{"projectrec":{"ProID":2803,"StandardTitle":"Experimental development of offshore wave energy converters","OrigTitle":"Desenvolvimento experimental de sistemas offshore de energia das ondas","Acronym":null,"AbstractEnglish":"The ocean waves may be regarded as a major energy resource worldwide, and especially in Portugal, where natural conditions (high level of wave energy, narrow continental shelf i.e. deep water near the coast) and others (electrical grid close to the coast, government-imposed high purchase price of wave-generated electrical energy) are particularly favourable. Offshore devices are basically oscillating bodies, either floating or (more rarely) fully submerged. If large-scale exploitation of wave energy is to be performed, large arrays of such devices (like wind farms) are to be deployed offshore. Compared with shoreline and near-shore devices, offshore devices exploit the more powerful wave regimes available in deep water (typically more than 40m water depth). However they are in general more complex, which, together with additional problems associated with mooring, access for maintenance and the need of long underwater electrical cables, has hindered their development, and only recently some systems have reached, or come close to, the full-scale demonstration stage. The theoretical and numerical modelling is the first stage in the development process of wave energy converters (WECs). The hydrodynamic modelling of the wave energy absorption is usually based on linear water-wave theory. This theory ignores non-linear effects that are known to be important in the more energetic sea states, and also in small WECs (“point absorbers”), whose motion amplitude is relatively large. The standard way to account for non-linear wave effects is by model testing in wave basin, usually at scales between about 1:80 to 1:10. The main function of the mooring system of a floating WEC is to keep it in place. This results in an interactive process, since the mooring forces will depend on the motions of the WEC, and such motions in turn depend on mooring forces in addition to hydrodynamic forces and power take-off forces. The mooring configuration should be adapted to the type of WEC. The capability to suitably model the energy conversion chain (from waves to electrical energy) and mooring system, and its validation by physical model testing are essential in the conception, basic studies, and design of wave energy converters, and in the optimal design/specification of their structural, mechanical and electrical components. This is addressed in five tasks. The class of devices to be addressed in the project is that of a two-body point absorber oscillating in heave: body 1 is a floater oscillating with respect to a submerged mass that consists of the water (body 2, that acts as a reference inertia system) contained in a vertical tube open at both ends, located under the floater (possibly piercing it to the free-surface). The energy is extracted through the relative motion between the floater and a piston moving inside the tube. There are several devices based on this or on a similar concept that are being or have been investigated in several countries, and constitute a promising class of devices. The object of Task 1 is to define the configuration or configurations to be studied, including new ones, taking into account their technical interest and/or because they are regarded as strategic from the national point of view (e.g. Portuguese institutions involved in their development or fabrication or deployment). This will include the definition of the power take-off system as far as this is relevant to the theoretical and the experimental modelling. The theoretical/numerical modelling of the device performance including the energy conversion chain from the wave to useful energy is to be done in Task 2 where extensive use will be made of the results from the ongoing FCT project “Modelling, optimization and control of offshore wave energy systems”, 2004-2007, with some of the same partners. This task will also provide numerical results from a fully non-linear hydrodynamic Volume-of-Fluid (VOF) numerical code, including non-small amplitude waves and real-fluid effects, to assess the non-linear hydrodynamic effects that cannot be modelled by the theoretical numerical modelling referred to above, based on linear water-wave theory. Slack mooring is the most suitable type of mooring in the case under consideration. A suitable configuration and design for the mooring line system will be the object of Task 3, where use will be made of existing design rules and numerical codes with account being taken of specific conditions and constraints. Model testing is to be performed in Task 4 in a wave flume (scale about 1:80) and in Task 5 in a wave tank (scale about 1:40). Detailed velocity field measurements concerning the diffracted wave field (fixed floater) will be performed in Task 4 with PIV technique. These tests will provide an experimental validation of theoretical/numerical results from Tasks 2 and 3, and will allow an assessment of important non-linear hydrodynamic effects that cannot be accounted for by the linear water wave theory that underlies the available device performance modelling.","AbstractOtherLang":"As ondas marítimas constituem um importante recurso energético a nível mundial, e em particular em Portugal, onde existem condições muito favoráveis: nível energético elevado, plataforma continental estreita, rede eléctrica próxima da costa, preço de aquisição de energia elevado (incentivo governamental ao desenvolvimento