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IEC 61400-3-1 Ed. 1.0 b:2019 Wind energy generation systems - Part 3-1: Design requirements for fixed offshore wind turbines >
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IEC 61400-3-1 Ed. 1.0 b:2019 Wind energy generation systems - Part 3-1: Design requirements for fixed offshore wind turbines, 2019
- English [Go to Page]
- CONTENTS
- FOREWORD
- INTRODUCTION
- 1 Scope
- 2 Normative references
- 3 Terms and definitions
- 4 Symbols and abbreviated terms [Go to Page]
- 4.1 Symbols and units
- 4.2 Abbreviations
- 5 Principal elements [Go to Page]
- 5.1 General
- 5.2 Design methods
- 5.3 Safety classes
- 5.4 Quality assurance
- 5.5 Rotor–nacelle assembly markings
- 6 External conditions – definition and assessment [Go to Page]
- 6.1 General
- 6.2 Wind turbine classes
- 6.3 Definition of external conditions at an offshore wind turbine site [Go to Page]
- 6.3.1 General
- 6.3.2 Wind conditions
- 6.3.3 Marine conditions
- 6.3.4 Electrical power network conditions
- 6.3.5 Other environmental conditions
- 6.4 Assessment of external conditions at an offshore wind turbine site [Go to Page]
- 6.4.1 General
- 6.4.2 The metocean database
- 6.4.3 Assessment of wind conditions
- 6.4.4 Assessment of marine conditions
- 6.4.5 Assessment of other environmental conditions
- 6.4.6 Assessment of electrical network conditions
- 6.4.7 Assessment of soil conditions
- 7 Structural design [Go to Page]
- 7.1 General
- 7.2 Design methodology
- 7.3 Loads [Go to Page]
- 7.3.1 General
- 7.3.2 Gravitational and inertial loads
- 7.3.3 Aerodynamic loads
- 7.3.4 Actuation loads
- 7.3.5 Hydrodynamic loads
- 7.3.6 Sea/lake ice loads
- 7.3.7 Other loads
- 7.4 Design situations and load cases [Go to Page]
- 7.4.1 General
- 7.4.2 Power production (DLC 1.1 to 1.6)
- 7.4.3 Power production plus occurrence of fault or loss of electrical network connection (DLC 2.1 – 2.5)
- 7.4.4 Start up (DLC 3.1 to 3.3)
- 7.4.5 Normal shutdown (DLC 4.1 to 4.2)
- 7.4.6 Emergency stop (DLC 5.1)
- 7.4.7 Parked (standstill or idling) (DLC 6.1 to 6.4)
- 7.4.8 Parked plus fault conditions (DLC 7.1 to 7.2)
- 7.4.9 Transport, assembly, maintenance and repair (DLC 8.1 to 8.4)
- 7.4.10 Sea/lake ice design load cases
- 7.5 Load and load effect calculations [Go to Page]
- 7.5.1 General
- 7.5.2 Relevance of hydrodynamic loads
- 7.5.3 Calculation of hydrodynamic loads
- 7.5.4 Calculation of sea/lake ice loads
- 7.5.5 Overall damping assessment for support structure response evaluations
- 7.5.6 Simulation requirements
- 7.5.7 Other requirements
- 7.6 Ultimate limit state analysis [Go to Page]
- 7.6.1 Method
- 7.6.2 Ultimate strength analysis
- 7.6.3 Fatigue failure
- 7.6.4 Special partial safety factors
- 7.6.5 Assessment of cyclic loading for foundation assessment
- 8 Control system
- 9 Mechanical systems
- 10 Electrical system
- 11 Foundation and substructure design
- 12 Assembly, installation and erection [Go to Page]
- 12.1 General
- 12.2 Planning
- 12.3 Installation conditions
- 12.4 Site access
- 12.5 Environmental conditions
- 12.6 Documentation
- 12.7 Receiving, handling and storage
- 12.8 Support structure systems
- 12.9 Assembly of offshore wind turbine
- 12.10 Erection of offshore wind turbine
- 12.11 Fasteners and attachments
- 12.12 Cranes, hoists and lifting equipment
- 13 Commissioning, operation and maintenance [Go to Page]
