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DESIGN TOOLS FOR OFFSHORE RENEWABLE ENERGY
No full textThe crisis caused by the COVID-19 has awakened the fear of forgetting the fight against Climate Change coming up with a number of initiatives demanding to accelerate the European Green Deal, as the best way out of the crisis. Offshore renewable energy sources, including offshore wind, wave power and tidal streams, might play a crucial role in meeting low-carbon energy scenarios, which is one of the six key principles of the Green Recovery, contributing at the same time to economic growth and job creation. However, continuous cost reduction is needed to achieve more efficient and competitive technologies in comparison to other energy sources. Design tools can help to accelerate cost reduction in early stages of technology development or deployment project planning. This article shows some examples of design tools developed within four European funded R&D projects: • DTOcean and DTOceanPlus provide advanced design tools for ocean energy systems innovation, development and deployment • LIFES50+ proves cost effective technology for floating substructures for 10MW wind turbines at water depths greater than 50 m • OPERA collects, analyses and shares open-sea operating data and experience to validate and de-risk several industrial innovations for wave energy The design tools presented in this article cover different stages of technology or project development: • Multi-physics numerical modelling tools for the design of floating offshore wind turbines • Decision-making tools during the planning phase of offshore wind or ocean energy farms • Structured innovation and stage gate tools for the evaluation of innovations for offshore renewables at early stages of development The reader will be able to find out references to useful open source tools and public documents produced by these projects.Peer reviewe
El problema de los n cuerpos y su paralelización
No full textDurante milenios, la humanidad ha tratado de predecir la posición de los astros que observaba en el cielo. Dado el gran número de cuerpos presentes en el espacio y su influencia gravitacional mutua, predecir sus movimientos involucra una gran cantidad de cómputo. Es tal su complejidad computacional que, durante el siglo XVII, este problema adquirió un nombre propio dentro del campo de la física: el problema de los n cuerpos. La naturaleza de este problema hace que el número de cálculos a realizar aumente muy rápidamente con el número de cuerpos tomados en consideración. Se han presentado soluciones analatícas para un número limitado de cuerpos. Sin embargo, para un número más grande de cuerpos, el problema solo presenta solución mediante simulación. Gracias a los computadores disponibles a día de hoy, es posible implementar una simulación del problema de los n cuerpos. No obstante, el método basado en fuerza bruta presenta una complejidad computacional de O(n2). En los años ochenta, Josh Barnes y Piet Hut presentaron un algoritmo basado en árbol que presentaba una complejidad de O(n log n). Además, este algoritmo presentaba la ventaja de ser paralelizable. El objetivo del presente trabajo de fin de grado consiste en implementar una simulación gráfica de los n cuerpos basada en cada uno de los tres métodos descritos: por fuerza bruta, basado en árbol secuencial y basado en árbol paralelo. Se presentan diferentes configuraciones de cuerpos y se obtendrán resultados para cada uno de ellos. Abstract: It's been thousands of years since mankind started to try to predict the position of the stars that they observed in the sky. However, given the great number of existing celestial bodies and their mutual gravitational in fluence, lots of computation is needed in order to predict their movements. Indeed, in the 17th century this computation became such a complex issue that it was even given a name in the field of physics: the n-body problem. Due to the nature of the problem, the number of calculations that have to be made increases in direct proportion to the number of celestial bodies taken into consideration. Analytical solutions have been presented for a limited number of bodies. However, when the number of bodies is too large, the only way to solve the problem is by simulation. Thanks to the computers available today, it is possible to implement a simulation of the n-body problem. However, the brute-force method has a computational complexity of O(n2). In the 1980s, Josh Barnes and Piet Hut introduced a treebased algorithm with a complexity of O(n log n). In addition, this algorithm had the advantage of being parallelizable. Therefore, this end-of-degree paper aims to implement a graphic simulation of the n-bodies based on each of the three existing methods: by brute force, based on a sequential tree and based on a parallel tree. Different configurations of bodies and their ensuing results will be presented
Gestión automatizada y distribuida de Sistemas Linux
No full textCon el objetivo de facilitar y optimizar las operaciones de gestión distribuida de sistemas Linux, se pretende desarrollar una aplicación cuyo propósito es facilitar las acciones de despliegue de archivos, ejecución y acceso remotos. La premisa principal es permitir que un usuario pueda sincronizar y programar acciones en todos los sistemas Linux que tengan la aplicación instalada y formen una red, ya sea esta privada o mediante el uso de Internet. Se buscará que el usuario pueda trabajar con esta aplicación de la forma más cómoda, rápida, segura y simple posible.
