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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
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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/
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
• 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
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
5
Potencial energético mundial del oleaje
1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas
Potencial de energía en kW por metro de frente de ola
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
6
1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas
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.
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
7
1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas
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.
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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 …
1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas
Esto supuso
prestar más
atención a otras
energías, como
las marinas.
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
9
Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas
1.1. Introducción. El recurso 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 ….
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
10
Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas
1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas
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)
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
11
1873
Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas
1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas
FO3 - Norway
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
12
Source: US Patents -www.freepatentsonline.com-
1892
SEAREV - France
Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas
1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
13
Islandsberg Project - Sweden
Source: US Patents -www.freepatentsonline.com-
1900
Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas
1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
14
Source: US Patents -www.freepatentsonline.com-
1909
Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas
1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas
Pelamis - UK
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
15
Source: Masuda, Y., “ An Experience of Wave Power
Generator through Tests and Improvment”,
Proc. Hydro. Ocean Wave Energy Utilization, 1985
Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas
1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas
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
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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.
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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.
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
19
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
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.
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
20
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Distintos conceptos de dispositivo para captar energía de las olas
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.
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
21
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Distintos conceptos de dispositivo para captar energía de las olas
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:
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
22
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Distintos conceptos de dispositivo para captar energía de las olas
A continuación se verán algunos de ellos con más detalle…
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
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)
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
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
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Wave Dragon
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Pelamis
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
27
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
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.
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Dispositivos de presión diferencial. Archimedes Wave Swing (AWS) y SEABASED
El concepto ha dado lugar a SEABASED, desarrollado
en Suecia
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Fred Olsen Group (FO3)
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
Los paneles se mueven con las olas, incluso en
condiciones de poco oleaje, para hacer funcionar un
generador rotativo mediante un sistema hidráulico
30
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
WaveRoller (AW Energy) o Langlee
Se trata de un dispositivo
para aguas poco
profundas, utilizando el
desplazamiento horizontal
del oleaje.
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético 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
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Absorbedores Puntuales: PowerBuoy – Ocean Power Technologies (OPT)
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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.
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Absorbedores Puntuales: PowerBuoy – Ocean Power Technologies (OPT)
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
33
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Absorbedores Puntuales: W200 WedgeGlobal
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
0
1
2
x 10
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OPEN SEA TESTS - 15-Apr-2015 17:26:24
t [s]
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0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
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E[J]
0 500 1000 1500 2000 2500
0
5000
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t [s]
P[W]
0 500 1000 1500 2000 2500
0
10000
E[J]
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OPEN SEA TESTS - 16-Apr-2015 16:36:42
t [s]
P[W]
0 100 200 300 400 500 600 700
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E[J]
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t [s]
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10000
X: 1850
Y: 8461
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t [s]
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t [s]
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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
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X: 2043
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t [s]
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P[W]
0 500 1000 1500 2000 2500
0
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0
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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.
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Absorbedores Puntuales: WaveBob
Posibilidad de
ajustar la masa
de este cuerpo
sumergido para
cambiar la
frecuencia
propia.
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Absorbedores Puntuales: AquaBuoy - Finavera
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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?
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
37
1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
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
Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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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Taller energías oceánicas - Actividad 1

  • 1. 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. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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/
  • 3. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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
  • 4. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje • 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. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 5 Potencial energético mundial del oleaje 1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas Potencial de energía en kW por metro de frente de ola
  • 6. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 6 1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas 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. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 7 1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas 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. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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 … 1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas Esto supuso prestar más atención a otras energías, como las marinas.
  • 9. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 9 Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas 1.1. Introducción. El recurso 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. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 10 Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas 1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas 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. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 11 1873 Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas 1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas FO3 - Norway
  • 12. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 12 Source: US Patents -www.freepatentsonline.com- 1892 SEAREV - France Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas 1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas
  • 13. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 13 Islandsberg Project - Sweden Source: US Patents -www.freepatentsonline.com- 1900 Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas 1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas
  • 14. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 14 Source: US Patents -www.freepatentsonline.com- 1909 Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas 1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas Pelamis - UK
  • 15. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 15 Source: Masuda, Y., “ An Experience of Wave Power Generator through Tests and Improvment”, Proc. Hydro. Ocean Wave Energy Utilization, 1985 Referencias históricas al aprovechamiento energético de las olas 1.1. Introducción. El recurso energético de las Olas 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
  • 16. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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.
  • 17. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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
  • 18. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 19 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas 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. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 20 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas Distintos conceptos de dispositivo para captar energía de las olas 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. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 21 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas Distintos conceptos de dispositivo para captar energía de las olas 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. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 22 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas Distintos conceptos de dispositivo para captar energía de las olas A continuación se verán algunos de ellos con más detalle…
  • 23. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas 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)
  • 24. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas 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
  • 25. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas Wave Dragon
  • 26. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas Pelamis
  • 27. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 27 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas 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.
  • 28. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas Dispositivos de presión diferencial. Archimedes Wave Swing (AWS) y SEABASED El concepto ha dado lugar a SEABASED, desarrollado en Suecia
  • 29. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas Fred Olsen Group (FO3)
  • 30. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje Los paneles se mueven con las olas, incluso en condiciones de poco oleaje, para hacer funcionar un generador rotativo mediante un sistema hidráulico 30 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas WaveRoller (AW Energy) o Langlee Se trata de un dispositivo para aguas poco profundas, utilizando el desplazamiento horizontal del oleaje.
  • 31. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético 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 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas Absorbedores Puntuales: PowerBuoy – Ocean Power Technologies (OPT)
  • 32. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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. 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas Absorbedores Puntuales: PowerBuoy – Ocean Power Technologies (OPT)
  • 33. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 33 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas 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 OPEN SEA TESTS - 16-Apr-2015 15:52:00 t [s] P[W] 0 500 1000 1500 2000 2500 0 10000 E[J] 0 100 200 300 400 500 600 700 0 5000 OPEN SEA TESTS - 16-Apr-2015 16:36:42 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 OPEN SEA TESTS - 22-Apr-2015 13:47:06 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 OPEN SEA TESTS - 22-Apr-2015 17:41:04 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 OPEN SEA TESTS - 22-Apr-2015 13:35:07 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 OPEN SEA TESTS - 22-Apr-2015 13:45:14 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 OPEN SEA TESTS - 23-Apr-2015 11:49:31 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 OPEN SEA TESTS - 28-Apr-2015 14:11:59 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.
  • 34. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas Absorbedores Puntuales: WaveBob Posibilidad de ajustar la masa de este cuerpo sumergido para cambiar la frecuencia propia.
  • 35. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas Absorbedores Puntuales: AquaBuoy - Finavera
  • 36. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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? 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas
  • 37. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 37 1.3. Tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energía de las olas 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. Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje 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?