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Energía del oleaje -Resumen de los dispositivos en etapa avanzada de desarrollo,en el contexto de un proyecto de la Ocean Engineering Group para HidroChile S.A.

Trabajo de estudio

Nike Hestermann, TU-Hamburg-HarburgProfesor: Patricio WincklerOCTUBRE 2008

Indice de contenidoIndice de Contenido..........................................................................................................................2Indice de Figuras..............................................................................................................................5Indice de Tablas................................................................................................................................7 1 Marco de referencia .....................................................................................................................8 2 Introducción................................................................................................................................11 3 Información general sobre energía del oleaje.............................................................................13

3.1 Formación del oleaje...........................................................................................................13 3.2 Ventajas y desventajas de la utilización de energía del oleaje............................................17

3.2.1 Los costos....................................................................................................................17 3.2.2 El impacto medioambiental.........................................................................................17 3.2.3 Aspectos adicionales...................................................................................................18

3.3 Energía del oleaje en Chile.................................................................................................19 4 Resumen de los resultados de las primeras etapas del proyecto.................................................21

4.1 Etapa I: Registro de datos de oleaje....................................................................................21 4.2 Etapa II: Zonificación de energía en aguas profundas........................................................22 4.3 Etapa III: Análisis de localidades específicas.....................................................................23

5 Clasificación de los dispositivos de energía de oleaje................................................................24 5.1 Atenuadores.........................................................................................................................25 5.2 Absorbedores puntuales......................................................................................................25 5.3 Conversión oscilante de la presión de las olas....................................................................26 5.4 Columna oscilante...............................................................................................................26 5.5 Sobrepaso............................................................................................................................27 5.6 Diferencia de la presión bajo el agua..................................................................................27 5.7 Otros....................................................................................................................................27

6 Dispositivos para la generación de energía del oleaje en etapa avanzada de desarrollo............28 6.1 AquaBuoy...........................................................................................................................31

6.1.1 Especificaciones técnicas ...........................................................................................31 6.1.2 Características ...........................................................................................................32 6.1.3 Estado de desarrollo ...................................................................................................33 6.1.4 Factores de emplazamiento ........................................................................................33 6.1.5 Resistencia ..................................................................................................................33 6.1.6 Rendimiento ...............................................................................................................34 6.1.7 Instalación, Operación y Mantenimiento....................................................................35 6.1.8 Costo ..........................................................................................................................35 6.1.9 Impacto medioambiental ............................................................................................35

6.2 ArchimedesWaveSwings.....................................................................................................36 6.2.1 Especificaciones técnicas ...........................................................................................36 6.2.2 Características ...........................................................................................................37 6.2.3 Estado de desarrollo ...................................................................................................38 6.2.4 Factores de emplazamiento ........................................................................................39 6.2.5 Resistencia...................................................................................................................39 6.2.6 Rendimiento ...............................................................................................................39

Energía del oleaje -Resumen de los dispositivos en etapa avanzada de desarrollo 2

6.2.7 Instalación, Operación y Mantenimiento....................................................................40 6.2.8 Costo ..........................................................................................................................40 6.2.9 Impacto medioambiental ............................................................................................40

6.3 Oceanlinx ...........................................................................................................................41 6.3.1 Especificaciones técnicas ...........................................................................................41 6.3.2 Características ..........................................................................................................42 6.3.3 Estado de desarrollo ...................................................................................................43 6.3.4 Resistencia ..................................................................................................................44 6.3.5 Rendimiento ...............................................................................................................44 6.3.6 Instalación, Operación y Mantenimiento....................................................................44 6.3.7 Costo ..........................................................................................................................44 6.3.8 Funciones adicionales.................................................................................................44

6.4 Orecon.................................................................................................................................45 6.4.1 Especificaciones técnicas ...........................................................................................45 6.4.2 Características ...........................................................................................................46 6.4.3 Estado de desarrollo ...................................................................................................46 6.4.4 Resistencia ..................................................................................................................47 6.4.5 Rendimiento ...............................................................................................................47 6.4.6 Instalación, Operación y Mantenimiento....................................................................47 6.4.7 Costo ..........................................................................................................................47

6.5 Pelamis................................................................................................................................48 6.5.1 Especificaciones técnicas............................................................................................48 6.5.2 Características ............................................................................................................49 6.5.3 Estado de desarrollo ...................................................................................................51 6.5.4 Resistencia ..................................................................................................................51 6.5.5 Rendimiento ...............................................................................................................52 6.5.6 Instalación, Operación y Mantenimiento....................................................................52 6.5.7 Costo ..........................................................................................................................53 6.5.8 Impacto medioambiental ............................................................................................53 6.5.9 Ventajas adicionales ..................................................................................................53

6.6 Powerbuoy .........................................................................................................................54 6.6.1 Especificaciones técnicas ...........................................................................................54 6.6.2 Características ...........................................................................................................55 6.6.3 Estado de desarrollo ...................................................................................................56 6.6.4 Resistencia ..................................................................................................................56 6.6.5 Rendimiento ...............................................................................................................57 6.6.6 Instalación, Operación y Mantenimiento....................................................................57 6.6.7 Costo ..........................................................................................................................57 6.6.8 Comparación con otros ERNC ...................................................................................58

6.7 Seadog ................................................................................................................................59 6.7.1 Especificaciones técnicas ...........................................................................................59 6.7.2 Características ...........................................................................................................60 6.7.3 Estado de desarrollo ...................................................................................................61 6.7.4 Resistencia...................................................................................................................61


6.7.5 Rendimiento ...............................................................................................................61 6.7.6 Instalación, Operación y Mantenimiento....................................................................62 6.7.7 Costo ..........................................................................................................................62 6.7.8 Funciones adicionales ................................................................................................62

6.8 WaveBob ............................................................................................................................63 6.8.1 Especificaciones técnicas ...........................................................................................63 6.8.2 Características ...........................................................................................................64 6.8.3 Estado de desarrollo ...................................................................................................64 6.8.4 Resistencia ..................................................................................................................65 6.8.5 Rendimiento ...............................................................................................................65 6.8.6 Instalación, Operación y Mantenimiento....................................................................65 6.8.7 Costo ..........................................................................................................................66

6.9 Wavedragon........................................................................................................................67 6.9.1 Especificaciones técnicas ...........................................................................................67 6.9.2 Características ...........................................................................................................68 6.9.3 Estado de desarrollo ...................................................................................................69 6.9.4 Resistencia ..................................................................................................................70 6.9.5 Rendimiento ...............................................................................................................71 6.9.6 Instalación, Operación y Mantenimiento....................................................................72 6.9.7 Costo ..........................................................................................................................72 6.9.8 Impacto medioambiental ............................................................................................73

6.10 Waveroller ........................................................................................................................74 6.10.1 Especificaciones técnicas .........................................................................................74 6.10.2 Características .........................................................................................................75 6.10.3 Estado de desarrollo .................................................................................................76 6.10.4 Rendimiento .............................................................................................................77 6.10.5 Instalación, Operación y Mantenimiento..................................................................77 6.10.6 Costo ........................................................................................................................77 6.10.7 Impacto medioambiental ..........................................................................................78

7 Resumen y Evaluación...............................................................................................................79 8 Referencias.................................................................................................................................81


Indice de FigurasFigura 1.1: Capacidad instalada por energético total país Julio 2007, [fuente:Comisión nacional de Energía, CNE].............................................................8Figura 1.2: Capacidad Instalada de Generación Eléctrica por Sistema: 2005, [fuente:Comisión nacional de Energía, CNE]...............................................................9Figura 2.3: Energía de Oleaje, [Fuente: http://www.canarynet.com/fondos/index.htm]................10Figura 3.4: Representación esquemática de los tipos de olas que existen en la superficie del océano y de la energía en ellas contenida, [fuente: “energía de las olas”,Pedro Fernández Díez].................................................12Figura 3.5: Oleaje, [fuente: musaranias.files.wordpress.com/2007/09/olas.jpg ]..........................13Figura 3.6: Modificación del perfil de una ola en su acercamiento a la orilla, [fuente:“energía de las olas”,Pedro Fernández Díez]..................................................14Figura 3.7: Densidad global de potencia de oleaje [fuente: AW-Energy]......................................18Figura 3.8: Potencia media del oleaje [fuente: Evaluación del potencial de la energía de oleaje en Chile, Patricio Monárdez]............................................................................................18Figura 3.9: Distribución de niveles de excedencia (Zona Central), [fuente:Evaluación del potencial de la energía de oleaje en Chile, Patricio Monárdez]..................................19Figura 4.10: Localidades de interés [fuente: OEG]........................................................................21Figura 5.11: Atenuador [fuente:http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp]...................24Figura 5.12: Absorbedor puntual [fuente:http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp]....24Figura 5.13: Conversión la presión de las olas [fuente:http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp].....................................25Figura 5.14: Columna oscilante [fuente:http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp]......25Figura 5.15: Sobrepaso [fuente:http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp]...................26Figura 5.16: Diferencia de presión [fuente:http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp]. 26Figura 6.17: Aquabuoys [fuente: Finavera]....................................................................................30Figura 6.18: Diagrama de flujo [fuente:Alla Weinstein, AquaEnergy Group2006].......................31Figura 6.19: Construcción de Aquabuoy 2.0 en Oregon[fuente: Finavera]....................................32Figura 6.20: Rendimiento en Makah Bay [fuente:Alla Weinstein, AquaEnergy Group2006].......33Figura 6.21: ArchimedesWaveSwings [fuente:www.pugetsoundtidalpower.com/images/Waves.3.jpg].................................35Figura 6.22: Principio técnico del AWS [fuente: AWS Ocean Energy].........................................36Figura 6.23: Prototipo en Portugal [fuente: AWS Ocean Energy]..................................................37Figura 6.24: Oceanlinx [fuente: http://popsci.typepad.com/popsci/energy/index.html]................40Figura 6.25: Funcionamiento de Oceanlinx [fuente: Oceanlinx]...................................................41Figura 6.26: Oceanlinx en Port Kembla [fuente: http://flickr.com/photos/24833123@N00/567629873].............................................42Figura 6.27: Orecon [fuente: Orecon]............................................................................................44Figura 6.28: La primer boya de investigación [fuente:http://www.neoteo.com/Portals/0/imagenes/ cache/2461x1500y1500.jpg]......................................................................................45Figura 6.29: Pelamis [fuente: Pelamis Wave Power].....................................................................47Figura 6.30: Principio de funcionamiento [fuente: Pelamis Wave Power].....................................48Figura 6.31: Dispositivo anclado [fuente: PWP]............................................................................49


Figura 6.32: Pelamis en Agucadoura [fuente: Pelamis Wave Power]............................................50Figura 6.33: Pelamis Matrix de energía [fuente: Pelamis Wave Power]........................................51Figura 6.34: Campo de Powerbuoy virtual [fuente: OPT].............................................................53Figura 6.35: Anclaje de Powerbuoy [fuente: OPT]........................................................................54Figura 6.36: Contratos globales 2008 [fuente: OPT].....................................................................55Figura 6.37: Instalación de un Powerbuoy [fuente:OPT]...............................................................56Figura 6.38: Comparación con otros ERNC [fuente : OPT]..........................................................57Figura 6.39: Seadog [fuente: http://www.renewableenergyworld.com/ assets/images/story/2007/2/21/1332_pic13_USE.jpg]..............................................58Figura 6.40: Principio de funcionamiento de Seadog [fuente: INRI].............................................59Figura 6.41: Wavebob [fuente: Wavebob]......................................................................................62Figura 6.42: Wavebob entero [fuente: Wavebob]...........................................................................63Figura 6.43: Construcción del primer prototipo [fuente: Wavebob]..............................................64Figura 6.44: Wavedragon[fuente: Earth-vision.biz, publicado en http://www.wavedragon.net]. . .66Figura 6.45: Principio del sobrepaso [fuente:Wavedragon]...........................................................67Figura 6.46: Instalación del Prototipo en Dinamarca [fuente: Technische Universität München].69Figura 6.47: Prototipo en Dinamarca [fuente: Earth-vision.biz, publicado en http://www.wavedragon.net]......................................................................................70Figura 6.48: Campo de Wavedragon [fuente: Wavedragon]...........................................................70Figura 6.49: Plataforma del prototipo [fuente: Wavedragon].........................................................71Figura 6.50: Waveroller [fuente: AW-Energy]................................................................................73Figura 6.51: Funcionamiento de Waveroller [fuente: AW-Energy]................................................74Figura 6.52: Anclaje de Waveroller #1 [fuente: AW-Energy].........................................................74Figura 6.53: Prototipo en Orkney [fuente: AW-Energy].................................................................75Figura 6.54: Waveroller #1 en Portugal [fuente: AW-Energy]......................................................75Figura 6.55: Comparación de costos de energía [ fuente: AW-Energy].........................................77


