AuthorsS. C. Kramer, S. W. Funke and M. D. Piggott
TitleA continuous approach for the optimisation of tidal turbine farms
AfilliationScientific Computing, Center for Biomedical Computing (SFF), Scientific Computing
Project(s)Center for Biomedical Computing (SFF)
Publication TypeProceedings, refereed
Year of Publication2015
Conference NameEuropean Wave and Tidal Energy Conference 2015

The optimal placement of individual devices within a tidal turbine farm is                                                                                                                                                                     
a challenging problem that may benefit greatly from automated optimisation methods.                                                                                                                                                            
A previously published gradient-based approach for the optimal placement/arrangement                                                                                                                                                           
of turbines significantly reduces the number of required iterations                                                                                                                                                                            
over traditional optimisation methods. This allows for a higher level of computational cost,                                                                                                                                                   
and hence realism, in the hydrodynamic model used in every optimisation iteration.                                                                                                                                                             
Here, we                                                                                                                                                                                                                                       
introduce a closely related approach that optimises for a turbine density field                                                                                                                                                                
(referred to here as the ``continuous'' approach) instead of the positions of individual turbines                                                                                                                                              
(the ``discrete'' approach).  Its advantages are: (1) it requires less                                                                                                                                                                         
mesh resolution than the discrete approach and hence has lower computational costs;                                                                                                                                                            
(2) the number of turbines does not need to be chosen in advance -- this allows for                                                                                                                                                            
the inclusion of per-turbine-costs to be included in the optimisation, and as a by-product                                                                                                                                                     
returns an estimate for the optimal number of turbines on a site; (3) it allows for the                                                                                                                                                        
inclusion of more complex site design constraints.                                                                                                                                                                                             
We present a number of cases to demonstrate the validity of the                                                                                                                                                                                
method.  The optimal number of turbines predicted by the continuous approach is                                                                                                                                                                
shown to agree well with the results of running several discrete optimisations                                                                                                                                                                 
with different numbers of turbines, giving confidence to the validity of the new                                                                                                                                                               
In a realistic case we show how non-convex domain sites can be optimised.                                                                                                                                                                      
Furthermore, this approach naturally supports complex constraints such as                                                                                                                                                                      
maximum bathymetry gradients above which turbines cannot be installed, and                                                                                                                                                                     
the simultaneous optimisation of multiple, potentially interacting farms. 

Citation Key23603

Contact person