Irakasgaiaren azalpena eta testuingurua

En el escenario actual, donde la seguridad de la fisión nuclear está siendo cuestionada debido a su potencial peligrosidad y donde la implicación de los combustibles fósiles en el cambio climático es indiscutible, se hace evidente la necesidad de nuevas fuentes de energía limpias y renovables. Entre los recursos no convencionales se han planteado varias alternativas prometedoras, como es el caso de la fusión nuclear y la energía marina.



En este sentido, la CEE está promoviendo la investigación y el desarrollo de sistemas de extracción de la energía del mar. Así, el Gobierno Vasco ha apostado por la energía de las olas, inaugurado recientemente el proyecto Nereida y en breve lo hará con el BIMEP. Por otro lado, cabe destacar los esfuerzos internacionales dedicados al desarrollo de los generadores de energía por fusión nuclear debido a sus numerosas ventajas (independencia geográfica, abundancia de combustibles, seguridad, etc.). En este ámbito el proyecto ITER cobra especial relevancia ya que motiva la investigación en diversas ramas científicas.



En esta asignatura se pretende dotar al alumnado de conocimientos y capacidades básicas respecto de estas dos tecnologías: El control de plasma en reactores Tokamak de fusión nuclear y el control de plantas de energía marina de generación undimotriz basadas en Columnas de Agua Oscilante (OWC).

Ohiko deialdia: orientazioak eta uko egitea

Prueba escrita: 40%-70% (Individual, exigencia mínima de 50%)

Trabajos Prácticos: 20%-50% (Individual o en grupo - Evaluación continua)

Exposiciones: 10%-30% (Trabajo en grupo - Evaluación continua)



Para aprobar la asignatura el alumno o la alumna deberá alcanzar una puntuación igual o superior a 5 puntos en el examen escrito. Una vez superada esa nota en dicho examen, el alumnado sumará los puntos conseguidos en la evaluación continua (trabajos prácticos y exposiciones realizadas).



En caso de renuncia a la evaluación continua se realizará una prueba de práctica de ordenador (con una valoración de 30%-60%).



La asistencia inferior al 80% en el conjunto de la asignatura o la no presentación al examen escrito en la fecha oficial de exámenes supondrá la renuncia automática de la convocatoria correspondiente.



En caso necesario tanto las pruebas escritas, como trabajos y exposiciones podrán realizarse online utilizando las herramientas para ello habilitadas por la UPV/EHU.

Ezohiko deialdia: orientazioak eta uko egitea

Prueba escrita: 40%-70% (Individual, exigencia mínima de 50%)

Trabajos Prácticos: 30%-60% (Individual)



Para aprobar la asignatura el alumno o la alumna deberá alcanzar una puntuación igual o superior a 5 puntos en el examen escrito. Una vez superada esa nota en dicho examen, el alumnado sumará los puntos conseguidos en el trabajo práctico.



Para renunciar a la evaluación de una convocatoria será suficiente con no presentarse al examen final de dicha convocatoria.



El alumnado que haya realizado la evaluación continua de la asignatura en el curso actual podrá mantener la ponderación de los resultados de dicha evaluación, en cuyo caso, la evaluación será similar a la convocatoria ordinaria.



En caso necesario tanto las pruebas escritas, como los trabajos prácticos podrán realizarse online utilizando las herramientas para ello habilitadas por la UPV/EHU.

Irakasgai-zerrenda

Contenido Teórico

Unidad 1: La energía de las olas.

1.1. Teoría de las olas: teoría lineal, teoría de las olas de orden superior.

1.2. Modelado de las olas: olas regulares, tren de olas, espectro de olas, oleaje irregular, modelado estadístico.

1.3. Atlas de energía de la costa vasca: índice de idoneidad, distribución.



Unidad 2: Convertidores de la energía de las olas.

2.1. Convertidores: dispositivos oscilantes, dispositivos rebosaderos, dispositivos Oscillating Water Column.

2.2. Modelado de la cámara de captura OWC: hidrodinámica, termodinámica, modelo resultante

2.3. Modelado de las válvulas: motor, engranaje, obturador.



Unidad 3: Turbogeneradores.

3.1. Turbinas de aire: turbina Wells convencional, turbina Impulso.

3.2. Generador de velocidad variable: generador asíncrono a velocidad variable, generador de inducción doblemente alimentado, convertidor electrónico de potencia, control vectorial.

3.3. Modelado del turbogenerador: turbina Wells, generador de inducción doblemente alimentado.

3.4. Funcionamiento en pérdida de la turbina

3.5. Requisitos de conexión a la red eléctrica: control de la tensión, control de la frecuencia, capacidad de superación de huecos de tensión.



Unidad 4: Estrategias de control.

4.1. Actuadores: válvulas de control de flujo, convertidor del lado rotor.

4.2. Requisitos de control: control de la potencia reactiva, control de la potencia activa, maximización de la conversión de energía.

4.3. Control complementario



Unidad 5: La Fusión Nuclear.

5.1. Problema Energético. Crisis Energética Mundial; Acuerdos Internacionales; Necesidad nuevas fuentes de energía.

5.2. Fundamentos de la Fusión Nuclear. Conceptos básicos; Distintas Reacciones de Fusión; Fusión vs Fisión.

5.3. Plasmas en Fusión. Plasma y criterios Break-Even; Métodos de Confinamiento y Calentamiento del Plasma.



Unidad 6: Reactores de fusión.