Indice de TablasFigura 3.1: Comparación de parámetros de resumen entre Chile y el Reino Unido [fuente:Evaluación del potencial de la energía de oleaje en Chile, Patricio Monárdez]................20Tabla 6.2: Sinopsis de los dispositivos investigados .....................................................................30Tabla 6.3:Especificaciones técnicas de Aquabuoy.........................................................................32Tabla 6.4: Especificaciones técnicas de ArchimedesWaveSwing..................................................36Tabla 6.5: Especificaciones técnicas de Oceanlinx........................................................................43Tabla 6.6: Especificaciones técnicas de Orecon.............................................................................47Tabla 6.7: Especificaciones técnicas de Pelamis............................................................................50Tabla 6.8: Especificaciones técnicas de PowerBuoy......................................................................56Tabla 6.9: Especificaciones técnicas de Seadog.............................................................................66Tabla 6.10: Especificaciones técnicas de WaveBob.......................................................................70Tabla 6.11: Especificaciones técnicas de WaveDragon..................................................................74Tabla 6.12: Tipos de WaveDragon..................................................................................................74Tabla 6.13: Especificaciones técnicas de WaveRoller....................................................................83


1 Marco de referencia


"Artículo 150° bis.- Cada empresa eléctrica que efectúe retiros de energía desde los sistemas eléctricos con capacidad instalada superior a 200 megawatts para comercializarla... deberá acreditar ..., que una cantidad de energía equivalente al 10% de sus retiros en cada año calendario haya sido inyectada a cualquiera de dichos sistemas, por medios de generación renovables no convencionales, propios o contratados...

Con todo, la obligación aludida en el inciso primero será de un 5% para los años 2010 a 2014, aumentándose en un 0,5% anual ... hasta alcanzar el año 2024 el 10% previsto en el artículo 150º bis.“

Esta modificación a la ley General de Servicios Eléctricos de Chile fue publicada el primero de

Marzo del 2008 por el gobierno chileno con el objetivo de fomentar el uso en el área de las

Energías Renovables No Convencionales (ERNC) de Chile. Este incentivo provocará un cambio

en el uso de nueva tecnología y un desarrollo en la investigación en el área de extracción de

energía.

Energías renovables no convencionales (ERNC) son la eólica, la solar, la geotérmica, la biomasa

de materia orgánica y la de los océanos. Además, por definición de la ley 19.940 de Chile, si se

produce menos de 20 [MW], la energía hidráulica también es considerada como no convencional.

Se llaman “Renovables”, porque en su explotación no se consumen ni se agotan en vista de

escala humana y “No convencionales” debido al poco grado de desarrollo tecnológico y la poca

participación en el mercado.

Hasta el momento Chile recibe la mayoría de su energía de fuentes no renovables, como

combustibles de origen fósil o fuentes renovables convencionales, como la hidráulica mediante

embalses y pasadas. [Figura 1.1].



Figura 1.1: Capacidad instalada por energético total país Julio 2007, [fuente:Comisión nacional de Energía, CNE]

La energía se transmite a través de cuatro sistemas eléctricos interconectados.

• El Sistema Interconectado del Norte Grande (SING), que cubre el territorio comprendido

entre las ciudades de Arica y Antofagasta con un 30,17% de la capacidad instalada en el

país.

• El Sistema Interconectado Central (SIC), que se extiende entre las localidades de Taltal y

Chiloé con un 69,01% de la capacidad instalada en el país.

• El Sistema de Aysén que atiende el consumo de la Región XI con un 0,28% de la

capacidad.

• El Sistema de Magallanes, que abastece la Región XII con un 0,54% de la capacidad

instalada en el país.

Entre estos sistemas, la energía convencional y no convencional se divide de la siguiente manera:



Figura 1.2: Capacidad Instalada de Generación Eléctrica por Sistema: 2005,[fuente:Comisión nacional de Energía, CNE]

En el sentido de ERNC, Chile es un país en desarrollo con un gran potencial. Según una

aproximación de la Comisión nacional de Energía (CNE) el potencial de energía eólica se estima

en miles de MW y hasta ahora solo existe un parque eólico en la IV Región de 2 [MW]. El

potencial de la biomasa se estima en cientos de MW, además en el norte del país el potencial

energético solar es bastante grande y Chile cuenta con 4300 [km] de costa para generar energía

del mar.

Estos factores son los que atraen a las empresas extranjeras que quieren invertir en las

investigaciones de las ERNC para identificar oportunidades de negocios. Este es el caso de las

compañías española Acciona Energía, la australiana Pacific Hydro, y las norteamericanas

Geothermex y Ormat que están trabajando en Chile en proyectos de minicentrales hidráulicas, de

geotermia y energía eólica.


2 Introducción

2 Introducción

A Chile pertenecen más de 2 millones [m²] de área del mar, lo que contiene más que 240 [GW]

de energía. ¿Cómo se puede aprovechar ese potencial?

Eso se preguntó HydroChile S.A., una empresa interesada en invertir en ERNC que se estableció

en Chile para desarrollar y ejecutar proyectos hidroeléctricos.

Una respuesta se encontró en la energía del oleaje. ¿Pero cómo aprovecharla en concreto? ¿En

qué estado de desarrollo está la tecnología? ¿Existen dispositivos suficientemente avanzados para

trabajar eficientemente?

Así nació un proyecto.

Figura 2.3: Energía de Oleaje, [Fuente: http://www.canarynet.com/fondos/index.htm]

En este proyecto HydroChile trabaja en cooperación con la Ocean Engineering Group de la

facultad de ciencias marinas y recursos naturales de la Universidad de Valparaíso.

La Ocean Engineering Group (OEG) generalmente trabaja en estudios y proyectos de ingeniería


2 Introducción

costera, marítima y portuaria, dedicándose a la investigación en procesos costeros del lado

oceanográfico y a la parte del desarrollo ingenieril. La OEG está especializada en mediciones in-

situ y análisis de datos y además está desarrollada en la aplicación de modelaciones numéricas,

como simulaciones hidrodinámicas, simulaciones del transporte de sedimentos o simulaciones

del análisis de la calidad del agua en áreas costales.

Para este proyecto la OEG está analizando el potencial de energía de oleaje en las zonas costeras

comprendidas entre la V y X regiones de Chile, empezando con la evaluación de datos

espectrales de oleaje de los últimos 20 anos incluyendo la zonificación latitudinal de la energía,

seguido del análisis específico de 10 emplazamientos a lo largo de Chile.

Para cada uno de estos lugares se calcula la energía en [kW/m] para predecir el potencial

aprovechable y luego se evalúa la disponibilidad de la tecnología actual para así encontrar el

dispositivo con las mejores probabilidades de éxito en cada emplazamiento.

Todo esto se realiza con el propósito de que HidroChole S.A. puede desarrollar en el futuro

proyectos asociados a este tipo de energía marina en Chile.


3 Información general sobre energía del oleaje

3 Información general sobre energía del oleaje

Para desarrollar un informe sobre los dispositivos de la energía del oleaje, primero hay que

definir bien lo que se entiende bajo energía del oleaje, como se forman las olas y cuales son los

problemas y ventajas del uso de esta forma de energía.

3.1 Formación del oleaje

En general existen diferentes tipos de olas, que se pueden clasificar según su fuerza

perturbadora, su fuerza restauradora o su periodo. Para la generación de energía del oleaje en

general las olas mas importantes son las olas de gravedad con un periodo de 1 hasta 30 segundos

[Figura 3.4].

Figura 3.4: Representación esquemática de los tipos de olas que existen en la superficie del océano y de la energía en ellas contenida, [fuente: “energía de las olas”,Pedro Fernández Díez]



Cuando el sol llega a la tierra calienta la superficie de los océanos. Este calentamiento varia

dependiendo del angulo y la distancia con cual los rayos del sol chocan a la tierra. Esa diferencia

de la temperatura provoca zonas de altas y de bajas presiones.

Para compensar esta diferencia, el aire se mueve de zonas de altas a zonas de bajas presiones.

Este desplazamiento de aire se conoce bajo el término “viento”.

La interacción del viento con la superficie del mar genera oleaje.

Figura 3.5: Oleaje, [fuente: musaranias.files.wordpress.com/2007/09/olas.jpg ]

La altura de las olas depende de las características del viento, como la velocidad, la duración, y

el tamaño del área que esté afectando.

Las olas en aguas profundas, una vez puestas en marcha, disipan su energía muy lentamente y así

pueden alcanzar regiones lejos de su lugar de formación. Por eso se puede aprovechar oleaje de

gran altura también en la ausencia de viento.

Así se puede decir, que la energía del oleaje es una transformación de la energía solar. Según

Pedro Fernández Díez en “Energía de las olas” una constante solar del orden de 375 [W/m²]

transmite aproximadamente 1 [M/m²] al oleaje.



Cuando pasa una ola, las partículas del agua se mueven aproximadamente en órbitas circulares en

la profundidad del agua, sin tener un desplazamiento en la dirección de la ola. El radio de esas

órbitas disminuye con la profundidad hasta llegar a cero cuando la profundidad es más o menos

la mitad de la longitud de la onda.

Cuando las olas provenientes del mar abierto llegan a la costa, donde se disminuye la

profundidad del agua, sus características cambian a causa de la pérdida de energía por el roce con

el fondo. Este cambio empieza cuando las órbitas circulares de la ola tienen contacto con el

fondo, es decir cuando la profundidad del agua comienza a ser menor que la semilongitud de la

onda. Entonces, la órbita circular se transforma en elíptica. Si la profundidad disminuye más, el

movimiento vertical se va a acabar y las trayectorias de las partículas serán rectas horizontales.

Figura 3.6: Modificación del perfil de una ola en su acercamiento a la orilla,[fuente:“energía de las olas”,Pedro Fernández Díez]

Acercándose a la costa, la ola empieza a disipar la energía provocada por el roce con el fondo y la

refracción.

La refracción es un cambio del angulo con el cual la ola llega a la costa. Esto se produce porque

cuando la profundidad del agua disminuye, el frente de la ola se frena, la altura de la ola

disminuye y así cambia la dirección de propagación hacia la normal de la costa.



Cuando la ola choca con un obstáculo en la superficie, esta se ve afectada por los fenómenos de

difracción y reflexión.

La reflexión viene de un choque de la ola contra una barrera, donde la ola se refleja con

solamente una pequeña perdida de energía.

La difracción es un cambio de la forma de la ola cuando llega a una barrera a sotavento. Cuando

entra en la zona de calma por detrás del obstáculo, la altura de la ola disminuye mientras la

celeridad y la longitud no se cambian. Así el frente de la ola cambia a una forma circular.

Existen dos tipos de energía en el oleaje, la energía cinética de las partículas del agua que se

mueven en las órbitas circulares y la energía potencial de los partículas elevadas.

La mayoría de la energía de la ola se disipa cuando la ola rompe, lo que depende de la relación

entre la velocidad orbital y la velocidad transversal de la ola. Además hay que distinguir entre la

rompiente de la ola en aguas profundas, que es independiente del fondo y la rompiente en aguas

planas, que si depende de la profundidad del agua.

Existen dos teorías para describir el oleaje, la teoría lineal y la no lineal.

La teoría lineal se ocupa cuando el movimiento de la ola es aproximadamente sinusoidal. Esto

pasa cuando la altura H de la ola es muy pequeña (1[cm]-1[m]) y la longitud L de la ola es muy

grande (desde menos de un kilómetro a cientos de kilómetros). Así la relación H/L es muy

pequeña, como del orden 1/50 o menor. La teoría lineal permite la superposición de las ondas.

Si la relación H/L es superior a 1/7 hay que aproximar el comportamiento de la ola con la teoría

no lineal.

El estudio del oleaje real es bastante complicado por lo que se mencionó solo un pequeño

resumen del tema. Para más información revisa “energía de las olas” de Pedro Fernández Díez.


3.2 Ventajas y desventajas de la utilización de energía del oleaje


En general todas las sistemas de generación de energía están evaluados por dos criterios

esenciales: El precio de la energía y su impacto medioambiental.

