Improving floating wind turbine stability with evolutionary computation for TMD optimization

Los aerogeneradores permiten la conversión de la energía cinética del viento en energía eléctrica, pero su instalación en tierra se vuelve cada vez más complicada debido a la velocidad del viento, menor generación de energía, aspectos ambientales, acústicos y visuales, uso del suelo, entre otros. En este sentido, la generación eólica marina presenta ventajas como vientos más fuertes y constantes, menor impacto visual y acústico, mayor capacidad de generación, y desarrollo cercano a grandes ciudades. Los aerogeneradores marinos tienen un gran potencial para transformar la matriz energética global, especialmente con el uso de plataformas flotantes que permiten la generación de energía en aguas profundas. Sin embargo, estos sistemas enfrentan desafíos significativos, como cargas pendulares y movimientos inducidos por el viento y las olas que provocan fatiga en la estructura. Este trabajo propone el uso de técnicas de computación evolutiva, mediante algoritmos genéticos, para optimizar un control estructural pasivo con dispositivos de amortiguamiento de masa sintonizada (TMD), instalados en la góndola de aerogeneradores marinos flotantes (FOWTs) tipo Barge, con el objetivo de mitigar estos efectos pendulares. Los TMD se configuran para actuar en direcciones longitudinal y lateral, y la optimización consideró la desviación estándar de la fatiga de la torre como función objetivo, además de incluir límites de recorrido para adaptarse a las dimensiones de la góndola. La optimización se realizó bajo condiciones de decaimiento libre, es decir, condiciones simplificadas con aplicación de inclinaciones iniciales a la plataforma. Las simulaciones, realizadas en el software FAST-SC (Fatiga, Aerodinámica, Estructuras y Turbulencia – Control Estructural), demostraron una reducción de más del 36% en la fatiga estructural de la torre en comparación con sistemas sin control estructural y una mejora de más del 11% frente a sistemas con TMD unidireccional. Los resultados refuerzan la eficacia del control estructural pasivo con TMD bidireccional para mitigar vibraciones y aumentar la confiabilidad de los aerogeneradores marinos flotantes, ofreciendo un enfoque eficiente para mejorar la fiabilidad estructural del sistema.