Numerical and experimental analysis of ECOWEC wave energy converter

This master thesis gives general information about the ocean power, especially wave power, considering its distribution around the world and comparing it with other renewable resources (Chapter 2 and Chapter 3). The waves are analysed from a theoretical point of view and a basic background about wave theories is given (Chapter 4). The working principles of the wave energy converters (WECs) are presented and classified and the different power take off mechanism (PTO) are shown; moreover some examples of the main WEC are presented (Chapter 5). After this introduction, the main part of this work consists in the numerical and experimental analysis of the ECOWEC which is a patented wave energy converter proposed and developed by Fazzini Meccanica (patent number EP19217443.1). The device has won the European contest ProtoAtlantic for innovative marine technologies and is co-financed by the Horizon 2020 European Union funding for Research & Innovation under Grant Agreement n°888528. ECOWEC is presented underlining its main features (Chapter 6), analysed in detail though experimental test (Chapter 7) and numerical simulation (Chapter 9). The experimental phase consists in a series of tests performed by the company at LIR National Ocean Test Facility (UCC, University College Cork) and in the realization of a small tank for in house testing. The numerical computations are executed thanks to ANSYS Aqwa, a finite elements software suited for offshore marine structures analysis like wave energy converters. All the features and potentiality of Aqwa are presented together with the software procedure to perform the analysis (Chapter 8). The obtained model is compared with experimental results, in order to have a validate model, and optimized to withstand different wave condition. At the end, a disclosure about coastal erosion is done (Chapter 10) because coastal erosion reduction is an important secondary effect of wave energy converters installation.

Questo lavoro di tesi magistrale vuole fornire informazioni generali sull’energia estraibile dal mare, focalizzandosi sull’energia da moto ondoso e sulla sua disponibilità mondiale (Capitolo 2 e Capitolo 3). Le onde marine vengono analizzate da un punto di vista teorico e viene fornita una breve infarinatura sulle teorie riguardanti le onde e il loro comportamento (Capitolo 4). I dispositivi per l’estrazione dell’energia da moto ondoso (wave energy converters o più semplicemente WEC) vengono presentati e classificati, spiegando i vari meccanismi per la produzione di potenza (power take off systems o PTO). Alcuni tra i più importanti WEC sviluppati vengono presentati nelle loro caratteristiche principali (Capitolo 5). A seguito di queste prime parti introduttive, la sezione principale di questa tesi riguarda l’analisi numerica e sperimentale del dispositivo ECOWEC, brevettato dall’azienda Fazzini Meccanica (numero di brevetto EP19217443.1). Il dispositivo è stato selezionato dal bando europeo ProtoAtlantic come tecnologia innovativa per l’energia marina e è cofinanziato da Horizon 2020 European Union funding for Research & Innovation con la sovvenzione n°888528. ECOWEC viene presentato sottolineando le sue caratteristiche principali (Capitolo 6), testato in dettaglio attraverso una fase sperimentale (Capitolo 7) e una fase di simulazione software (Capitolo 9). La parte sperimentale consiste in una serie di test condotti dall’azienda presso LIR National Ocean Test Facility (UCC, University College Cork) e nella progettazione e realizzazione di una piccola vasca per test in azienda. La parte di simulazione numerica viene realizzata grazie a ANSYS Aqwa, un software ad elementi finiti molto utilizzato per l’analisi di strutture marine. Le principali caratteristiche e potenzialità del software vengono spiegate assieme alla sua procedura di modellazione (Capitolo 8). I risultati ottenuti da Aqwa vengono confrontati con quelli sperimentali in modo da ottenere congruenza e quindi un modello validato per poter esplorare nuovi orizzonti e testare il dispositivo in diverse situazioni di lavoro. Uno degli aspetti secondari dell’istallazione dei WEC può essere la riduzione dell’erosione costiera, per questo vengono presentati la problematica dell’erosione costiera e l’impatto ambientale (Capitolo 10).