3.2.1 Los costos

Los costos de la energía del oleaje hasta ahora son poco competitivos a otros sistemas de energía

renovable, porque los sistemas todavía no son lo suficientemente eficientes. Sin embargo, el

oleaje tiene algunas características favorables que dan la esperanza de que esto va a cambiar con

el desarrollo de la investigación en esta área.

La constancia. En comparación con la energía solar y eólica, el oleaje está disponible casi las 24

horas y ademas el cambio en su velocidad y potencial es menos brusco. Así, es una fuente muy

constante y predecible.

Adaptación a la demanda. En general el potencial energético del oleaje tiene su culminación en

el invierno, cuando la demanda de electricidad es mayor.

Cercanía a los consumidores. La mayoría de la población del mundo vive alrededor de 300

kilómetros de la costa, por lo que no va a ser necesario transmitir la energía a grandes distancias.

Suficiente espacio. Para generar la energía necesaria para cumplir todas las necesidades de una

cuidad grande, se necesita instalar parques de energía que requieren mucho espacio, lo que

normalmente se carece en las áreas denso colonizadas. El mar es una buena alternativa con

suficiente espacio.

3.2.2 El impacto medioambiental

Desde la vista del impacto medioambiental la generación de energía del oleaje causa poco daño.



El impacto visual es mucho menor en comparación con otros energías renovables, porque los

sistemas en la mayoría están puestos bastante lejos de la orilla con la mayor parte sumergida bajo

el agua, lo que los hace poco visible desde la costa. Ademas a causa de que la densidad del agua

es más o menos 800 veces mayor que la densidad del aire, los dispositivos para generar energía

del oleaje pueden producir mucho mas energía ocupando menos espacio.

Desde el punto ecológico, todavía falta la experiencia suficiente para evaluar todas las áreas

afectadas. Sin embargo hasta ahora no se han encontrado muchos efectos negativos.

Algunos dispositivos contienen aceites hidráulicos, que pueden presentar un riesgo en el caso de

falla del sistema, pero la investigación ya esta ocupada de este problema y trata de fabricar

aceites biodegradables.

Otros aspectos ecológicos que hay que considerar son el impacto a los seres vivos del mar y los

cambios al transporte de sedimento, lo que puede afectar la morfología de la costa. Al lado de

esto un dispositivo sumergido puede ser una ventaja para la flora y fauna, porque puede funcionar

como un arrecife artificial.

3.2.3 Aspectos adicionales

Un problema en la aplicación de generadores de energía del oleaje es la necesidad de ajuste al

estado y la dirección del oleaje para maximizar la frecuencia. Además las construcciones fijas

tienen que adaptarse al cambio de la marea.

El potencial de energía es bastante mayor en aguas profundas, porque la energía del agua se

transmite en aguas bajas al fondo del mar y a la costa (ver 3.2 Formación de oleaje). Al otro lado

la supervivencia en aguas profundas está más comprometida y el transporte de la energía hacia la

orilla es más complicada. Así los dispositivos tienen que buscar un compromiso entre ambos.

Otros aspectos que hay que considerar, son la navegación de embarcaciones alrededor del

dispositivo y el almacenamiento y la transmisión de la energía al consumidor.


3.3 Energía del oleaje en Chile


Chile es un país con una longitud continental de 4.300 [km], lo que contiene en total 25.000 [km]

de costa pacifica con una área del mar de más de dos millones [m²]. Esto significa un gran

potencial para la generación de electricidad del mar o, en especial, del oleaje. En la figura 3.7 se

puede ver el potencial global de energía del oleaje en [km/m] y observar que Chile aparece con

una de las mayores concentraciones.

Figura 3.7: Densidad global de potencia de oleaje [fuente: AW-Energy]

La potencia del oleaje crece progresivamente desde el norte del país hacia el sur, por lo que los sitios

de la zona austral son los más adecuados para instalaciones de generación de energía del oleaje. Sin

embargo esto implica también mayores fuerzas destructivas del mar, lo que puede aumentar los costos

de mantenimiento. La figura 3.8 presenta la distribución del potencial del oleaje a largo plazo en

aguas profundas (>50m) a lo largo de Chile, que obtiene valores desde los 25 [kW/m] en el extremo

norte hasta valores de casi 110 [kW/m] en el extremo sur.

Figura 3.8: Potencia media del oleaje [fuente: Evaluación del potencial de la energía de oleaje en Chile, Patricio Monárdez]



En toda la costa chilena no existen grandes diferencias del oleaje en las distintas estaciones del año.

Esto asegura una generación de energía bastante regular, lo que es una gran ventaja para mejorar la

eficiencia de los dispositivos. En comparación con la costa noreste del Reino Unido, uno de los sitios

más energéticos del mundo, se puede observar muy bien, que parecido son los periodos y las alturas

de las olas en el verano y en el invierno en Chile.

Figura 3.1: Comparación de parámetros de resumen entre Chile y el Reino Unido [fuente:Evaluación del potencial de la energía de oleaje en Chile, Patricio Monárdez]

Otra ventaja de los condiciones del mar de la costa chilena es la baja ocurrencia de períodos de calma.

El nivel de excedencia de 90% (P90%) nunca desciende de los 5 [kW/m], según un estudio de Hugo

Acuña y Patricio Monárdez de 2007. Además en muchos lugares ni siquiera desciende bajo los 10

[kw/m], lo que favorece Chile como lugar de extracción de la energía de las olas.

En la figura 3.9 se puede ver las distribuciones mensuales de niveles excedidos el 90, 50 y 10% del

tiempo.

Figura 3.9: Distribución de niveles de excedencia (Zona Central), [fuente:Evaluación del potencial de la energía de oleaje en Chile, Patricio Monárdez]


Sitio Hs Invierno Hs Verano Tz Invierno Tz VeranoNE del Reino Unido

(Sinden, 2005) 3.50 1.50 7.2 5.2

Zona Central de Chile 2.42 2.33 10.4 10.6

4 Resumen de los resultados de las primeras etapas del proyecto

4 Resumen de los resultados de las primeras etapas del proyecto

El proyecto esta dividido en cuatro etapas.

I. Registro de datos del oleaje

II. Zonificación de energía en aguas profundas

III. Análisis de localidades específicas

IV. Evaluación de dispositivos disponibles para los localidades específicas

Este informe presenta la base de la cuarta etapa. Para obtener una mejor comprensión del

contexto, primero un resumen de las primeras tres etapas.

4.1 Etapa I: Registro de datos de oleaje

La primera etapa se trata del registro de los datos del oleaje de los últimos 20 años y espectros

direccionales de los últimos 5 años para cinco nodos en la costa chilena (Figura 4.10). Para esto

hubo que evaluar los ofrecimientos de dos diferentes distribuidores de datos Fugro-Oceanor y

UKMO, que ofrecieron datos obtenidos de modelos espectrales de oleaje, acreditados y

calibrados con datos de satélites y boyas de oleaje. Otras dos empresas, NOAA y Oceanweather,

no respondieron la petición. Al fin fueron registrados los datos de Fugro-Oceanor para los nodos

en rojo (31°S, 35°S, 37°S, 39°S), atendiendo a la calidad y abundancia de la información ofertada

y los costos y la confiabilidad de las mismas. Además se obtuvieron información estadísticas de

oleaje del nodo amarillo (33°S), ofrecido de HidroChile mismo.


4.1 Etapa I: Registro de datos de oleaje

Figura 4.10: Localidades de interés [fuente: OEG]

4.2 Etapa II: Zonificación de energía en aguas profundas

Esta etapa se encuentra todavía en elaboración. Se trata de la determinación de la potencia del

oleaje en [kW/m] en la región de estudio en forma genérica, que no será representativa de las

condiciones locales en cada ubicación. Para obtener esto, se empezará con el procedimiento de

los parámetros de resumen, que fueran analizados y evaluados en estadísticas anuales,

estacionales y diarias, expresado en gráficos de clima medio y extremo del oleaje. Después

empezará un análisis espectral de la coherencia de espectros sintéticos con espectros reales y la

definición de un “espectro medio”. Al final se elaborará mapas de potencial de oleaje con el flujo

medio de oleaje por unidad de frente de onda en [kW/m].


4.3 Etapa III: Análisis de localidades específicas

4.3 Etapa III: Análisis de localidades específicas

En la tercera etapa, el proyecto se esta especializando en localidades concretas. Ya hay diez sitios

preseleccionados en aguas someras en la región de estudio. Estos fueron elegidos según los

siguientes criterios:

➢ Cercanía de puntos de conexión a la red del Sistema Interconectado Central

➢ Exposición al oleaje (presencia de fondos que concentren la energía por efecto de la

refracción y reflexión de las olas)

Para cada una se desarrollará un análisis de la propagación espectral del oleaje, desde aguas

profundas hacia cada sitio preseleccionado para el clima de oleaje medio y extremo. La

transformación de oleaje se efectuará utilizando el modelo espectral STWAVE (Steady State

Spectral Wave Model). STWAVE es un modelo espectral de fase promediada, en diferencias

finitas, que permite modelar los efectos de refracción, asomeramiento, difracción, refracción

debido a las corrientes, rompiente debido a esbeltez e influencia del fondo, efectos de viento,

interacción ola-ola y whitecapping. STWAVE permite simular espectros multidireccionales y olas

irregulares.

Al fin se va a obtener la energía del oleaje en [kW/m] para cada lugar, considerando la

variabilidad anual, temporal y diaria, la que es necesaria para el planeamiento de los proyectos

subsecuentes y la elección de los dispositivos más calificados para cada lugar.


5 Clasificación de los dispositivos de energía de oleaje

5 Clasificación de los dispositivos de energía de oleaje

En la literatura existen varias categorías para clasificar los dispositivos que generan energía del

oleaje.

La clasificación más esencial es por su posición relativa a la costa, dividiendo los dispositivos en

sistemas en la costa, cerca del litoral y en alta mar (ingl.: onshore, nearshore, offshore). Este

proyecto se preocupa solamente de los dispositivos en alta mar o cerca de la costa, así esta

clasificación no es muy útil.

La Literatura más vieja está clasificando los dispositivos según su posición relativa a la dirección

del oleaje, en Terminadores (paralelo al frente del oleaje), Atenuadores (perpendicular al frente

del oleaje) o Absorbedores puntuales. Además existen varios otros criterios, como su posición

relativa al agua (fijos, flotante, sumergidos...) o según el movimiento de la ola que están

aprovechando.

Pero con el avance de la tecnología los sistemas fueron más y más complicados, por lo que al

final no basta una sola de estas clasificaciones.

En el informe los dispositivos estarán clasificados según las siguientes categorías del EMEC

(European Marine Energy Centre Ldt.):

• Atenuadores

• Absorbedores puntuales

• Conversión oscilante de la presión de las olas

• Columna oscilante

• Sobrepaso

• Diferencia de la presión bajo el agua

• Otros


5.1 Atenuadores

5.1 Atenuadores

Atenuadores son dispositivos flotantes que trabajan perpendicular al frente del oleaje. Los

movimientos a lo largo del dispositivo se utilizan para generar energía mediante varios cuerpos

flotantes conectados en forma rotulada. Los atenuadores tienen poca área paralela a las olas en

comparación con los terminadores y así están menos expuestos a las fuerzas del oleaje, lo que

provoca menos daño y requiere menos anclaje.

Figura 5.11: Atenuador [fuente:http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp]

5.2 Absorbedores puntuales

Absorbedores puntuales son estructuras flotantes y pequeñas en comparación con la ola incidente

que pueden absorber energía de todas las direcciones mediante su movimiento con las olas en la

superficie del mar. Generalmente se dispone un gran número de absorbedores para capturar la

energía suficiente. Su pequeño tamaño también es una ventaja, porque así están menos expuestos

a daños.

Figura 5.12: Absorbedor puntual [fuente:http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp]


5.3 Conversión oscilante de la presión de las olas

5.3 Conversión oscilante de la presión de las olas

Estos dispositivos aprovechan la energía cinética producida de la presión de las olas. Un plato

conectado al fondo del mar oscila como un péndulo con el movimiento de las olas. El dispositivo

está situado en el fondo del mar cerca de la orilla, donde las trayectorias de las partículas son casi

rectas horizontales. ( Ver 3.1.Formación de oleaje)

Figura 5.13: Conversión la presión de las olas [fuente:http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp]

5.4 Columna oscilante

Estos dispositivos consisten en una cámara semisumergida, que está abierta por debajo del nivel

del mar y encierra una columna de aire encima de una columna de agua. El movimiento de las

olas sube y baja el agua en la cámara, lo que comprime y expande la columna de aire encima. De

este flujo de aire se puede generar energía haciéndole pasar a través de una turbina, que

normalmente es capaz de aprovechar el flujo de aire de las dos direcciones.

