Estudio comparativo de algoritmos de control para maniobras de DAECs* de primera generación y dos grados de libertad

L. del Horno, J.A. Somolinos, E. Segura, R. Morales

Resumen

Los Dispositivos de Aprovechamiento de la Energía de las Corrientes (DAECs), denominados de primera generación, se emplean para la obtención de la energía de las corrientes submarinas en profundidades que no superan los 40 ó 50 m, lo que los configura como estructuras apoyadas en el fondo marino. Para que la explotación energética de este recurso sea competitiva -desde una perspectiva técnica y económica-, se requiere superar diversos retos tecnológicos y además, reducir los gastos de explotación, focalizando los esfuerzos en un abaratamiento de los costos de mantenimiento. Gracias a la implantación de un sistema de control de lastres, se dotan a estos generadores de la posibilidad de cambiar automáticamente de orientación y profundidad durante las maniobras de emersión-inmersión que pueden reducir dichos costos. En este trabajo se presenta el modelado dinámico de un dispositivo de dos grados de libertad y varios algoritmos de control multivariable, todos ellos basados en una matriz no lineal de desacoplamiento, junto con el término de compensación de la pérdida de empuje en las cercanías de la superficie libre. Se evalúan las prestaciones de estos controladores mediante la simulación de la maniobra de emersión de un dispositivo a escala real, y se validan los resultados con un prototipo a escala en Canal de Ensayos. Finalmente, se comparan los resultados obtenidos en simulación y se presenta su validación experimental.


Palabras clave

Energías renovables marinas; modelo dinámico; control multivariable; integración OrcaFlex-Matlab; prototipo experimental; maniobras de emersión

Clasificación por materias

Ingeniería de control de procesos e instrumentación

Texto completo:

PDF

Referencias

Acuerdo de París. 2015. "Acuerdo de París." In Convención Marco de Las Naciones Unidas Sobre El Cambio Climático (CMNUCC).

Badcock-Broe, A., Flynn, R., George, S., R. Gruet, R., Medic, N., 2014. Wave and Tidal Energy Market Deployment Strategy for Europe. www.ed.ac.uk.

Brown, A., Paasch, R., Tumer, I.Y., Lenee-Bluhm, P., Hovland,J., Von Jouanne, A., Brekken, T., 2010. Towards a Definition and Metric for the Survivability of Ocean Wave Energy Converters. In ASME 2010 4th International Conference on Energy Sustainability, ES 2010, 1:917-27. American Society of Mechanical Engineers Digital Collection. https://doi.org/10.1115/ES2010-90069

CEHINAV. Accessed July 10, 2020. http://canal.etsin.upm.es/cehinav/

Del Horno, L., Segura, E., Morales, R., Somolinos, J.A., 2020. Exhaustive Closed Loop Behavior of an One Degree of Freedom First-Generation Device for Harnessing Energy from Marine Currents. Applied Energy 276 (October): 115457. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115457

Dorf, R. and R. Bishop. 2005. Sistemas de Control Moderno. Pearson Educación S.A.

Espín, M. 2015. "Modelado Dinámico y Control de Maniobras de Dispositivos Submarinos." Tesis ETSIN-UPM

European Commission. 2018. "A Clean Planet for All A European Strategic Long-Term Vision for a Prosperous, Modern, Competitive and Climate Neutral Economy."

Fernández, L., Segura, E., La Portilla, M.P., Morales, R., Somolinos, J.A., 2016. Dynamic Model and Nonlinear Control for a Two Degrees of Freedom First Generation Tidal Energy Converter. In 10th IFAC Conference on Control Applications in Marine Systems CAMS 2016: Trondheim, Norway, 13-16 September 2016, 49:373-79. Elsevier. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2016.10.433

García, E., Correcher, A., Quiles, E., Morant, F., 2016. Recursos y Sistemas Energéticos Renovables Del Entorno Marino y Sus Requerimientos de Control. RIAI - Revista Iberoamericana de Automatica e Informatica Industrial 13 (2): 141-61. https://doi.org/10.1016/j.riai.2016.03.002

Gulf Stream Turbine. "A Steady Low-Cost Electricity from a Coriolis-Force Current." Accessed January 18, 2021. http://wdstudio.net/gulfstreamturbine/gst.htm.

IEC-TC214. 2011. "'Tecnhical Specification: Marine Energy. Wave, Tidal and Other Water Current Converters. Part 1: Terminology.'" In . IEC/TS 62600-1 Ed. International Electrotechnic Commision. Ginebra, Switzerland.

La Portilla, M.P., López, A., Somolinos, J.A., Morales, R., 2018. Modelado Dinámico y Control de Un Dispositivo Sumergido Provisto de Actuadores Hidrostáticos. RIAI - Revista Iberoamericana de Automatica e Informatica Industrial 15 (1): 12-23. https://doi.org/10.4995/riai.2017.8824

Mathworks. 2016. https://es.mathworks.com/products/matlab/.

