energia olas

l

...1.I.

1'1.1. lnkoducción y orientaciones para el esludio

11.2. Objetivos

11.3. Origen de la energia de las olas

11.4. Potencial de la energía de las olas

11.5. Tecnologías para aprovechar la energía de las olas

11.5.1. Evolución histórica

11 .5.2. Clasificación de los dispositivos de

caPtaciÓn

11.6. Costes del uso de la energía de las olas

11.7, lmpacto ambiental de ulilizar de la energía de las

olas

11.8. Situación actual de la explotación de la energÍa

de las oias

11.9. Conclusiones

11.10. Bibliografía

11.11. Evaluación

1 1.1 1.1. Ejercicios teóricos

1'1 .11.2. Prueba objetiva

mrt{ra§*m de §m mrc*rgím

d* §ms m§ms

Árticuiacióñ

ffiffili_

W

562 CENTRALES DE ENERGIAS RENOVABLES

il , L lntroducción y orientoción poro el estudioLas olas son ondas superficiales generadas, lundamentalmente, al actuar el viento sobreel agua de los océános. Er viento giobal, como se indicó en er capítulo z, ., .urrooo po,diferencias de presión debidas a diferencias de temperatura en zonas del planeta como resul_tado de la radiación solar, por tanto, ia energía cle las olas procetre der éot, .n .rt. .uso o.lorma terciaria.

La cnergia quc conricnen las oh. dcpentle de I¡ veloiidad del vienru y Llc Ir clisrrnciaque las olas viajan con é1. cuanto roryoi r.u Ia velocidad del viento y ,nai r*g, tl airtun

ffi[::r,* por la ola con el viento soplando sobre ella, mayor será f. .r.rgi."q* .f ,e*

Las olas con mayorenergía se.encuentran en ros grandes océanos, donde el viento sopraininterrurnpidamente y cluranre miles cle kilómerror. ñtu, olas pueden encontrarse ar-nort. ysur del ecuador, entre ras ratitudes 30" y 60". donde los vientoi son bastante fuertes.una vez que ras olas se han fonnacro, continúan viajando con pequeñas pérdidas de ener_gía hasta que alcanzan la costa. cuando se encuentran er zonas oe uila proiunaidad de aguaincrementan su tamaño, aunque tambrén el tamaño y crirección de ras oras se ven afectados

por las caracteísticas de la costa.

Todos los mues contienen olas, sin enrbargo, no todas las olas son económicamenie via_bles de explotar mecliante la extracción de su Inergía.

Fundamentalmente, a paflir de las c¡isis cler petróleo de ros años setenta, se han propues_t0 un gran número de dispositivos para utrlizar la energía cre las oias. se han diseñaá0. mntoaparatos pa¡a ser ubicados en ia o¡illa o cercanos a ell¿olas luera de la costa.

ur urr rd uiur¿ u csrcanos a eüa, como para extraer La energía de las

Los conve¡tidores consisten escnciarmente en dos componentes principales; EI elementoinrerlaz que es accionado cii¡ecramenre por irs olas y el siitem:r ¿. trunrjirion o1 io,.n.i..

Los elementos interfaz son normarme.te de dos trpos principalesr fl,tadores que se on-dulan o se barancean en respllesta a la accrón cle las oras y cámaras de aire, deniro de lascuales la presión varía bien por conLacr, drrecto con ra superficie del agua o pu, .ontu.toindireclo a través de una membrana.

Los sistemas de transmisión cle potencia pueden clasilicarse en tres tipos: los que utilizanalta presión hidráurica, generarmenre aceire; l.s que emplean baja presión hi¿riutica, nur-malmente agua de mar: y los que usan turbinas de^ai¡e. La rnuyo.íu á. .r,0, ,iru*u, ,u.r.ndiseñarse para generar electricirlad, aunque existen algunas propuestas para usar la energíamecánica para desalinizar agua de mar.

En este capítuio se presentan aspcctos básicos respecto crer origen de este tipo de fuenteenergética renovable y sobre su potenctal.

Además, se describen los dit'erentes tipos cle dispositivos que se utilizan pa. aprovecharlas olas en la orilia o en la cercanía de elü i, los aparatos que se sitúan fuera de la costa.

También, se indican aspecros rerativos a ros costes de este tipo de prantas, así como cues_tiones relacionadas con la incidencia que ias instalaciones rle aprove.ira*r.nto o. iu .n.rgl,de las oias pueden tener sobre el meclio ambiente.

