Control of floating offshore energy hubs
- Autores: Héctor del Pozo González
- Directores de la Tesis: Oriol Gomis Bellmunt (dir. tes.), José Luis Domínguez García (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Número de páginas: 174
- Tribunal Calificador de la Tesis: Olimpo Anaya Lara (presid.), Eduardo Prieto Araujo (secret.), Pieter Marinus Otto Gebraad (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Eléctrica por la Universidad Politécnica de Catalunya
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
- español
El enorme potencial en alta mar ha despertado un creciente interés entre empresas energéticas y propietarios de instalaciones de petróleo y gas en los últimos años. Gracias a importantes avances, han surgido tecnologías flotantes para desbloquear el potencial en aguas profundas, donde el recurso eólico suele ser óptimo. Aunque la mayoría de los sistemas en funcionamiento son actualmente proyectos piloto o parques con hasta 11 turbinas, como es el caso de Hywind Tampen, se prevé que en los próximos años se materialice el despliegue a gran escala de parques eólicos flotantes. Este cambio hacia una integración más extensa de la energía eólica marina plantea desafíos no solo para el sector eólico, sino también para los sectores de transmisión y almacenamiento de energía, donde el hidrógeno ha surgido como una tecnología clave para proporcionar flexibilidad al excedente de energía generada y competir en los mercados eléctricos y de hidrógeno/gas. Sin embargo, la investigación sobre el desarrollo y la operación óptima de estos centros energéticos en alta mar aún es limitada. Quedan muchas incógnitas, como por ejemplo, ¿cómo optimizar los parques eólicos flotantes para reducir sus costos? ¿Es óptima su combinación con otras fuentes de energía, como la energía de las olas? ¿Cuál es la asignación óptima de la energía eólica flotante al hidrógeno para su operación? Esta tesis se propone abordar el paradigma de los centros energéticos en alta mar dominados por la energía eólica flotante y su potencial optimización y control, tanto de forma individual como en combinación con otras fuentes de energía existentes, como la energía de las olas o el hidrógeno, con el fin de reducir el costo total de las instalaciones y, en muchos casos, aprovechar la misma infraestructura. Para lograrlo, se recurre principalmente a tecnologías flotantes de energía de las olas que pueden instalarse cerca de la costa y sistemas de hidrógeno reversibles mediante la tecnología de celdas de óxido sólido, permitiendo tanto la producción de hidrógeno como la inyección bidireccional de energía en la red eléctrica a partir del hidrógeno. Aunque esta tesis presenta estudios de caso conservadores para una posible implementación por parte de los Operadores del Sistema de Transmisión (TSO), no implica que estas configuraciones sean óptimas o que necesariamente serán las opciones implementadas en el ámbito industrial. Se centra principalmente en estudios de caso con datos de ubicaciones en el norte de España, pero también explora el paradigma de las islas energéticas en Dinamarca. Estos son los dos sitios de implementación potencial estudiados en esta tesis. Las principales conclusiones destacan que la dinámica de la energía eólica marina flotante requiere técnicas de control avanzadas que permitan la optimización a largo plazo de su operación para evitar pérdidas de potencia y prolongar su vida útil.
- English
The significant worldwide offshore potential has garnered considerable interest from energy companies and oil and gas plant owners in recent years. With significant advancements in bottom-fixed structures, floating technologies have emerged to unlock potential in deeper waters, where wind resource is abundant. Although most existing systems today are pilot projects or parks with up to 11 turbines, such as the case of Hywind Tampen, it is estimated that in the coming years, the large-scale deployment of floating wind farms will become a reality. This evolution towards extensive integration of offshore wind energy not only poses a significant challenge for the wind sector but also for transmission and energy storage sectors, where hydrogen has emerged as a key technology to provide flexibility to excess generated energy and to compete not only in the electricity market but also in hydrogen/gas markets; such technology could provide stationary storage.
However, there is limited research on how these offshore energy hubs could be developed or how their optimal operation would be. Many questions remain unanswered, such as how to optimize floating wind farms to reduce their costs? Is their combination with other energy sources such as wave energy optimal? What is the optimal allocation of floating wind energy to hydrogen for its operation? This thesis aims to address the paradigm of offshore energy hubs dominated by floating wind and their potential optimization and control, both individually and in combination with other existing energy sources such as wave or hydrogen, to reduce the total cost of installations and in many cases to utilize the same infrastructure. To achieve this, hybrid floating wind-wave technologies that can be installed near the coast and reversible hydrogen systems through solid oxide cell technology are primarily employed, allowing for both hydrogen production and bidirectional energy injection into the grid from hydrogen.
Although this thesis presents conservative case studies for potential implementation feasible by Transmission System Operators (TSOs), it does not imply that these configurations are optimal or that they would necessarily be the options implemented by TSOs in hypothetical case studies. This thesis primarily presents case studies with data from locations in northern Spain, but it also explores the paradigm of energy islands in Denmark. These are the two potential implementation sites studied in this thesis. The main conclusions of this thesis are summarized in that the dynamics of floating offshore energy require advanced control techniques that allow for long-term optimization of their operation to avoid power losses while extending their lifespan.
- español
