Energía oleaje: historia y tecnologías actuales

Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
1
RED DE EXPERTOS EN ENERGÍA
TALLER
“ENERGÍAS OCEÁNICAS: APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL OLEAJE”
MODERADOR: MARCOS LAFOZ PASTOR
COLABORACIÓN: LUIS GARCÍA-TABARÉS RODRÍGUEZ Y MARCOS BLANCO AGUADO
ACTIVIDAD 1:
INTRODUCCIÓN Y
REFERENCIAS HISTÓRICAS

2
Objetivos
1. Introducción. El recurso energético de las Olas
El objetivo de esta primera actividad del taller de energías oceánicas es dar una
visión global de este tipo de recurso, hacer un recorrido por los antecedentes
históricos de este tipo de energía, así como hacer una revisión de las tecnologías
más importantes que existen hoy en día en el panorama de la generación a partir
de energía del oleaje.
Siga la presentación y responda al cuestionario al final de la misma.
«El aprovechamiento de la energía de los océanos, de sus
vientos, olas y mareas, son una gran promesa de producir
energía limpia en el futuro. La producción de energía es uno
de los valiosos recursos de los ecosistemas oceánicos y de
costa ofrecen. Podemos desarrollar sistemas de energía
renovable fiables en el océano, siempre que se asegure que
los proyectos se emplazan, diseñan y construyen de manera
que no se vea afectado el frágil entorno marino»
http://www.energiasrenovablesinfo.com/oceanica/energia-oceanos/

Obtención de energía en los océanos
1. Introducción. El recurso energético de las Olas
-Energía del viento
-Energía de las corrientes
-Energía de las olas
3
De estas tres el taller tratará la energía de las olas

• El recurso undimotriz (originado por las olas) es 10 veces más energético por metro
cuadrado que el del sol o del viento
• Por ejemplo, se estima que en Reino Unido puede suponer el 15-25% de la
producción de energía eléctrica que se requiere
• Es un tipo de energía relativamente constante y previsible
• Las olas pueden desplazarse a grandes distancias sin apenas pérdida de energía
• Su impacto medioambiental es muy bajo o prácticamente nulo
• El mercado de la energía undimotriz está preparándose para su consolidación,
estando ahora en una fase precomercial y de prototipado
Características del recurso energético de las olas
4
1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas
Ventajas:
Inconvenientes:
• Se necesitan materiales y equipos resistentes al entorno marino
• Coste elevado debido a los materiales, la instalación y el mantenimiento

5
Potencial energético mundial del oleaje
Potencial de energía en kW por metro de frente de ola

6
Comparativa con otros tipos de energías
Se estima un potencial energético del oleaje del orden de la generación de
electricidad mundial. Aunque no es aprovechable al 100%, es un dato importante
para saber de las posibilidades del mismo.

7
Comparativa con otros tipos de energías
El LCOE es el coste completo, incluyendo inversión y mantenimiento, por
kWh de energía generada. En el caso de las olas, su LCOE es mayor que
otras renovables como la eólica.

8
Durante la primera guerra mundial, el petróleo conquistó se convirtió
en la fuente de energía por excelencia en todo el mundo.
Fue en la crisis del petróleo de 1973, en la que la organización de
países exportadores de petróleo (OPEP) decidieron dejar de exportar
el combustible a los países que habían apoyado a Israel en su guerra
con Egipto y Siria, es decir EEUU y sus aliados de Europa Occidental.
https://es.wikipedia.org/wiki/Crisis_del_petr%C3%B3leo_de_1973#/media/File:Oil_Prices_Since_1861.svg
Desgraciadamente, a partir de los años 80, el precio del petróleo volvió a bajar y el
interés y la financiación hacia este tipo de desarrollos se redujo drásticamente.
Sólo con las nuevas conciencias más ecológicas y una progresivo aumento del precio
del petróleo, el desarrollo de estas energías vuelve a resurgir a partir del 2000.
1973
Hagamos un poco de memoria …
Esto supuso
prestar más
atención a otras
energías, como
las marinas.

9
Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas
From a 57-page review paper in 1892 by
A.W. Stahl, The utilization of the power of
ocean waves.
Ya en el siglo XIX se propuso aprovechar el
movimiento de oscilación del oleaje para
transmitirlo a bombas o a dispositivos mediante
cuerdas, piñón-cremallera o conexiones mecánicas.
A partir de ahí, se han desarrollado muchos otros
dispositivos con muy distintos conceptos. A
diferencia de otras energías como la solar o la
eólica, en las energías marinas el tipo de
tecnologías utilizadas para la conversión de la
energía de las olas es muy diferente.
Curiosamente, La mayoría de los conceptos
nuevos de aprovechamiento de energía de las olas
tienen su origen en ideas de principio del siglo XX
que nunca se pudieron llevar a la práctica por las
barreras tecnológicas.
Veamos algunos ejemplos ….

