Dissertação

{pt_PT=Preliminary design of a power take-off system for the breakwater-integrated oscillating water column at Leixões harbour, Portugal } {} EVALUATED

{pt=A localização privilegiada dos quebra-mares torna-os alvos com bastante potencial para a instalação de um sistema de conversão de energia das ondas. A utilização recorrente da coluna de água oscilante (CAO) deve-se ao seu conceito simples: a única parte em movimento do sistema de produção de energia é o rotor da turbina, diretamente ligado a um gerador eletromecânico convencional. A CAO tem uma estrutura, oca ou flutuante, aberta para o mar abaixo da linha de água, criando uma bolsa de ar interna. O movimento oscilatório das ondas comprime e descomprime, alternadamente, o ar encapsulado, forçando a passagem de ar pela turbina acoplada ao gerador. O objetivo desta tese é estudar a viabilidade da instalação de uma coluna de água oscilante (CAO) no quebra-mar do porto de Leixões. Foi comparado o desempenho da turbina Wells e da turbina Biradial usando um modelo matemático desenvolvido para o projeto. A otimização do desempenho das turbinas é analisada considerando duas estratégias de controlo: controlo com realimentação e integral sliding mode control (ISMC). Os resultados mostram que a turbina Biradial apresenta uma eficiência mais elevada em comparação com a turbina Wells. Por esta razão, a estratégia de controlo ISMC foi implementada na turbina Biradial com o intuito de controlar a velocidade de rotação para garantir o funcionamento no ponto ótimo. Conclui-se que o ISMC é mais eficiente do que o controlo por realimentação para turbinas de baixa inércia, mas apresenta diversos problemas de implementação para turbinas com elevada inércia., en=The privileged location of breakwaters makes them high potential targets for the installation of a wave energy converter. The wide utilization of the oscillating-water column (OWC) as a wave energy converter (WEC) relies on its simple concept: the only moving part of the power take-off (PTO) mechanism is the rotor of an air turbine directly driving a conventional electrical generator. The OWC’s hollow structure, either fixed or floating, opens to the sea below the water surface, thus trapping air above the inner free surface. When wave action alternately compresses and decompresses the trapped air, the forced air flows through a turbine coupled to an electrical generator. The objective of this thesis is to study the viability of the installation of an OWC device in the Leixões breakwater. The performance of the Wells turbine and the Biradial turbine was compared using a mathematical model developed for this project. An optimisation of the performance of the turbine was analysed considering two control strategies: feedback control law and integral sliding mode control (ISMC). Results have shown that the Biradial turbine has a better high peak efficiency when compared to the Wells turbine. For this reason, the ISMC was implemented into the Biradial turbine with the goal of tracking the pressure head at its best efficiency point by means of the rotational speed. It was found that the ISMC is more efficient than the feedback control for low inertia turbines, but it presents several issues of implementation for high inertia turbines.}
{pt=energia das ondas, coluna de água oscilante, turbina de ar, controlo por realimentação, integral sliding mode, en=wave energy, oscillating water column, air turbine, feedback control law, integral sliding mode}

Junho 21, 2019, 16:0

Orientação

ORIENTADOR

João Carlos de Campos Henriques

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar Convidado

ORIENTADOR

Tiago António Nunes da Silva Morais

INEGI

Especialista