La primera anualidad de KONFLOT se ha centrado en la preparación de los casos de estudio en los que se va a probar la metodología del codiseño, y generación de material y conocimiento necesarios para su aplicación.
Se han definido íntegramente los casos de estudio de energía eólica flotante y energía de las olas para los cuales se ha trabajado en la definición de:
- Tipología de aerogenerador y plataforma; captador de energía de las olas
- Componentes del sistema a optimizar: Torre, plataforma y fondeos; captador, PTO y fondeos
- Variables concretas a optimizar en cada subsistema
- Localización para el caso de estudio
- Casos de carga
- Estrategias de control
También se ha definido la mejor estrategia de implementación de las iteraciones de diseño y control hasta la definición de una metodología que se está integrando en una herramienta software. En esta fase, se han desarrollado los modelos reducidos que permitirán acelerar los primeros pasos del codiseño, y definido los modelos de alto nivel contra los que se validarán los resultados.
Co-diseño de control en aerogeneradores flotantes
En la primera anualidad se ha trabajado en la preparación del caso de estudio para probar la metodología de co-diseño de control (CCD, por sus siglas en inglés) en eólica flotante. Se está desarrollando una herramienta flexible y modular que permita validar la metodología mediante un caso de estudio en el marco del proyecto KONFLOT, y que facilite en un futuro su adaptación para probar otros casos (otras topologías, controles, variables de diseño, condiciones de la localización o métricas objetivo) diferentes a las seleccionadas en esta primera fase.
Se ha considerado que el CCD anidado es más adecuado para su aplicación en KONFLOT por lo que la metodología de diseño realizará en cada iteración una primera optimización de los parámetros de la planta para posteriormente ajustar los parámetros de control adecuados a ese diseño. Una vez establecida la metodología, se ha procedido a la identificación de las estrategias de control más adecuadas.
Definición del caso de estudio para eólica flotante
A pesar de que la metodología de CCD considera todos los subsistemas, sus dinámicas e interacción entre ellos, computacionalmente es excesivamente complejo y sale fuera del alcance del proyecto KONFLOT. Para validar la efectividad de la metodología, se ha decidido trabajar sobre el subsistema plataforma. Esta decisión se justifica dada la cantidad de fabricantes de plataformas tenemos a nivel nacional y en Euskadi en particular. Se ha seleccionado un modelo público sobre el que poder aplicar la metodología y validar las herramientas generadas que, debido a la tendencia que viene siguiendo el mercado eólico offshore y tratarse de un modelo público accesible, es la plataforma UMaine VolturnUS-S.
- Tipología de aerogenerador y plataforma
Propiedades generales del sistema aerogenerador flotante
La plataforma, de tipo semi sumergible, consiste en un flotador de acero tri-columna (120º) con torre centrada, lastre pasivo y tres líneas de fondeo mientras que el aerogenerador instalado es de eje horizontal de 15MW de potencia (modelo público IEA15MW).
- Componentes del sistema a optimizar
Para determinar qué subsistemas de la planta entrarán en el bucle de optimización y cuales no, se ha realizado un ejercicio justificativo valorando criterios de complejidad de los modelos a desarrollar vs. impacto sobre las métricas objetivo. Los resultados que se han concluido son los siguientes:
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- Los subsistemas torre y flotador son optimizables por su influencia tanto en los costes totales cómo en la propia dinámica del conjunto.
- El control está condicionado a ser ajustado para cada uno de los diseños de la planta para maximizar la potencia extraida sin perjudicar a las cargas, por lo que también se considera como un subsistema optimizable.
- El subsistema de fondeos se ha considerado optimizable tras realizar un análisis en dominio del tiempo utilizando el modelo público OpenFAST. Se ha visto que las tensiones máximas en los puntos de anclaje se han dado en el caso de cargas de Condiciones de Operación Extremas en los que el control tiene influencia.
- Variables a optimizar en cada subsistema
Variables de optimización de la plataforma
Se ha realizado un análisis preliminar de la influencia de los diferentes parámetros de cada subsistema que afectan a la dinámica del FOWT y se han definido, para la primera versión de la herramienta, las siguientes variables de optimización:
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- Plataforma: diámetro columna, radio ejes columna, calado y espesor pontona
- Torre: distribución de diámetro y espesores
- Mooring: longitud/pretensión y diámetro
- Control: estrategia de control (cada estrategia tiene diferentes parámetros a sintonizar)
De cara a realizar la optimización, se está trabajando en la definición de una función objetivo donde se evalúan unas métricas que tendrán pesos flexibles para particularizarse en cada caso.
- Localización para el caso de estudio
Localización del cas de estudio FOWT
La localización seleccionada para el aerogenerador está al oeste de la isla Barra, Escocia. El emplazamiento se ha elegido por sus condiciones extremas. La plataforma se caracterizará para las condiciones meteoceánicas de LIFE50+.
- Casos de carga
En cuanto a los modelos que representarán la dinámica del FOWT, se han desarrollado dos caracterizaciones en paralelo:
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- Modelo OPENFAST. Se han simulado los siguientes casos de carga: DLC 1.2 (Fatiga) Condiciones de operación normal, DLC 1.6 Condiciones de operación extremas y DLC 6.1 Condiciones de supervivencia.
- Modelo REDUCIDO: se ha desarrollado un modelo dinámico reducido para utilizar tanto en la optimización como para el desarrollo de la estrategia de control.
Ambos modelos se comunicarán mediante una herramienta que permite intercambiar el modelo de simulación entre el modelo reducido y el modelo OpenFAST. De esta forma, la metodología CCD se puede realizar utilizando el modelo reducido para, posteriormente, validar el resultado obtenido con un modelo más complejo como es OpenFAST.