Stochastic modelling of OWC device and power production
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Date
2017
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Abstract
Este trabajo se enfoca en el modelamiento matemático del dispositivo de columna de agua oscilante, OWC (Oscillating Water Column). Este dispositivo permite transformar energía de las olas a potencia eléctrica. Consiste de una cámara de aire parcialmente sumergida con apertura al mar en su parte inferior y provista de una turbina Wells en su aporte superior. Cuando la marea entra y sale provoca un cambio en la presión del aire al interior de la cámara generando un flujo de aire que mueve la turbina Wells produciendo potencia eléctrica. Aunque la estructura de un dispositivo OWC es bastante simple, la naturaleza estocástica de las olas del mar y las turbulencias internas hacen su modelamiento matemático una tarea desafiante. Esta tesis propone un modelo estocástico que considera ambas, la aleatoriedad del mar, así como los efectos de memoria por las turbulencias al interior de la cámara. Se muestra, en particular, que la forma de la cámara juega un rol importante al definir el ruido que afecta el suministro de energía. Como resultado, se obtiene un modelo numérico y computacional que captura el efecto de diferentes formas de sección de cámara. Los resultados anteriores se muestran en una serie de simulaciones,comparando nuestra aproximación con la realizada por Falcão and Rodrigues(2002), quien no considera interacciones internas de la presión con la estructura y no alcanza un modelo estocástico adecuado. Dos hechos principales motivaron esta investigación. Primero el enorme potencial de energía marina de nuestro, lo que determina la necesidad de innovar en esta área. Segundo, es auto evidente que las energías marinas por si solas no cubrirían nuestra demandade potencia eléctrica. Por lo que es importante combinar las diferentes fuentes de energía renovable tales como solar, eólica y marina. Como resultado, un modelo matemático adecuado, debería extenderse a dichas conexiones como redes inteligentes, así como incorporar el proceso de almacenamiento de energía. Esta tesis presenta una primera contribución para dicho programa. Con este fin, un ejemplo concreto es mostrado. Más precisamente, en Monte Redondo, un lugar al norte de Chile, existe una granja eólica importante con 24 generadores que podrían producir hasta 48 MW. Con vista a su inclusión como red inteligente, se simuló la contribución que tendría un dispositivo OWC en el lugar utilizando los estados de marea local.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2017