- 13.1 General
- 13.2 Design requirements for safe operation, inspection and maintenance
- 13.3 Instructions concerning commissioning [Go to Page]
- 13.3.1 General
- 13.3.2 Energization
- 13.3.3 Commissioning tests
- 13.3.4 Records
- 13.3.5 Post commissioning activities
- 13.4 Operator’s instruction manual [Go to Page]
- 13.4.1 General
- 13.4.2 Instructions for operations and maintenance record
- 13.4.3 Instructions for unscheduled automatic shutdown
- 13.4.4 Instructions for diminished reliability
- 13.4.5 Work procedures plan
- 13.4.6 Emergency procedures plan
- 13.5 Maintenance manual
- Annex A (informative)Key design parameters for an offshore wind turbine [Go to Page]
- A.1 Offshore wind turbine identifiers [Go to Page]
- A.1.1 General
- A.1.2 Rotor-nacelle assembly (machine) parameters
- A.1.3 Support structure parameters
- A.1.4 Wind conditions (based on a 10-min reference period and including wind farm wake effects where relevant)
- A.1.5 Marine conditions (based on a 3-hour reference period where relevant)
- A.1.6 Electrical network conditions at turbine
- A.2 Other environmental conditions
- A.3 Limiting conditions for transport, erection and maintenance
- Annex B (informative)Shallow water hydrodynamics and breaking waves [Go to Page]
- B.1 Selection of suitable wave theories
- B.2 Modelling of irregular wave trains
- B.3 Wave height distributions [Go to Page]
- B.3.1 General
- B.3.2 The Goda model for maximum wave height
- B.3.3 The Battjes and Groenendijk wave height distribution
- B.3.4 The Forristall wave and crest height distributions
- B.4 Breaking waves
- B.5 Reference documents
- Annex C (informative)Guidance on calculation of hydrodynamic loads [Go to Page]
- C.1 General
- C.2 Morison’s equation
- C.3 Diffraction
- C.4 Slap and slam loading
- C.5 Vortex-induced vibrations [Go to Page]
- C.5.1 General
- C.5.2 Critical velocities for cross-flow motion
- C.5.3 Critical velocities for in-line motion
- C.6 Appurtenances [Go to Page]
- C.6.1 General
- C.6.2 Alternative method for estimating hydrodynamic coefficients accounting for appurtenances and marine growth
- C.7 Calculation methods [Go to Page]
- C.7.1 General
- C.7.2 Explicit approach
- C.7.3 Constrained wave approach
- C.8 Reference documents
- Annex D (informative)Recommendations for design of offshore wind turbinesupport structures with respect to ice loads [Go to Page]
- D.1 Introductory remarks
- D.2 General
- D.3 Choice of ice thickness
- D.4 Load cases [Go to Page]
- D.4.1 General
- D.4.2 Horizontal load from fast ice cover originating from temperature fluctuations (DLC D1)
- D.4.3 Horizontal load from fast ice cover originating from water level fluctuations and arch effect (DLC D2)
- D.4.4 Horizontal load from moving ice (DLC D3, D4, D7 and D8)
- D.4.5 Vertical load from fast ice cover (DLC D5)
- D.4.6 Pressure from ice ridges (DLC D6)
- D.4.7 Dynamic loading (DLC D3, D4, D7, and D8)
- D.5 Requirements on stochastic simulation
- D.6 Requirements on model testing
- D.7 Reference documents
- D.8 Databases for ice conditions
- Annex E (informative)Offshore wind turbine foundation and substructure design
- Annex F (informative)Statistical extrapolation of operational metocean parameters for ultimate strength analysis [Go to Page]
- F.1 General
- F.2 Use of IFORM to determine 50-yr significant wave height conditional on mean wind speed