10
Drawing from 1920 showing Mr. Bochaux-
Praceique’s device. Reprinted with
permission of Power Magazine, The
McGraw Hill Companies.
Aprovechamiento de las oscilaciones del agua
marina en un acantilado para mover un pistón que
movía una turbina y daba 1kW suministro de
electricidad (Mr. Bochaux-Praceique)
Oscillating Water Column (OWC)

11
1873
FO3 - Norway

12
Source: US Patents -www.freepatentsonline.com-
1892
SEAREV - France

13
Islandsberg Project - Sweden
1900

14
1909
Pelamis - UK

15
Source: Masuda, Y., “ An Experience of Wave Power
Generator through Tests and Improvment”,
Proc. Hydro. Ocean Wave Energy Utilization, 1985
Yoshio Masuda (Japón) ha sido desde 1945 el pionero en el desarrollo de la
energía undimotriz moderna, probando distintos conceptos de dispositivos
que han dado lugar a conceptos más evolucionados.
OPT
Technologies

2.5MW, 2x 18-22m, 15rpm
www.oreg.ca
16
1.2. Tecnologías para el aprovechamiento de la energía de las corrientes y mareas
Algunos prototipos de captadores de energía de las corrientes o mareas
Antes de entrar de lleno en los dispositivos de captación de
energía de las olas, hagamos una breve excursión por
dispositivos que aprovechan el potencial de las mareas y las
corrientes.

http://www.emec.org.uk/marine-energy/tidal-devices/
17
HORIZONTAL AXIS TURBINE
Distintos conceptos de dispositivo para captar energía de las corrientes o mareas
1.2. Tecnologías para el aprovechamiento de la energía de las corrientes y mareas
VERTICAL AXIS TURBINE TURBINE WITH VENTURE
EFFECT
OSCILLATING HYDROFOIL ARCHIMEDES SREW
Podemos observar distintos conceptos para convertir la energía de una corriente de agua,
normalmente en una misma dirección, en potencia mecánica en un eje

Se pueden clasificar, por su emplazamiento:
- En la costa. La instalación, mantenimiento y transporte de la energía se hace más fácil
- Alejados de la costa. Aguas que superan los 50m. El régimen de oleaje es más energético pero además más
constante y regular.
18
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Distintos conceptos de dispositivo para captar energía de las olas
Terminadores
http://www.owec.com/NewFiles
/drawing.html
Absorbedor
puntual
Atenuadores
- Atenuadores. Una dimensión horizontal es muy superior a la otra (del orden de la longitud de onda) y
orientada en el sentido perpendicular al frente de ola. Ej. Pelamis
- Terminadores. Una dimensión horizontal es mucho mayor pero está situada paralela al frente de ola.
Eso supone que tras el dispositivo la ola desaparece. Ej. WaveDragon
- Absorbedores puntuales. Ambas dimensiones horizontales son similares y pequeñas comparadas con
la longitud de onda de la ola. Ej PowerBuoy OPT.
Por su
disposición
frente al
oleaje
Ahora sí, nos centraremos en la obtención de energía a partir del oleaje.

19
Distintos conceptos de dispositivo para captar energía de las olas (I)
Veamos a continuación los distintos conceptos de obtención de energía del oleaje
mediante algunas animaciones que permiten entender los mismos:
Columna de agua
oscilante. Estructuras
on-shore que aprovechan
la presión del oleaje en
una cámara.
Sistemas por
rebosamiento o
terminadores. Una pared
por la que rebosa la ola y
lleva un depósito de agua
que es turbinada.
Atenuadores, que
aprovechan el movimiento
en las articulaciones
cuando la ola pasa a lo
largo de ellas.

20
Sistemas que aprovechan
el empuje horizontal de la
ola en aguas someras,
pivotando sobre el fondo
marino.
Veamos a continuación los distintos conceptos de obtención de energía del oleaje
mediante algunas animaciones que permiten entender los mismos:
Sistemas que aprovechan
la presión diferencial de la
columna de agua que
queda por encima del
dispositivo.
Absorben energía del
oleaje desde cualquier
dirección. Se basa en el
movimiento relativo de
dos cuerpos.

