Eider Robles y Pablo Ruiz-Minguela, Unidad de Transición Energética, Climática y Urbana de Tecnalia

Subsistemas emulados vs. reales en la Plataforma de ensayos híbrida

El aseguramiento de un alto nivel de fiabilidad es un tema crucial para todos los desarrolladores de energía undimotriz. A pesar de ello, la verificación de la fiabilidad se percibe comúnmente como una inversión costosa durante las primeras etapas de desarrollo (niveles de madurez o TRL bajos), ya que el espacio de decisiones de diseño a explorar todavía es muy amplio y además las incertidumbres existentes son numerosas. Sin embargo, relegar esta actividad a etapas de desarrollo posteriores (niveles de madurez o TRL altos), cuando se dispone de un prototipo completo fabricado que está listo para su prueba en campo también tiene implicaciones negativas. De hecho, en etapas avanzadas de desarrollo el diseño puede ser ya demasiado rígido para realizar cambios significativos y, además, los costes asociados a la propia demostración pueden ser prohibitivos.

Aquí es donde el proyecto VALID aporta su granito de arena con una metodología novedosa basada en técnicas de ensayo híbridas y aceleradas. Iniciado en diciembre de 2020, el proyecto VALID (Verification through Accelerated Testing Leading to improved Wave Energy Design) está financiado por el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea en virtud del acuerdo de subvención n.º 101006927. El proyecto aprovecha la experiencia de empresas de investigación (Fundación Tecnalia Research & Innovation; RISE Research Institutes of Sweden AB; Biscay Marine Energy Platform SA), instituciones académicas (Universidad de Aalborg; Universidad Técnica de Delft; Universidad Técnica de Dinamarca), así como expertos industriales de toda Europa (Corpower Ocean AB; Rina Consulting Spa; Idom Consulting, Engineering, Architecture S.A.U; AVL LIST GMBH; Yavin Four Consultants; Wavepiston AS; Aquatera Sustainability Ireland Ltd; y la ingeniera consultora Julia F. Chozas).

Ensayos híbridos acelerados
Los ensayos híbridos acelerados permiten integrar el conocimiento de un entorno real (el océano y ensayos no controlados), un entorno de laboratorio simplificado (banco de ensayos y test controlados) y un entorno virtualmente mejorado (modelos numéricos y pruebas controladas). De este modo, la combinación de enfoques de modelación a una escala adecuada juega un papel decisivo en el aumento de la comprensión detallada de los requisitos clave para el diseño robusto de un convertidor de energía undimotriz (Wave Energy Converter o WEC por sus siglas en inglés) en sus primeras etapas de desarrollo.

Una vez implementados, los ensayos híbridos acelerados ofrecerán un enfoque de mayor fidelidad en el desarrollo y diseño de subsistemas críticos, permitiendo a los fabricantes y suministradores ampliar las condiciones de laboratorio simuladas y probar un modelo virtual de los sistemas estructurales existentes sin necesidad de fabricar prototipos completos y costosos. Todo ello contribuirá a reducir las incertidumbres, aumentar la confianza en los resultados, potenciar la toma de decisiones informada y, en definitiva, ayudar en gran medida en el proceso de diseño y desarrollo de los WEC, especialmente en TRL bajos.

Actualmente, el equipo de proyecto está desarrollando el marco general para el desarrollo de la plataforma de ensayos híbrida de VALID, elemento nuclear del proyecto. El objetivo es proporcionar orientación para todo el sector de la energía oceánica identificando aquellos componentes y/o subsistemas críticos que se abordarán mediante modelos teóricos, numéricos o físicos.

Los socios del proyecto han completado y presentado en un informe público una revisión integral de los diferentes enfoques de modelado para abordar el diseño y el ensayo acelerado de componentes y subsistemas críticos del WEC.

• Modelos teóricos, que son representaciones simplificadas y esquemáticas de la teoría aplicable a los WEC, centrándose en la caracterización ambiental, la interacción ola-estructura, los factores de acumulación de daño, así como su fiabilidad y supervivencia.
• Métodos de modelado numérico que se aplican con mayor frecuencia en el diseño de los WEC y sus subsistemas principales. Se trata de formulaciones básicas que cubren el rango de los enfoques más comunes utilizados hasta la fecha (por ejemplo, solvers en el dominio de frecuencia y en el dominio de tiempo). Se realiza una breve introducción del concepto de situaciones de diseño y casos de carga de diseño, junto con una clasificación cualitativa de los métodos de modelado numérico en función de situaciones de diseño específicas. También se han revisado ejemplos representativos recientes de modelos numéricos WEC y modelos para subsistemas críticos de WEC.
• Métodos de experimentación o pruebas físicas, que cubren modelos experimentales de interacción hidrodinámica, transformación de energía, degradación y fallos.

Este informe también analiza las limitaciones, el impacto y los aspectos prácticos asociados con la implementación de estos enfoques de modelado en el futuro marco de pruebas de VALID.

El análisis inicial ha llevado a la clasificación y descripción de los modelos, bancos de ensayo y plataformas de prueba que están actualmente disponibles para su uso en el proyecto VALID dentro del consorcio. Se han identificado tres casos de uso para la implementación de la metodología de ensayos híbrida en el proyecto VALID.

• Caso de Uso I. CorPower Ocean examinará el fallo en la junta dinámica de la cadena de transformación de su WEC. La nueva metodología desarrollada en VALID se implementará en el banco de ensayos de CorPower. Se está personalizando y reconstruyendo para permitir una mejor comprensión de los efectos de escala, la exposición al agua de mar y varios tipos de revestimientos y componentes de sellado.
• Caso de Uso II. Se apoyará en el dispositivo flotante de Idom (Marmok), la planta piloto de columna de agua oscilante de Mutriku y el laboratorio de ensayos de Tecnalia. El objetivo es validar cómo la metodología propuesta puede ayudar a la comprensión y evaluación de fallos en generadores (principalmente fallo en el aislamiento del bobinado) y electrónica de potencia que operan alrededor del 20% del tiempo por encima de su potencia nominal.
• Caso de Uso III. En este caso, el desarrollador de energía de las olas Wavepiston evaluará posibles fallos en el funcionamiento del mecanismo de secuenciación de la bomba hidráulica junto con problemas de corrosión y salinidad. Se compararán los resultados de los ensayos de laboratorio con los realizados en mar.

Los casos de uso se encuentran ahora analizando las necesidades de actualización de las infraestructuras de ensayo para su utilización en el proyecto. Se espera que los resultados, buenas prácticas y aprendizajes de la aplicación de esta metodología de ensayos híbridos en dichos casos de uso contribuyan a completar y validar diversos aspectos prácticos del marco metodológico, promoviendo de este modo una adopción más amplia por parte del sector de energía undimotriz.