Modelado Energético de Convertidores Primarios para el Aprovechamiento de las Energías Renovables Marinas

Abstract

[EN] The main objective of this paper is to present the most common harnessing methods for different types of renewable energy from the sea, and to analyze energy models of the devices used for their exploitation. These models are required for the design of the device as well as for the studying of their dynamic behavior. The knowledge of these models is also necessary for dynamic simulation and for the design of control algorithms in order to achieve energy and economic optimizations. In this paper, some of the different types of ocean energy are presented and the interest in the development of specific devices for the exploitation of sea currents and waves is justified. A small classification based on the depth of water in the area where these devices are to be installed is presented too. For wave energy converters, which are generally resonant type, a general methodology is presented. The different fields of acting forces and methods for obtaining the time and frequency responses are analyzed. For devices for the exploitation of energy from sea currents, it is presented a simplified methodology of dynamic modeling that can be used in analysis of the particular device. It is taken into account the hydrodynamic profiles used in these devices, the data flow profile with depth and wave model together with the gearbox-generator set dynamics. The proposed methodology is applied to a specific case study, corresponding to a horizontal axis rotor from a device for harnessing of tidal energy. The obtained results allow to analyze the effects of wave and flow conditions of non uniform current over the most important energy variables.

[ES] El objetivo principal de este artículo es presentar los métodos más habituales de aprovechamiento de distintos tipos de energías renovables procedentes del mar y analizar los modelos energéticos de los dispositivos utilizados para su explotación. Estos modelos son necesarios para el diseño del dispositivo así como para el estudio de su comportamiento dinámico. Su conocimiento resulta imprescindible también para su simulación dinámica y para el diseño de los algoritmos de control necesarios para conseguir una optimización energética y económica. En este trabajo se presentan algunos de los diferentes tipos de energías del mar, y se j ustifica el interés en el desarrollo de dispositivos específicos para el aprovechamiento de las corrientes marinas y de las olas, junto con una pequeña clasificación en función de la profundidad del agua en la zona de instalación de estos dispositivos. Para los convertidores de energía de las olas, generalmente, de tipo resonante, se presenta una metodología de tipo general, analizando los distintos campos de fuerzas actuantes y los métodos de obtención de las respuestas temporal y frecuencial. Para los dispositivos de aprovechamiento de las corrientes, se propone una metodología simplificada de modelado dinámico que puede ser utilizada en análisis del dispositivo concreto. Para ello se tiene en cuenta los perfiles hidrodinámicos que utilizan estos dispositivos, los datos del perfil de la corriente con la profundidad y del modelo de oleaje, y la dinámica propia del conjunto multiplicadora y generador eléctrico. La metodología propuesta se aplica al estudio de un caso concreto, correspondiente a un rotor de eje horizontal de un convertidor de energía de las corrientes. Los resultados obtenidos permiten analizar los efectos del oleaje y de las condiciones de flujo de la corriente no uniforme sobre las magnitudes energéticas más importantes.