Analisi e ottimizzazione preliminare di sistemi di ormeggio offshore mediante Extreme Value Analysis e modelli surrogate Kriging

Abstract

La presente tesi analizza l’influenza dei principali parametri geometrici del sistema di ormeggio sulla risposta di una turbina eolica offshore galleggiante. L’analisi si basa su un modello numerico esistente sviluppato in OrcaFlex, utilizzato per eseguire simulazioni nel dominio del tempo in diverse condizioni ambientali. La lunghezza delle linee di ormeggio e la distanza orizzontale tra ancora e fairlead sono considerate come principali variabili di progetto.

Al fine di ridurre il numero di simulazioni necessarie per la valutazione dello spazio di progetto, alle serie temporali di tensione ottenute dalle simulazioni viene applicato un approccio statistico basato sul metodo Peak Over Threshold (POT). La tensione effettiva ottenuta viene utilizzata per valutare il grado di utilizzo del sistema di ormeggio, espresso come rapporto tra la tensione caratteristica e la tensione ammissibile. I risultati delle simulazioni vengono successivamente organizzati per ciascuna condizione ambientale e rappresentati mediante modelli surrogati basati sull’interpolazione Kriging, ottenendo una rappresentazione continua della risposta del sistema all’interno dello spazio di progetto analizzato. Questo permette di valutare l’influenza della configurazione del sistema di ormeggio per ciascuna condizione ambientale e di individuare le configurazioni più favorevoli, tenendo conto dei vincoli imposti.

Le superfici di risposta ottenute vengono utilizzate per analizzare il comportamento del sistema di ormeggio all’interno dello spazio di progetto ammissibile e per individuare le configurazioni che soddisfano i vincoli geometrici e strutturali considerati. La metodologia proposta fornisce un approccio computazionalmente efficiente per supportare la valutazione preliminare e il confronto di diverse configurazioni del sistema di ormeggio.

This thesis investigates the influence of the main geometric parameters of a mooring system on the response of a floating offshore wind turbine supported by a semisubmersible platform. The analysis is based on an existing OrcaFlex numerical model, used to perform time-domain simulations under different environmental conditions. The mooring line length and the horizontal anchor–fairlead distance are considered as the main design variables.

To reduce the number of simulations required for the evaluation of the design space, a statistical approach based on the Peak Over Threshold (POT) method is applied to the simulated tension time histories. The resulting characteristic loads are then used to evaluate the mooring system utilization with respect to the allowable tension. The simulation results are subsequently organized for each environmental condition and represented through Kriging surrogate models, providing a continuous representation of the system response over the investigated design space. This allows the influence of the mooring configuration to be assessed within each environmental condition and supports the identification of the most favourable configurations while accounting for the imposed constraints.

The resulting response surfaces are used to examine the behaviour of the mooring system within the feasible design space and to identify configurations that satisfy the imposed geometric and structural constraints. The proposed methodology provides a computationally efficient framework for supporting the preliminary assessment and optimization of mooring system configurations.