Reducción del movimiento oscilatorio en turbinas eólicas offshore: Aplicación a plataformas semi-sumergibles con integración de columnas de agua oscilante

• Autores: Payam Aboutalebi, Fares Mzoughi, Irfan Ahmad, Aitor J. Garrido Hernández, Izaskun Garrido Hernandez
• Localización: WWME 2023 V. Jardunaldia - Itsas energiako sistemen aurrerapen berriei buruzko irakaskuntza-oharrak / Aitor J. Garrido Hernández (ed. lit.), Matilde Santos Peñas (ed. lit.), Izaskun Garrido Hernandez (ed. lit.), 2024, ISBN 978-84-09-58971-5, págs. 31-36
• Idioma: español
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    Las estructuras marinas, como las Turbinas Eólicas Flotantes (FWTs, por sus siglas en ingles), están expuestas a las fuerzas de las olas y el viento, lo que genera oscilaciones no deseadas que pueden afectar negativamente su rendimiento, longevidad, eficiencia en la extracción de energía, integridad estructural y costos de mantenimiento. Para abordar estos problemas, se ha propuesto la integración de Convertidores de Energía de Olas (WECs, por sus siglas en ingles) en sistemas FWT.

    Este enfoque integrado tiene como objetivo aprovechar tanto la energía eólica como la energía de las olas, transmitiendo energía eléctrica a la red. Este articulo investiga el uso de Columnas de Agua Oscilantes (OWCs, por sus siglas en ingles), un tipo de WEC, en sistemas FWT. Las OWCs se utilizan para mejorar el amortiguamiento hidrodinámico y reducir las oscilaciones resonantes en las turbinas eólicas flotantes, especialmente en respuesta a fuerzas ambientales como el viento y las olas. A pesar de la menor contribución de la energía de las olas en comparación con la energía eólica, las OWCs actúan como valiosas fuentes de amortiguamiento para mejorar la eficiencia energética y el diseño estructural de la plataforma. El objetivo principal de este artículo es rediseñar la plataforma original de FWT para acomodar OWCs adicionales, teniendo en cuenta la hidrodinámica resultantes de su integración. Esto implica la incorporación de OWCs en dos de las tres columnas de una plataforma semi-sumergible existente diseñada para una FWT de 12 MW. Se han creado moonpool que se alinean con las cámaras de aire de las OWCs en estas columnas, y se han diseñado sistemas de lastre de agua para columnas con y sin OWCs. Posteriormente, se realizan análisis hidrodinámicos para evaluar el comportamiento del sistema. El artículo discute las propiedades hidrodinámicas en términos de la respuesta de la plataforma hibrida en comparación con la configuración original. La plataforma hibrida se modela utilizando GeniE, y las hidrodinámicas del sistema se evalúan utilizando HydroD, herramientas desarrolladas por DNV. Los resultados del estudio resaltan las posibles ventajas de integrar OWCs en sistemas FWT, especialmente en la mitigaci´on de las oscilaciones de la plataforma, lo que mejora su rendimiento general y longevidad.

  • English

    Marine structures, such as Floating Wind Turbines (FWTs), are exposed to the forces of waves and wind, resulting in undesirable oscillations that can negatively impact their performance, longevity, energy extraction efficiency, structural integrity, and maintenance costs. To address these issues, the integration of Wave Energy Converters (WECs) into FWT systems has been proposed. This integrated approach aims to harness both wind and wave energy, transmitting electrical power to the grid. This paper investigates the use of Oscillating Water Columns (OWCs), a type of WEC, within FWT systems.

    OWCs are utilized to enhance hydrodynamic damping and reduce resonant motions in floating wind turbines, particularly in response to environmental forces like wind and waves. Despite the smaller contribution of wave energy compared to wind energy, OWCs serve as valuable damping sources to improve power efficiency and platform structural design. The core objective of this paper is to redesign the original FWT platform to accommodate additional OWCs, considering the altered hydrodynamics resulting from their integration. This redesign involves the incorporation of OWCs into two out of three columns of an existing semi-submersible platform designed for a 12 MW FWT.

    Moonpools aligning with OWC air chambers have been created within these columns, and water ballast systems have been designed for columns with and without OWCs. Subsequently, hydrodynamic analyses are conducted to evaluate the system’s behavior. The paper discusses the hydrodynamic properties in terms of the hybrid platform’s response compared to the original configuration. The hybrid platform is modeled using GeniE, and the system’s hydrodynamics are assessed using HydroD, tools developed by DNV. The study’s results underscore the potential advantages of integrating OWCs within FWT systems, particularly in mitigating platform oscillatory motions, enhancing their overall performance and longevity.