Optimización de la extracción energética a partir del oleaje mediante la utilización de modelos matemáticos basados en la transformada de Fourier

González Rico, Fernando (2017). Optimización de la extracción energética a partir del oleaje mediante la utilización de modelos matemáticos basados en la transformada de Fourier. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Optimización de la extracción energética a partir del oleaje mediante la utilización de modelos matemáticos basados en la transformada de Fourier
Autor/es:
  • González Rico, Fernando
Director/es:
  • Lafoz Pastor, Marcos
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Febrero 2017
Materias:
Palabras Clave Informales: Energía undimotriz, absorbedor puntual, WEC, PTO, control, espectro de frecuencias, transformada de Fourier, altura significativa, periodo energético, parámetros óptimos
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El presente Trabajo Fin de Grado tiene como objetivo el desarrollo de un sistema de control para un dispositivo extractor de energía undimotriz, que es la energía que se obtiene de las olas. El dispositivo se conoce como WEC, que son las iniciales de Wave Energy Converter o convertidor de la energía de las olas. En el presente trabajo, el WEC consiste en un dispositivo conocido como absorbedor puntual de dos cuerpos. El WEC cuenta con un PTO, las siglas de Power Take Off (o dispositivo de extracción de potencia) para la transformación de la energía mecánica que proporciona el movimiento oscilatorio de las olas en energía eléctrica. La importancia del estudio y desarrollo de los sistemas de control de los parámetros del WEC es muy grande para el crecimiento de este tipo de energía renovable, ya que con un control adecuado se puede aumentar la potencia extraída y rentabilizar los altos costes de inversión de esta tecnología. El control de los parámetros del WEC permite no sólo la extracción de más cantidad de potencia media por parte del dispositivo sino controlar los picos de potencia generada que se producen y que hacen que estos dispositivos necesiten una electrónica de potencia muy sobredimensionada para su conexión a red. De esta forma se puede conseguir mayor potencia y de mayor calidad para optimizar el rendimiento y reducir los costes. En primer lugar en el trabajo se realizará un estudio del estado del arte de la energía marina para localizar el tipo de generación, con especial hincapié en la energía undimotriz, y posteriormente un análisis de los distintos tipos de control utilizados hasta el momento. Se va a estudiar el modelo del WEC siguiendo una analogía entre la realidad mecánica del dispositivo y un circuito eléctrico equivalente, que permite hacer un símil fácil de entender. Se llega a la conclusión de que los parámetros que se van a controlar son resistencia (Rm) y reactancia (Xm) para el circuito eléctrico, que tienen su correspondencia con parámetros físicos controlables en el PTO. El trabajo está realizado partiendo de un modelo de WEC implementado en el entorno de simulación Matlab&Simulink por el CIEMAT. Una vez elegido el control que se quiere implementar y los parámetros con los que se va a trabajar empieza la tarea de simular e incluir en el modelo de WEC el control. Los estados de mar se caracterizan por su periodo de pico y su altura significativa. Estos estados son elegidos en función de la probabilidad de que se den en la zona de estudio, para tener una muestra realista. Mediante simulación se llega a los valores óptimos de los parámetros que dan el máximo de potencia extraída para cada estado de mar estudiado. A continuación se amplía el rango de valores de los óptimos a casos de mar menos probables para evitar discontinuidades en las simulaciones posteriores El control que se pretende implementar se basa en la transformada rápida de Fourier. Se realiza el estudio de la transformada y del espectro en el dominio de la frecuencia para su aplicación a la altura de la superficie libre del mar. También se sustituye el periodo de pico por un periodo equivalente basado en momentos a partir del espectro que es más robusto ante el ruido. Se elabora un algoritmo que recibiendo una forma de ola calcule el espectro de frecuencias y a partir de él halle los parámetros característicos de la ola: altura significativa y periodo energético. Se trabaja en aumentar la precisión del algoritmo de identificación de los parámetros del oleaje mediante distintos métodos de filtrado. Con los parámetros del oleaje calculados, el algoritmo obtiene los parámetros óptimos de control. Una vez que se comprueba su buen funcionamiento y su precisión se implementa en el modelo para que sea capaz de obtener alturas y periodos de ola en tiempo real a partir del espectro de frecuencias y con ellos encontrar los parámetros óptimos de control. De esta forma el control permite ajustar online los parámetros óptimos para la máxima extracción de energía según el estado de mar en el que esté funcionando el dispositivo. Sin embargo, para el dispositivo situado en el mar es complicado medir alturas y periodos de ola o formas de onda, por lo que se busca un parámetro que sea más fácil de medir para convertirlo en entrada del control. Se elige la velocidad. Elegida la velocidad como entrada del sistema se busca conseguir magnitudes de velocidad asociadas a periodos equivalentes y alturas significativas a través del espectro de frecuencia y hallar unos nuevos óptimos para velocidad equivalente y velocidad significativa análogas a las de periodo equivalente y altura significativa que contengan los parámetros óptimos para cada estado de mar. Se deja para investigaciones futuras implementar un modelo que realice el control de los parámetros óptimos a partir del espectro de la velocidad en lugar del espectro de la altura de la superficie libre oceánica.

Más información

ID de Registro: 45294
Identificador DC: http://oa.upm.es/45294/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:45294
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 24 Mar 2017 07:24
Ultima Modificación: 24 Mar 2017 07:24
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