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Cómo mejorar la eficiencia de los convertidores de energía olamotriz

La energía olamotriz está tomando un creciente interés en los últimos años, y se desarrollan generadores eléctricos para producir electricidad de esta fuente de energía renovable obtenida por el movimiento de las olas. Ahora investigadores de la Universidad del País Vasco proponen un sistema de control para estos generadores que, en las pruebas realizadas, ha mostrado mejorar sustancialmente su eficiencia.

Oscar Barambones, uno de los investigadores que ha participado en el estudio. / Nuria González-UPV/EHU

El grupo de Control Avanzado de la Escuela de Ingeniería de Vitoria-Gasteiz y de la Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa (Eibar) de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), especializado en el control de máquinas eléctricas, ha propuesto un sistema de control robusto para uno de los convertidores de energía olamotriz más utilizados, el convertidor de columna de agua oscilante (OWC), junto con un generador de inducción doblemente alimentado.

“Este tipo de generadores eléctricos son adecuados para trabajar a velocidades variables y, a su vez, el sistema de control que hemos propuesto nosotros lo que consigue es mejorar la eficiencia de esos generadores mediante el control de la velocidad rotatoria de la turbina, dado que esa velocidad afecta a la eficiencia del proceso de extracción de la energía cinética de las olas”, explica Oscar Barambones, uno de los investigadores que ha participado en este estudio, publicado recientemente por la revista Ocean Energy.

Se propone un sistema de control robusto para uno de los convertidores de energía olamotriz más utilizados

Los generadores de inducción doblemente alimentado (DFIG por sus siglas en inglés) se consideran muy adecuados para la generación de energía proveniente de la energía de las olas, porque están especialmente diseñados para trabajar en condiciones cambiantes e impredecibles.

"Nunca se va a conocer el flujo de aire generado por las olas con el que van a tener que trabajar, pero en estos convertidores, el generador de electricidad tiene la capacidad de controlar la velocidad de trabajo, para que el sistema pueda funcionar en su velocidad óptima, independientemente de la velocidad del flujo de aire que reciba la turbina”, detalla el científico.

En la investigación, quisieron probar si el rendimiento del convertidor se veía mejorado al añadirle un sistema de control deslizante, caracterizado por presentar un comportamiento correcto incluso en dinámicas cambiantes, parámetros variables y perturbaciones exteriores.

Buenos resultados en una plataforma experimental

“Lo que hicimos fue probar qué efecto tenía la incorporación de este sistema de control, primero mediante diferentes simulaciones –dice Barambones–, y después, en unas pruebas experimentales realizadas en una plataforma experimental que el grupo de investigación ha diseñado y construido en la Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa de la UPV/EHU (Eibar). Esta plataforma experimental está basada en un generador doblemente alimentado comercial real; el generador lo conectamos a un motor, y ese motor simulaba el perfil de la energía mecánica proporcionada por el flujo de aire que provocarían las olas en una planta de generación olamotriz”.

Las pruebas realizadas demostraron que la eficiencia de los convertidores olamotrices se veía mejorada

Las pruebas realizadas demostraron que la eficiencia de los convertidores olamotrices “se veía mejorada en gran medida: el sistema de control maximiza la extracción de energía de las olas, porque lo que hace es regular la velocidad de la turbina para que el sistema opere con la máxima eficiencia. El rendimiento de estos sistemas se optimiza al conseguir que el generador siga una referencia, que depende de la velocidad que tenga el flujo de aire para que la turbina pueda operar en el punto de máxima eficiencia”. Y dado que las llevaron a cabo con un convertidor comercial, “la aplicación del sistema de control podría ser inmediata”, según el investigador.

Pero Barambones es consciente de que quizás pueda aparecer alguna dificultad a la hora de aplicar este sistema de control en condiciones reales. El principal problema que prevé que puede surgir está relacionado con la inercia de las turbinas. "Nosotros no hemos trabajado con inercias muy grandes, pero es de suponer que una turbina real tendrá una masa bastante mayor y, por consiguiente, una inercia superior. Y hemos visto que cuanto mayor es la inercia, más difícil resultará que el sistema siga la referencia óptima con elevada precisión, aunque en cualquier caso controlando la velocidad de la turbina siempre se conseguirá una mejora en la eficiencia del sistema. Seguiremos realizando estudios en esta materia”.

Referencia bibliográfica:

Oscar Barambones, José A. Cortajarena, José M. Gonzalez de Durana, Patxi Alkorta. "A real time sliding mode control for a wave energy converter based on a wells turbine" Ocean Engineering (2018). DOI:10.1016/j.oceaneng.2018.05.058

Fuente: UPV/EHU
Derechos: Creative Commons
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