6.1. Que es un Tokamak. Reactores de fusión nuclear; Tokamak vs Stellarator.

6.2. El Proyecto ITER. Origen, Desarrollo y Futuro del proyecto ITER.

6.3. El Tokamak TCV. Características y Relevancia del Dispositivo.

6.4. Equilibrio del Tokamak. Ecuaciones de Magnetohidrodinámica y Ecuación de Grad-Shafranov.



Unidad 7: Problemas de Control en Tokamaks.

7.1. Presentación de los problemas de control. Evolución de los problemas de control de los reactores de fusión nuclear.

7.2. Códigos para la reconstrucción del plasma en Tokamaks. Códigos Lineales (RzIp, Create-L); Códigos No Lineales (DINA, ASTRA); Códigos de Reconstrucción de Equilibrio (LIUQE).

7.3. Ejemplos de control en tiempo real. Desarrollo e implementación de Observadores y Controladores.



Contenido Práctico

DESARROLLO DEL TEMARIO DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO (8 sesiones):

- Sesión 1 - PL1: Modelado de las olas (2 horas)

- Sesión 2 - PL2: Modelado de una cámara de captura basada en la Columna de Agua Oscilante para transformar la energía incidente de las olas en energía neumática (2 horas)

- Sesión 3 - PL3: Modelado de una válvula serie que regule el flujo de volumen de aire que sale de la cámara de captura (2 horas)

- Sesión 4 - PL4: Modelado de una turbina que rectifique la energía neumática en energía mecánica (2 horas)

- Sesión 5 - PL5: Modelado de un generador de inducción doblemente alimentado para la transformación de la energía mecánica aportada por la turbina en energía eléctrica (2 horas)

- Sesión 6 - PL6: Análisis y estudio de modelos de plasma (espacio de estados).Diseño de controladores (P, PI, PID) aplicado a esos modelos y estudio comparativo de resultados (2 horas)

- Sesión 7 - PL7: Diseño de distintos esquemas de control (PID, MPC, redes en frecuencia) aplicados al modelo de plasma. Desarrollo e implementación de los elementos necesarios para el trabajo y la exposición. (2 horas)

- Sesión 8 - PL8: Desarrollo e implementación de los elementos necesarios para el trabajo y la exposición. (1 horas)

Bibliografia

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Material proporcionado:



Apuntes de los temas.



Guiones de prácticas de Aula.



Guiones de prácticas de Laboratorio.



Guiones de prácticas de Ordenador.

Oinarrizko bibliografia

[Wesson, 2004] J. Wesson, Tokamaks, Oxford, U.K. Oxford University Press, 2004.

[Ariola and Pironti, 2008] M. Ariola and A. Pironti, "Magnetic Control of Tokamak Plasmas", Springer, 2008.

[Aström and Hägglund, 1995] K. Aström and T. Hägglund, "Advanced PID control", Instrument Society of America (ISA), Research Triangle Park, North Carolina, 1995.

[Edwards and Spurgeon, 1998] C. Edwards and K. Spurgeon, "Sliding Mode Control: Theory and applications", Taylor & Francis, London, U. K., 1998.

[Cruz, 2008] J. Cruz, "Ocean wave energy", Ed. Springer, 2008.

[Dixon, 1978] S.L. Dixon, "Fluid mechanics, thermodynamics of turbomachinery", Ed. Pergamon, Oxford, 1978.

[Bose, 2001] B.K. Bose, "Modern power electronics and AC drives", Ed. Prentice Hall, New Jersey, 2001.

Gehiago sakontzeko bibliografia

[Zakharov and Shafranov, 1973] L.E. Zakharov and V. D. Shafranov, "Equilibrium of a toroidal plasma with noncircular cross section", Soviet Physics-Technical Physics, vol. 18, no. 2, pp. 151-156, 1973.



[Duval et al., 2006] B.P. Duval, J.M. Moret, A.P. Rodrigues, L.A. Pereira and C.A.F.Varandas, "Digital Control System for the TCV Tokamak", IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 53, no. 4, pp. 2179-2186, August 2006. DOI: 10.1109/TNS.2006.876048



[Aström and Hägglund, 2005] K. Aström and T. Hägglund, "PID Controllers: Theory, Design, and Tuning", ISA - The Instrumentation, Systems, and Automation Society, Research Triangle Park, North Carolina, 2005.



[Utkin, 1974] V. I. Utkin, "Sliding Modes and Their Application in Variable Structure Systems", Nauka, Moscow, Russia (in Russian).



[Boldea and Nasar, 2006] I. Boldea and S.A. Nasar, "Electric drives", Ed. CRC Press, Taylor and Francis group, 2006.

Aldizkariak

IEEE Transactions on Industrial Electronics



IEEE Transactions On Energy Conversion



Renewable Energy



IEEE Control Systems Magazine



Nuclear Fusion

Estekak

Ente Vasco de la Energía, http://www.eve.es/web/Energias-Renovables.aspx



Ente Vasco de la Energía, BIMEP, http://www.eve.es/web/Energias-Renovables/Energia-marina/BIMEP/LasOlas.aspx



CIEMAT, Ministerio de Ciencia e Innovación, Gobierno de España: http://www-fusion.ciemat.es/New_fusion/es/



EFDA, European Fusion Development Agreement: http://www.efda.org/



IAEA, International Atomic Energy Agency: http://www.iaea.org/



ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor: http://www.iter.org/



TCV Tokamak, École Polytechnique Fédérale de Lausanne: http://crpp.epfl.ch/research_TCV_Tokamak