Figura 5.14: Columna oscilante [fuente:http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp]


5.5 Sobrepaso

5.5 Sobrepaso

Un dispositivo tipo sobrepaso aprovecha la elevación del agua debido al movimiento de la ola,

captando el agua en un depósito encima del nivel del mar. El agua sale por una turbina hidráulica

convencional generando energía. La ventaja de estas turbinas es que ya tienen muchos anos de

experiencia en la producción de energía en los embalses, lo que los hace más confiable. Además

se puede usar colectores para concentrar la energía del oleaje.

Figura 5.15: Sobrepaso [fuente:http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp]

5.6 Diferencia de la presión bajo el agua

El movimiento de las olas sube y baja el nivel del mar encima del dispositivo, provocando un

cambio de presión. Sujetado al fondo del mar el dispositivo puede aprovechar este cambio

generando energía mediante una bomba de fluido.

Figura 5.16: Diferencia de presión [fuente:http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp]

5.7 Otros

Todos los dispositivos que no caben en una de los anteriores categorías.


6 Dispositivos para la generación de energía del oleaje en etapa avanzada de desarrollo


Desde décadas la ciencia está investigando en sistemas para aprovechar la energía del mar y hasta

ahora existen más de 600 patentes de dispositivos para la generación de energía de oleaje.

Algunos sistemas terminaron como experimentos en el laboratorio y nunca fueron fabricados ni

testeados como prototipos. Sin embargo existen más de 20 empresas que anuncian sus

dispositivos aptos para el mercado o por lo menos esperan la comercialización pronto.

Para disminuir el margen de este informe, se especifica solamente sistemas en alta mar. Además

se evalúa solamente los dispositivos más prometedores, pero para obtener una mejor sinopsis, en

lo siguiente un resumen de todos los dispositivos averiguados durante la investigación:

Nombre del dispositivo Empresa Tipo de sistema Desarrollo Homepage

Aegir Dynamo Ocean Navitas Absorbedor puntual Prototipo en cartera www.oceannavitas.com

Anaconda Checkmate SeaEnergy Otro Nueva tecnología

en desarrollo www.bulgewave.com

Aquabuoy Finavera Absorbedor puntual En construcción http://finavera.com/en/wavetech

Archimedes Wave Swing

AWS Ocean Energy Ltd

Diferencia de presión bajo el agua

Prototipo en Portugal y Escocia www.waveswing.com

BioWave BioPower SystemsConversión

oscilante de la presión de las olas

Prototipo en cartera www.biopowersystems.com

Ceto Renewable Energy Holdings Absorbedor puntual Prototipo en

Australia www.ceto.com.au

ColumbiaPower ColumbiaPower Absorbedor puntual Prototipo en EE.UU. www.columbiapwr.com

C-Wave C-Wave Limited Atenuador Prototipo en cartera www.cwavepower.com

DECMDirect Energy

Conversion MethodTrident Energy Absorbedor puntual En desarollo www.tridentenergy.co.uk

EnGen Wave Energy Technologies Inc. Absorbedor puntual Prototipo en cartera http://waveenergytechnologies.com




FO3

device Seewec consortium Absorbedor puntual En desarrollo www.seewec.org

Hidroflot Hidroflot Plataforma de tipo absorbedor puntual Prototipo en cartera www.hidroflot.com

IPS-Buoy Interproject Service AB Absorbedor puntual Modelo para Aquabuoy www.ips-ab.com

Langlee Langlee Wave Power AS

Conversión oscilante de la

presión de las olas En desarrollo www.langlee.no

Multi Absorbing Wave Energy Con-

verter(MAWEC)Leancon Wave Energy Columna oscilante En desarollo www.leancon.com

Oceanlinx Oceanlinx Columna oscilante

Proyectos en cartera en EE.UU.,

Australia, Inglaterra y Namibia

www.oceanlinx.com

OE-Buoy Ocean Energy Ltd. Columna oscilanteComprobado como modelo en ensayos

en el marwww.oceanenergy.ie

Orecon Orecon Columna oscilante Prototipo en cartera www.orecon.com

Oyster Aquamarine PowerConversión


Prototipo en cartera www.aquamarinepower.com

Pelamis Pelamis Wave Power Atenuador

Más que 20 pro-yectos y prototipos, primer dispositivo ya comercializado

www.pelamiswave.com

PowerBuoy Ocean Power Technologies Absorbedor puntual

Prototipos en EE.UU., primer dispositivo ya

comercializado

www.oceanpowertechnologies.com

S.D.E. SDEConversión


Prototipo en Israel www.sde-energy.com

Seabased Seabased AB Absorbedor puntual En desarrollo www.seabased.com/engelsk

Seadog Independent Natural Resources Absorbedor puntual Prototipo en EE.UU. http://inri.us/index.php

Sperboy Embley Energy Absorbedor puntual En desarrollo www.sperboy.com

Surfpower Seawood Designs Inc Absorbedor puntual En desarrollo www.surfpower.ca

Waveberg Waveberg Development

Absorbedor puntual En desarrollo www.waveberg.com




WaveBlanket WaveBlanket Otro Nueva tecnología en desarrollo www.windwavesandsun.com

WaveBob WaveBob Absorbedor puntual Prototipo en Irlanda www.wavebob.com

WaveDragon WaveDragon Sobrepaso

Prototipo en Dina-marca, proyecto pre-comercial en Gales

en cartera

www.wavedragon.net

Waveplane Waveplane Production Sobrepaso Prototipo Dinamarca www.waveplane.com ( fuera de sericio)

WaveRoller AW EnergyConversión


Prototipo en Portugal http://www.aw-energy.com

Wave Star Wave Star Energy Absorbedor puntual En desarrollo www.wavestarenergy.com

Tabla 6.2: Sinopsis de los dispositivos investigados


6.1 AquaBuoy

6.1 AquaBuoy

Figura 6.17: Aquabuoys [fuente: Finavera]

6.1.1 Especificaciones técnicas

Nombre del dispositivo AquabouyCompañía FinaveraEmail [email protected] http://finavera.com/en/wavetech

Tipo de sistema: Absorbedor puntualTamaño Diametro: 6 [m], Longitud: 30 [m]Profundidad del agua >50 [m]Calado, sumergido 30 [m]Energía producida 250 [kW]

Tabla 6.3:Especificaciones técnicas de Aquabuoy


6.1 AquaBuoy

6.1.2 Características

Aquabuoy es una boya flotante del tipo absorbedor puntual que aprovecha la energía cinética del

movimiento vertical de las olas. Cuando la boya se mueve con las olas, el agua del mar desplaza

un pistón en un tubo que acciona una bomba de manguera. Cuando la manguera se alarga, el

volumen interior se reduce, creando un fluido de agua bajo presión, que impulsa una turbina

situada en la cabeza para generar energía. La energía se transmite a la costa mediante un cable

submarino.

Aquabuoy se formo del sistema anterior “Swedish Hose Pump” y de la IPS boya.

Figura 6.18: Diagrama de flujo [fuente:Alla Weinstein, AquaEnergy Group2006]

Tubo de aceleración y pistón El tubo hueco está montado bajo la boya en forma vertical y abierto a ambos lados para que el

agua puede pasar sin trabas por arriba y abajo.

El pistón se ubica en la mitad del tubo y mientras la boya esta en calma el pistón está fijado en la

mitad por dos bombas de manguera, que son conectadas a los dos lados del pistón y se extienden

hasta los extremos del tubo.

La bomba de mangueraLa bomba de manguera es un caucho reforzado de acero que funciona como una bomba del tipo

ciclo de dos tiempos cuando se estrecha reduciendo su volumen interior.

Fundación / Anclaje Aquabuoy está anclado al fondo del mar a través de cables.

Según un estudio de EPRI (Electric Power Research Institut) de 2004 el anclaje puede ser un


6.1 AquaBuoy

factor de costo muy importante, porque Aquabuoy es un dispositivo relativamente pequeño.

Si se instala un campo de boyas con 1000 dispositivos, los que necesitan 2,5 cables de anclaje

cada uno, esto hace 2500 cables. Esto multiplicado por tres veces la profundidad del agua de 50

m, para obtener un radio amplio de movimiento, son en total 375.000[m] o 350 [km] de cable!

Fabricación

Aquabuoy debe tener pocos problemas en la fabricación porque está basado en componentes

estandar disponibles en la mayoría de los países. Además el conocimiento técnico está presente

en la mayoría de los puertos.

6.1.3 Estado de desarrollo

Un Proyecto piloto fue realizado en 2006 en Makah Bay en Washington EE.UU. con la Federal

Energy Regulatory Commission (FERC). De momento Finavera se encuentra en la construcción

de Aquabuoy 2.0 en escala real en Oregon Iron Works en Portland, Oregon.

Figura 6.19: Construcción de Aquabuoy 2.0 en Oregon[fuente: Finavera]

6.1.4 Factores de emplazamiento

La distancia máxima de la costa son 4 [km] para reducir los costos de transmisión y tener

cercanía a un puerto para facilitar la instalación y el mantenimiento. Además se requiere una

profundidad de más de 50 [m], lo que favorece a un acantilado.

6.1.5 Resistencia

La construcción del Aquabuoy está basada en las boyas corrientes de navegación que tienen

mucha experiencia en sobrevivir a olas grandes mientras flotan en las puntas del oleaje. Así fue


6.1 AquaBuoy

diseñado para tormentas con periodo de retorno de cien años. Aquabuoy tuvo el problema de

cómo parar la generación de energía para evitar daños en las maquinas durante una tormenta.

Esto fue resuelto con un principio muy simple, cuando la bomba de manguera está alargada hasta

un cierto punto, el pistón llega a un lugar en donde el tubo esta más ancho. De esta manera el

agua dentro del tubo puede pasar y salir sin provocar más estrés a la estructura del dispositivo.

Aquabuoy está construido para una vida útil de más de 20 años.

6.1.6 Rendimiento

Aquabuoy fue diseñado para generar un máximum de energía en condiciones moderadas del

oleaje. Además tiene poca capacidad de ajuste, porque está limitado por la capacidad del

generador de energía, el que es incapaz de ajustarse al periodo de la ola.

En el estudio de EPRI una inseguridad en la predicción del rendimiento fue detectado mediante la

comparación de ensayos en tanques de olas con modelos teóricos realizados por la empresa.

Figura 6.20: Rendimiento en Makah Bay [fuente:Alla Weinstein, AquaEnergy Group2006]


6.1 AquaBuoy

6.1.7 Instalación, Operación y Mantenimiento

El mayor problema para las reparaciones se va a encontrar en las partes sumergidas, como el

pistón y la bomba de manguera, porque hay que transportar la boya al puerto más cercano. Esto

no debe crear muchas complicaciones, porque la boya es un dispositivo relativamente pequeño.

Sin embargo hay que poner la boya en una posición horizontal para el transporte. Esto se puede

realizar con una grúa o se puede flotar la boya bombeando agua en las cámaras sumergidas.

Hasta ahora no existen sistemas de control y supervisión, lo que hace la detección de falla más

difícil.

6.1.8 Costo

Según el estudio de EPRI de 2004 los costos de cuatro dispositivos incluyendo el anclaje y 3,2

km cable de transmisión, pero sin costos para operación y mantenimiento son US$ 3 millones.

Una gran importancia para los costos totales son los costos de la transmisión de la energía a la

costa y los costos del anclaje como ya mencionado en 6.1.2.

6.1.9 Impacto medioambiental

En 2006 un documento sobre el impacto medioambiental llamado Preliminary Draft

Environmental Assessment (PDEA) fue realizado, incluyendo estudios medioambientales,

oceanográficos y biológicos basados en el proyecto de Makah Bay, no encontrando efectos

significantes.