Abstract:
With the objective of facilitating and optimizing the operations of distributed management of Linux systems, to develop an application whose purpose is to facilitate the actions of remote file deployment, execution and access. The main is to allow a user to synchronize and schedule actions on all Linux systems that have the application installed and form a network, either private or through the use of the Internet. It will be sought that the user can work with this application in the most comfortable, fast, safe and simple way possible
Análisis de rendimiento y escalabilidad en sistemas paralelos híbridos con CUDA y MPI
No full textDesde sus inicios, la computación ha ayudado a resolver diversos problemas en numerosos campos de la investigación como Física, Medicina, Ingeniería, etc... Gracias a esto, cada día se logran realizar tareas más complejas que se planteaban inaccesibles hasta hace poco tiempo. Aun así, no siempre será posible escalar la potencia de los computadores actuales para abarcar cada vez problemas más grandes. Trabas como la miniaturización, el consumo, el calentamiento, etc.., han hecho que el desarrollo de los procesadores se haya ralentizado con respecto a lo pronosticado por la famosa Ley de Moore. Además de esto, se prevé que en un futuro cercano las litografías de procesadores basados en silicio no se puedan mejorar mucho más, llegando al punto que superar la barrera de los 5 - 3 nanómetros se torne muy costoso o casi imposible. Con este panorama, y con la computación cuántica aún en un estadio demasiado temprano de desarrollo, la solución pasa por el paradigma de la computación paralela. En este caso la idea no sería aumentar la potencia de los procesadores, sino hacer trabajar varios a la vez para conseguir equiparar, o incluso superar, la potencia de cómputo de un procesador convencional con un coste energético inferior. Las ventajas de estos sistemas son múltiples: por un lado, obtenemos sistemas más escalables (podemos aumentar la capacidad de cómputo añadiendo más procesadores) y, como hemos señalado anteriormente, con un coste energético inferior en igualdad de condiciones. A pesar de esto, estas arquitecturas no están libres de coste y tienen varios puntos negativos: complejidad en la programación, conflictos de acceso a recursos compartidos, etc... Por ello se han desarrollado cantidad de tecnologías diferentes que abordan tipos de problemas muy específicos de forma muy eficiente y basados en distintos paradigmas de la computación paralela. La idea de la computación paralela híbrida es, por tanto, la unión de varios de estos paradigmas de paralelismo para permitir abordar problemas más complejos que no se podrían atacar de forma eficiente con una sola de esas tecnologías. En nuestro caso la idea será llevar a cabo la hibridación de una tecnología de computación como CUDA, que se comporta de forma excelente cuando el cómputo se basa en una gran cantidad de operaciones similares, con una tecnología como MPI, que permite un escalado relativamente sencillo de computadores sobre una red permitiéndonos, en teoría, conseguir hacer trabajar una gran cantidad de máquinas CUDA de forma sincronizada.
Abstract:
Since its beginning, computation has helped to resolve multiple types of problems in many fields of research like Physics, Medicine, Engineering, etc… Owning this fact, complex tasks are carried out every day, even those that were inaccessible. In spite of this, in order to manage increasingly bigger problems, there are difficulties to boost power of current computers. Issues like miniaturization, consumption, warming, etc, have slowed down the development of processors compared to the predicted famous Moore’s Law. Moreover, it is expected that processor lithographies based in silicon cannot be improved in the near future, coming to a point that to overcome the limit of 5 – 3 nanometers will be very expensive ore even impossible. In this situation, being the quantum computers in a very early state of development, the solution lies in the parallel computing paradigm. According to this, we will make several processors work at once instead of improving the power of the processor in order to reach – or even get over – the computational power of a conventional processor with less power consumption. On the one hand, we will obtain more scalable systems; on the other hand, we will save energy in the same conditions. In any case, these architectures have also disadvantages: programming complexity, conflicts to access shared resources, etc… For these reasons, different technologies have been developed in response to specific problems. Furthermore, these technologies, based in different parallel computing paradigms are more efficient. Therefore, the hybrid parallel computing foundation is the join of multiple parallel computing paradigms in order to address more complex problems which couldn’t be approached with one of these paradigms. In this project, we pretend to carry out the hybridization of a computing technology like CUDA, which works perfectly if the computation is based on a similar number of operations, with a technology like MPI, which allows a relatively simple scaling of computers throught a network
Performance analysis and control design of a gyro-based wave energy converter
No full textThis paper analyses the performance of particular wave-energy converter that uses the gyroscopic effects of a large rotating fly-wheel in combination with a controlled power-take-off device. Controlled gyroscopic forces have been used successfully in the past to reduce the motion of marine structures. With appropriately designed power-take-off elements, gyroscopic forces can be controlled to optimise the extracted energy from the motion of marine structures
Layout Optimisation of Wave Energy Converter Arrays