- F.3 Examples of joint distributions of V and Hs and approximations to the environmental contour
- F.4 Choice of sea state duration
- F.5 Determination of the extreme individual wave height to be embedded in SSS
- F.6 Reference documents
- Annex G (informative)Corrosion protection [Go to Page]
- G.1 General
- G.2 The marine environment
- G.3 Corrosion protection considerations
- G.4 Corrosion protection systems – Support structures
- G.5 Corrosion protection in the rotor–nacelle assembly
- G.6 Reference documents
- Annex H (informative)Prediction of extreme wave heights during tropical cyclones [Go to Page]
- H.1 General
- H.2 Wind field estimation for tropical cyclones
- H.3 Wave estimation for tropical cyclones
- H.4 Reference documents
- H.5 Databases for tropical storms conditions
- Annex I (informative)Recommendations for alignment of safety levels in tropical cyclone regions [Go to Page]
- I.1 General
- I.2 Global robustness level criteria
- I.3 Design load cases
- Bibliography
- Figures [Go to Page]
- Figure 1 – Parts of a fixed offshore wind turbine
- Figure 2 – Design process for an offshore wind turbine
- Figure 3 – Definition of water levels
- Figure 4 – The two approaches to calculate the design load effect
- Figure B.1 – Regular wave theory selection diagram
- Figure B.2 – Comparison of wave height distribution results
- Figure C.1 – Breaking wave and cylinder parameters
- Figure C.2 – Oblique inflow parameters
- Figure C.3 – Distribution over height of the maximum impact line force (γ = 0°)
- Figure C.4 – Response of model and full-scale cylinder in-line and cross-flow
- Figure C.5 – Geometrical definition of blocking and shielding
- Figure C.6 – Influence of a fixed boundary on the drag coefficient on a circular cylinder in oscillatory supercritical flow KC > 20, Re = 105 – 2 x 106
- Figure C.7 – Shielding factors
- Figure C.8 – Recommended value for the added mass coefficient Cmof a circular cylinder; influence of a fixed boundary
- Figure D.1 – Ice force coefficients for plastic limit analysis
- Figure D.2 – Ice load history for frequency lock-in conditions
- Figure D.3 – Time history of horizontal force componentof ice load acting on a conical structure
- Figure F.1 – Example of the construction of the 50-year environmental contour for a 3-hour sea state duration.
- Tables [Go to Page]
- Table 1 – Conversion between extreme wind speeds of different averaging periods
- Table 2 – Design load cases
- Table 3 – Design load cases for sea/lake ice
- Table B.1 – Constants h1 and h2 andnormalised wave heights hx % as a function of Htr
- Table B.2 – Breaking wave type
- Table I.1 – Additional load cases for tropical cyclone affected regions
- Français [Go to Page]
- SOMMAIRE
- AVANT-PROPOS
- INTRODUCTION
- 1 Domaine d'application
- 2 Références normatives
- 3 Termes et définitions
- 4 Symboles et termes abrégés [Go to Page]
- 4.1 Symboles et unités
- 4.2 Termes abrégés
- 5 Éléments principaux [Go to Page]
- 5.1 Généralités
- 5.2 Méthodes de conception
- 5.3 Classes de sécurité
- 5.4 Assurance qualité
- 5.5 Marquages de l'ensemble rotor–nacelle
- 6 Conditions externes – Définition et évaluation [Go to Page]
- 6.1 Généralités
- 6.2 Classes d'éoliennes
- 6.3 Définition des conditions externes sur un site d'éolienne en mer [Go to Page]
- 6.3.1 Généralités
- 6.3.2 Conditions de vent
- 6.3.3 Conditions maritimes
- 6.3.4 Conditions relatives au réseau d'alimentation électrique