Por último, se señala la situación actual de esta tecnología energética.

CAPITULO '1 ]. CENTRALES DE LA ENEBGIA DE LAS OLAS

11,2, ObjetivosA1 ténnino del estudio de este tema, los alumnos deberían:

. Conocer el ongen y potencial de este tipo de luente energótica.

. Estar ai corriente de 1as tecnologías que se suelen proponer para la extracción de la

energía de las oias.

. Tener nociones sobre los cosles asociados a las instalaciones de explotación de la ener-

gía de las olas.

. Diferenciar los efectos positivos y neg;rtivos que las instalaciones de aprovechamiento

de la energía de las olas tienen sobre el medio¿imbiente.

r Reconoce¡ la situación actual de las centrales de aprovechamicnto de energía de las

olas.

I 1,3, Origen de lo energío de los olos

Todo tipo de oscilación en la superficie de agua que sea periódica se le denomina ola.

Las oias de los ocóanos son originadas por diversas causas. Entre estas causas se pueden

señalar el viento, las fuerzas de ¿Ltracción gravitacional que ejercen la Luna y el Sol sobre ias

masas oceánicas, los maremotos, Ias tormentas, etc. Sin embargo, de todas ellas, el viento

constrtuye el agente que genera las olas más comunes y de mayor densidad energética.

Por e110, se suele decir que la energía que poseen las olas del mar son un derivado ter-

ciario de la energía solar, ya que el viento se origina como consecuencla del desigual calen-

tamiento que el sol produce en la superflcie tenestre. y el vrento, al actuar sobre el agua del

ma¡ le transmite energía y la pone en movimiento, produciendo ondulaciones en las capas

superficiales que constituyen el oleaje que se observa en todas las aguas del los océanos y

que goipean las costas de Ios continentes (Tigura 11.1).

En este sentido, se podría concluir que la energía de las olas oceánicas constitule unl

forma de almacenar en la super-ficie de los océanos, con una densidad relativarnente alta, la

energía solar.

Los mecanismos que intervienen en 1a interacción entre el viento y la superficie del mar

son complejos y aún no se explican en su totalidad. En pnncipio, el proceso puede resumirse

de la siguiente forma: cuando el yiento sopla a travás de la superlicie de1 mar las molécuias

de aire interactúan con las moléculas de agua que están en contacto. La fuerza que se genera

entre el aire y e1 agua modiiica la superlicie del océano. dando lugar a pequeños rizos, cono-

cidos como olas de capiluidad. Las olas cie capilaridad dan lugar a una mayor superficie de

contacto, la cual incrementa la fricción entre agua y viento. Ello da lugar a1 crecrmiento de la.

ola que, cuando ha alcanzado un ciefio tamaño, facilita que el viento pueda ejercer una

mayor presión sobre ella con ei consiguiente incremento de la misma.

Si bien desde épocas remotas los naveganles y pescadores han dependido del conoci-

miento del comportamiento del oleaje, las afirmaciones que se realizaron durante el siglo

xvIII respecto a las mismas reflejaban el gran desconocimiento que de ellas se tenía.

563

564

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565

I

CENTRATES DE ENERGiAS RENOVABLES

Figura 11.1. Oleaje. .

En realidad el estudio riguroso de las olas es muy reciente, ya que se inicia después dela Ii Guena Mundial.

En 1925 se pubiicaron las primeras ídeas acerca del proceso de formación de las olas.

En 1957, Phillips y Miles, propusieron las teorías de formación de las olas que actual-mente prevalecen. La teoría de Phillips decía que «las fluctuaciones de presión del vientosobre la superficie del agua produce fluctuaciones en la superficie del agua y es lo que leda la rugosidad». Miles complementó está teoría dicrendo que «las fluctuaciones del aguaproduce fluctuaciones en el aire y que estas fl[ctuaciones se ponen en fase, hacienclo cre-cer más las olas».

En 1967, Hasselmann, añadió un concepto que constituye 1a teoría que actualmente se

acepta. según Hasselmann, las olas interactuaban entre sí y compartían la energía. por

ello, era posible el transporte de energía dentro del espectro entre algunas frecuencia de-terminadas, que explicaba el crecimiento al principio de la formación de las olas.

Actualmente, se han logrado grandes progresos en el estudio de las olas, facilitándosepronósticos útiles que permiten, desde impedir tragedias hasta el aprovechamiento deloleaje como fuente de energía. A ello ha colaborado el diseño de nuevos aparatos, dondese construyen modelos artificiales a escala de las olas; los nuevos métodos de observaciónde las olas mediante el uso de boyas y platalormas flotantes, y el empleo de satélites quepermiten recoger datos en unos 40.000 lugares de la atmósfera y del océano cada día.

