Aprovechando la Batería más Grande del Mundo

Piense en el océano como la batería más grande del mundo. Eso es lo que hace CorPower Ocean. La firma sueca ha desarrollado una tecnología de energía de las olas que se eleva con el movimiento de las olas. Mientras lo hacen, las tecnologías patentadas dentro de las boyas transforman la energía de las olas del océano en electricidad limpia y renovable que puede alimentar a cientos de miles de hogares y empresas. Y a diferencia de los sistemas de generación de energía eólica o solar, las boyas de CorPower Ocean no dejan de generar electricidad cuando se pone el sol o amaina el viento. Las boyas aprovechan el oleaje de las olas (una fuente de energía más confiable y predecible) día y noche, lo que ayuda a equilibrar la red con electricidad limpia.

Como cualquier tecnología diseñada para su uso en el mar, el éxito depende de la capacidad de la tecnología para funcionar adecuadamente en condiciones variables e implacables. Sin embargo, como en cualquier empresa joven con una gran idea y un presupuesto pequeño, no es posible (ni siquiera deseable) construir, transportar al mar y probar prototipos de cada tecnología o variante de diseño de boya que los ingenieros de la empresa puedan proponer. ¿Cuál es la mejor manera de garantizar de manera rentable que los diseños sobrevivan y funcionen de manera confiable en estas condiciones? Los ingenieros de CorPower Ocean confían en las herramientas de simulación de Ansys.

Con un potencial global fácilmente explotable de 500 GW, una cifra comparable a la capacidad hidroeléctrica acumulada actual (e incluso superior a la capacidad nuclear actual), la energía de las olas se destaca como una de las mayores fuentes de energía limpia sin explotar del mundo. Los convertidores de energía de las olas de CorPower Ocean están diseñados para estar atados al fondo del mar, y un grupo de boyas CorPack puede producir entre 10 MW y 20 MW de energía eléctrica. Se pueden vincular múltiples clústeres CorPack (todos compartiendo una infraestructura de transmisión eléctrica común) para entregar gigavatios de electricidad.

“En última instancia, estamos construyendo sistemas de generación grandes y complejos”, afirma Verdeguer. “Cuanto más pueda detectar problemas y optimizar los resultados en la fase de diseño, más eficazmente podrá eliminar riesgos en un proyecto”.

A medida que el mundo se apresura a adoptar fuentes de energía limpias y renovables, en particular aquellas que pueden producir energía verde de manera confiable las 24 horas del día, los 7 días de la semana, acelerar el diseño y al mismo tiempo reducir los riesgos del proyecto es definitivamente algo bueno.

Al mismo tiempo, gran parte del cuerpo de cada boya de 19 metros se encuentra como un iceberg bajo la superficie del océano. Incluso desde la costa cercana apenas se pueden ver las esbeltas puntas de las boyas en forma de lágrima. Esto hace que el sistema de olas CorPower Ocean sea mucho más atractivo para las comunidades costeras. Puede que a estas comunidades no les gusten las grandes turbinas eólicas que bloquean su vista del océano desde lo alto del agua. De hecho, un parque de olas de boyas de CorPower Ocean configurado para producir la misma producción eléctrica que un parque eólico oceánico ocupa sólo un tercio de la superficie requerida por dicho parque eólico y es prácticamente invisible desde la costa.

Pero algunas de esas costas no son muy amigables con ningún objeto creado por el hombre. El ambiente salino es corrosivo y las marejadas ciclónicas pueden transformar un mar relativamente tranquilo un día en uno azotado por olas que pueden alcanzar decenas de metros de altura al día siguiente. Otras tecnologías de generación de olas han fracasado debido a la variabilidad encontrada en estas condiciones extremas, y el desafío de diseñar un sistema que sea extremadamente efectivo para extraer energía del océano, mientras sobrevive a tormentas extremas de 100 años, es la razón por la que CorPower Ocean lo sabía. necesario abordar estas cuestiones desde el principio. 

“Utilizamos datos de MetOcean de los sitios más energéticos”, dice Ho-Ann Chen, ingeniero de diseño compuesto de CorPower Ocean, “incluyendo la altura, el período y la dirección de las olas, así como las mareas, las corrientes y más. Estas variables se convierten en entradas para el modelo patentado ‘onda a cable’ que CorPower Ocean utiliza para modelar las cargas de diseño esperadas y los resultados energéticos de ubicaciones individuales”.

Esos aportes también ayudan a Chen y a otros ingenieros de CorPower Ocean a probar y perfeccionar el diseño de las boyas y las tecnologías de generación de energía que albergan.

“Necesitábamos diseñar estructuras que estuvieran optimizadas para la producción de energía, el costo y la supervivencia de tormentas extremas”, dice Javier Verdeguer, ingeniero jefe de compuestos de CorPower Ocean. Para estas tareas, Ansys Mechanical y Ansys Fluent proporcionaron un potente soporte de simulación. Los equipos de ingeniería utilizaron Mechanical y Fluent para modelar, probar y refinar el tamaño físico y la forma de las boyas.

“Utilizamos la simulación durante toda la fase de diseño”, continúa Verdeguer. “Realizamos todo tipo de simulaciones que involucraban tormentas de diferente intensidad y olas que golpeaban los cascos de una boya. Observamos simulaciones en las que olas gigantes bañaban las boyas y las dejaban sumergidas a diferentes profundidades durante un período de tiempo. ¿Se abrocharon? ¿Dónde había debilidades estructurales? Observamos diferentes diseños para ver cómo se comportaban bajo una amplia gama de cargas de tensión simuladas, evaluamos su rendimiento ante la fatiga y luego utilizamos los resultados de esas simulaciones para optimizar la geometría de las boyas con esas cargas en mente”.

Los diseñadores de CorPower Ocean incluso utilizaron simulaciones de Ansys Composite PrepPost para determinar la combinación óptima de materiales de filamentos y patrones de bobinado que se usarían para envolver los materiales compuestos con los que están construidos los cascos de las boyas. Utilizando un enfoque de diseño de experimentos, realizaron estudios de optimización para determinar qué combinación de filamentos, enrollados en diferentes ángulos, produciría los cascos más ligeros pero más resistentes. Luego pasaron estas especificaciones de optimización al software que controla los sistemas de bobinado de filamentos en el sistema de fábrica móvil de CorPower Ocean, lo que permite a CorPower Ocean construir los cascos compuestos en el lugar donde se desplegarán las boyas.

Si bien CorPower Ocean ha construido y operado en el mar un dispositivo a media escala y está avanzando con su implementación de prueba de concepto a gran escala en Agucadoura, Portugal, la compañía ha podido confiar en la simulación para evitar la necesidad de construir y probar prototipos cada vez que se propone un perfeccionamiento del diseño. Las primeras pruebas físicas que involucraron algunos prototipos clave validaron efectivamente los resultados proyectados en la simulación. Esto permitió a los equipos de ingeniería sentirse seguros de que los resultados indicados por la simulación predecían lo que realmente ocurriría en el mundo real. El efecto ha sido acelerar el diseño, ya que los ingenieros de CorPower Ocean no necesitan esperar a que se construyan, entreguen, remolquen al mar y prueben los prototipos; pueden ver los resultados en la simulación en cuestión de minutos u horas, además de reducir el costo del diseño.