- 6.3.5 Autres conditions d'environnement
- 6.4 Évaluation des conditions externes sur un site d'éoliennes en mer [Go to Page]
- 6.4.1 Généralités
- 6.4.2 Base de données océano-météorologiques
- 6.4.3 Évaluation des conditions de vent
- 6.4.4 Évaluation des conditions maritimes
- 6.4.5 Évaluation d'autres conditions d'environnement
- 6.4.6 Évaluation des conditions du réseau électrique
- 6.4.7 Évaluation des conditions du sol
- 7 Conception structurelle [Go to Page]
- 7.1 Généralités
- 7.2 Méthodologie conceptuelle
- 7.3 Charges [Go to Page]
- 7.3.1 Généralités
- 7.3.2 Charges d'inertie et gravitationnelles
- 7.3.3 Charges aérodynamiques
- 7.3.4 Charges de manœuvre
- 7.3.5 Charges hydrodynamiques
- 7.3.6 Surcharges de glace de mer/lac
- 7.3.7 Autres charges
- 7.4 Situations de conception et cas de charge associés [Go to Page]
- 7.4.1 Généralités
- 7.4.2 Production d'électricité (DLC 1.1 à 1.6)
- 7.4.3 Production d'électricité et survenance de panne ou perte du raccordement au réseau électrique (DLC 2.1 – 2.5)
- 7.4.4 Démarrage (DLC 3.1 à 3.3)
- 7.4.5 Arrêt normal (DLC 4.1 à 4.2)
- 7.4.6 Arrêt d'urgence (DLC 5.1)
- 7.4.7 Immobilisation (arrêt ou ralenti) (DLC 6.1 à 6.4)
- 7.4.8 Immobilisation et conditions de panne (DLC 7.1 à 7.2)
- 7.4.9 Transport, assemblage, maintenance et réparation (DLC 8.1 à 8.4)
- 7.4.10 Cas de charge de calcul pour la glace de mer/lac
- 7.5 Calculs de charge et d'effet de charge [Go to Page]
- 7.5.1 Généralités
- 7.5.2 Pertinence des charges hydrodynamiques
- 7.5.3 Calcul des charges hydrodynamiques
- 7.5.4 Calcul des surcharges de glace de mer/lac
- 7.5.5 Évaluation d'amortissement globale pour les évaluations de la réponse de la structure de support
- 7.5.6 Exigences de simulation
- 7.5.7 Autres exigences
- 7.6 Analyse de l'état limite ultime [Go to Page]
- 7.6.1 Méthode
- 7.6.2 Analyse de la résistance à la rupture
- 7.6.3 Rupture par fatigue
- 7.6.4 Facteurs spéciaux de sécurité partielle
- 7.6.5 Évaluation des charges cycliques pour l'évaluation de la fondation
- 8 Système de commande
- 9 Systèmes mécaniques
- 10 Système électrique
- 11 Conception de la fondation et de la sous-structure
- 12 Assemblage, installation et montage [Go to Page]
- 12.1 Généralités
- 12.2 Planification
- 12.3 Conditions d'installation
- 12.4 Accès au site
- 12.5 Conditions d'environnement
- 12.6 Documentation
- 12.7 Réception, manutention et stockage
- 12.8 Systèmes de la structure de support
- 12.9 Assemblage de l'éolienne en mer
- 12.10 Montage de l'éolienne en mer
- 12.11 Dispositifs de fixation et attaches
- 12.12 Grues, treuils et équipements de levage
- 13 Mise en service, fonctionnement et maintenance [Go to Page]
- 13.1 Généralités
- 13.2 Exigences de conception pour le fonctionnement, le contrôle et la maintenance en toute sécurité
- 13.3 Instructions concernant la mise en service [Go to Page]
- 13.3.1 Généralités
- 13.3.2 Alimentation
- 13.3.3 Essais de mise en service
- 13.3.4 Enregistrements
- 13.3.5 Activités postérieures à la mise en service
- 13.4 Manuel d'utilisation de l'opérateur [Go to Page]
- 13.4.1 Généralités
- 13.4.2 Renseignements concernant les enregistrements de fonctionnement et de maintenance
- 13.4.3 Instructions pour l'arrêt automatique non programmé
- 13.4.4 Instructions pour une fiabilité réduite
- 13.4.5 Plan de procédures de travail
- 13.4.6 Plan de procédures d'urgence