21
El movimiento oscilatorio
da lugar a un movimiento
excéntrico de una pieza, o
bien se aprovecha el
efecto giroscópico en
otras ocasiones.
El agua entra por un extremo y
la presión de la va produciendo
un abultamiento que se desplaza
a lo largo del tubo creciendo y
recogiéndose en una turbina al
final del mismo.
Y, aunque menos utilizados, también hay algunos conceptos más complejos:

22
A continuación se verán algunos de ellos con más detalle…

Instalación en la costa, lo cual es una ventajas en la
instalación, explotación y mantenimiento. El
rendimiento es muy bajo y el control complejo.
23
Dispositivo de Columna de Agua Oscilante (OWC)
Las olas producen que una columna de agua suba y baje
produciendo alternativamente una compresión y una
depresión de la columna de aire por encima del agua.
Dispone de una turbina que gira en un único sentido,
independientemente del sentido del flujo de aire
(turbina bidireccional o de tipo Wells)

Es interesante el aprovechamiento de las estructuras
portuarias para la integración de los sistemas de
captación de energía del oleaje, como es el caso de
Mutriku (España), con 16 turbinas de 30kW
realizadas por WAVEGEN. EVE.
24
Dispositivo de Columna de Agua Oscilante (OWC)
Una opción interesante que combina el
concepto de OWC con otro concepto de
captador es el OWC flotante, que está teniendo
bastantes buenos resultados recientemente.
Top
Buoy
Submerged
Mass
Internal
free
surface
Prototipo OCEANTEC
2016

Es un dispositivo offshore de tipo overtopping y
que se considera terminador.
Se trata de una plataforma elevada que recibe
una reserva de agua en su parte superior la cual
mueve una serie de turbinas.
Dos deflectores conducen las olas a la rampa de
entrada para llegar al depósito de reserva.
25
Wave Dragon

Es el dispositivo que más horas de funcionamiento ha
alcanzado (10.000 horas)
http://www.oceanenergy-europe.eu/index.php/en/communication/press-corner/191-
pelamis-p2-during-eu-ocean-energy-day
Es una estructura compuesta por varias secciones o cuerpos
unidos mediante juntas articuladas. El eje geométrico se
coloca perpendicular al frente de ola (atenuador)
– Con cerca de 100m y 3m de diámetro se
obtienen 750kW
– Una planta de 30MW ocuparía una
superficie de 1km2.
26
Pelamis

27
Pelamis
La ola produce un movimiento de
estas juntas que ofrecen
resistencia mediante aceite a
presión a través de motores
hidráulicos, los cuales accionan a
su vez un generador para
producir energía eléctrica.

Es una boya sumergida completamente con una parte
inferior fija y una parte superior (flotador) que se mueve
arriba y abajo dependiendo de la situación de la ola.
Su funcionamiento se basa en la expansión y compresión de
una cámara de aire de volumen variable pero también
puede utilizarse un generador eléctrico lineal.
28
Dispositivos de presión diferencial. Archimedes Wave Swing (AWS) y SEABASED
El concepto ha dado lugar a SEABASED, desarrollado
en Suecia

Se trata de una tecnología que ha sido desarrollada
para plataformas petrolíferas.
Consiste en varios absorbedores puntuales que siguen
a la ola. La reacción se produce contra la plataforma,
semisumergida y que se considera muy estable frente a
los efectos del oleaje.
Los absorbedores llevan cilindros hidráulicos que
actúan tanto con el movimiento hacia arriba como con
el movimiento hacia abajo.
Plataformas de 36x36x18m, 1100 toneladas. 21
absorbedores con un total de 2.5MW
29
Fred Olsen Group (FO3)

Los paneles se mueven con las olas, incluso en
condiciones de poco oleaje, para hacer funcionar un
generador rotativo mediante un sistema hidráulico
30
WaveRoller (AW Energy) o Langlee
Se trata de un dispositivo
para aguas poco
profundas, utilizando el
desplazamiento horizontal
del oleaje.

El primer prototipo de 40 kW (PB40)
se ha lanzado al mar en Santoña
(Cantabria) bajo un proyecto de
Iberdrola. Está situado a 9 km de la
costa y se tienen planificadas 9
unidades de 150kW (PB150).
Desarrollado por la empresa estadounidense Ocean
Power Technologies.
h> 50 m, diámetro 5m, longitud: 15m
Puede que sea uno de los productos más
prometedores
Como punto de reacción de la boya no se utiliza un
enclavamiento al fondo sino un plato sumergido con
una flotabilidad muy baja.
El movimiento del plato con respecto a la boya es lo
que lleva a extraer más o menos potencia.
31
Absorbedores Puntuales: PowerBuoy – Ocean Power Technologies (OPT)

