eWave 2.1: Hidrodinámica No Lineal y Control Óptimo en Tiempo Real para Convertidores de Energía Undimotriz

El proyecto eWave 2.1 tiene como propósito contribuir al desarrollo tecnológico de la energía oceánica mediante la validación experimental de estrategias avanzadas de control predictivo no lineal aplicadas a convertidores de energía undimotriz (WEC, por sus siglas en inglés). Este proyecto busca atender el principal desafío que limita la explotación comercial de este recurso: el alto costo nivelado de la energía (LCOE), el cual es aproximadamente cuatro veces superior al de fuentes renovables consolidadas como la eólica o la solar. Dicho costo se atribuye a la inmadurez tecnológica de los dispositivos WEC, así como a los elevados costos de instalación y mantenimiento, y a la baja eficiencia de los sistemas de conversión actualmente disponibles.
Varias investigaciones han demostrado que las estrategias de Control Predictivo por Modelo (MPC) y sus versiones no lineales (NMPC) poseen un alto potencial para incrementar la eficiencia energética, al permitir la incorporación de restricciones físicas y operativas en la optimización del desempeño del sistema. No obstante, la validación experimental de dichas estrategias continúa siendo muy limitada en la literatura, lo cual genera un vacío de conocimiento sobre su comportamiento real ante condiciones no ideales, como las no linealidades hidrodinámicas, el ruido de medición y las limitaciones computacionales del control en tiempo real.
El proyecto eWave 2.0, desarrollado previamente, estableció las bases experimentales para la validación de un control óptimo con una hidrodinámica lineal. Sin embargo, este no consideró los efectos no lineales presentes en la interacción fluido-estructura del cuerpo flotante. En este contexto, eWave 2.1 se plantea como una extensión natural de dicha línea de investigación, con el objetivo de validar experimentalmente la estrategia de Control Predictivo por Modelo No Lineal mediante Iteración en Tiempo Real (RTI-NMPC). Esta técnica, desarrollada por el investigador Ph.D. Juan Guerrero, ha demostrado ser computacionalmente eficiente, logrando resolver el problema de optimización no lineal en tiempos del orden de 10 milisegundos, lo que la convierte en una alternativa viable para aplicaciones en sistemas de conversión de energía en tiempo real.
La investigación se enfocará en un WEC tipo point absorber de un grado de libertad, y se desarrollará a través de tres componentes principales: i) la incorporación de efectos hidrodinámicos no lineales en el modelo de control; ii) la realización de simulaciones numéricas para evaluar la eficiencia energética comparativa de distintas estrategias de control; y iii) la validación experimental del sistema de control propuesto en las plataformas de oleaje artificial del Tecnológico de Costa Rica (TEC) y del laboratorio IMARES de la Universidad de Costa Rica (UCR). Además, se contará con la colaboración de MOREnergyLab del Politécnico de Torino, Italia, el cual cuenta con personal altamente especializado en modelado de WECs.
Los resultados esperados de eWave 2.1 son de alta relevancia científica y tecnológica, ya que permitirán generar conocimiento experimental novedoso en la literatura científica sobre el desempeño real de sistemas RTI-NMPC aplicados a energía undimotriz. Dichos resultados constituirán una base sólida para el escalamiento tecnológico y la eventual comercialización de los WECs desarrollados en el país.
Asimismo, el proyecto se alinea con las metas de la Agenda 2030 de las Naciones Unidas, particularmente con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) 7 (Energía asequible y no contaminante) y 9 (Industria, innovación e infraestructura). A nivel nacional, se articula con el VII Plan Nacional de Energía 2015–2030, en especial con el Objetivo Estratégico 3.3: Diversificación de las fuentes de energía, promoviendo el desarrollo de energías renovables no convencionales (ERNC), entre las cuales la energía oceánica representa un campo emergente en el que actualmente solo el TEC y el ICE desarrollan investigación aplicada.
En consecuencia, eWave 2.1 representa un paso estratégico hacia la consolidación de capacidades nacionales en energía oceánica limpia, fortaleciendo el posicionamiento del TEC y el país en investigación aplicada a sistemas de energía oceánica, innovación y sostenibilidad energética.

Validar, tanto numérica como experimentalmente, la eficacia de la estrategia de Control Predictivo por Modelo No Lineal con Iteración en Tiempo Real (RTI-NMPC) aplicada a un Convertidor de Energía Undimotriz (WEC) tipo point absorber, con el fin de maximizar la eficiencia en la conversión de energía oceánica y cuantificar las mejoras en el rendimiento derivadas de la incorporación de los efectos hidrodinámicos no lineales.

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