Simulación computacional mediante el método de los elementos finitos de líneas de fondeo para plataformas eólicas offshore

Abstract

A lo largo de este trabajo se demuestra la necesidad que tiene el sector energético de realizar más estudios y de conseguir una metodología conjunta para la preparación e instalación de aerogeneradores marinos flotantes. Se explica también la necesidad de la creación de herramientas de simulación integradas que puedan estudiar el conjunto de todos los fenómenos acoplados que influyen en la dinámica de estos sistemas marinos, dando especial importancia al estudio de la dinámica de los sistemas de fondeo, hasta el momento poco tratados. Se explica la motivación de la creación del código OPASS (Offshore Platform Anchorage System Simulator) por parte del Doctor José Azcona Armendáriz y las bases físicas en las que éste se basa. Se resalta la importancia que se le da al equilibrio del estudio con precisión y fiabilidad del comportamiento dinámico de las líneas de fondeo, con la eficiencia computacional del programa (La cuál se consigue al utilizar la aproximación de la Lumped Mass). Tras ver algunas de las limitaciones de la versión existente del programa se decide tratar aquellas que doten al programa de mayor generalidad y universalidad. La primera implementación es la creación de una interfaz entre el programa y el usuario que dé a este último la posibilidad de utilizar el programa sin necesidad de comprender su estructura computacional o el lenguaje de su programación. La segunda es la implementación de la posibilidad del programa de realizar simulaciones con líneas que no sean simplemente de un solo material, si no que sean compuestas de diferentes secciones que den un mejor comportamiento dinámico al conjunto del sistema. Por último se realiza un caso práctico en el que se comparan dos sistemas de turbinas marinas flotantes cuya única diferencia es la composición de sus líneas, para poder comprobar la funcionalidad de las nuevas capacidades del programa y además comparar el comportamiento de ambas tipologías.

Throughout this thesis, it will be demonstrated the necessity of the energetic industry to make more studies and to generate a new methodology for the design of the floating wind turbines. It will also be explained the necessity of new integrated tools for the simulation of all the phenomena that determine the dynamics of this offshore systems, focusing on the study of the dynamics of the mooring lines, whose importance was not highlighted until recently. The motivation behind the creation of the OPASS code (Offshore Platform Anchorage System Simulator) by the Doctor José Azcona Armendáriz will also be explained, as so will be the physic assumptions on which he based it. It will be highlightend the importance on the balance of the accuracy and reliability of the computations with the computational efficiency of the program (which is attained by the used of the Lumped Mass approximation). After considering the limitations of the current version of the code, it is decided which will be treated in order to make the program as general and universal as possible. The first implementation is the creation of an interface between the code and the user, giving the latter the possibility to make simulations even if he does not know how to code or he does not understand the logic and structure of the code. The second one is the implementation of the capacity of the program to simulate systems with multicomponent mooring lines, topologies that may give the system better dynamic properties. In the end, a case will be exposed in which the code OPASS was used to study two identical offshore turbines with different mooring lines. This will prove the functionality of the new capacities of the program and also gives the opportunity to compare the two mooring systems.