32
El modelo PB3 suministra
potencia continuamente a
cargas y equipos de medida
localizados en el fondo
marino, al mismo tiempo
que envía los datos recogidos
a tierra vía radio.
Absorbedores Puntuales: PowerBuoy – Ocean Power Technologies (OPT)

33
Absorbedores Puntuales: W200 WedgeGlobal
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
0
1
2
x 10
4
OPEN SEA TESTS - 15-Apr-2015 17:26:24
t [s]
P[W]
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
0
1
2
x 10
4
E[J]
0 500 1000 1500 2000 2500
0
5000
t [s]
P[W]
0 500 1000 1500 2000 2500
0
10000
E[J]
0 100 200 300 400 500 600 700
0
5000
t [s]
P[W]
0 100 200 300 400 500 600 700
0
5000
E[J]
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0
2000
4000
t [s]
P[W]
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0
5000
10000
E[J]
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
0
5000
10000
X: 1850
Y: 8461
t [s]
P[W]
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
0
5
10
x 10
4
E[J]
0 100 200 300 400 500 600
0
2000
4000
t [s]
P[W]
0 100 200 300 400 500 600
0
5000
10000
E[J]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0
1000
2000
3000
t [s]
P[W]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0
500
1000
1500
E[J]
0 500 1000 1500 2000 2500
0
5000
10000
X: 2043
Y: 8514
t [s]
P[W]
0 500 1000 1500 2000 2500
0
2
4
x 10
4
E[J]
0 500 1000 1500 2000 2500
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
t [s]
P[W]
0 500 1000 1500 2000 2500
0
1
2
3
4
5
6
x 10
4
E[J]
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600
0
5000
10000
22-Apr-2015 17:41:04
t [s]
P[W]
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600
0
0.5
|vmean
|[m/s]
Este tipo de dispositivo se basa en un generador lineal de
reluctancia conmutada que está acoplado directamente al
flotador y a la estructura del tubo del captador y por tanto
realiza una transferencia directa de la potencia mecánica del
oleaje.
Potencia: 200kW, 200kN de fuerza, 1m/s.

Este tipo de absorbedor puntual, cuya empresa no existe
ya en 2016, merece la pena ser resaltado para entender un
efecto que se estudiará en el taller y que es la necesidad de
adecuar mediante la masa sumergida la frecuencia propia
del captador a la frecuencia más energética del oleaje en la
localización donde se instala.
La idea principal
de este dispositivo
era que fuera
capaz de
conseguir un
funcionamiento
‘resonante’ con la
ola para optimizar
la obtención de
energía.
.
34
Absorbedores Puntuales: WaveBob
Posibilidad de
ajustar la masa
de este cuerpo
sumergido para
cambiar la
frecuencia
propia.

Consta de un cuerpo flotante unido rígidamente a un cilindro hueco y un cuerpo
sumergido con forma de plato que se aloja dentro de dicho cilindro asemejándose a
un pistón. Propone un sistema hidráulico de manera que el movimiento del pistón
impulse una turbina conectada a un generador eléctrico rotativo.
35
Absorbedores Puntuales: AquaBuoy - Finavera

36
Nothingenergy
Centipod WEC
Perpetuwave
… y así podríamos seguir encontrando docenas de dispositivos, y muy distintos entre sí.
¿Cuál es el dispositivo
que ganará la carrera
tecnológica? ¿Es posible
que no haya un solo
ganador?

37
La siguiente publicación es una buena referencia para los tipos de
tecnologías existentes en el aprovechamiento de la energía del oleaje.
Consultarlas en el archivo adjunto.
http://www.aquaret.com/index.html
Consultar
también la
siguiente página
web para obtener
información
sobre las
tecnologías

38
Cuestionario Actividad 1:
Responda ahora a las siguientes cuestiones sobre la actividad 1.
1.1. Señale qué inconvenientes y barreras se le ocurren, además de las que se exponen en el tema,
para la implantación de las energías oceánicas.
1.2. Indique las principales diferencias que encuentra a nivel operación y mantenimiento entre un
dispositivo de presión diferencial (tipo SEABED) y un dispositivo de tipo absorbedor puntual
(por ejemplo tipo OPT)
1.3. Considerando un captador para aguas someras del tipo Langlee, describa cómo se podría hacer
la conversión de energía mecánica en eléctrica.
1.4. A la vista de los distintos conceptos vistos en las páginas anteriores, ¿qué conceptos cree que
tienen un mayor recorrido y posibilidades desde un punto de vista técnico y económico?

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