Naarmate de economische ontwikkeling van China doorzet, stijgt ook de vraag naar energie. Het voorzien in deze energievraag via fossiele brandstoffen wordt steeds onwenselijker, omdat het milieu- en klimaatrisico's met zich meebrengt.

Een oplossing is om hernieuwbare energiebronnen te omarmen, zoals windenergie, en het heeft de afgelopen tien jaar een snelle groei doorgemaakt in China. Maar veel windparken worden gebouwd in regio's met hoge seismische activiteit.

In Journal of Renewable and Sustainable Energy , presenteren onderzoekers van de Changzhou University en de Beijing University of Technology hun werk over het dynamische gedrag van windturbines die worden blootgesteld aan gecombineerde wind-aardbevingen.

De groep ontdekte dat veranderingen in de wind de responsamplitude van de windturbine vergroten en verkleinen bij respectievelijk zwakke en sterke aardbevingen.

"De ingangshoek van aardbevingen beïnvloedt de seismische respons van windturbines, vanwege de asymmetrie van aerodynamische demping en bladstijfheid", zegt Xiuli Du, een co-auteur van de Beijing University of Technology. "De grondbeweging van wind en aardbevingen induceren beide de trilling van windturbines, vooral de wieken, waardoor de aerodynamische belasting op de wieken verandert."

Moderne grootschalige windturbines maken gebruik van variabele snelheid en variabele pitch control-technologie, wat betekent dat hun dynamisch gedrag wordt beïnvloed door de controller.

"Daarom toont de dynamische respons van windturbines onder wind-aardbeving-excitatie het koppelingseffect van aeroservo-elasticiteit - de interacties tussen de traagheids-, elastische en aerodynamische krachten die optreden wanneer een elastisch lichaam wordt onderworpen aan een vloeistofstroom," zei Du. "Wind- en grondbeweging zijn ook willekeurige vectorvelden, met complexe tijdsdomein- en ruimtelijke onzekerheden wanneer ze worden gecombineerd."

Verrassend genoeg ontdekten de onderzoekers dat de wind tegelijkertijd een dynamisch belastings- en dempend effect uitoefent op de seismische respons van windturbines. Ze waarschuwen dus dat het beschouwen van slechts één van deze twee effecten kan leiden tot onnauwkeurige of zelfs foutieve conclusies.

"Ons werk kan de bepaling van wind-aardbeving-combinaties voor het seismische ontwerp van windturbines begeleiden en direct helpen bij het ontwerpen van windturbinestructuren", zei Du.

Ondersteuningstorens voor windturbines die zich in seismisch actieve gebieden van China bevinden, bevatten doorgaans geen redundante ondersteuningen, dus als er een faalt, kan dit leiden tot het instorten van de turbines.

"Terwijl windenergie wordt omgezet in elektriciteit, bevinden windturbines zich gedurende het grootste deel van hun levensduur in de operationele staat, wat het belangrijk maakt om het dynamische gedrag van windturbines onder wind-aardbeving te bestuderen," zei Du.