6.2 ArchimedesWaveSwings


Figura 6.21: ArchimedesWaveSwings [fuente: www.pugetsoundtidalpower.com/images/Waves.3.jpg]


Nombre del dispositivo Archimedes Wave SwingCompañía AWS Ocean Energy LtdE-mail [email protected] www.waveswing.comTipo de sistema: Diferencia de la presión bajo el aguaTamaño Longitud: 8-10 [m]Peso 7000 [t]Profundidad del agua 40-100 [m]Calado, sumergido Sumergido > 6m bajo la superficieEnergía producida 250 [kW ]

Tabla 6.4: Especificaciones técnicas de ArchimedesWaveSwing


http://www.pugetsoundtidalpower.com/images/Waves.3.jpg



ArchimedesWaveSwing (AWS) es una boya totalmente sumergida, que consiste en dos partes

principales, una pieza fija a la tierra y otra móvil flotando llena con aire. La pieza móvil está

conectada encima de la otra con una membrana flexible, la que oscila dependiendo de la presión

que ejerza la columna de agua sobre ella, la cual está variando a medida que las olas pasan.

El espacio entre ambas está bajo un vacio parcial, que contrae las dos partes. En contra de esto

trabaja un pistón, conteniendo aceite bajo presión que funciona como un resorte que empuja la

parte superior hacia arriba. Estas dos fuerzas están en equilibrio si la superficie del mar está en

calma, pero cuando pasan unas olas, generan energía expandiéndose y contrayéndose a causa de

la diferencia de la presión.

Esta energía se transmite a la costa mediante cables submarinos.

Figura 6.22: Principio técnico del AWS [fuente: AWS Ocean Energy]



Generación de energía Se utiliza un generador lineal de inducción directa, lo que se ha construido especialmente para

este dispositivo, porque estos generadores generalmente necesitan menos mantenimiento. Pero un

generador lineal tiene la desventaja que en vez de almacenar la energía y crear un flujo continuo,

el output está variando con la energía que aprovecha de las olas.

Fundación / anclaje El AWS está anclado a un bloque de hormigón o una placa de acero que hay que instalar al fondo

del mar mediante un enlace universal. Así se debería colocarlo fácilmente al fondo. Esto tiene el

objetivo de disminuir el trabajo de la instalación, pero en el pasado AWS tuvo muchos problemas

con el montaje del dispositivo. En 2001 falló la instalación de un prototipo, lo que frenó el

desarrollo para dos años mientras la empresa estaba buscando una solución para esto. Un

prototipo está ahora sumergido y se encuentra en estado de investigación. Todavía hay que

observar como se va a mejorar este asunto, especialmente para obtener una instalación que sea

económica.


En 2004 se realizó un modelo de escala completa en la costa portuguesa funcionando bastante

bien. Para 2009 la empresa está planeando colocar un dispositivo pre-comercial de 250kW en el

European Marine Energy Centre (EMEC) en Orkney. Si esta muestra entrega resultados

satisfactorios, se espera que en 2010 se venderá el primer campo de dispositivos comerciales de

AWS.

Figura 6.23: Prototipo en Portugal [fuente: AWS Ocean Energy]



6.2.4 Factores de emplazamiento

Profundidad requerida AWS está construido para una profundidad entre 40 y 100 [m]. Lo difícil fue encontrar un

equilibrio entre las aguas profundas, donde el potencial de energía del oleaje es muy bajo, y las

aguas bajas, donde el dispositivo está muy cerca de la superficie con un potencial de energía de

olas muy grande, pero también dispuesto a un movimiento horizontal fuerte, lo cual el dispositivo

no puede aprovechar para generar energía sino que solamente daña la construcción.

Tipo de subsuelo A causa de que AWS está montado al fondo del mar, el tipo del suelo es muy importante para

obtener una fundación fija. Así esto va a ser un aspecto fundamental en la elección del

emplazamiento. Además va a ser necesario de preparar el suelo y tomar medidas anti erosión.

6.2.5 Resistencia

El dispositivo se va a encontrar a lo menos 6m bajo la superficie, lo que lo deja fuera del alcance

de las tormentas, una gran ventaja en comparación con otros dispositivos.

6.2.6 Rendimiento

Los dispositivos planeados van a producir solamente 250 [kW], por esto se instalarán en arreglos

de varias decenas de unidades para generar hasta 50 [MW] en un campo de boyas.

Una ventaja significante de AWS es que tiene una gran capacidad de ajuste, porque se puede

adaptar a las olas grandes llenando su cámara de aire con agua. De esta manera está cambiando la

fuerza del resorte y así su frecuencia de oscilación. El dispositivo tiene un ancho de banda muy

amplio, porque está aprovechando el efecto de absorbedores puntuales, los cuales pueden captar

más energía que está disponible a su alcance, mediante un aumento de su amplitud de oscilación.

Según el estudio de EPRI las amplitudes de oscilación en olas estandar de 2 [m] pueden ser de

más de 7 [m].




Los costos de reparar dispositivos sumergidos son bastante caros, porque solo existen dos

posibilidades complicadas para lograrlo. Sugerido de AWS fue la utilización de “remote operate

vehicles” (ROVs), los que tienen la ventaja de que pueden funcionar en casi todas las condiciones

del mar ya que trabajan bajo la superficie. La otra solución sería desmontar el dispositivo, flotarlo

y llevarlo al puerto más cercano para repararlo ahí, un procedimiento muy caro.

Por esto la estrategia de la empresa es evitar las reparaciones lo más posible, usando en el agua

solamente elementos pocos vulnerables, como por ejemplo un generador lineal. Además el

dispositivo tiene solamente un elemento moviéndose, lo que también disminuye el riesgo de

fallas.

6.2.8 Costo

La empresa ha estimado los costos para un dispositivo en 5,5 millones de Euros, con un costo de

0,07 Euros para cada kWh de energía y un periodo de amortización de ocho años.


Como dispositivo sumergido, AWS no tiene ningún impacto visual.


6.3 Oceanlinx

6.3 Oceanlinx

Figura 6.24 Oceanlinx [fuente: http://popsci.typepad.com/popsci/energy/index.html]


Nombre del dispositivo OceanlinxCompañía Oceanlinx (antes Energetech Australia)Homepage www.oceanlinx.comTipo de sistema Columna oscilanteTamaño Ancho 35 [m]Peso 450 [t]Profundidad del agua Hasta 50 [m], originalmente construido para 20 [m]Energía producida 500 [kW] – 2 [MW]

Tabla 6.5: Especificaciones técnicas de Oceanlinx


6.3 Oceanlinx


Oceanlinx es un dispositivo tipo columna oscilante, lo que significa que aprovecha la presión que

ejerce la subida y bajada de las olas a una columna de aire. Este pasa por una turbina ubicada en

la parte más ancha de la cámara, ya que en esta sección el aire está acelerado hasta su velocidad

mayor y así se puede aprovechar el máximo de energía. Para concentrar el recurso de la ola en el

dispositivo, se usa un reflector de forma parabólica.

Figura 6.25: Funcionamiento de Oceanlinx [fuente: Oceanlinx]

The Denniss-Auld Turbine

El elemento más importante y esencial de Oceanlinx es la turbina Denniss-Auld, la que tiene dos

ventajas significantes. Una es que puede aprovechar el flujo de aire en las dos direcciones, que es

producido cuando el agua baja y cuando sube. La otra es su sistema de ajuste para mejorar la

eficiencia. La turbina tiene un sistema de sensores que pueden medir la presión producida al

fondo del mar que cada ola genera cuando entra a la cámara. Este sensor manda una señal al

“Programmable Logical Controller” (PLC), el que puede obtener de esta la altura y la duración de

la ola y así ajustar en tiempo real el angulo de la hoja y la velocidad de la turbina. Así la turbina


6.3 Oceanlinx

es capaz de adaptarse a las diferentes condiciones del mar y mejorar su output de energía. Según

el estudio de EPRI esto mejora la eficiencia de un 30% para turbinas convencionales hasta 60%

para una turbina Denniss-Auld.

Fundación / Anclaje El anclaje es uno de los elementos más críticos, a causa de que Oceanlinx es un dispositivo muy

grande. Oceanlinx está desarrollando conceptos de anclajes alternativos. Hasta ahora se usa en el

prototipo en Port Kembla un sistema para profundidades del agua entre 5 hasta 50 [m] que

consiste de seis piernas adelante y cuarto atrás y además está fijado vertical por cuatro piernas

conectadas a la estructura y al fondo del mar.


De momento Oceanlinx está trabajando en varios proyectos en Australia, EE.UU. y Namibia.

Existe un prototipo instalado en Port Kembla (New South Wales, Australia) que ya genera

energía, para lo cual ya se hizo un contrato de distribución con Integral Energy que es una

empresa australiana de suministro de energía. Hasta 2009 Oceanlinx quiere instalar otras tres

plataformas en Hawai, que deben generar 2,7 [MW] energía. Los costos de este proyecto se

aproximan en total a 20 millones de dolares.

Figura 6.26: Oceanlinx en Port Kembla [fuente: http://flickr.com/photos/24833123@N00/567629873]


6.3 Oceanlinx

6.3.4 Resistencia

Al principio Oceanlinx fue diseñado para profundidades de 10 hasta 20 [m]. En aguas tan bajas

las fuerzas de las olas no son tan destructoras, ya que la mayoría de la energía disipa al fondo del

mar y las olas más grandes rompen antes. Pero para aprovechar también la energía en aguas

profundas, que en general es bastante más grande, hay que verificar que el dispositivo no sufra

daños.

6.3.5 Rendimiento

Como ya se explicó en 6.3.2. Oceanlinx tiene una turbina que se puede ajustar rápidamente a las

características de cada ola del mar y así se puede aprovechar mucho más eficientemente la

energía.


Todo el equipo técnico del dispositivo se encuentra sobre la superficie y así no existen grandes

problemas de mantenimiento. Además existe solamente una parte móvil que también está

montado sobre el nivel del mar. Así se puede reparar la mayoría de las fallas posibles desde un

barco, siendo el lugar más fácil para atracar y trabajar detrás del reflector de forma parabólica,

donde el mar debe estar más tranquilo. Al lado de esto el dispositivo posee un sistema de

supervisión y control para detectar problemas y encontrar las causas y el lugar de las fallas más

rápido. Más critico es el asunto de la instalación, a causa de que Oceanlinx es un dispositivo muy

grande, esto va a ser más complicado y se van a necesitar varios remolcadores.

6.3.7 Costo

Según EPRI, los costos se estiman entre 2,5 y 3 millones de dolares de 2004 para cada

dispositivo.

6.3.8 Funciones adicionales

Oceanlinx ha desarrollado también una tecnología de osmosis inversa para obtener agua potable

usando la energía producida para la desalinización del agua del mar.


6.4 Orecon

6.4 Orecon

Figura 6.27: Orecon [fuente: Orecon]


Nombre del dispositivo OreconCompañía OreconE-mail [email protected] http://www.orecon.comTipo de sistema Columna oscilanteTamaño Diámetro 32 [m]Peso 1250 tProfundidad del agua >50mEnergía producida 1,5MW

Tabla 6.6: Especificaciones técnicas de Orecon


6.4 Orecon


Orecon es un sistema flotante del tipo columna oscilante. Su particularidad viene de sus varias

cámaras de diferentes tamaños, lo que provoca que tenga distintas frecuencias de oscilación.

Generación de energía La generación de energía está dividida en tres etapas. Primero se convierte la presión del aire

producida por la columna de agua en un movimiento rotatorio mediante una turbina. En la

segunda etapa se convierte este movimiento en presión hidráulica, lo que hace el proceso más

complicado, especialmente en el aspecto de operación y mantenimiento. En la tercera etapa un

generador cambia esta presión hidráulica en electricidad. La generación de energía funciona

mediante equipos estándar y el fabricante estima la eficiencia de la turbina de aire en 51%.

Fundación / Anclaje El dispositivo está anclado al fondo del mar con seis cables. Según EPRI este anclaje está

conforme con los “lloyds register rules” para instalaciones flotantes fuera de la costa y diseñado

por una empresa establecida.


En febrero 2008 fue invertido en Orecon unos 24 millones de dolares que se quiere usar para

construir un dispositivo pre-comercial en escala real.

Figura 6.28: La primer boya de investigación [fuente:http://www.neoteo.com/Portals/0/imagenes/cache/2461x1500y1500.jpg]


6.4 Orecon

6.4.4 Resistencia

La mayoría de los elementos móviles están montados sobre el nivel del mar con el objetivo de

evitar daños por el agua salada del mar. Solo las olas grandes en una tormenta deben sobrepasar

el dispositivo para evitar más daños. Orecon está usando tecnología que ya fue comprobada en

las construcciones fuera de la costa de la industria del petroleo y fue diseñado para una vida útil

de un mínimo de 25 años.