- 13.5 Manuel de maintenance
- Annexe A (informative)Principaux paramètres de conception d'une éolienne en mer [Go to Page]
- A.1 Identifiants de l'éolienne en mer [Go to Page]
- A.1.1 Généralités
- A.1.2 Paramètres de l'ensemble rotor–nacelle (machine)
- A.1.3 Paramètres de la structure de support
- A.1.4 Conditions de vent (fondées sur une période de référence de 10 min et incluant les effets de sillage dans le parc éolien, le cas échéant)
- A.1.5 Conditions maritimes (fondées sur une période de référence de 3 h, le cas échéant)
- A.1.6 Conditions du réseau électrique sur le site de l'éolienne
- A.2 Autres conditions d'environnement
- A.3 Conditions aux limites pour le transport, le montage et la maintenance
- Annexe B (informative)Hydrodynamique en eau peu profonde et vagues déferlantes [Go to Page]
- B.1 Choix des théories de vagues appropriées
- B.2 Modélisation des trains de vagues irrégulières
- B.3 Distributions des hauteurs de vagues [Go to Page]
- B.3.1 Généralités
- B.3.2 Modèle de Goda pour la hauteur de vague maximale
- B.3.3 Distributions des hauteurs de vagues selon Battjes et Groenendijk
- B.3.4 Distributions de Forristall pour les hauteurs de vagues et de crêtes
- B.4 Vagues déferlantes
- B.5 Documents de référence
- Annexe C (informative)Recommandations relatives au calcul des charges hydrodynamiques [Go to Page]
- C.1 Généralités
- C.2 Équation de Morison
- C.3 Diffraction
- C.4 Charges dues au cognement et au claquement des vagues
- C.5 Vibrations induites par les tourbillons [Go to Page]
- C.5.1 Généralités
- C.5.2 Vitesses critiques relatives à un mouvement transversal à l'écoulement
- C.5.3 Vitesses critiques dans le cas d'un mouvement dans le sens de l'écoulement (écoulement en ligne)
- C.6 Équipements accessoires [Go to Page]
- C.6.1 Généralités
- C.6.2 Autre méthode d'estimation des coefficients hydrodynamiques représentant des équipements accessoires et les concrétions marines
- C.7 Méthodes de calcul [Go to Page]
- C.7.1 Généralités
- C.7.2 Approche explicite
- C.7.3 Approche par les vagues forcées
- C.8 Documents de référence
- Annexe D (informative)Recommandations relatives à la conception des structures de support des éoliennes en mer par rapport aux surcharges de glace [Go to Page]
- D.1 Remarques introductives
- D.2 Généralités
- D.3 Choix de l'épaisseur de glace
- D.4 Cas de charge [Go to Page]
- D.4.1 Généralités
- D.4.2 Charge horizontale d'un couvert de glace provenant des fluctuations de température (DLC D1)
- D.4.3 Charge horizontale d'un couvert de glace provenant des fluctuations du niveau de l'eau et de l'effet de voûte (DLC D2)
- D.4.4 Charge horizontale provenant de la glace en mouvement (DLC D3, D4, D7 et D8)
- D.4.5 Charge verticale provenant du couvert de glace (DLC D5)
- D.4.6 Pression provenant des ondins de glace (DLC D6)
- D.4.7 Charges dynamiques (DLC D3, D4, D7 et D8)
- D.5 Exigences relatives à la simulation stochastique
- D.6 Exigences relatives aux essais sur modèles
- D.7 Documents de référence
- D.8 Bases de données concernant les conditions de glace
- Annexe E (informative)Conception de la fondation et de la sous-structure d'une éolienne en mer
- Annexe F (informative)Extrapolation statistique des paramètres océano-météorologiques opérationnels pour l'analyse de résistance ultime [Go to Page]
- F.1 Généralités
