Irakasgaiaren azalpena eta testuingurua

Gaur egungo egoeran, non fisio nuklearraren segurtasuna zalantzan jartzen ari den, arriskutsua izan daitekeelako, eta non erregai fosilek klima-aldaketan duten inplikazioa eztabaidaezina den, argi dago energia-iturri garbi eta berriztagarri berrien beharra dagoela. Baliabide ez-konbentzionalen artean, etorkizun handiko hainbat aukera planteatu dira, hala nola fusio nuklearra eta itsas energia.

Ildo horretan, EEE itsasoko energia erauzteko sistemen ikerketa eta garapena sustatzen ari da. Horrela, Eusko Jaurlaritzak olatuen energiaren aldeko apustua egin du, Nereida MOWC eta BIMEP proiektuak errealitate eginda. Bestalde, fusio nuklearraren bidezko energia-sorgailuen garapenerako nazioarteko ahaleginak nabarmendu behar dira, abantaila ugari dituztelako (independentzia geografikoa, erregaien ugaritasuna, segurtasuna, etab.). Arlo horretan, ITER proiektuak garrantzi berezia du, hainbat zientzia-adarretan ikertzea eragiten baitu.

Irakasgai honetan, ikasleek bi teknologia horiei buruzko oinarrizko ezagutzak eta gaitasunak lortu nahi dira: fusio nuklearreko Tokamak erreaktoreetako plasma kontrola eta ur oszilatzaileko zutabeetan (OWC) oinarritutako olatu-energia sortzen duten itsas energiako planten kontrola.

Ohiko deialdia: orientazioak eta uko egitea

Idatzizko proba: % 40 - % 70 (banakakoa, % 50eko gutxieneko eskakizuna)

Lan praktikoak: % 20-50 (Banakakoa edo taldekoa - Ebaluazio jarraitua)

Erakusketak: % 10-30 (Talde-lana - Etengabeko ebaluazioa)



Irakasgaia gainditzeko, idatzizko azterketan 5 puntu edo gehiago lortu beharko ditu ikasleak. Azterketa horretan nota hori gainditu ondoren, ikasleek ebaluazio jarraituan lortutako puntuak batuko dituzte (lan praktikoak eta egindako azalpenak).



Etengabeko ebaluazioari uko eginez gero, ordenagailuko praktika-proba bat egingo da ( % 30-%60ko balorazioarekin).



Deialdiari uko egitea:

Irakasgai osoan % 80tik beherako bertaratzeak edo azterketa-egun ofizialean idatzizko azterketara ez aurkezteak dagokion deialdiari automatikoki uko egitea ekarriko du.

Ezohiko deialdia: orientazioak eta uko egitea

Idatzizko proba: % 40 - % 70 (banakakoa, % 50eko gutxieneko eskakizuna)

Lan praktikoak: % 30-60 (banakakoa)



Etengabeko ebaluazioari uko eginez gero, ordenagailuko praktika-proba bat egingo da ( % 30-%60ko balorazioarekin).



Deialdiari uko egitea:

Irakasgai osoan % 80tik beherako bertaratzeak edo azterketa-egun ofizialean idatzizko azterketara ez aurkezteak dagokion deialdiari automatikoki uko egitea ekarriko du.



Ikasturte honetan irakasgaiaren etengabeko ebaluazioa egin duten ikasleek ebaluazio horren emaitzen haztapenari eutsi ahal izango diote; kasu horretan, ebaluazioa deialdi arruntaren antzekoa izango da.

Irakasgai-zerrenda

Eduki teorikoa

1. unitatea: Olatuen energia.

1.1. Olatuen teoria: teoria lineala, goragoko mailako olatuen teoria.

1.2. Olatuak modelatzea: olatu erregularrak, olatu-trena, olatu-espektroa, olatu irregularrak, modelatze estatistikoa.

2. unitatea: Olatuen energiaren bihurgailuak.

2.1. Bihurgailuak: gailu oszilatzaileak, gainezka egiteko gailuak, Oscillating Water Column gailuak.

2.2. Aire-ganbera modelatzea: hidrodinamika, termodinamika, emaitzazko eredua

2.3. OWC bihurgailu baten modelatzea: mugimendu-ekuazioa.

3. unitatea: Turbogeneradoreak.

