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 co-diseño, 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
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 co-diseño, y definido los modelos de alto nivel contra los que se validarán los resultados.
Co-diseño de control en convertidores de energía de las olas
El objetivo principal es diseñar y desarrollar una metodología de co-diseño de control (CCD, por sus siglas en inglés) que permita la optimización de captadores de energía de las olas que considere los aspectos más relevantes desde la etapa inicial de diseño. Esta metodología se diseñará de forma genérica, para garantizar la posible implementación en cualquier sistema de energía de olas, pero validándola para un caso de estudio respaldado por el Comité Asesor de KONFLOT: Sistema flotante de columna de agua oscilante (OWC, por sus siglas en inglés).
En la estrategia seleccionada para la metodología de co-diseño para el captador de las olas existen dos bucles de optimización: (i) bucle externo dedicado a la selección óptima de los parámetros de diseño y (ii) el bucle interno orientado a la maximización de energía mediante estrategias de control óptimo.
Definición del caso de estudio para energía de las olas
El caso de estudio se ha encajado dentro de los sistemas undimotrices basados en el principio de OWC, debido a las características del tejido industrial y de investigación de Euskadi, donde existen tanto un desarrollador de tecnología de referencia mundial como una infraestructura única en todo el mundo dedicadas a este tipo de tecnología. Además, el dispositivo concreto seleccionado para el desarrollo de la metodología CCD es un captador flotante para el cual existe una gran cantidad de información pública: Sparbuoy OWC.
- Tipología de captador de energía de las olas
Captador y turbina del sistema OWC seleccionado
Este captador consiste en un dispositivo tipo spar genérico dividido en tres partes principales: una parte superior cilíndrica, una parte central también cilíndrica pero mucho más alargada, y una parte inferior semi-cónica. En cuanto a la turbina del sistema PTO, se ha establecido que debe de ser simétrica para poder operar con flujos de aire bi-direccionales. Debido a la complejidad de este tipo de sistemas, el caso de estudio se limita al análisis de turbinas de tipo Wells, que son las más habituales para los sistemas OWC. De todas formas, se espera analizar diferentes configuraciones de turbinas Wells, incluyendo aquellas que permitan un control activo. Por último, se ha definido que el sistema Mooring tendrá entre tres y cuatro líneas de fondeo.
- Componentes del sistema a optimizar
La caracterización del sistema se divide en dos partes, para los cuáles se han definido modelos numéricos de predicción del comportamiento. Así, estos modelos se dividen en dos: los referentes al captador y los referentes al sistema PTO. En ambos casos, se han definido dos tipos de modelos, uno más preciso pero computacionalmente más pesado, y otro computacionalmente mucho más eficiente, pero con una menor precisión a la hora de captar las distintas dinámicas de los sistemas:
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- El captador o flotador spar.
- El sistema PTO
- Las líneas de fondeo o Mooring
- Variables a optimizar en cada subsistema
La selección de los parámetros y las métricas utilizadas para la evaluación de las diferentes configuraciones tanto del captador como de la turbina se ha llevado a cabo de forma independiente:
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- Captador flotante: Diámetros interiores (superior e inferior), Calado y Espesor/masa.
- Sistema PTO: Relación de diámetro externo/interno de la turbina, geometría del perfil del álabe a lo largo del eje radial, número de palas y velocidad de giro.
- Mooring: Slack, número de líneas y diámetro de las líneas.
- Localización para el caso de estudio
Se han definido diferentes localizaciones en base a la profundidad del emplazamiento. Por un lado, para profundidades medias de 20 metros, se ha optado como BiMEP y EMEC como lugares de ensayo de plataformas en mar abierto. Por otro lado, para profundidades medias de 100 metros, se ha seleccionado el Golfo de Vizcaya y la Costa oeste de Portugal (Atlántico) como localizaciones en mar abierto.
- Casos de carga
Se han definido los casos de carga, los cuales se limitan a condiciones de producción de energía (operación normal). El primero, caracterización de emplazamientos en base a modelos climáticos calibrados y, el segundo, análisis de número de estados de mar mediante estrategias de clustering.