- F.2 Utilisation de l'IFORM pour déterminer la hauteur des vagues significatives au cours d'une période de 50 ans dépendant de la vitesse moyenne du vent
- F.3 Exemples de distributions conjointes de V et Hs et approximations du contour environnemental
- F.4 Choix de la durée de l'état de mer
- F.5 Détermination de la hauteur extrême de vague individuelle à intégrer à l'état de mer SSS
- F.6 Documents de référence
- Annexe G (informative)Protection contre la corrosion [Go to Page]
- G.1 Généralités
- G.2 L'environnement marin
- G.3 Considérations relatives à la protection contre la corrosion
- G.4 Systèmes de protection contre la corrosion – Structures de support
- G.5 Protection contre la corrosion de l'ensemble rotor–nacelle
- G.6 Documents de référence
- Annexe H (informative)Prévision des hauteurs de vagues extrêmes lors de cyclones tropicaux [Go to Page]
- H.1 Généralités
- H.2 Estimation du champ éolien pour les cyclones tropicaux
- H.3 Estimation des vagues pour les cyclones tropicaux
- H.4 Documents de référence
- H.5 Bases de données pour les conditions de tempêtes tropicales
- Annexe I (informative)Recommandations pour l'alignement des niveaux de sécurité dans les régions de cyclones tropicaux [Go to Page]
- I.1 Généralités
- I.2 Critères de niveau de solidité global
- I.3 Cas de charge de calcul
- Bibliographie
- Figures [Go to Page]
- Figure 1 – Parties d'une éolienne en mer fixe
- Figure 2 – Processus de conception d'une éolienne en mer
- Figure 3 – Définition des niveaux d'eau
- Figure 4 – Deux approches pour calculer l'effet de charge de calcul
- Figure B.1 – Diagramme de choix des théories de vagues régulières
- Figure B.2 – Comparaison des résultats des distributions des hauteurs de vagues
- Figure C.1 – Vague déferlante et paramètres du cylindre
- Figure C.2 – Paramètres de l'écoulement entrant oblique
- Figure C.3 – Distribution sur la hauteur de la ligne de force d'impact maximal (γ = 0°)
- Figure C.4 – Réponse d'un modèle réduit et d'un cylindre en vraie grandeur à un écoulement en ligne et transversal
- Figure C.5 – Définition géométrique du blocage et de la protection
- Figure C.6 – Influence d'une limite fixe sur le coefficient de traînée dans le cas d'un cylindre circulaire soumis à un écoulement supercritique oscillatoire KC > 20, Re = 105 – 2 x 106
- Figure C.7 – Facteurs de protection
- Figure C.8 – Valeur recommandée pour le coefficient de masse ajouté Cm d'un cylindre circulaire; influence d'une limite fixe
- Figure D.1 – Coefficients des forces de glace pour l'analyse de limite de plasticité
- Figure D.2 – Historique des surcharges de glace pour des conditions de blocage de fréquences
- Figure D.3 – Historique de la composante de force horizontale de la surcharge de glace agissant sur une structure conique
- Figure F.1 – Exemple de construction du contour environnemental au cours d'une période de 50 ans pour une durée de l'état de mer de 3 h
- Tableaux [Go to Page]
- Tableau 1 – Conversion entre les vitesses de vent extrême de différentes périodes d'intégration
- Tableau 2 – Cas de charge de calcul
- Tableau 3 – Cas de charge de calcul pour la glace de mer/lac
- Tableau B.1 – Constantes h1 et h2 et hauteurs de vagues normalisées hx% en fonction de Htr
- Tableau B.2 – Type de vagues déferlantes
- Tableau I.1 – Cas de charge supplémentaires pour les régions affectées par des cyclones tropicaux [Go to Page]
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