3.1. Aire-turbinak: Wells turbinak, Impulso turbinak.

3.2. Abiadura aldakorreko sorgailua: abiadura aldakorreko sorgailu asinkronoa, bi aldiz elikatutako indukzio-sorgailua, potentzia-bihurgailu elektronikoa, kontrol bektoriala.

3.3. Turbogeneradorearen modelatzea: Biplano turbina, Biradial turbina.

4. unitatea: Kontrol-estrategiak.

4.1. Eragingailuak: turbogeneradorea, HSSV balbula.

4.2. Kontrol-estrategiak: abiadura-kontrola, momentu-kontrola, egokitze-kontrola, latching-kontrola.

5. unitatea: Fusio nuklearra.

5.1. Arazo energetikoa. Munduko energia-krisia; nazioarteko akordioak; energia-iturri berrien beharra.

5.2. Fusio nuklearraren oinarriak. Oinarrizko kontzeptuak; Fusio-erreakzio desberdinak; Fusioa vs Fisioa.

5.3. Urtzeko plasmak. Plasma eta Break-Even irizpideak; Plasma konfinatzeko eta berotzeko metodoak.

6. unitatea: Urtzeko erreaktoreak.

6.1. Tokamak bat dela. Fusio nuklearreko erreaktoreak; Tokamak vs Stellarator.

6.2. ITER proiektua. ITER proiektuaren jatorria, garapena eta etorkizuna.

6.3. Tokamak TCV. Gailuaren ezaugarriak eta garrantzia.

6.4. Tokamak-en oreka. Magnetohidrodinamikako ekuazioak eta Grad-Shafranoven ekuazioa.

7. unitatea: Kontrol-arazoak Tokamaksen.

7.1. Kontrol-arazoen aurkezpena. Fusio nuklearreko erreaktoreen kontrol-arazoen bilakaera.

7.2. Tokamaksen plasma berreraikitzeko kodeak. Kode linealak (RzIp, Create-L); kode ez-linealak (DINA, ASTRA); oreka berreraikitzeko kodeak (LIUQE).

7.3. Denbora errealeko kontrol-adibideak. Behatzaileak eta kontrolatzaileak garatzea eta inplementatzea.

Eduki praktikoa

ORDENAGAILUKO PRAKTIKEN GAI-ZERRENDA GARATZEA (8 saio):

1. saioa – PO1: Wave to Wire modeloaren hastapenak, abiadura-kontrolaren diseinua eta aplikazioa itsasoaren hainbat egoeratan: emaitzen azterketa eta azterketa konparatiboa (2 ordu)

2. saioa – PO2: pare-kontrola diseinatzea turbinaren ezaugarrietan oinarrituta eta itsasoaren egoera desberdinetan aplikatzea: emaitzen azterketa eta azterketa konparatiboa (2 ordu)

3. saioa – PO3: pare-kontrola aplikatzea sorgailuaren eta WECaren ezaugarrietan oinarrituta itsasoaren egoera desberdinetan: emaitzen azterketa eta azterketa konparatiboa (2 ordu)

4. saioa – PO4: Kontrol egokitzailearen diseinua eta abiadura-kontrolean aplikazioa itsasoaren hainbat egoeratarako: emaitzen azterketa eta azterketa konparatiboa (2 ordu)

5. saioa – PO5: latching-kontrola diseinatzea eta itsasoaren hainbat egoeratan aplikatzea: emaitzen azterketa eta azterketa konparatiboa (2 ordu)

6. saioa – PO6: plasma-modeloen analisia eta azterketa (egoera-espazioa). Kontroladore-sistema (P, PI, PID) eredu horiei aplikatuta eta emaitzen azterketa konparatiboa (2 ordu)

7. saioa – PO7: plasma-ereduari aplikatutako kontrol-eskemen diseinua (PID, MPC, maiztasun-sareak...). Lanerako eta erakusketarako beharrezkoak diren elementuak garatzea eta inplementatzea (2 ordu).

8. saioa – PO8: Lanerako eta azalpenerako beharrezkoak diren elementuak garatzea eta inplementatzea. (1 ordu)

Bibliografia

Nahitaez erabili beharreko materiala

Teoriari, ikasgelako praktikei eta ordenagailuko praktikei dagokien dokumentazioa ikasgaiaren eGela gela birtualean dago.

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