COSTA

Artículos científicos

• Hybrid testing system development for single point mooring lines FOWTs by O. Pires-Jiménez, J. Azcona-Armendáriz, Carlos Casanovas, Ignacio Castelló.
• OF2: Coupling OpenFAST and OpenFOAM for high-fidelity aero-hydro-servo-elastic FOWT simulations by G. Campaña-Alonso, R. Martín-San-Román, B. Méndez-López, P. Benito-Cia, J. Azcona-Armendáriz.
• High fidelity Computational Fluid Dynamics models comparison in the simulation of full scale floating platform under free decay tests by M. Gil-Liberal, J. Fuertes, A. Torres, J. Armañanzas, J. leon, G. Campaña, B. Mendez.

Comunicaciones en congresos

• EERA DEEPWIND24. 17-19/01/2024. Trondheim, Noruega.

Itsas energia eoliko flotatzailea (FOWT) sendotu egin da trantsizio energetikorako funtsezko lehentasun estrategiko gisa. Itsas zabaleko aukera eoliko handiari zor zaio hori. Izan ere, eremu zabal horrek ingurumenaren, soinuaren eta ikusmenaren gaineko eragin txikia du, eta oso erabilgarria da lurreko kokaleku eolikoak gero eta gehiago betetzen ari direlako. Bereziki, FOWT teknologia ezinbestekoa da sakontasun handiko kokalekuetan, non itsas ohantzera finkatutako egiturak bideragarriak ez diren. Nafarroak, energia berriztagarrien sektorean industria-sare indartsua izanik, bultzada horren aldeko apustu irmoa egin du.

Teknologia horren erronkarik garrantzitsuenetako bat da plataforma flotatzaile osoaren ardatz bertikalaren (trabeskatzea) inguruko biraketa kontrolatzea. Aerosorgailuaren errotoreak sortzen duen pareak berak sistemaren lerroa hautsi egiten du, eta egitura flotatzaileak berez duen zurruntasun-eskasia ez da nahikoa efektu horri aurre egiteko. Ondorioak larriak dira: haizearekiko lerroa hausteak kargak eta egiturazko nekea handitzen ditu, energiaren ekoizpena murrizten da eta, muturreko egoeretan, multzoa guztiz ezegonkortu daiteke.

COSTA proiektuaren helburua da itsas energia eoliko flotatzailearen garapena mugatzen duen funtsezko arazo hori konpontzea. Bere proposamen nagusia errotoreko palen igarotze-angeluan (pitch) eragingo duen kontrol-estrategia bat garatzea da, momentu leheneratzaileak sortzeko eta, ondorioz, trebeskatzearen pareari aurre egiteko.

Hori lortzeko, COSTA simulazio-ereduek eta saiakuntza-metodoek gaur egun dituzten mugak gainditzera bideratzen da lehenik. Gaur egun, tresna horiek ez dira behar bezain zehatzak sistema flotatzaileak biraketa handiak izaten dituen egoerak irudikatzeko, eta horrek eragotzi egiten du trebeskatzearen arazoari modu eraginkorrean heltzea. Proiektuak modelo eta teknika horiek hobetu nahi ditu aerosorgailu flotatzaileen diseinuak optimizatzeko. Ereduetan, saiakuntzetan eta kontroletan egindako hobekuntza guztiak aerosorgailu flotatzaile publikoaren eredu batean ebaluatu ziren, eta errendimenduaren funtsezko adierazleak (KPIak) erabili ziren energia eoliko flotatzailearen kostua murriztean zer eragin zuten kuantifikatzeko.

Kontrol-lanak, hasiera batean turbina bakarreko aerosorgailuei buruzkoak, aldatu egin ziren turbina biko aerosorgailu flotatzaileei aplikatzeko, industriaren bezero baten beharrak zirela eta. Plataforma horietan sarritan ez dago banakako trebeskatze-mekanismorik turbinetan, eta plataforma osoa haizearekin lerrokatzeko biratzeko aukera ematen duen puntu bakarreko lotura-sistema (SPM) erabiltzen dute. Hori dela eta, kontrol-koordinaziorako estrategia bat garatu da.