deste tipo de tecnologia). Os dispositivos offshore são basicamente corpos oscilantes, flutuantes ou (mais raramente) completamente submersos. São estes os sistemas, agregados em parques (como os parques eólicos), adequados para o aproveitamento em larga escala da energia das ondas. Em comparação com os sistemas (\"shoreline\" e \"near-shore\") localizados na costa, os sistemas offshore beneficiam dum recurso energético de nível mais elevado em águas mais profundas (tipicamente mais de 40 m). No entanto, a sua maior complexidade, e também outros factores (amarração, acesso para manutenção, ligação eléctrica submarina) têm retardado o seu desenvolvimento, e só recentemente alguns sistemas offshore atingiram a fase de protótipo em mar real (ou se aproximaram dessa fase). A modelação teórica e numérica é a primeira fase no processo de desenvolvimento destes sistemas. A modelação hidrodinâmica baseia-se normalmente na teoria linear das ondas de superfície. Esta teoria ignora os efeitos não lineares, que se sabe serem relevantes em estados de mar mais energéticos e quando se trata de pequenos dispositivos (“point absorbers”) cuja amplitude de oscilação é grande. A investigação destes efeitos é normalmente feita recorrendo a ensaios em tanque de ondas, com modelos a escalas entre 1:80 e 1:10. A amarração é essencial para evitar a deriva do dispositivo flutuante, devendo a sua configuração ser adaptada ao tipo de dispositivo. A sua acção é interactiva, pois as forças de amarração dependem dos movimentos do corpo que por sua vez dependem da resultante de todas as forças e momentos nele aplicados. A modelação da cadeia de conversão de energia (desde as ondas à energia eléctrica) e do sistema de amarração, e a sua validação por testes em modelo físico, são essenciais para a concepção, estudos básicos e o projecto de sistemas de energia das ondas, e para a optimização do projecto e/ou especificação dos seus componentes estruturais, mecânicos e eléctricos. É este o objectivo das 5 tarefas do projecto. O projecto incide sobre “point absorbers” flutuantes constituídos por dois corpos oscilando verticalmente (arfagem): o corpo 1 é um flutuador que oscila em relação a uma massa de água (corpo 2, desempenhando o papel de sistema de inércia) contida num tubo vertical submerso, aberto nas suas duas extremidades, e localizado co-axialmente por baixo do flutuador (possivelmente atravessando-o e atingindo o nível da superfície livre da água). O movimento relativo entre o flutuador e um êmbolo no interior do tubo é convertido em energia útil. Há diversos sistemas baseados nesta concepção que foram ou são objecto de I&D em vários países, e que constituem uma das classes de sistemas mais promissoras. O objectivo da Tarefa 1 é a definição das configurações a serem estudadas, incluindo novas configurações, tendo em consideração o seu interesse técnico, e/ou o seu interesse estratégico do ponto de vista nacional (como seja o caso de instituições portuguesas envolvidas no seu desenvolvimento, fabrico ou instalação). Isto inclui a definição do sistema de conversão de energia na medida em que for relevante para a modelação teórica e experimental. A modelação teórica/numérica do desempenho do sistema, incluindo a cadeia de conversão da energia das ondas em energia útil, é feita na Tarefa 2, que recorrerá extensivamente aos resultados do projecto FCT em curso “Modelação, optimização e controlo de sistemas offshore de energia das ondas”, 2004-07, com parceiros comuns a este projecto. Também no âmbito desta tarefa será utilizado (para situações simples) um código numérico não linear baseado no método de Volume de Fluido (VOF) capaz de modelar ondas de grande amplitude e efeitos de fluido real. Isto permitirá estimar os efeitos hidrodinâmicos não lineares ignorados pela modelação teórica do desempenho global do sistema. A amarração flexível (“slack mooring”) é a mais adequada para este tipo de dispositivos. A configuração e projecto do sistema de amarração, sujeitos às condições e constrangimentos específicos, são o objectivo da Tarefa 3, em que serão utilizados códigos de projecto e sofware existentes. Os ensaios em modelo físico serão efectuados primeiro na Tarefa 4, em canal de ondas (escala 1:80), e em seguida na Tarefa 5 em tanque de ondas (escala 1:40). A Tarefa 4 incluirá medições detalhadas do campo de velocidades em torno do modelo fixo (campo de ondas de difracção) com técnica PIV. Estas duas tarefas irão permitir fazer a validação dos resultados teóricos/numéricos das Tarefas 2 e 3, e em especial investigar os efeitos hidrodinâmicos não lineares ignorados pela teoria linear das ondas de superfície em que assenta a modelação da cadeia de conversão de energia.","DateLastModified":{"date":"2024-05-06 10:25:46.257000","timezone_type":1,"timezone":"+00:00"},"ParentProID":null,"BeginYear":2007,"EndYear":2010,"BMonth":6,"EMonth":5,"BeginMonth":"June","EndMonth":"May","OrigTitleLangCode":"pt","OrigTitleLangID":44,"OrigTitleLangNL":"Portugees","OrigTitleLang":"Portuguese","OtherAbstractLangCode":"pt","OtherAbstractLangID":44,"OtherAbstractLang":"Portuguese","OtherAbstractLangNL":"Portugees","Progress":"Completed","ProgressNL":"Afgelopen","PublicFlag":1,"CheckedFlag":0,"ND":"2009-02-02","UD":"2010-06-16","DMPFlag":0,"Budget":160000,"BudgetCurrency":"EUR"},"parent":null,"persons":null,"projects":null,"events":null,"datasets":null,"institutes":[{"instituterec":{"Acronym":"IST","ProPartID":10165,"PublicFlag":1,"OrigNameLangCode":null,"OrigNameLangID":null,"FullOrigName":null,"Line1":"Av. 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