Eider Robles, Germán Pérez, Nerea Guinea y José Ignacio Hormaeche, Tecnalia y Clúster de la Energía

Konflot, es un proyecto en colaboración desarrollado por Tecnalia como coordinador, BCAM, Ikerlan, Mondragon Unibertsitatea, UPV/EHU y la Asociación Cluster Energía, subvencionado por el Gobierno Vasco a través del programa Elkartek.

El proyecto Konflot ‘Codiseño de control de energías renovables flotantes’ nace con el objetivo de establecer una metodología de codiseño de control (CCD) que permita desarrollar tecnologías optimizadas en costes considerando las estrategias de control como eje principal del diseño de los sistemas de generación renovable flotantes, como son los aerogeneradores flotantes y los convertidores de energía de las olas.

Las energías renovables marinas forman parte del mix energético que es necesario desplegar para alcanzar los objetivos de descarbonización establecidos. Por un lado, la eólica flotante es una tecnología que permitirá explotar de forma eficaz el potencial eólico en aguas más profundas y, por lo tanto, podrá fomentar un rápido crecimiento en el futuro mercado de la energía eólica marina. Por otro lado, la energía de las olas es una tecnología en desarrollo que se encuentra principalmente en fase de prototipo y demostración. Para 2030, las estimaciones de potencia instalada a nivel mundial de estas tecnologías son 20 GW de eólica flotante (el 60% en EU, el 30% en EEUU y el 10% en Asia) y 500 MW de energía de las olas.

Para alcanzar esas capacidades es necesario optimizar los sistemas flotantes. En el caso de la eólica, la tendencia a diseñar aerogeneradores de mayor potencia implica aerogeneradores de mayor tamaño y peso. ¿Dónde están los límites? En los dispositivos flotantes se añade además un factor de complejidad extra: la estabilidad.

Actualmente la metodología de diseño de estas tecnologías flotantes se basa en un diseño secuencial e independiente, comenzando por la aerodinámica/hidrodinámica de los dispositivos y centrándose posteriormente, entre otros, en la estructura, la plataforma, los fondeos y los sistemas eléctricos y electrónicos. Las estrategias de control entran en la etapa final, una vez el diseño del dispositivo está terminado. De esta forma, cada etapa del diseño limita las posibilidades de la siguiente y el impacto del control es mínimo y sin efectos sobre el diseño. Técnicamente, es imposible que un sistema multidisciplinar esté completamente optimizado si no se consideran las interacciones entre los subsistemas durante la fase de diseño.

Por esa razón, la metodología de diseño que se propone en Konflot deja a un lado el diseño secuencial utilizado hasta el momento para que las diferentes disciplinas (mecánica, aerodinámica, hidrodinámica, ingeniería eléctrica, electrónica y civil, etc.) trabajen de manera concurrente desde el inicio. Además, la metodología propuesta enfatiza las interacciones entre subsistemas y los paradigmas de control, abandonando así la idea del diseño independiente. Con ello, y dando protagonismo desde el inicio a la ingeniería de control, se quiere obtener un diseño óptimo de las tecnologías flotantes que se analizan en el proyecto. Según el principal investigador en CCD, Mario García-Sanz, responsable de programas de investigación en ARPA-E (Advanced Research Projects Agency-Energy, USA), las técnicas de codiseño de control podrían ayudar a reducir el peso de las estructuras de los dispositivos hasta un 50%, las pérdidas un 15% y el OPEX un 15%, reduciendo de forma global el LCOE (Levelized Cost Of Energy) hasta un 45%.

De cara a afrontar este reto, el proyecto Konflot se focaliza en establecer una metodología de diseño que considere, desde las primeras fases del diseño, los diferentes subsistemas, sus dinámicas e interacciones y la actuación de los controles disponibles en los dispositivos de generación renovable flotante. A su finalización, el proyecto Konflot habrá desarrollado (i) una metodología para aplicar las técnicas de CCD en la eólica flotante y los convertidores de energía de las olas, (ii) herramientas y algoritmos de optimización que permitan la interacción entre las dinámicas de los diferentes subsistemas y (iii) controles avanzados para la eólica flotante y energía de las olas que se integren en el proceso del CCD.

El principal objetivo de Konflot es demostrar que la metodología de codiseño es válida para aplicarla en los nuevos diseños de las empresas del sector, lo que les permitiría diferenciarse de sus competidores. Para ello se está trabajando en dos casos de estudio:

• Codiseño de control de una plataforma para eólica flotante
• Codiseño de control de un dispositivo de energía de las olas basado en OWC (Oscillating Water Column)

¿Por qué se han elegido estos casos de estudio? En el caso del aerogenerador flotante, sería poco realista abordar el codiseño de un aerogenerador completo como desarrollo de la metodología, aunque sea el objetivo a largo plazo. Se ha optado por la plataforma flotante por ser un componente crítico, porque contamos con varios desarrolladores en el País Vasco (Saitec, Nautilus, Sener…) y, por tanto, tenemos la posibilidad de conocer a fondo los problemas con los que se encuentran a la hora de diseñarla.

En cuanto al dispositivo de energía de las olas, la elección es también clara: es una de las fuentes renovables con más potencial de crecimiento, contamos con una planta de energía de las olas basada en esta tecnología en Euskadi (planta de Mutriku), una zona de ensayos (Bimep) y un desarrollador local de este tipo de dispositivos (Idom).

Paralelismo en diseño. Representación de la lógica tras el proyecto Konflot

El proyecto Konflot está coordinado por Tecnalia y cuenta con la participación de otros cinco agentes de la Red Vasca de Ciencia Tecnología e Innovación: BCAM, Ikerlan, Mondragon Unibertsitatea, UPV/EHU y Asociación Cluster de Energía. Tecnalia, además de la coordinación, se encarga del codiseño de control en aerogeneradores flotantes. Mondragon Unibertsitatea, por su parte, desarrolla el codiseño de control en dispositivos de energía de las olas. UPV/EHU lleva a cabo nuevos algoritmos de control englobados en una estrategia de CCD para su aplicación en el codiseño mientras que BCAM es el encargado de las estrategias y algoritmos de la co-optimización. Ikerlan aporta su experiencia en sistemas de control para componentes específicos, con el caso de uso del pitch hidráulico y su interacción con el resto de subsistemas. Por último, la Asociación Cluster de Energía coordina las actividades de comunicación y difusión del proyecto para propiciar la transferencia de los resultados obtenidos a empresas de las cadenas de valor de la energía eólica y energía de las olas.

El proyecto Konflot tiene una duración de 2 años y está subvencionado por el Departamento de Desarrollo Económico, Sostenibilidad y Medio Ambiente del Gobierno Vasco a través del programa Elkartek.