No full textThis paper proposes an optimisation strategy for the layout design of wave energy converter (WEC) arrays. Optimal layouts are sought so as to maximise the absorbed power given a minimum q-factor, the minimum distance between WECs, and an area of deployment. To guarantee an efficient optimisation, a four-parameter layout description is proposed. Three different optimisation algorithms are further compared in terms of performance and computational cost. These are the covariance matrix adaptation evolution strategy (CMA), a genetic algorithm (GA) and the glowworm swarm optimisation (GSO) algorithm. The results show slightly higher performances for the latter two algorithms; however, the first turns out to be significantly less computationally demanding
A novel methodology for the assessment of wave energy options at early stages
No full text276 p.El aumento de la proporción de generación de electricidad a partir de fuentes renovables es clave para garantizar un sistema energético totalmente descarbonizado y luchar contra el cambio climático. La energía undimotriz es un recurso abundante pero, al mismo tiempo, es la menos desarrollada de todas las tecnologías renovables. El marco de evaluación común desarrollado en la tesis se basa en principios sólidos de ingeniería de sistemas y abarca el contexto externo, los requisitos del sistema y los criterios de evaluación. Se puede aplicar a diferentes niveles de madurez tecnológica y capta los aspectos cualitativos relacionados con las expectativas de las partes interesadas. El enfoque novedoso guía las decisiones de diseño a lo largo del proceso de desarrollo para la gestión adecuada del riesgo y la incertidumbre, y facilita la selección y evaluación comparativa de la tecnología undimotriz a diferentes niveles de madurez de manera controlada. Los métodos propuestos en esta investigación brindan información valiosa para enfocar los esfuerzos de innovación en aquellas áreas que tienen la mayor influencia en el desempeño de la tecnología. La incorporación de estrategias de innovación eficaces en el desarrollo de la energía undimotriz ayuda a gestionar la complejidad del sistema y canalizar la innovación hacia mejoras útiles.Tecnali
A novel methodology for the assessment of wave energy options at early stages
No full text276 p.El aumento de la proporción de generación de electricidad a partir de fuentes renovables es clave para garantizar un sistema energético totalmente descarbonizado y luchar contra el cambio climático. La energía undimotriz es un recurso abundante pero, al mismo tiempo, es la menos desarrollada de todas las tecnologías renovables. El marco de evaluación común desarrollado en la tesis se basa en principios sólidos de ingeniería de sistemas y abarca el contexto externo, los requisitos del sistema y los criterios de evaluación. Se puede aplicar a diferentes niveles de madurez tecnológica y capta los aspectos cualitativos relacionados con las expectativas de las partes interesadas. El enfoque novedoso guía las decisiones de diseño a lo largo del proceso de desarrollo para la gestión adecuada del riesgo y la incertidumbre, y facilita la selección y evaluación comparativa de la tecnología undimotriz a diferentes niveles de madurez de manera controlada. Los métodos propuestos en esta investigación brindan información valiosa para enfocar los esfuerzos de innovación en aquellas áreas que tienen la mayor influencia en el desempeño de la tecnología. La incorporación de estrategias de innovación eficaces en el desarrollo de la energía undimotriz ayuda a gestionar la complejidad del sistema y canalizar la innovación hacia mejoras útiles.Tecnali
Applying international power quality standards for current harmonic distortion to wave energy converters and verified device emulators
No full textThe push for carbon-free energy sources has helped encourage the development of the ocean renewable energy sector. As ocean renewable energy approaches commercial maturity, the industry must be able to prove it can provide clean electrical power of good quality for consumers. As part of the EU funded Open Sea Operating Experience to Reduce Wave Energy Cost (OPERA) project that is tasked with developing the wave energy sector, the International Electrotechnical Commission (IEC) developed electrical power quality standards for marine energy converters, which were applied to an oscillating water column (OWC). This was done both in the laboratory and in the real world. Precise electrical monitoring equipment was installed in the Mutriku Wave Power Plant in Spain and to an OWC emulator in the Lir National Ocean Test Facility at University College Cork in Ireland to monitor the electrical power of both. The electrical power generated was analysed for harmonic current distortion and the results were compared. The observations from sea trials and laboratory trials demonstrate that laboratory emulators can be used in early stage development to identify the harmonic characteristics of a wave energy converter
Successful innovation strategies to overcome the technical challenges in the development of wave energy technologies
No full textPublisher Copyright: © 2023 European Wave and Tidal Energy Conference.The process of designing wave energy technologies is complex and time-consuming, involving many decisions. Despite numerous wave energy concepts being developed in the last 30 years, none have reached commercial readiness due to unresolved technical challenges and high costs in comparison to other renewable energy sources. To address the wave energy industry's high aspirations, this research proposes a systematic problem-solving approach based on sound Systems Engineering methods from the outset of technology development. Quality Function Deployment (QFD) is used for problem formulation and selection, ensuring the traceability of requirements. The Theory of Inventive Problem Solving (TRIZ) is used for concept generation, providing efficiency and predictability by exploring a vast solution space. This approach has identified the top-five Inventive Principles to overcome the most critical technical challenges for wave energy technologies in the utility-scale market. Promising concepts are also suggested for each Inventive Principle. While the current research does not focus on a specific concept, this approach provides a structured way to assess the potential of innovative archetypes holistically.Peer reviewe
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