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CENER Offshore

Simulación Integrada

La simulación dinámica de aerogeneradores offshore requiere un enfoque integrado que tenga en cuenta la aerodinámica, hidrodinámica, la dinámica estructural y de amarre, y la estrategia de control, de forma conjunta. CENER tiene una amplia experiencia en simulación integrada,  que ha aplicado al diseño, el análisis y la certificación de diferentes conceptos de aerogeneradores. CENER participa en los Anexos 23 y 30 de la Agencia Internacional de Energía (IEA) desde 2007. Además, CENER ha desarrollado sus propias herramientas internas para la simulación numérica de sistemas de energía eólica marina. Estos modelos numéricos tienen diferentes niveles de complejidad, pudiendo ser aplicados durante las distintas etapas de diseño y para realizar tanto análisis preliminares como detallados.

Multi wind turbine simulation tool (MUST)

MUST es un desarrollo interno basado en OpenFAST [1]. Está diseñado para permitir la simulación de más de un aerogenerador (Torre, Rotor, Góndola) instalado sobre una plataforma flotante basándose en [2].

MUST se ha acoplado a un módulo aerodinámico desarrollado por CENER, AeroVIEW [3], [4] (Aerodynamic Vortex fIlamEnt Wake), que es capaz de capturar la interacción aerodinámica entre rotores cercanos en simulaciones aeroelásticas y también la interacción entre el rotor con su propia estela.

[1] NREL, 2019. “OpenFAST Documentation”.
[2] Bae, Y., 2013. “Coupled dynamic analysis of multiple unit floating offshore wind turbine”. PhD. Dissertation, 53 (May). 
[3] Martín-San-Román R, Azcona-Armendáriz J and Cuerva-Tejero A. “Lifting line free wake vortex filament method for the evaluation of floating offshore wind turbines. First step: validation for fixed wind turbines”. In IWOTC, ASME 2019 2nd International Offshore Wind Technical Conference.  
[4] Martín-San-Román R, Benito-Cia P, Azcona-Armendáriz J and Cuerva-Tejero A.“Validation of a free vortex filament wake module for the integrated simulation of multi-rotor wind turbines”. Renewable Energy,179, pp. 1706–1718, 2021.

Fluido dinámica computarizada

La dinámica de fluidos computacional (CFD) es un método numérico para simular el movimiento de fluidos, estable e inestable, basado en las ecuaciones de Navier-stokes. Las simulaciones CFD son una metodología bien establecida que se utiliza a menudo para reemplazar o complementar los métodos experimentales durante el diseño y análisis de prototipos. Se conoce como el modelo computacional de simulación más preciso, y la fidelidad del modelo se puede ajustar a la aplicación particular y los recursos informáticos disponibles.

cenerFOAM

cenerFOAM es un software de simulación CFD, basado en OpenFOAM, desarrollado por CENER para apoyar la optimización de la eólica flotante. La caracterización hidrodinámica CFD de plataformas de turbinas eólicas da como resultado procesos de optimización más rápidos y baratos para los promotores de la tecnología.

En comparación con otros métodos de optimización, las simulaciones CFD:

    • Son menos costosas y más rápidas
    • Pueden simular fenómenos más complejos que los experimentos
    • Pueden explorar múltiples diseños y escenarios
    • Proporcionan una comprensión profunda del prototipo

Tests Híbridos

Las pruebas de turbinas eólicas flotantes a escala, en tanques de olas, son un paso importante en el proceso de diseño, de cara a reducir riesgos y validar las herramientas de simulación. Una representación precisa de las fuerzas involucradas en la dinámica de la plataforma es clave para obtener buenas mediciones. Resolver el conflicto entre las reglas de escalado hidrodinámico y aerodinámico es uno de los desafíos técnicos más importantes en este tipo de pruebas. CENER ha desarrollado un método híbrido para incluir una fuerza real del rotor acoplado durante las pruebas Software-in-the-Loop (SiL).

Software-in-the-Loop (SIL)

El método de ensayo de plataformas flotantes a escala se basó inicialmente en un único actuador para simular el empuje del viento, sin embargo, esta simplificación no permitía simular todos los momentos y fuerzas a los que está expuesto el conjunto aerogenerador y plataforma. Por ese motivo, CENER ha desarrollado una metodología innovadora que supera esta limitación y que presentamos en el video.

Queremos destacar el apoyo de MARIN (Holanda) en la validación de esta innovadora metodología. MARIN contribuyó con su experiencia, profesionalidad y puso a nuestra disposición sus instalaciones durante todo el proceso.

Análisis y Diseño de Líneas de Fondeo

El diseño del sistema de amarre de una turbina eólica flotante tiene un gran impacto en las frecuencias naturales del sistema, la estabilidad, la dinámica y el nivel de carga. CENER ha desarrollado su propio modelo numérico de dinámica de sistema de amarre, denominado OPASS. El código ha sido validado experimentalmente con medidas de tensión y movimiento de una línea de amarre, a escala, en un tanque de olas. OPASS se ha aplicado en el diseño de muchos sistemas de amarre y análisis de cargas.

Diseño de Plataformas

La subestructura de una turbina eólica marina es uno de los componentes más costosos, económicamente hablando, del sistema. La optimización del diseño es clave de cara a reducir el coste de la energía. Su diseño está muy relacionado con el resto de componentes, por lo que se requiere un enfoque global. CENER ha desarrollado el diseño de la plataforma DELTA-Wind para una turbina eólica flotante de 10 MW. Es un diseño abierto y de acceso público que incluye el escantillado estructural. Esta plataforma es el diseño de referencia dentro del proyecto «MARINET 2 – Round Robin de tanques de ensayo»,  y se va a probar en los próximos años en 4 tanques europeos diferentes.

 

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