Morales, R., Fernández, L., Segura, E., Somolinos, J.A., 2016. Maintenance Maneuver Automation for an Adapted Cylindrical Shape TEC. Energies 9 (9): 746. https://doi.org/10.3390/en9090746

Ocean Energy Forum. 2016. "Ocean Energy Strategic Roadmap Building Ocean Energy for Europe." https://webgate.ec.europa.eu/maritimeforum/en/frontpage/1036.

Ocean Energy Systems. 2018. "Spotlight on Ocean Energy 20 Projects + 5 Policy Initiatives."

Orcina. 2016. https://www.orcina.com/SoftwareProducts/OrcaFlex/.

Organización Meteorológica Mundial. 2019. Declaración de La OMM Sobre El Estado Del Clima Mundial En 2018. Vol. OMM-No 1233.

Perez, R., López, A., Somolinos, J.A., Núñez, L.R., 2018. Detail Design of a Ballast Control Room for an Underwater Tidal Energy Converter. Brodogradnja 69 (1): 39-52. https://doi.org/10.21278/brod69103

Perumaal, S., Jawahar, N., 2013. Automated Trajectory Planner of Industrial Robot for Pick-and-Place Task. International Journal of Advanced Robotic Systems 10. DOI: 10.5772/53940.

https://doi.org/10.5772/53940

Protocolo de Kyoto. 1997. "Protocolo de Kyoto." In Convención Marco de Las Naciones Unidas Sobre El Cambio Climático (CMNUCC). https://doi.org/10.18356/cea22d4e-es

Proyecto GESMEY. Cátedra Soermar-UPM. Accessed July 12, 2020. https://www.catedra-soermar-upm.com/proyecto-gesmey/.

Proyecto MeyGen. SIMEC Atlantis Energy. Accessed July 12, 2020. https://simecatlantis.com/projects/meygen/.

Secretaría de Estado de Medio Ambiente. 2019. "Nota Sobre Los Principales Resultados de La Cumbre Del Clima de Madrid." Madrid. https://www.un.org/en/climatechange/index.shtml.

Segura, E., Morales, R., Somolinos, J.A., 2017a. Cost Assessment Methodology and Economic Viability of Tidal Energy Projects. Energies 10 (11): 1806. https://doi.org/10.3390/en10111806

Segura, E., Morales, R., Somolinos, J.A., López, A., 2017b. Techno-Economic Challenges of Tidal Energy Conversion Systems: Current Status and Trends. Renewable and Sustainable Energy Reviews 77 (September): 536-50. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.04.054

Segura, E., Morales, R., Somolinos, J.A., 2018. A Strategic Analysis of Tidal Current Energy Conversion Systems in the European Union. Applied Energy, February 15, 2018. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.12.045

Segura, E., Morales, R., Somolinos, J.A., 2019a. Increasing the Competitiveness of Tidal Systems by Means of the Improvement of Installation and Maintenance Maneuvers in First Generation Tidal Energy Converters-An Economic Argumentation. Energies 12 (13): 2464. https://doi.org/10.3390/en12132464

Segura, E., Morales, R., Somolinos, J.A. 2019b., Influence of Automated Maneuvers on the Economic Feasibility of Tidal Energy Farms. Sustainability 11 (21): 5965. https://doi.org/10.3390/su11215965

Segura, E., Morales, R., Somolinos, J.A.. 2019c. Modelo Dinámico y Control No Lineal Para Un Convertidor de Energia de Las Corrientes Marinas de Primera Generación y Dos Grados de Libertad. XL Jornadas de Automática, 42-47. https://doi.org/10.17979/spudc.9788497497169.042

Selot, F., Fraile, D., Brindley, G., 2019. Offshore Wind in Europe. Key Trends and Statistics 2018.

Somolinos, J. A., López, A., Núñez, L.R., Morales, R., 2017. Dynamic Model and Experimental Validation for the Control of Emersion Manoeuvers of Devices for Marine Currents Harnessing. Renewable Energy 103 (April):333-45. https://doi.org/10.1016/j.renene.2016.10.076

U.S. Energy Information Administration. 2019. "International Energy Outlook 2019 with Projections to 2050." www.eia.gov/ieo.

University of Southampton. 2008. "Tidal-Current Energy Device Development and Evaluation Protocol URN 08/1317."

Abstract Views

520
Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM




Creative Commons License

Esta revista se publica bajo una Licencia Creative Commons Attribution-NonCommercial-CompartirIgual 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0)

Universitat Politècnica de València     https://doi.org/10.4995/riai

e-ISSN: 1697-7920     ISSN: 1697-7912