6.4.5 Rendimiento

Uno de las ventajas de Orecon es su capacidad de ajuste mediante sus multiples cámaras,

oscilando en diferentes frecuencias. En comparación con otros dispositivos, este no requiere un

complicado mecanismo de control para cambiar la frecuencia, ya que estas son generadas por los

diferentes tamaños de las cámaras, las cuales se pueden ajustar a las condiciones especificas del

mar.


El dispositivo es muy grande y la mayoría de sus elementos está en la superficie, así en general

los trabajos de operación y mantenimiento se pueden realizar encima de este, sin necesidad de

llevarlo a la orilla. Esto va a reducir costo y tiempo. No existen sistemas de supervisión ni de

control.

6.4.7 Costo

Según el estudio de EPRI los costos para un dispositivo, incluyendo la instalación en 50 [m] de

profundidad son aproximadamente 1,7 millones libras esterlinas, lo que son más o menos 3

millones de dolares de 2004.


6.5 Pelamis

6.5 Pelamis

Figura 6.29: Pelamis [fuente: Pelamis Wave Power]


Nombre del dispositivo PelamisCompañía Pelamis Wave PowerEmail [email protected]

Homepage http://www.pelamiswave.com

Tipo de sistema AtenuadorTamaño Diametro 3,5 [m], Longitud 140 [m]Peso 750tProfundidad del agua > 50mCalado, sumergido 2-3mEnergía producida 750kW

Tabla 6.7: Especificaciones técnicas de Pelamis


6.5 Pelamis


Pelamis es un dispositivo semi-sumergido que parece una culebra flotante y funciona como

atenuador con cuatro brazos cilíndricos de 3,5 [m] de diámetro, que están conectados de bisagras

siguiendo el movimiento de las olas.

Generación de energía

Cuando pasa una ola, los movimientos relativos de los brazos accionan en cada rótula una bomba

hidráulica que bombea un fluido a presión por un motor hidráulico, el cual produce energía

mediante generadores. Los generadores pueden operar a potencia constante ya que el fluido

hidráulico funciona como almacenamiento de energía, creando un flujo constante.

La energía producida de las tres rótulas se transmite mediante un cable único a una conexión al

fondo del mar, donde se pueden juntar varios dispositivos, transmitiendo la energía mediante un

sólo cable submarino hacia la costa. De esta manera se pueden crear campos de Pelamis que

ocupan poco espacio y ahorran así los costos de infraestructura. Según Pelamis Wave Power

(PWP), un campo de Pelamis que genera 30 [MW], solo necesita 1 [km²] de área.

Cada Pelamis tiene tres rótulas generadores de 250 [kW] cada una, lo que en total produce 750

[kW] dependiendo de los condiciones del emplazamiento. Sobre un año cada dispositivo saca un

promedio de 25-40% de la energía dependiendo del oleaje.

Figura 6.30: Principio de funcionamiento [fuente: Pelamis Wave Power]


6.5 Pelamis

Fundación / Anclaje Cada dispositivo tiene su propio sistema de anclaje, incluyendo un anclaje mayor y una cuerda

que fija la estructura en su dirección. El anclaje mayor consiste de varias anclajes que están

conectados en un punto central. También existe espacio para que los dispositivos vecinos puedan

compartir un anclaje.

Así, el anclaje permite a Pelamis moverse flexiblemente hacia la dirección de las olas,

aprovechando lo máximo de energía.

La empresa ha desarrollado una conexión de resorte para unir el anclaje mayor a los cables de

energía. Así existe solamente un punto para conectar las maquinas a ambos conexiones, el cual es

el ultimo paso de la instalación.

Figura 6. 31: Dispositivo anclado [fuente: PWP]

Fabricación La fabricación de Pelamis se divide en tres etapas:

Primero se construye el módulo de la generación de energía, una estructura de acero, que consiste

entre otros del motor, los cilindros hidráulicos, el tanque y los dispositivos de control electrónico.

En la segunda etapa se fabrica el tubo y la nariz de Pelamis. Ambos construidos de acero, la

nariz contiene transformador, dispositivo de cambio más el sistema de control y el tubo tiene en

su interior los cables de transmisión y pesos para asegurar el posicionamiento correcto.

En la tercera etapa viene el ensamblaje final, conectando los módulos con los tubos, lo que se

puede realizar en la costa o en el agua.


6.5 Pelamis


Desde 2000 Pelamis ha desarrollado al menos 20 proyectos y prototipos, hasta llegar en

septiembre 2008 a realizar su comercialización en un proyecto en Agucadoura, Portugal. Así

Pelamis es el primer dispositivo que esta trabajando de forma comercial.

Este proyecto es el primer campo de Pelamis que contiene tres dispositivos produciendo juntos

2,25 [MW]. Para el futuro están planeando ampliar esta instalación hasta 20 [MW].

Orto proyecto que quieren realizar se encuentra en Escocia y va a contener cuatro dispositivos

para generar 3 [MW] de energía.

Figura 6.32: Pelamis en Agucadoura [fuente: Pelamis Wave Power]

6.5.4 Resistencia

Pelamis tiene un sistema bastante bueno para sobrevivir las olas grandes. Como es un dispositivo

con un diámetro relativamente pequeño, puede dejar sobrepasar las olas grandes, buceando

adentro de la ola. Así evita las fuerzas destructivas que pueden afectar la estructura o el anclaje y

provocar daño.

Otra ventaja de Pelamis es que la turbina no trabaja con agua de mar y así no corre el peligro de

fallas por corrosión.


6.5 Pelamis

6.5.5 Rendimiento

El rendimiento de 750 [kW] se refiere a un potencial promedio de energía de 55 [kW/m] con una

eficiencia promedio de la conversión hidráulica de 80%.

El dispositivo es capaz de ajustarse a las olas incidentes. El rango de operación eficiente se puede

obtener de la tabla siguiente.

Figura 6.33: Pelamis Matrix de energía [fuente: Pelamis Wave Power]


Para realizar trabajos de operación y mantenimiento, se pueden desconectar fácilmente todos los

elementos separados, sin mover los otros elementos ya que el dispositivo está construido según

un concepto modular y cada elemento pesa menos que 4 toneladas. Esto se realiza mediante

pequeñas grúas móviles.

Todos los elementos están unidos mediante un sistema de conexión a mando de distancia que

permite una instalación rápida sin trabajo en terreno. Según PWP la instalación desde el punto de

llegar al emplazamiento hasta entregarlo al mando de control necesita menos que dos horas y se

puede realizar la desconexión en una o dos horas.

La instalación requiere condiciones del mar con una altura significante de olas de uno a dos

metros y la desconexión ya se puede realizar en olas de más de dos metros de altura.

Para la supervisión PWP ha diseñado especialmente un sistema de “Supervisory Control and Data

Acquisition” (SCADA), que se instala en una plataforma de operación.


6.5 Pelamis

6.5.7 Costo

Según la investigación de EPRI, un dispositivo sin los costos del sistema de anclaje cuesta entre 2

y 3 milllones de dolares (2004), pero PWP esta todavía investigando en formas de disminuir los

costos.


Impacto biológicoEl potencial de peligro más grande consiste en los 250 litros de aceite hidráulico que contiene

cada segmento del dispositivo, el cual podría intoxicar a los organismos del mar en un caso de

fallo. Pero Pelamis está usando aceites biodegradables y además cada módulo tiene dos sistemas

de protección en el caso de que aparezca una fuga para prohibir el escape del aceite.

Además no es necesario de usar pinturas toxicas antivegetativas, ya que se puede tolerar una

vegetación hasta 15 [cm] por año si se la quita periódicamente.

Impacto visual El dispositivo está solamente 1,5 metros sobre la superficie del mar, con una distancia a la costa

de varios kilómetros, por lo que el impacto visual es casi nulo.

Para evitar confrontaciones con la navegación, cada maquina dota de luces en los extremos de la

culebra que parpadean cada cinco segundos. Estas luces están visibles a dos millas náuticas

durante la noche.

VolumenPelamis no es una serpiente silenciosa aunque, hasta el momento, el ruido no ha llegado a ser un

elemento crítico de impacto ambiental. En el aire no se puede escuchar a Pelamis desde unos

pocos metros de distancia y en el agua, donde el sonido avanza más rápido, es relativamente

silencioso en comparación con la hélice de un barco.

6.5.9 Ventajas adicionales

Según la EPRI este sistema constituye la forma mas madura de obtención de energía de las olas.


6.6 Powerbuoy

6.6 Powerbuoy

Figura 6.34: Campo de Powerbuoy virtual [fuente: OPT]


Nombre del dispositivo PowerBuoyCompañía Ocean Power Technologies

E-mail [email protected] http://www.oceanpowertechnologies.com

Tipo de sistema Absorbedor puntualTamaño Diámetro: 7 [m], Longitud: 30 [m] Profundidad del agua 30-50 [m]Energía producida 40 / 150 [kW]

Tabla 6.8: Especificaciones técnicas de PowerBuoy


6.6 Powerbuoy


Powerbuoy es una boya del tipo absorbedor puntual que se instala fuera de la costa, con la mayor

parte sumergida. Bajo de la boya hay un pistón que se mueve con la subida y bajada de las olas,

aprovechando el movimiento vertical y pendular. Esto acciona una bomba que comprime aceite,

el cual por efecto de presión, viaja a través de una manguera hasta un motor hidráulico acoplado

a un generador, ubicado en el fondo del mar produciendo energía. La energía se transmite a la

costa mediante un cable submarino.

Existen dos diferentes dispositivos de Powerbuoy, uno que genera 40 [kW] de energía y uno que

genera 150 [kW] de energía. Para obtener más energía es recomendable instalar varias

Powerbuoys en un campo de boyas, donde se puede juntar la electricidad y generar la cantidad

requerida. Según Ocean Power Technologies (OPT) se necesita para instalar un campo de boyas

de 10 [MW] solamente un espacio de 0.125 [km²].

Fundación / Anclaje El Powerbuoy está flotando y anclado al fondo del mar mediante un sistema especial, que utiliza

tres boyas auxiliares. Así, se permite que el mástil se mueve con la marea. Además la boya posee

de un estabilizador bajo el pistón de aproximadamente 10 metros.

Figura 6.35: Anclaje de Powerbuoy [fuente: OPT]


6.6 Powerbuoy


Powerbuoy fue testeado en varios prototipos. En Hawaii y New Jersey existen dos Powerbuoys

precomerciales en escala real de 40 [kW] que están listo para entrar al mercado.

En 2008 comenzó la fase inicial de una instalación de 1,39 [MW] en Cantabria en la costa del

norte de España. Este proyecto se realiza en cooperación con Iberdrola y consiste de una boya de

40 [kW] y nueve boyas de 150 [kW].

Además OPT está planeando varios otros proyectos. Para obtener una mejor sinopsis, consulta la

figura siguiente.

Figura 6.36: Contratos globales 2008 [fuente: OPT]

6.6.4 Resistencia

Powerbuoy posee un sistema bastante bueno para proteger sus generadores de energía contra las

olas grandes. Existe un sensor que está continuamente midiendo las condiciones del mar. Estos

datos se transmiten en tiempo real a la costa. En el caso que llegue una tormenta y las olas tengan


6.6 Powerbuoy

una altura más grande que 7 metros, el sistema se cierra y apaga la producción de energía. Si el

mar se tranquiliza y las olas son menos altas que 7 metros, el sistema empieza otra vez a trabajar.

Así Powerbuoy está construido para sobrevivir tormentas en el mar con un periodo de retorno de

100 años, como olas de 24 [m] de altura en Orkney Island (Escocia), 20 [m] en Bay of Biscay

(España) o 18 [m] en Oregon a y Cornwall (EE.UU).

6.6.5 Rendimiento

Powerbuoy trabaja lo más eficiente en condiciones del mar de 1.5 hasta 4 metros de altura. Entre

4 y 7 metros baja su productividad y en condiciones de mayor que 7 metros termina totalmente de

producir. El dispositivo posee un factor de capacidad de 30 a 45 %.


Para llevar la boya al lugar de su instalación hay que boyerla y ponerla en posición horizontal. El

procedimiento de colocación y reinstalación del dispositivo es muy fácil. Así, para realizar un

buen mantenimiento, hay que extraer la boyas cada tres años del agua para limpiarla y repintarla

con un producto “antivegetativo”. Cada 7-8 años es necesario de sustituir el generador y la

bomba hidráulica.

