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Experimental development of offshore wave energy converters
Portugese titel: Desenvolvimento experimental de sistemas offshore de energia das ondas
Identifier financieringsorganisatie: PTDC/EME-MFE/66999/2006 (Other contract id)
Periode: Juni 2007 tot Mei 2010
Status: Afgelopen
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Abstract
As ondas marítimas constituem um importante recurso energético a nível mundial, e em particular em Portugal, onde existem condições muito favoráveis: nível energético elevado, plataforma continental estreita, rede eléctrica próxima da costa, preço de aquisição de energia elevado (incentivo governamental ao desenvolvimento deste tipo de tecnologia). Os dispositivos offshore são basicamente corpos oscilantes, flutuantes ou (mais raramente) completamente submersos. São estes os sistemas, agregados em parques (como os parques eólicos), adequados para o aproveitamento em larga escala da energia das ondas. Em comparação com os sistemas ("shoreline" e "near-shore") localizados na costa, os sistemas offshore beneficiam dum recurso energético de nível mais elevado em águas mais profundas (tipicamente mais de 40 m). No entanto, a sua maior complexidade, e também outros factores (amarração, acesso para manutenção, ligação eléctrica submarina) têm retardado o seu desenvolvimento, e só recentemente alguns sistemas offshore atingiram a fase de protótipo em mar real (ou se aproximaram dessa fase). A modelação teórica e numérica é a primeira fase no processo de desenvolvimento destes sistemas. A modelação hidrodinâmica baseia-se normalmente na teoria linear das ondas de superfície. Esta teoria ignora os efeitos não lineares, que se sabe serem relevantes em estados de mar mais energéticos e quando se trata de pequenos dispositivos (“point absorbers”) cuja amplitude de oscilação é grande. A investigação destes efeitos é normalmente feita recorrendo a ensaios em tanque de ondas, com modelos a escalas entre 1:80 e 1:10. A amarração é essencial para evitar a deriva do dispositivo flutuante, devendo a sua configuração ser adaptada ao tipo de dispositivo. A sua acção é interactiva, pois as forças de amarração dependem dos movimentos do corpo que por sua vez dependem da resultante de todas as forças e momentos nele aplicados. A modelação da cadeia de conversão de energia (desde as ondas à energia eléctrica) e do sistema de amarração, e a sua validação por testes em modelo físico, são essenciais para a concepção, estudos básicos e o projecto de sistemas de energia das ondas, e para a optimização do projecto e/ou especificação dos seus componentes estruturais, mecânicos e eléctricos. É este o objectivo das 5 tarefas do projecto. O projecto incide sobre “point absorbers” flutuantes constituídos por dois corpos oscilando verticalmente (arfagem): o corpo 1 é um flutuador que oscila em relação a uma massa de água (corpo 2, desempenhando o papel de sistema de inércia) contida num tubo vertical submerso, aberto nas suas duas extremidades, e localizado co-axialmente por baixo do flutuador (possivelmente atravessando-o e atingindo o nível da superfície livre da água). O movimento relativo entre o flutuador e um êmbolo no interior do tubo é convertido em energia útil. Há diversos sistemas baseados nesta concepção que foram ou são objecto de I&D em vários países, e que constituem uma das classes de sistemas mais promissoras. O objectivo da Tarefa 1 é a definição das configurações a serem estudadas, incluindo novas configurações, tendo em consideração o seu interesse técnico, e/ou o seu interesse estratégico do ponto de vista nacional (como seja o caso de instituições portuguesas envolvidas no seu desenvolvimento, fabrico ou instalação). Isto inclui a definição do sistema de conversão de energia na medida em que for relevante para a modelação teórica e experimental. A modelação teórica/numérica do desempenho do sistema, incluindo a cadeia de conversão da energia das ondas em energia útil, é feita na Tarefa 2, que recorrerá extensivamente aos resultados do projecto FCT em curso “Modelação, optimização e controlo de sistemas offshore de energia das ondas”, 2004-07, com parceiros comuns a este projecto. Também no âmbito desta tarefa será utilizado (para situações simples) um código numérico não linear baseado no método de Volume de Fluido (VOF) capaz de modelar ondas de grande amplitude e efeitos de fluido real. Isto permitirá estimar os efeitos hidrodinâmicos não lineares ignorados pela modelação teórica do desempenho global do sistema. A amarração flexível (“slack mooring”) é a mais adequada para este tipo de dispositivos. A configuração e projecto do sistema de amarração, sujeitos às condições e constrangimentos específicos, são o objectivo da Tarefa 3, em que serão utilizados códigos de projecto e sofware existentes. Os ensaios em modelo físico serão efectuados primeiro na Tarefa 4, em canal de ondas (escala 1:80), e em seguida na Tarefa 5 em tanque de ondas (escala 1:40). A Tarefa 4 incluirá medições detalhadas do campo de velocidades em torno do modelo fixo (campo de ondas de difracção) com técnica PIV. Estas duas tarefas irão permitir fazer a validação dos resultados teóricos/numéricos das Tarefas 2 e 3, e em especial investigar os efeitos hidrodinâmicos não lineares ignorados pela teoria linear das ondas de superfície em que assenta a modelação da cadeia de conversão de energia.
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