Optimización multidisciplinar en MATLAB para el diseño de ......Optimización multidisciplinar en...

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Classification: Internal Purpose Optimización multidisciplinar en MATLAB para el diseño de pala de aerogenerador May 30th 2019 Fernando Echeverría Durá

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Optimización multidisciplinar en MATLAB para el diseño de pala de aerogenerador May 30th 2019

Fernando Echeverría Durá

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1 Key takeaways

2 Introduction

3 How we used to design blades

4 Why it was not efficient

5 This is the new blade design process

6 Role of MATLAB in the new process

7 Conclusions

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1 Key takeaways

2 Introduction

3 How we used to design blades

4 Why it was not efficient

5 This is the new blade design process

6 Role of MATLAB in the new process

7 Conclusions

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Key Takeaways

1. Improve Blade Design Process: reduce time-to-market and achieve design targets.

2. Evolve traditional sequential design process to multi-disciplinary holistic approach.

3. Develop MATLAB-based Application to calculate performance and loads of the wind turbine.

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1 Key takeaways

2 Introduction

3 How we used to design blades

4 Why it was not efficient

5 This is the new blade design process

6 Role of MATLAB in the new process

7 Conclusions

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Who we are

Wind turbine manufacturer.

First in installing a MW wind turbine.

Workforce >5000 employees.

Since 2016 and are the same company.

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Where we are

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Where we are (Spain)

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Sarriguren (Engineering)

Lumbier (Blades)

Barasoain, Vall d‘Uixó (Nacelles)

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More than 25.4 GW installed worldwide

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2 Introduction

3 How we used to design blades

4 Why it was not efficient

5 This is the new blade design process

6 Role of MATLAB in the new process

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Traditional blade design process

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Aerodynamic

design

Structural

design

Verification of

components

Control & Loads

SOLUTION

RE-DESIGN

Design

targets

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1 Key takeaways

2 Introduction

3 How we used to design blades

4 Why it was not efficient

5 This is the new blade design process

6 Role of MATLAB in the new process

7 Conclusions

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Why the traditional method does not work

1. The time to complete one design loop is very long.

2. Many people involved from different fields: aerodynamics, CAD, structural, control, loads.

No global insight.

3. Interactions between aerodynamics, dynamics, control and loads not fully considered.

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C

E

A

I

Controls

Inertial forces

Aerodynamic forces

Elastic forces

Collar extended triangle

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Wind turbines (and blades) are growing fast

Blades in AWP: 37.5 m (2006) 61.2 (2012) 77 m (2019)

The design of NEW wind turbines require NEW tools!!!!

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Hhub = 120 m

Htip = 198 m

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1 Key takeaways

2 Introduction

3 How we used to design blades

4 Why it was not efficient

5 This is the new blade design process

6 Role of MATLAB in the new process

7 Conclusions

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OPTIMIZATION

New blade design process based on optimization

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Design variables(geometry, structural

layout, controls,….)

Potential

solution to be

verified

is a code that calculates the wind turbine response (loads, deflections and

performance) under design variables from different technical fields.

Developed in with the support of other subordinate codes.

Optimization

algorithms of

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2 Introduction

3 How we used to design blades

4 Why it was not efficient

5 This is the new blade design process

6 Role of MATLAB in the new process

7 Conclusions

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MATLAB in the new blade design process

governs the calculations of subordinate codes from different disciplines.

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Aero-acousticAero-elastic

Structural Aerodynamic

Cross sectional properties

Polar curves

Time series of forces and momentsAcoustic emission

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Role of MATLAB in the new process

Curve Fitting Toolbox to create the B-spline lofted surface

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Role of MATLAB in the new process

Curve Fitting Toolbox to interrogate the surface (fairness assessment).

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Illumination

methods

Iso-parametric

curvatures

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Role of MATLAB in the new process

Algorithms of Optimization Toolbox and Global Optimization Toolbox:

Particle Swarm Optimization (PSO), Genetic Algorithm (GA), Nelder-Mead (NM),

Pattern Search (PS), Simulated Annealing (SA) and Gradient Based Algorithms (GB).

Parallel Computing Toolbox for launching calculations in parallel.

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1 Key takeaways

2 Introduction

3 How we used to design blades

4 Why it was not efficient

5 This is the new blade design process

6 Role of MATLAB in the new process

7 Conclusions

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Classification: Internal Purpose

Conclusions

Improve Blade Design Process: reduce time-to-market and achieve design targets.

The duration of the design process has been reduced significantly.

Evolve traditional sequential design process to multi-disciplinary holistic approach.

Decisions now based on results rather than on experience or intuition.

Complex interactions are taken into account.

Develop MATLAB-based Application to calculate performance and loads of the WT.

Tool succesfully implemented.

Methods and tools implemented succesfully in already serial production blades.

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