Figura 6.37: Instalación de un Powerbuoy [fuente:OPT]

6.6.7 Costo

Según OPT se estima los costos para un kWh a 7-10 centavos de dolar.


6.6 Powerbuoy

6.6.8 Comparación con otros ERNC

Figura 6.38: Comparación con otros ERNC [fuente : OPT]


6.7 Seadog

6.7 Seadog

Figura 6.39: Seadog [fuente: http://www.renewableenergyworld.com/assets/images/story/2007/2/21/1332_pic13_USE.jpg]


Nombre del dispositivo SeadogCompañía Independent Natural Resources

E-mail [email protected] http://inri.us/index.phpTipo de sistema Absorberdor puntualTamaño Diametro: 5.7 [m]Peso 112 [t]Profundidad del agua 20 [m]Energía producida ̴ 45 [kW]

Tabla 6.9: Especificaciones técnicas de Seadog


6.7 Seadog


Seadog es un dispositivo del tipo absorbedor puntual, que funciona como una bomba. En una

cámara un bloque ascensional llenado con aire (marcado en azul en la figura de abajo) sube y

baja siguiendo el movimiento de las olas. Este bloque esta conectado con el mango de un pistón,

que está moviendo al pistón dentro de un cilindro. Cuando el bloque está bajando en el valle de la

ola, el pistón también se baja, lo que provoca que entre agua por una válvula de entrada, llenando

así el cilindro. Cuando llega la cresta de la ola, el bloque y el pistón suben y el agua sale bajo

presión por una válvula de salida. Así cada ola está bombeando agua del mar hacia un estanque

en la costa, donde el agua puede recaer al mar pasando por turbinas hidráulicas convencionales,

generando energía.

Figura 6. 40: Principio de funcionamiento de Seadog [fuente: INRI]


6.7 Seadog

Fundación / Anclaje INRI ha planeado de anclar el dispositivo al fondo del mar mediante una plataforma de

hormigón, lo que requiere un buen tratamiento del suelo antes de la instalación, para crear una

fundación lisa y para evitar erosiones.


El primer experimento en condiciones reales en el mar se realizó en el golfo de México cerca de

la costa de Freeport y en 2007 un experimento de tres meses, también en el golfo de México, fue

realizado por la universidad de Texas. De momento INRI está planeando un prototipo para un año

en la costa del norte de california, lo que debe estar instalado a principios de 2009 para una

primera demostración comercial.

6.7.4 Resistencia

En condiciones de olas grandes, se puede llenar el flotador del dispositivo con agua para

sumergirlo entero, pero hasta ahora no existe un sistema de bombas para realizar esto y además

Seadog todavía no posee de un sistema de supervisión para avisar suficientemente antes.

Seadog está trabajando con agua salada del mar, lo que puede ser un peligro para el sistema,

porque puede provocar falla a causa de corrosión. Por otra parte el dispositivo no contiene

ningún elemento hidráulico ni electrónico lo que disminuye este peligro. Otro problema de la

utilización de agua del mar puede ser el peligro del crecimiento de algas y procesos de bio-

fouling, lo que pueden taponar las bombas.

6.7.5 Rendimiento

Seadog no es capaz de ajustarse a las condiciones del mar para optimizar su rendimiento.

Además no se podría encontrar ninguna información sobre la eficiencia y el rendimiento de este

dispositivo.


6.7 Seadog


La generación de energía no va a presentar muchos problemas, porque está basando en tecnología

hidráulica convencional, que ya está lo bastantemente establecido. Aspectos más críticos van a

ser los sistemas sumergidos, como las mangueras de bomba y el sistema de anclaje.

6.7.7 Costo

Según el estudio de EPRI, INRI estima los costos para instalar 16 dispositivos, que generan 740

[kW] de energía, a US $ 2.997.000 (2004).

6.7.8 Funciones adicionales

Otra manera para aprovechar el agua bombeada de Seadog sería la desalinización del agua del

mar para crear agua potable. INRI ya está en contacto con varias empresas para construir un

sistema entre 14 y 200 dispositivos para la desalinización del agua o para realizar una

combinación de ambas funciones.


6.8 WaveBob

6.8 WaveBob

Figura 6.41: Wavebob [fuente: Wavebob]


Nombre del dispositivo WaveBobCompañía WaveBobE-mail [email protected] http://www.wavebob.comTipo de sistema Absorbedor puntualTamaño Diametro: 20 [m], Altura afuera: 8 [m]Peso 440 [t]Profundidad del agua >70 [m]Calado, sumergido 30-40 [m]Energía producida 500 [kW]

Tabla 6.10: Especificaciones técnicas de WaveBob


6.8 WaveBob


WaveBob es una boya del tipo absorbedor puntual, que posee de dos cuerpos con un cuerpo

inferior de mayor inercia que no está sometido al oleaje. Aprovechando el movimiento lineal de

las olas un dispositivo está generando 500 [kW] con un flujo constante, mediante un motor

hidráulico que funciona con acumuladores de aceite bajo presión. Un sistema de control

autónomo ayuda para obtener una buena predicción del output de energía. La generación de

energía usa solamente elementos estándar y fluidos biodegradables para evitar impactos

medioambientales.

Figura 6.42: Wavebob entero [fuente: Wavebob]

Fundación / Anclaje El anclaje consiste en un sistema de tres cadenas, las cuales fijan el dispositivo en su posición.


WaveBob ha trabajado seis años en la investigación de su dispositivo y ha invertido 3 millones de

Euros. En 2007 el primer prototipo de escala 1:4 fue instalado en Galway Bay en la costa del

oeste de Irlanda. La fecha estimada del desarrollo comercial es para 2010.


6.8 WaveBob

6.8.4 Resistencia

A causa de que WaveBob es un dispositivo bastante grande puede sobrevivir la mayoría de las

tormentas. Además fue diseñado con varias redundancias para evitar fallas en el sistema de

generación de energía.

Al lado de esto se pueden instalar sistemas de anclaje adicionales si es necesario, sin aumentar

ostensivamente los costos totales.

WaveBob fue construido para una vida útil de 25 años.

6.8.5 Rendimiento

En comparación con otras boyas del tipo absorbedor puntual WaveBob tiene un espectro muy

grande, capaz de aprovechar eficientemente las olas con periodos largos de 10 a 15 segundos y

con alturas muy altas, las cuales contienen un potencial de energía más grande. Además se puede

ajustar a las condiciones del mar cambiando su frecuencia natural. Sin embargo falta todavía un

sistema para cambiar rápidamente la generación de energía, combinado con el sistema de control

que ya existe para mejorar el output de energía. La empresa está trabajando en esto.

Figura 6.43:Construcción del primer prototipo [fuente: Wavebob]


La estructura mayor de hormigon se monta de varias partes pequeñas prefabricadas, así no es

necesario de construirla en un dique seco. Entonces se arrastra toda la estructura mayor a su

emplazamiento para conectarla al sistema de anclaje ya preparado.

Una vez instalado el dispositivo va a quedar en su lugar para todo su periodo de servicio de


6.8 WaveBob

aproximadamente 25 años y todos los trabajos de operación y mantenimiento se realizan sobre la

estructura. Esto es posible porque la estructura, con sus 20 [m] de diámetro y una altura de 8m

sobre la superficie, da mucho espacio. Al lado de esto queda suficiente espacio para su propulsor

y los sistemas de control. Todos los elementos del dispositivo están echo de estándar marinos

bien establecidos. Sin embargo, si cualquiera de las partes interiores necesita reparación, se puede

desconectarlo y llevarlo a la costa, sin mover el dispositivo entero.

6.8.7 Costo

No se pudo encontrar ninguna información sobre los costos esperados.


6.9 Wavedragon

6.9 Wavedragon

Figura 6.44: Wavedragon[fuente: Earth-vision.biz, publicado en http://www.wavedragon.net]


Nombre del dispositivo WaveDragonCompañía WaveDragonE-mail [email protected] www.wavedragon.netTipo de sistema Sobrepaso

Tabla 6.11: Especificaciones técnicas de WaveDragon

Tipos de Wavedragon:

Rendimiento [MW] 0,02 (prototipo) 4 7 11

Condiciones del mar [kW/m] 0,4 24 36 48

Peso [t] 237 22.000 33.000 54.000

Ancho y longitud [m] x [m] 58 x 33 260 x 150 300 x 170 390 x 220

Longitud del reflector [m] 28 m 126 m 145 m 190 m

Altura [m] 3,6 m 16 m 17,5 m 19 m

Estanque [m³] 55 m³ 5.000 m³ 8.000 m³ 14.000 m³

Numero de turbinas [ / ] 7 16 16 - 20 16 - 24

Generadores [ / ] x [kW] 7 x 2,3 16 x 250 16 - 20 x 350 - 440 16 - 24 x 460 - 700

Energía anual [GWh/y ] - 12 20 35

Profundidad del agua [m] 6 > 20 > 25 > 30

Tabla 6.12: Tipos de WaveDragon


http://www.wavedragon.net/

6.9 Wavedragon


WaveDragon es un dispositivo del tipo sobrepaso que flota en la superficie del mar. El sistema

funciona en tres etapas. Usando la energía potencial del agua en la parte superior de la ola y parte

de su energía cinética, eleva el agua a un estanque sobre el nivel del mar (1.etapa: ingl.:

overtopping). Después se almacena el agua en el estanque (2.etapa: ingl.: reservoir), hasta que

llega el valle de la ola y se puede descargar por unas turbinas generando energía (3.etapa: ingl.:

turbine outlet).

Figura 6.45: Principio del sobrepaso [fuente:Wavedragon]

Sobrepaso

El agua pasa al estanque por una rampa doblemente curvada. Su forma especial elíptica, permite

que entre aún más agua en el estanque y además, para disminuir las pérdidas de roce, la rampa es

muy pequeña y escarpada.

Para mejorar la eficiencia, se aplica el concepto de receptor parabólico para concentrar el frente

de la ola a la rampa pequeña usando reflectores. Cuando la ola choca los reflectores, cambia su

dirección hacia la rampa, aumentando la cantidad de agua que ingresa al estanque.

Generación de energía El agua contenida en el estanque se hace circular a través de desagües que contienen turbinas

capellán de baja presión acoplada a un generador de imanes permanentes. Se utilizan muchas

pequeñas turbinas en vez de una grande para maximizar el output de estas. Así, se pueden

encender solamente algunas cuando el potencial de energía de oleaje está muy bajo ya que hay


6.9 Wavedragon

poca agua disponible en el estanque. Para encender y apagar las turbinas se están investigando

dos diferentes sistemas, contactores cilíndricos y una entrada sifón.

Como resultado de muchos experimentos con las turbinas capellán, WaveDragon está usando

turbinas hidráulicas hélices con álabes fijos, que son más resistente que los álabes flexibles. Las

turbinas son confiables si existe un flujo de agua constante y además tienen bajos costos de

mantenimiento.

Toda la construcción es muy simple y basada en las experiencia de la generación hidráulica

convencional de energía.

Fundación / Anclaje

Wavedragon está anclado al fondo del mar con un sistema de anclaje con cadenas, especialmente

diseñado para este dispositivo, con el objetivo de fijarlo en forma segura. Además, contrarresta

las fuerzas que afectan la estructura. El anclaje permite al dispositivo cambiarse hacia la

dirección de las olas para aprovechar el máximo de energía.


Hasta ahora existe un prototipo de Wavedragon en Nissum Bredning en Dinamarca que fue

instalado el 2003 y testeado hasta 2005. El proyecto ha costado 4,25 millones de dolares y fue

apoyado por la “Danish Energy Authority” y la “European Comission”. En 2006 el prototipo

modificado fue instalado en otro emplazamiento en Dinamarca con olas de mayor potencial de

energía. De momento el prototipo está en mantenimiento y reparación y después se va a reinstalar

en su lugar de origen. Los datos del prototipo están resumidos en las especificaciones técnicas

6.9.1.

Para el verano de 2009 WaveDragon está planeando un prototipo pre-comercial de 4-7 [MW] en

la costa del suroeste de Gales.


