positioning means design, costs, operational requirements and climatic windows. It presents a review strategy to analyze mooring line tension and identify impulsive or snap load occurrence; it also proposes a methodology define the maximum load thresholds for a given line set-up and compares it to the methodology found in DNVGL standards. To achieve this a global scale simulator is implemented with emphasis on a dynamic mooring line control and monitoring device. The methodology is developed and applied on three case studies.

Funding Projects

TypeCodeAcronymLeaderTitle
Government of SpainRTI2018-096791-B-C21UnspecifiedUnspecifiedHidrodinámica de elementos de amortiguamiento del movimiento de aerogeneradores flotantes (FOWTDAMP)
Horizon 2020691717DEMOGRAVI3EDP RENOVAVEIS SADemonstration of the GRAVI3 technology – innovative gravity foundation for offshore wind

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Item ID: 68001
DC Identifier: https://oa.upm.es/68001/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:68001
DOI: 10.20868/UPM.thesis.68001
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 31 Aug 2021 08:28
Last Modified: 31 Aug 2021 08:28
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