Las olas se caractedzan por su longitud de onda, L. altura de onda, H, y el peíoclo, I(Figura 1 1.2).

CAPÍTULO 1 1 . CENTRALES DE LA ENERGIA DE LAS OLAS

Figura 11.2. Características de una onda senoidal pura'

La longitud de onci¿r es la distancia entre dos picos consecutivos; la altura de onda es la

rliferencia"en altura entre un pico y r"rn valle; y el períoclo es el tiempo en segundos que taida

un valie o un pico de la ola en ,á.o.r., ,, longitud de onda. La lrecuencia / de la ola se

deline como einúmero de oscilaciones pico a pico (o valle a valle) de la superficie de 1a ola

p"r r.Ñ¿., visto por un observaclor fijo, y ti el inverso-del período Es decir' f : .1/L La

;;ilil de propftación c de una ola viéne dada por el cociente entre Ia longitud I y el

período I, es decir, c = LlT.

El tamaño de las ülas generadas pol un campo de viento rlepende de tres factores: la

velocidad del viento; e1 tiempo durante el cual éste está soplando, y la distancia o alcance

sobre la cual la energía dei viento se transfiere al océano para formar las olas'

Paraunavelocidadr]adadelviento.laenergíadelaolapuedeestarümitadapor-elalcance o por la duración del mismo. Existe un alcance y duración mínima, para una velo-

ciclacl del viento dada, en que la energía que adquiere el océano se equilibra con la energía

quesepierde,básicamenteporrompimientoclelacrestadelaola,obteniéndoseloquese,i.no*ir. un océano en completodesarrollo. Es decir, las olas no crecen indefinida-

mente aunque aumente el alcance o tiempo que sopie el viento, sino que la altura cle las

n irmus ulán, un equitibrio. A este oleaje bajo la acción del viento es 1o q,e se llama

mar de viento.

El conocimiento clel espectro de las olas es muy importante en el diseño de estructu¡as

costeras y de agua profuncla, como barcos, plataformas petroleras' marinas' rompeolas'

clispositivos deiaptición de energía del oteaje, etc., cuya respuesta a las distintas condi-

ciones de oleaje deben ser bien estudiados.

EnlaFigurall.Ssemuestraelespectrodeenergíaparaunocéanoencompletodesa-,rotto p.ru íif.r.n,., velocidacles del viento. Puecle observarse que el tamaño y posición

clel pico del espectro varía conforme varía 1a velocidad del viento. Cuanto menor es la

velocidad ,r.nól: ., la altura cle ola y más alta su f¡ecuencia o más bajo su peíodo.

En realidad el océano no so compone de ondas senoidales puras como se han represen-

taclo en la Flgura 11.2, sino más bien son una superposición de muchas de e1las, cuya super-

ficie puede sier reconstruida como suma de ondai de ampliturl variable, llamada análisis es'

pectral.

566CENIBALES DE ENEBGIAS BENOVAdLES

,u¡ u,]{J 0,15 0,20 0,25

,t t"fu"n''u t'""'

,502010speriodo (sg)

Figura i1.3: Espectro dg ene¡gn de un océano en.c;mpreto desarroilo.

^^- lor on'3' un estado típico del mar se compone de una superposición ,e on,as, cada ondacon caracteísticas propias, es d¡ci1, su propia'velocid.l, p.,i.a., altura de onda, y dirección(Figura 11'4) Es la combinación de esias .,,au. ro q* ,5 obse¡va cuando se mira ra suoe¡-ficie del mar' La envolvente dc estas olas via¡a a una velociau¿ air,ir,u de la velocidad de l¿rsondas individuales, y se la dertonuna velocidad de grupo, c8'

+10

+5

0

-5-1

Olas de 5 m de alto y 60 m de largo vin¡endo desde el noroeste

ooooo

.qooc

Lll

flOlas de '10 m de alto y.100 m de largo v¡niendo del oeste_suroesieSuperficie del océano como resultado de la interferencia del sistema de ondasrufl;i :.s,i664, ¿i-lnq.siiá.ú¡riliádótññ¿,i,,1iai.:;

Las olas situadas dentro o cerca de las áreas donde fueron generadas se denominan oras

