Comparative analysis of different technologies for the optimization of the marine energy conversion system through an energy dual system device

This work focuses on researching the optimal solution and technology to convert the energy extracted from waves by EDS into electrical energy. The rst chapter provides an overview of marine energy, focusing on wave energy converters (WEC) and various power take-o (PTO) systems. The advantages and disadvantages of various PTO systems are discussed. The second chapter introduces EDS, describing its history, evolution, formation, main characteristics, positioning, and e ciency in extracting wave energy. The amount of generated energy and initial considerations for PTO selection are also discussed. The third chapter explores linear machines, including di erent types, force equations, and classi cations. Tubular linear machines with permanent magnets (TLPMG) are analyzed in detail, focusing on their structure, motor element, and cogging forces. Edge e ects are also discussed. The fourth chapter focuses on magnetic gears, particularly linear magnetic gears (LMG), magnetic screw drives (MLS), and linear magnetic gear screws (MGLS). The structure, operating principle, advantages, disadvantages, and magnet arrangements are examined. The fth chapter addresses the sizing of EDS, starting with the modeling and performance analysis of linear generators with permanent magnets (PMLG). The chapter discusses the rated power of the linear generator, linear generator technologies, mathematical modeling of WEC, simulation, analysis, and results. The chapter explores wave characteristics, sizing for 1 kW, and linear generators with transverse ux and permanent magnets (TFLPMG). Con guration, operating principle, considerations on TFLPMG, as well as the reduction of permanent magnets in transverse ux linear generators, prototypes, and experimentation are examined. The thesis concludes that TFLPMG with spiral translators o er a promising solution for energy conversion from waves, particularly for direct drive WEC systems. Further research and developments in this eld are focusing on improving design, reducing losses, and maximizing overall performance for practical implementation on a large scale of direct drive WEC systems.

L'energia delle onde è una risorsa rinnovabile significativa con un alto potenziale che rimane in gran parte inutilizzato. L'industria dell'energia delle onde deve ancora raggiungere la convergenza tecnologica, poiché nessuna tecnologia si è affermata come soluzione dominante sul mercato. Questa tesi si concentra sull'Energy Dual System (EDS), una tecnologia sviluppata presso il Politecnico di Milano, costituita da un dispositivo con due assorbitori puntuali oscillanti in prossimità della costa. L'EDS incorpora un sottosistema di boa e paletta, che consente lo sfruttamento sia della spinta che delle forze di spinta. Questo lavoro si concentra sulla ricerca della soluzione e della tecnologia ottimali per convertire l'energia estratta dalle onde dall'EDS in energia elettrica. Il primo capitolo offre una panoramica dell'energia marina, concentrandosi sui convertitori di energia delle onde (WEC) e sui diversi sistemi di presa di forza (PTO). Vengono discussi i vantaggi e gli svantaggi di vari sistemi PTO. Il secondo capitolo presenta l'EDS, descrivendone la storia, l'evoluzione, la formazione, le caratteristiche principali, il posizionamento e l'efficienza nell'estrazione dell'energia delle onde. Vengono discusse anche la quantità di energia generata e le considerazioni iniziali per la selezione della PTO. Il terzo capitolo esplora le macchine lineari, inclusi i diversi tipi, le equazioni di forza e le tipologie. Vengono analizzate in dettaglio le macchine lineari tubolari a magneti permanenti (TLPMG), concentrandosi sulla loro struttura, sull'elemento motore e sulle forze di cogging vengono anche discussi gli effetti di bordo.. Il quarto capitolo si concentra sugli ingranaggi magnetici, in particolare gli ingranaggi magnetici lineari (LMG), le viti magnetiche di comando (MLS) e gli ingranaggi magnetici lineari a vite (MGLS). Vengono esaminati la struttura, il principio di funzionamento, i vantaggi, gli svantaggi e le disposizioni dei magneti Il quinto capitolo affronta il dimensionamento dell'EDS, iniziando con la modellazione e l'analisi delle prestazioni dei generatori lineari a magneti permanenti (PMLG). Vengono discusse la potenza nominale del generatore lineare, le tecnologie dei generatori lineari, la modellazione matematica del WEC, la simulazione, l'analisi e i risultati. Il capitolo esplora le caratteristiche delle onde, il dimensionamento per 1 kW e i generatori lineari a flusso trasversale a magneti permanenti (TFLPMG). Vengono esaminate la configurazione, il principio di funzionamento e le considerazioni sui TFLPMG, insieme alla riduzione dei magneti permanenti nei generatori lineari a flusso trasversale, ai prototipi e alla sperimentazione. La tesi conclude che i TFLPMG con traduttori a spirale offrono una soluzione promettente per la conversione di energia dalle onde, in particolare per i sistemi WEC a trasmissione diretta. Ulteriori ricerche e sviluppi in questo campo si concentrano sul miglioramento del design, sulla riduzione delle perdite e sulla massimizzazione delle prestazioni complessive per l'implementazione pratica su larga scala dei sistemi WEC a trasmissione diretta.