Desarrollo y aplicación de un modelo acoplado para el diseño y verificación de la estructura de la plataforma ATIR 2.0

• Autores: Julio Garcia Espinosa , Francisco Otero, Borja Serván Camas
• Localización: Ingeniería naval, ISSN 0020-1073, Nº. 1045, 2025, págs. 343-363
• Idioma: español
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• Resumen
  • español

    La tecnología ATIR desarrollada por Magallanes Renovables para la generación de energía a partir de corrientes de marea ha sido demostrada con éxito mediante las pruebas del prototipo a escala real (1.5 MW) en el sitio de pruebas de EMEC en Fall of Warness, cerca de la isla de Eday, en Escocia. Las pruebas se han desarrollado a lo largo de los últimos cinco años, desde que se conectó por primera vez a la red a través de los cables submarinos y la subestación terrestre de EMEC en marzo de 2019, comenzando a generar potencia poco después.

    La tecnología en la que se basa ATIR aprovecha la experiencia de las industrias eólica y naval, combinando una plataforma flotante fondeada con un tren de potencia situado a 15 metros bajo el agua, donde dos turbinas contrarrotativas se encargan de extraer energía de las corrientes de marea.

    Actualmente, esta tecnología se encuentra en proceso de transición hacia una fase comercial. La reciente adjudicación en subasta a Magallanes Renovables de una tarifa a largo plazo en Gran Bretaña, llevará a la puesta en marcha de los dos primeros parques flotantes de energía mareomotriz del mundo, basados en la tecnología ATIR.

    Como parte de este proceso, se está desarrollando una segunda generación de esta tecnología, que se denomina ATIR 2.0. Entre otras actividades, se está llevado a cabo un trabajo de optimización de la estructura de la plataforma, y se ha desarrollado una primera fase del proceso de verificación cuyo objetivo final es lograr la certificación de tipo de ATIR 2.0. Debido a las interacciones entre las turbinas bajo el efecto de la corriente y la estructura flotante sometida a cargas irregulares de oleaje, la verificación de la estructura requiere aplicar un enfoque de Análisis Integrado de Cargas (ILA, por sus siglas en inglés). Este análisis busca evaluar dichas interacciones -en particular, el comportamiento de la estructura en el mar, la dinámica estructural y la dinámica del fondeo y garantizar que la estructura cumple con las bases de diseño.

    Este trabajo se centra en las actividades realizadas dentro del proyecto "Desarrollo, diseño y plataforma de control de la plataforma española de energía marina renovable ATIR 2.0", financiado por el programa Misiones CDTI, y en concreto en las tareas de optimización y verificación de la resistencia estructural y a fatiga de la nueva estructura. Dentro de este proyecto se ha desarrollado un complejo modelo que puede analizar en el dominio del tiempo, y de manera acoplada los diferentes componentes que influyen en la dinámica del sistema (corrientes, oleaje, fondeo, dinámica de los rotores y respuesta estructural). Este enfoque se basa en un modelo de análisis de elementos finitos detallado de toda la estructura (con aproximadamente 3 millones de grados de libertad) y que cuenta con la resolución necesaria para evaluar con precisión los esfuerzos de fatiga en los diferentes detalles estructurales, así como para estimar el daño acumulado mediante un algoritmo de conteo de ciclos. Para hacer que el modelo sea lo suficientemente eficiente como para calcular series temporales largas en un número suficiente de condiciones de carga, se ha aplicado una técnica de reducción modal. Esta técnica permite acelerar significativamente los cálculos, manteniendo una precisión similar a la obtenida con el modelo de elementos finitos completo no reducido.

  • English

    The ATIR technology developed by Magallanes Renovables for tidal current energy generation has been successfully demonstrated through testing of the fullscale prototype (1.5 MW) at EMEC's test site in Fall of Warness, near the island of Eday in Scotland. The tests have been carried out over the past five years, starting when the system was first connected to the grid via EMEC's subsea cables and onshore substation in March 2019, with power generation beginning shortly afterward.

    The ATIR technology leverages expertise from the offshore wind and maritime industries, combining a moored floating platform with a powertrain located 15 meters underwater, where two counter-rotating turbines extract energy from tidal currents.

    Currently, this technology is transitioning to a commercial phase. Magallanes Renovables has been awarded a long-term fixed-price contract in a British auction, enabling the commissioning of the world's first two floating tidal energy farms based on ATIR technology.

    As part of this process, a second-generation technology, known as ATIR 2.0, is under development. Among other activities, the structural optimization of the platform is being carried out, and an initial phase of the verification process has been conducted, with the ultimate goal of achieving a type approval. Due to the interactions between the underwater turbines subjected to current forces and the floating structure exposed to irregular wave loads, structural verification requires the application of an Integrated Load Analysis (ILA) approach. This analysis aims to assess these interactions-particularly the structure's behavior at sea, structural dynamics, and mooring dynamics and ensure the structure meets the design basis.

    The complexity of these integrated models presents a significant challenge. Consequently, the problem is typically addressed in a simplified manner by combining global finite element models for structural strength assessment with local models for fatigue evaluation at critical points, using a quasi-static approach. This simplification overlooks effects that may be significant in flexible structures where platform elasticity influences the overall system dynamics.

    This work focuses on the activities conducted under the project "Development, Design, and Control Platform for the Spanish Renewable Marine Energy Platform ATIR 2.0," funded by the CDTI Misiones program, specifically on the optimization and structural strength and fatigue assessment of the new structure. Within this project, a complex time-domain coupled model has been developed and is being used to verify the structural strength and fatigue resistance of the platform. This approach is based on a detailed finite element analysis model of the entire structure (comprising approximately 3 million degrees of freedom), providing the resolution required to accurately evaluate fatigue stresses in various structural details and estimate accumulated damage using a cycle-counting algorithm. To make the model efficient enough to simulate long time-series for a sufficient number of load conditions, a modal reduction technique has been applied. This technique significantly accelerates computations while maintaining accuracy comparable to that of the unreduced full finite element model.