:::ff:fjfl ,".?tl;il.:: ma r i negu r ar ) *;;ñ si;.mba rgo ras or as pueden vi ajar

,"ror.iro, üip;il íffi :t::rdidas energéticas para produe ir grandes otás. a mires d¿

minrdas zonas del mar con ,r;.il*lTi,i;jor rank). es posibte que exisran ol^ .n ¿.,.",

Figura 1 L5. GeneraciÓn de un tsunaml

cRpÍruLo .l l. crurRnrEs DE LA ENERG|A DE LAS oLAs 567

por ejemplo, se considera que el oleaje que llega a la costa occidental de Marruecos

surge en la región de 1as islas Azores. Allí, por la accrón de los vientos de gran intensidad

y duración, se forman enormes olas que sacuden la masa líquida y propagan la ondulación

iesultante a enormes distancias y a una velocidad conside¡able. Se ha calculado que una

ola inicial de 150 met¡os de longitud tarda 30 horas en ir de las Azores a lvlamrecos.

Existen olas onginadas por perturbaciones sísmicas submarinas, como deslizamientos,

que producen una onda solitaria de pequeña amplitud (centímetros), pero de gran longinrd

lcientos Oe kiIómetros). En alta mar estas ondas son ptácticamente lnobservables visual-

mente desde embarcaciones o aviones; y se propagan a gran velocidad (cientos de kilóme-

trosT/hora). sus peíodos son de 15 a 60 minutos, cuando estas olas llegan y chocan con el

litoral, invaden más allá de 1a costa, provocando destrucciones considerables. A este fenó-

meno se le conocía como ola de marea o marejada alta, pero actualmente los estudiosos

lo designan con el término japonés de tsunami (de lsu: 'puerto', y nami 'ola')'

En el desanollo de un tsunarni, desde su aparición' se distinguen tres etapas:

, Formación de la onda debido a [a causa inicial, y a su propagación cerca de la fuente.

. Propagación libre de la onda en el océano abierto, a grandes profundidades"

. Propagación de la onda en la región de la plataforma continental, doride, como re-

sultadó de la menor profundidad del agua, tiene lugar una gran delormación del

perfil de la onda, hasta su rompimiento e inundación sobre 1a playa'

Al acercarse las ondas de los tsunamis a la costa, debido a la menor profundidad del

fondo marino, dismiüuye su velocidad y se acoftan sus longitudes de onda. como conse-

cuencia, su energía se concentra, aumentando sus alturas en varias decenas de metros,

pudiendo adquirii las olas resultantes ca¡acterísticas destructivas al llegar a la costa (Fi-

gura 1 1.5). PuebloS enteros de pescadores han desaparecido frecuentemente a consecuen-

Iia de algún tsunami, sin que 1os hombres que se encontraban pescando o navegando en

alta ma¡ notaran el paso de la tenible marea bajo las quillas de sus barcos'

568 CENTRALES DE ENERG]AS RENOVABLES

Los tsunamis no guardan relación a.lguna con ias mareas o las tempestades y se producensiempre en ciertas zonas dei océano, principaimente en el pacífico, po, ,", ár,u iu ogiondonde se presentan los tenemotos marinos. Las mayores concentraciones están bien deÉni-das: América del sur y centrai, Alaska, isras Areutianas, península de Kamchatka, islas ku-nles y el Pacífico sur.este. El proceso es siempre el mismo: en algún rugar del grun o.éonose origina un maremoto y. por causa del fuerle temblor que sacude el ionao, üs aguas seretiran provisionalmente cle las costas, para volver, poco después, en forma de una gian ola.

,. A po,jil de 1596 Japón ha sido víctima en 15 ocasiones de los rsunanis. Er de 1g96,llamado del centenario, causó ra muerte de 27.122 personas. Er tsunami que se produ.lo porla explosión del volcán Krakatoa, con olas de 40 metros de altura, devastó las .ort., .l. ¡uuoy sumatra. Los tsunamis que se produjeron por la exprosión clel volcán Krakat,a en ras rn-dias orientales, en 1883, y cuyas olas, que reconieron el mundo, fueron captadas hasta porlos mareógrafbs del canai de la vlancha. Hawaií fue víctima de estos tsunamis u ondas demarea er 1946 y 1957, por efectos de tenemotos en la fosa de las islas Aleutianas, distanremás de 3.200 kms do esre archipiélago. En aquella ocasión, la bahía de Kaweia se hundió yfallecieron I JQ personrr.

