Mechanical and economic modeling of a tidal compensation system on a point absorber WEC

Uppsala University has developed in the last 15 years one of the most promising solution to extract energy from the wave motion of the sea through a buoy linked to a linear generator placed on the seabed. This kind of settlement allows to product energy with a minimum amount of losses. The development of the system has made clear that an important problem could be the presence of the tides that could reduce substantially the extraction of energy from the sea with them continues motion during the work of the buoy. This matter has prompted the researchers of the electricity division to find out a device that makes possible to vary the length of the wire, which links the buoy to the linear generator, called compensation system. The thesis was born with the aim to verify where the placing of the device in object could be sustainable from an economical point of view. The project has been then developed through analytical and numerical models to clarify the role of the fatigue breaking. Studying the fatigue answer of the system in a cyclical environment, as the ocean is, made possible to understand if the design of the device has been correctly projected or if it should be modified to allow to bear the harsh condition of the off-shore sea. All the simulations have been carried out using the software SolidWorks. The work of this thesis has contemplated a tight collaboration between the author and several PhDs of Uppsala University, both for what concerned the analytical part and the assembling phase in the laboratory. The results of the thesis show the potential of the device analyzed but also its limits, for this reason the author tried to find out different solutions that could make possible a stronger design of the system.

Negli ultimi 15 anni l’università di Uppsala ha sviluppato un innovativo sistema di estrazione dell’energia dalle onde che sfrutta il collegamento esistente tra un generatore lineare posto sul fondale marino e una boa galleggiante sulla superficie del mare. Tale sistema permette una sostanziale riduzione di perdite energetiche grazie alla sua semplicità. Lo sviluppo con conseguente ottimizzazione del sistema ha reso chiara la necessita di introdurre un componente in grado di assorbire la variazione di altezza del livello del mare dovuta al moto delle maree nel tempo, in modo da evitare perdite energetiche eccessive, chiamato compensatore. La tesi nasce con lo scopo di verificare la fattibilità economica legata all’introduzione di un tale dispositivo nel sistema boa-generatore lineare. Il progetto è stato dunque portato avanti considerando il ruolo della fatica meccanica sia tramite un approccio analitico che da uno numerico, utilizzando il software SolidWorks. Tale lavoro ha permesso di riscontrare se il design scelto per il sistema fosse adeguato all’ambiente aggressivo in cui dovrà essere utilizzato o se debba essere modificato per resistere alle impervie condizioni del mare. Il lavoro ha previsto una stretta collaborazione tra l’autore e diversi studenti di dottorato sia per quanto riguarda l’approccio analitico sia per l’assemblaggio del reale sistema di compensazione nel laboratorio della divisione di elettrica dell’università di Uppsala. I risultati mostrano come sebbene il sistema abbia un elevato potenziale, esso riscontri anche diversi limiti meccanici che hanno portato l’autore a suggerire differenti soluzioni per lo sviluppo del compensatore in modo da poter essere in grado di sopportare gli elevati carichi che agiscono sul sistema nell’ambiente marino off-shore.