6.9 Wavedragon

Figura 6.46: Instalación del Prototipo en Dinamarca [fuente: Technische Universität München]

6.9.4 Resistencia

WaveDragon no va a tener muchos problemas en olas grandes ya que pueden desbordar el

dispositivo sin causar daño, lo que fue probado en varios ensayos. El dispositivo tiene solamente

una parte móvil, las turbinas, pero las turbinas capellanes usadas en WaveDragon tienen una gran

fiabilidad. Además, si falla una turbina, todavía pueden seguir las otras turbinas generando

energía. Hay que preparar las armaduras contra la corrosión, un gran peligro en aguas saladas, y

las turbinas con un recubrimiento no toxico contra vegetación marina.

En 2005, durante una tormenta centenaria, rompió el anclaje y el dispositivo fue arrastrado a la

playa. Pero al fin, este último, no fue tan dañado y se pudo arreglar y modificar dentro de unos

meses. Todas las turbinas fueron revisadas antes de la reinstalación y se pudo resolver el

problema del anclaje, que era solamente un error de material. Además habían problemas con los

grandes brazos de reflexión, lo que resolvieron con una modificación de la estructura.


6.9 Wavedragon

Figura 6.47: Prototipo en Dinamarca [fuente: Earth-vision.biz, publicado en http://www.wavedragon.net]

6.9.5 Rendimiento

En comparación con su gran tamaño, WaveDragon aprovecha la energía de las olas relativamente

ineficiente a causa de las pérdidas de energía en la entrada. Sin embargo tiene un ancho de banda

muy grande y además posee de un sistema para ajustarse a las condiciones del mar. Como está

construido encima de unas cámaras de aire, se puede adaptar su propia altura a la de las olas para

mejorar su rendimiento.

Un campo de WaveDragon de siete dispositivos, tiene un largo frente a las olas de 3,9 [km] y

necesita 3,2 [km²] de espacio. Así la energía producida en relación con el uso del mar son 15,3

[MW/km²].

Figura 6.48: Campo de Wavedragon [fuente: Wavedragon]


6.9 Wavedragon


WaveDragon posee de una plataforma muy grande para realizar trabajos de operación y

mantenimiento, en donde se puede atracar a la sombra de olas detrás del dispositivo. Así no es

necesario desmontar todo el dispositivo para realizar reparaciones. Además a causa de que es un

dispositivo bastante grande quedaría también la posibilidad de alcanzarlo con un helicóptero en el

caso de una tormenta grave.

Para encontrar fallas y apoyar el proceso de operación y mantenimiento WaveDragon utiliza un

sistema de supervisión tele control.

Figura 6.49: Plataforma del prototipo [fuente: Wavedragon]

6.9.7 Costo

A largo plazo WaveDragon ha estimado los costos de energía a 0,052 [Euros/kWh] para olas de

24 [kW/m] y a 0.04 [kW/h] para 36 [kW/m]. Un objetivo del prototipo pre-comercial es

documentar estas estimaciones.

Según el estudio de EPRI de 2004, un dispositivo de 4MW va a costar entre 10 y 12 millones de

dolares, sin los costos de anclaje y la conexión electrónica.


6.9 Wavedragon


Impacto biológicoLos efectos más graves al impacto medioambiental son los cambios del régimen hiodrodinámico

del mar atrás del dispositivo a causa de que WaveDragon extrae energía de las olas. Según

WaveDragon, se estima que las olas son entre 37 y 22% menor atrás del dispositivo que adelante.

Estos cambios pueden provocar impactos a los procesos de erosión y sedimentación de la costa y

afectar a los habitantes marinos. Para evaluar la gravedad de estos cambios, hay que realizar

estudios hiodrodinámicos en cada emplazamiento planeado.

Para evitar que peces entren en las turbinas, se ha instalado una tela de protección conocida de la

generación hidráulica convencional. Sin embargo van a entrar peces que son más pequeños que

las aberturas de la tela, por eso se ha elegido una turbina muy lenta con hélices de 300 rpm.

No existe el peligro de la salida de aceites hidráulicos ya que todos fueron reemplazados por

hidráulicos de agua.

El “Project Management Support Services” (PMSS) ha desarrollado en 2005 una estimación del

impacto ambiental para el prototipo pre-comercial.

Impacto visual La altura máxima sobre el nivel del mar son 7 metros, así el impacto visual desde la costa no es

bastante grave.


6.10 Waveroller

6.10 Waveroller

Figura 6.50: Waveroller [fuente: AW-Energy]


Nombre del dispositivo WaveRollerCompañía AW Energy

E-mail [email protected] http://www.aw-energy.com

Tipo de sistema Conversión oscilante de la presión de las olas Tamaño Waveroller #1: 3,5 a 4,5 a 6,0 [m]Peso 20 [t]Profundidad del agua 10-15 [m]Energía producida 10-15 [kW]

Tabla 6.13: Especificaciones técnicas de WaveRoller


6.10 Waveroller


WaveRoller es un plato anclado al suelo, funcionando como un dispositivo de conversión

oscilante instalado en aguas bajas, donde el movimiento circular se transforma a un movimiento

elíptico hasta que en el fondo del mar las partículas de agua se desplazan solamente hacia

adelante y hacia atrás. Este movimiento horizontal mueve el plato y la energía cinética producida

se colecta en una bomba de pistón generando presión hidráulica, lo que se puede transformar en

electricidad mediante un generador hidráulico.

Un dispositivo produce poca energía (10-15 [kW]), por eso WaveRoller funciona en un concepto

modular, donde se conectan varios módulos en un campo para obtener la energía requerida. Cada

módulo puede consistir de tres hasta cinco platos incluyendo un sistema de generación de

energía. Para generar 1 [MW] se van a necesitar más o menos 22 módulos de tres platos.

Figura 6.51: Funcionamiento de Waveroller [fuente: AW-Energy]

Fundación / Anclaje El plato de WaveRoller está anclado a una plataforma de hormigón mediante una construcción de

acero, que está también conectado a la bomba del pistón.

Figura 6.52: Anclaje de Waveroller #1 [fuente: AW-Energy]


6.10 Waveroller


Hasta ahora existen tres prototipos instalados. Dos fueron construidos en 2005, uno en el océano

pacífico en Salinas en Ecuador y otro en el océano atlántico en Orkney, Escocia. Estos prototipos

tuvieron la escala 1:3 generando 10-13 [kW] de energía.

Figura 6.53:Prototipo en Orkney [fuente: AW-Energy]

El primer dispositivo, WaveRoller #1, de una planta piloto de 1 [MW] fue instalado en abril 2007

en Peniche, Portugal, seguido de un segundo, WaveRoller #2, en 2008. El segundo tiene varias

mejoras en comparación con su antecesor, incluyendo cilindros hidráulicos más potentes. En esta

planta piloto se observan también los movimientos de los sedimentos y los fenómenos del

crecimiento de vegetación marina.

La empresa estima el inicio de la venta comercial a 2010 hasta 2015.

Figura 6.54: Waveroller #1 en Portugal [fuente: AW-Energy]


6.10 Waveroller

6.10.4 Rendimiento

WaveRoller puede producir energía en una gran banda de espectro y tiene una baja fluctuación

por año. El mejor rendimiento se tiene en emplazamientos con olas de períodos largos y un oleaje

muy fuerte, lo que no daña mucho a la estructura del dispositivo ya que WaveRoller trabaja en el

fondo del mar, lejos de la superficie, donde el oleaje es menos destructivo.

Sin embargo, WaveRoller trabaja eficientemente sólo en campos con varios módulos ya que un

dispositivo produce muy poca energía comparado con otros dispositivos y así va a necesitar más

espacio, obteniendo un rendimiento por km² relativamente pequeño.


En esto se encuentra el problema mayor de la empresa, a causa de que WaveRoller es un

dispositivo sumergido, la instalación y el mantenimiento van a ser bastante complicados. Se van a

necesitar buceadores para alcanzarlo. Otra opción para la instalación sería el aislamiento de la

área de construcción mediante muros y drenaje, pero esto significaría mucho más esfuerzo y un

impacto ambiental incalculable.

6.10.6 Costo

El prototipo con un estimado output nominal de 13 [kW] por cada plato cuesta alrededor de 3000

euros por kW instalado. La empresa sigue investigando para bajar los costos y estima para la

versión comercial un costo de 800-1300 euros por kW con un precio de energía de 30-50 Euros

por Mwh.


6.10 Waveroller

Figura 6.55: Comparación de costos de energía [ fuente: AW-Energy]


Impacto biológicoWaveRoller tiene la ventaja de que sigue el movimiento natural del agua, así se estima un

impacto ambiental muy bajo. Sin embargo, la empresa todavía no ha terminado las

investigaciones en este asunto.

Impacto visual WaveRoller está totalmente sumergido al agua, en una profundidad de 10-15 [m], así no tiene

ningún impacto visual y tampoco molestias con los pequeños barcos de pescadores.


7 Resumen y Evaluación


El desarrollo comercial en el sector de energía del oleaje se encuentra todavía en una etapa muy

preliminar y aún no se ha destacado ningún dispositivo en especial. Para este estudio se ha tratado

de seleccionar objetivamente los dispositivos más prometedores con un mayor grado de

desarrollo.

En el estado de la investigación actual, una comparación entre ellos es muy difícil ya que la

mayor parte del desarrollo todavía está basado en suposiciones, que se deben comprobar en el

futuro. Especialmente aspectos como los costos, el impacto ambiental o la resistencia carecen de

suficiente experiencia para ya hacer manifestaciones. Además hay que mencionar, que la cantidad

y la calidad de la información encontrada fluctúa mucho entre los diferentes dispositivos, por lo

que una comparación directa es muy difícil.

Bajo el aspecto del estado de desarrollo, hasta ahora se han destacado dos dispositivos que ya

lograron la comercialización. Pelamis, el primer dispositivo comercial y Powerbuoy, con su

proyecto comercial en la costa del norte de España.

En el estudio de EPRI de 2004 se declaró a Pelamis como el sistema que constituye la forma más

madura de obtención de energía de las olas y en 2005 se añadió que ArchimedesWaveSwings,

Oceanlinx, WaveDragon y Powerbuoy también están cerca a alcanzar este estatus.

Para eligir un dispositivo para la costa chilena hay que hacer un estudio especial para cada

emplazamiento, porque la potencia generada por diversos dispositivos varía mucho en un mismo

sitio. Además, se logra un funcionamiento óptimo de algunos dispositivos, como AWS, Orecon o

WaveBob solamente ajustando el diseño al período de las olas en el sitio elegido, un asunto fácil en

Chile, a causa de que no existen grandes cambios en el oleaje durante el año.

Según Hugo Acuña y Patricio Monárdez otro aspecto importante de la costa chilena son los efectos

del incrustamiento marino, ya que el Mar Chileno se caracteriza por la abundante proliferación de

moluscos y otras especies que se incrustan en las estructuras marinas. Esto puede provocar grandes

problemas en las partes móviles de los dispositivos, por lo que se debe tener ojo a los dispositivos que



generan energía directamente con el agua del mar, como Seadog o Wavedragon o dispositivos que

tienen los partes móviles en contacto directo con el agua, como Waveroller.

Además, hay que distinguir entre dispositivos como Aquabuoy o Powerbuoy que son para

condiciones moderadas del oleaje, lo que se encuentra más al norte del país, y dispositivos como

WaveRoler, WaveDragon, WaveBob o AWS que necesitan para trabajar suficientemente efectivo

un oleaje fuerte como en el sur y la zona central de Chile.

Para realizar una instalación en concreto, HidroChile tiene que observar muy bien el mercado de

dispositivos en los próximos años, ya que la tecnología para la generación de energía del oleaje se

desarrolla cada día más y ya en el próximo año se podría ampliar el mercado comercial por varios

dispositivos. Por ejemplo AWS, Orecon, Seadog, WaveDragon y WaveBob ya anunciaron su

comercialización para 2010 y Oceanlinx ya tiene un contrato de distribución con una empresa de

suministro de energía para uno de sus prototipos.

También se aprovecha de los desarrollos de la tecnología de la industria de gas y de petroleo

fuera de la costa, por ejemplo en asuntos de anclaje o de la transmisión de la energía a la costa

mediante cables submarinos.

El desarrollo de la tecnología en los próximos años va a destacar la eficiencia de los dispositivos

y va a enseñar si la energía de oleaje será una limpia y económica alternativa a las energías

convencionales no renovables. Además se espera que cuando se optimice la tecnología y se

empiece a producir en masa también se bajarán los costos de esta energía que todavía es bastante

cara. Así el gran potencial de energía del mar podría satisfacer a largo plazo una parte de las

enormes necesidades futuras de energía del hombre.


8 Referencias

8 Referencias

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