Kontrol-koordinatzailea goi-mailako kontrol-hierarkia bat da, eta bere helburu nagusia da bi turbinak haizera begira daudela ziurtatzea, energia-ekoizpena maximizatzeko. Errotoreen artean bultzada aerodinamikoko alde bat sortzean oinarritzen da estrategia. Horretarako, turbina bakoitzaren banakako kontrolatzaileei bidaltzen zaien biraketa-abiaduraren erreferentzia aldatzen da eta horrek, aldi berean, palen pitcharen agindua eta/edo sorgailuaren parea aldatzen ditu. Hala, turbina batek bere bultzada handitzen du eta besteak murriztu egiten du, eta plataforma haizearekin lerrokatzeko joera duen momentu bat eragiten du.

Kontrolaren emaitzak:

• Trebeskatzearen kontrolik gabeko jitoa saihestea lortu da.
• Hala ere, lerro-hausteak oraindik nabarmenak izan daitezke.
• Hobekuntza palen pitcharen erabilera intentsiboaren bidez lortzen da, eta horrek erronkak ditu kasu erreal batean erabiltzeko.
• Beraz, ikertzen jarraitzeko etorkizun handiko ildoa dela identifikatu da.

Fluido-egitura elkarrekintzaren simulazio akoplatuei dagokienez:

• Plataformaren eta olatuen arteko elkarrekintzaren simulazioak egin dira OpenFOAM (CFD) erabiliz, bai plataforma finkoetarako, bai sei askatasun-gradu eta SPM lotura-sistema bat duten plataformetarako.

• Ainguratze-sistemak CFD kodeetara akoplatzea: MoorDyn, ainguratze-lerroen efektu dinamikoak irudikatzen dituen eredua, OpenFOAM-ekin akoplatzea lortu da. Akoplamendu hori funtsezkoa da lotura-indarren irudikapen zehatz baterako; izan ere, MoorDyn-ek inertzia, arintzea, flotagarritasuna eta indar hidrodinamikoak bezalako efektuak hartzen ditu kontuan.
• Simulazio-tresnen alderaketa: OpenFOAM eta XFlow kodeen arteko alderaketak egin dira DeepCWind plataformaren gainbeherako (pitch, heave) kasuak simulatzeko. Bi kodeen emaitzak behar bezala alderatu ziren hainbat baldintzatan.
• Muturreko mugimenduen simulazioa: OpenFOAM-ek erakutsi du gai dela Z ardatzeko 30º-ko muturreko biraketa simulatzeko simulazio konbergitu batekin eta, hala, baliozkotu egiten du bere funtzionamendua baldintza zorrotz horietan.
• Akoplamendu hidrodinamiko-aeroelastikoa: OpenFOAM (plataformaren simulazio hidrodinamikoa CFD-rekin egiteko) eta NREL-en OpenFAST (aerosorgailuaren funtzionamendua simulatzeko) akoplatzea lortu da. Akoplamendu horri esker, aerosorgailuaren eta plataformaren arteko indarrak eta momentuak truka daitezke denbora-urrats bakoitzean, eta informazio zehatza lortzen da aerosorgailu-plataforma flotatzailea sistemaren osagai guztietan.

Azkenik, COSTA proiektuak SPM duten aerosorgailu flotatzaileetarako kanal-eskalako saiakuntzak hobetzea lortu zuen. Metodologia horien hobekuntza CEHIPAR (Madril) erakundean egindako eskalako saiakuntza batean frogatu zen.

Laburbilduz, itsas energia eoliko flotatzailearen erronka konplexuak gainditzeko oinarriak finkatzen ari da COSTA, kontrol-estrategia berritzaileak garatuz eta simulazioko eta saiakuntzako tresnak nabarmen hobetuz. Hori funtsezkoa da sortzen ari den eta trantsizio energetikorako ezinbestekoa den teknologia honen kostua murrizteko.