Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Modeling and Concept Design of Wave Energy Device
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Aeronautical and Vehicle Engineering, Naval Systems.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Modellering och konceptuell design för ett vågkraftverk (Swedish)
Abstract [en]

It has been suggested that it is feasible to extract energy from ocean waves which may be used to generate electricity. This thesis is centered on a wave energy converter system, which is known as a point absorber, which in its most simple design may be seen as a buoy moving up and down due to the wave motions. One problem with point absorbers is to achieve a desired motion relative the wave to absorb as much energy as possible. One way to achieve good energy absorption is to control the motion of the buoy by an external force, which for example could be to use a generator partly as a motor.

The starting point for this thesis is that a new type of generator is currently being developed at the Royal Institute of Technology. Due to its high efficiency at low velocity, the generator enables a direct driven control setup where the generator partly functions as a motor, which has been deemed unfeasible in the past. The new generator is currently being developed in two variants, linear and rotating, which entail a principal different buoy size and shape due to geometric constraints. To obtain better knowledge about the dynamics of the point absorber and how the generator control forces will affect the dynamics and the energy absorption, a simplified motion response model has been created.

In order to study if the generator variants would be more suitable for a particular wave climate, a total of 16 different buoy structures has been presented for 3 different wave climates based on the geometrical differences of the generator variants. To get an estimation of the buoy mass and thereby an estimation of the manufacturing cost, the buoy structures have been dimensioned in accordance with a design standards for loading buoys for the offshore industry. The work has resulted in a simplified hydrodynamic model which can be used to make conceptual analysis for a point absorber with respect to size, mass, control force and energy absorption for a regular sea consisting of one wave component. The simplifications of the model and the control force have been investigated in a sensitivity study.

The conceptual design study indicates that the linear generator buoy structures are generally twice the mass of a rotating concept for all investigated wave climates. This is an expected result due to the geometrical constrains the linear generator entail given that it is assumed that the power takeoff unit is integrated in the buoy.

The sensitivity study show that the modeling of the added mass needs further refinement and the control force is the parameter affecting the dynamic of the point absorber the most and hence also the energy absorption. Further, are simplifications for the diffraction force and the hydrodynamic damping considered to give a relatively small uncertainty for the total dynamics of the system.

Abstract [sv]

Det har föreslagits att man kan extrahera energi från havsvågors rörelse som kan användas till exempel för att producera el. Detta arbete har fokuserats kring ett vågkraftskoncept som är känt som “point absorber” vilket i dess enklaste form är en boj som rör sig upp och ned till följd av vågornas rörelser. Ett problem med point absorbers är att det är svårt att få systemet att röra sig på ett tillfredställande sätt relativt vågen för att kunna extrahera så mycket energi som möjligt. Ett sätt att uppnå en fördelaktig rörelse är att styra bojens rörelse relativt den inkommande vågen med hjälp av en yttre kraft. En sådan kraft skulle kunna vara att använda en generator som då delvis skulle fungera som en motor.

Utgångspunkten för detta arbete är att i ett forskningsprojekt vid KTH utvecklas just nu en ny typ av generator som genom sin höga verkningsgrad vid låg rörelsehastighet möjliggör att styra rörelsen för en point absorber utan att använda växellåda, något som inte ansetts möjligt tidigare på grund av förlusterna i generatorn. Den nya generatorn utvecklas i två utföranden, linjär respektive roterade och de två varianterna ser geometriskt sett olika ut vilket medför att en boj för dessa olika utföranden kommer att se annorlunda ut.

För att införskaffa bättre kunskap om point absorberns dynamik samt hur generatorns olika styrkrafter påverkar t.ex. energiabsorptionen har en förenklad hydrodynamisk modell tagits fram. Utifrån de geometriska skillnaderna mellan generatorvarianterna och utifrån en preliminär kontrollstrategi, har totalt 16 olika konceptuella bojar tagits fram för 3 olika vågklimat för att studera om något av dessa generatorkoncept är mer lämpligt än andra för ett visst vågklimat. För att få en uppskattning på bojarnas vikt och därmed en indikation på dess tillverkningskostnad har dessa konceptuella konstruktioner dimensionerats utifrån en standard för lastbojar för offshoreindustrin.

Arbetet har resulterat i en förenklad hydrodynamisk modell som kan användas för att göra konceptuella undersökningar för en point absorber avseende t. ex storlek, massa, styrkraft och energiabsorption för ett sjötillstånd med sinusvågor. Slutsatsen för konceptstudien är som förväntat att strukturen för point absorber med linjär generator kommer att ha cirka dubbla massan gentemot en point absorber med roterande generator för samtliga av de undersökta vågklimaten. Modellens förenklingar samt inverkan av massa och styrkraft har studerats med avseende på systemets dynamik och energiabsorption. Slutsatsen är att den adderade massan behöver undersökas noggrannare samt att styrkraften är av stor betydelse för systemets energiabsorption.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , p. 96
Series
TRITA-AVE, ISSN 1651-7660 ; 2016:46
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-198510OAI: oai:DiVA.org:kth-198510DiVA, id: diva2:1057155
Examiners
Available from: 2016-12-16 Created: 2016-12-16 Last updated: 2016-12-16Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(4107 kB)114 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4107 kBChecksum SHA-512
f70e0e59db85c8038f5404bdfadd834eab89e0f9a0558eeff0b069a9c151584d0f63455dca2b62fae88c6b536ed982d6419c3ebeebb82c30071ecd1dd1ac3c36
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Naval Systems
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 114 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 252 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf