Pollution and fossil fuels emissions are destroying the environmental state of the world. Renewable sources can be a solution to save the planet. One of then, Wave energy power, can play an important role for sustainable development. In this thesis a PowerBuoy wave energy converter (WEC) is studied as a renewable energy source. The device is composed of two floating bodies, connected by an energy conversion system, called Power Take Off (PTO). The goal of the thesis is to study the variable annual energy supplied by different geometric and inertial configurations. Thirteen configurations are studied through numerical simulations. Two types of simulations are used. In the first phase a radiation/diffraction model, implemented in the software ANSYS AQWA, is used to obtain the hydrodynamic coefficients (RAO, added mass, damping coefficient and the hydrostatic stiffness) for each body of the devices. In the second phase, the response of device is simulated for a characteristic sea state, using a dynamic equilibrium model, to obtain power and energy extracted annually. The model is characterized by hydrodinamic coefficients found before. The characterization of PTO is made in two different ways. In the first case damping coefficient end hydrostatic stiffness vary optimally with the wave frequency. In the second case parameters are costant and optimized with the most energetic and probable sea state. All the configurations are simulated in order to obtain the annual generated energy. In conclusion, the energy values of the different configurations are compared.

L’inquinamento e l’uso di combustibili fossili stanno minando la condizione ambientale del pianeta e l’utilizzo delle fonti rinnovabili è una possibile soluzione al problema. In questo contesto, lo sfruttamento di nuove fonti di energia rinnovabile, come quella delle onde, può avere un ruolo chiave per un futuro sviluppo sostenibile. In questa tesi viene studiato un dispositivo di conversione di energia ondosa marina di tipo PowerBuoy come fonte di energia rinnovabile. Il dispositivo è rappresentato da due corpi connessi da un sistema molla-smorzatore, che riproduce un dispositivo di conversione energetica, chiamato Power Take Off (PTO). Lo studio è finalizzato alla stima dell’Energia prodotta annuale, per diverse configurazioni geometriche ed inerziali del dispositivo. Sono studiate tredici diverse configurazioni del corpo, tramite simulazioni numeriche, avvalendosi di due tipologie di simulazioni. Nella prima fase viene utilizzato il modello di radiazione/diffrazione, implementato nel software ANSYS AQWA, per la determinazione dei coefficienti idrodinamici (RAO, Massa aggiunta, Coefficiente di smorzamento e Coefficiente di forza di ripristino) di ciascuno dei corpi che costituiscono il dispositivo. Nella seconda fase, la risposta del dispositivo è simulata per uno specifico stato di mare, utilizzando un modello di equilibrio dinamico, caratterizzato idrodinamicamente con i risultati del modello di radiazione/diffrazione. La caratterizzazione del PTO è fatta in due maniere: nel primo caso smorzamento e forza di ripristino del PTO sono ipotizzati ottimali e variabili con la frequenza ondosa; nel secondo caso i parametri sono assunti costanti ed ottimizzati in funzione dello stato di mare individuato come più probabile ed energetico. Le simulazioni sono finalizzate al calcolo della potenza e dell’energia erogata annuale. In conclusione vengono confrontati i valori di energia erogata da ogni dispositivo.

Valutazione numerica degli effetti della geometria di un dispositivo WEC sulla potenza estraibile da moto ondoso

TOMBOLINI, LORENZO
2019/2020

Abstract

Pollution and fossil fuels emissions are destroying the environmental state of the world. Renewable sources can be a solution to save the planet. One of then, Wave energy power, can play an important role for sustainable development. In this thesis a PowerBuoy wave energy converter (WEC) is studied as a renewable energy source. The device is composed of two floating bodies, connected by an energy conversion system, called Power Take Off (PTO). The goal of the thesis is to study the variable annual energy supplied by different geometric and inertial configurations. Thirteen configurations are studied through numerical simulations. Two types of simulations are used. In the first phase a radiation/diffraction model, implemented in the software ANSYS AQWA, is used to obtain the hydrodynamic coefficients (RAO, added mass, damping coefficient and the hydrostatic stiffness) for each body of the devices. In the second phase, the response of device is simulated for a characteristic sea state, using a dynamic equilibrium model, to obtain power and energy extracted annually. The model is characterized by hydrodinamic coefficients found before. The characterization of PTO is made in two different ways. In the first case damping coefficient end hydrostatic stiffness vary optimally with the wave frequency. In the second case parameters are costant and optimized with the most energetic and probable sea state. All the configurations are simulated in order to obtain the annual generated energy. In conclusion, the energy values of the different configurations are compared.
2019
2020-12-16
Numerical evaluation of the role of the geometry of a WEC in the wave-power extraction efficiency
L’inquinamento e l’uso di combustibili fossili stanno minando la condizione ambientale del pianeta e l’utilizzo delle fonti rinnovabili è una possibile soluzione al problema. In questo contesto, lo sfruttamento di nuove fonti di energia rinnovabile, come quella delle onde, può avere un ruolo chiave per un futuro sviluppo sostenibile. In questa tesi viene studiato un dispositivo di conversione di energia ondosa marina di tipo PowerBuoy come fonte di energia rinnovabile. Il dispositivo è rappresentato da due corpi connessi da un sistema molla-smorzatore, che riproduce un dispositivo di conversione energetica, chiamato Power Take Off (PTO). Lo studio è finalizzato alla stima dell’Energia prodotta annuale, per diverse configurazioni geometriche ed inerziali del dispositivo. Sono studiate tredici diverse configurazioni del corpo, tramite simulazioni numeriche, avvalendosi di due tipologie di simulazioni. Nella prima fase viene utilizzato il modello di radiazione/diffrazione, implementato nel software ANSYS AQWA, per la determinazione dei coefficienti idrodinamici (RAO, Massa aggiunta, Coefficiente di smorzamento e Coefficiente di forza di ripristino) di ciascuno dei corpi che costituiscono il dispositivo. Nella seconda fase, la risposta del dispositivo è simulata per uno specifico stato di mare, utilizzando un modello di equilibrio dinamico, caratterizzato idrodinamicamente con i risultati del modello di radiazione/diffrazione. La caratterizzazione del PTO è fatta in due maniere: nel primo caso smorzamento e forza di ripristino del PTO sono ipotizzati ottimali e variabili con la frequenza ondosa; nel secondo caso i parametri sono assunti costanti ed ottimizzati in funzione dello stato di mare individuato come più probabile ed energetico. Le simulazioni sono finalizzate al calcolo della potenza e dell’energia erogata annuale. In conclusione vengono confrontati i valori di energia erogata da ogni dispositivo.
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Descrizione: Valutazione numerica degli effetti della geometria di un dispositivo WEC sulla potenza estraibile da moto ondoso
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.12075/3626