La ola más alta, originada por un tsunami, de las que se tiene notícia fue una de 70 nre,tros, registrad& en cabo Aopatka, en la península de Kamchatka (siberia), en er año de 1737.

El te*emoto submarino del 26 cre diciembre de 2004, conociclo por la comunidad cien_tíflca como el terremoto de sumatra-Andamarl,y cuyoepicentro estuvo rocalizado en la cos-ta del oeste de sumatra (rndonesia), onginó un tsunanu (conocido en Ios medios intcr-nacionales como el Tsunami asiático) que devastó ras costas de Indonesia, de sri Lanka,de la Indra, de Tailandia y de otros países con olas que llegaron a ros 30 m (Figuru l r.b).

CAP¡TULO 1 i . CENTRATES DE LA ENERGíA DE LAS OLAS 569

El nírmero de pérdidas humanas ascendió a229.866, incluyendo 186.983 muer-tos y 42.883

personas desaparecidas.

Una vez que las olas se alejan del área de generación, sus crestas son más lisas y menoscaóticas. A este oleaje se le llama marejada de fondo. Estas olas se dispersan sobre la su-

periicie oceánica con muy poca pérdida de energía (interacción entre ondas y fricción concon'ientes marinas), aunque pierden altura, fundamentalmente por dispersión angular (Figu,ra 11.7).

Area de oeneracton

Figura 1 1.7. .Alcance y marejada de fondo.

Una ola oceánica en aguas profundas aparenta un imponente objeto en movímiento (una

cresta de agua que viaja a través de la superlicic del mu). Pero para entender la energía riel

oleaje es importante darse cuenta que esto no es así. Una ola oceánica es el movimienlo de

energía, pero e1 agtía no se está moviendo de foma similar. En el océano, donde las olas

mueven ia super{icie del agua arriba y abajo, el agua no se está moviendo hacia la orilla. En

reaüdad su comportarniento es similar al de una soga que hacemos oscila¡. Por tanto, una o1a

oceánica no ropresenta un ilujo de agua. Una ola representa un flujo o movimiento de ener-

gía desde su origen hasta su eventual rotura, la cual puede ocurrir en medio del océano o

contra la costa.

Debido a que las tbrmas en que se presentan las olas en los mares son muy diversas,

se ha acioptado una clasificación internacional de las mismas (Tabla 1i.1), creada por el

vicealmirante inglés sir Perey Douglas (1876-1939).

La dirección de tas olas que viajan en aguas profundas vicne fijada por Ia dirección del

viento que las generó. Por tanto, en una zona dadi puetlen llegar olas procedentes de rlistrn

tos lugares y diferentes direcciones. Como es de esperar, las olas resultantes son conrplclas'

El perlil de la superficie de 1os océanos vtene generado por Irs ohs.5l¡ smhrt.utr',es

necesano entender la naturaleza de 1a parte sumergida de hs olas, si se deseln drsen¡r dls-

positivos que capturen su energía.Figura 11:6..: Tsunami asiáiícó dei 2004

TreL¡ 1 t.1 Clasificación del mar en función de la altura de las olas.

570 CENTRALES DE ENERGiAS RENOVABLES CAPÍTULO 1 .I,

CENTRALES DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS

Las olas de los océanos están constituidas por moléculas de agua que se mueven fbr-mando círculos. En ia superficie del agua, en zonas profundas, los movimientos son delmismo tamaño que la altura de la o1a, pero estos movimientos disminuyen exponencialmenteen tamaño al descender debajo de la superficie.

En una cuerda la generación de una onda hace que el movimiento de las partículas enel medio material en la cual se propaga, sea hacia abajo y hacia arriba, en tanto que laonda se traslada solo longitudinalmente (hacia la izquierda en la Figura 11.8).

El comportamiento de 1as oias depende en gran medida de 1a relación que existe entre eltamaño de las olas y la profundidad de1 agua donde ésta se está moviendo. E1 movimiento delas moléculas de agua cambia de forma circular a elipsoidal cuando una o1a l1ega a la costa yla profundidad de1 agua disminuye el movimiento es más horizontal (Figura 11.9).

Dirección de las olas

La velocrdad c de las olas en aguas poco profundas depende de la profundidad

g = J Sn),por tanto, th porción de la ola que está viajando sumergida, viaja mas rápido.

Realmente ia velocidad de grupo en agua profunda es menor que la velocidad de 1as

componentes que la forman. Es decir, la envolvente siempre va rezagada con respecto de

Ias ondas rndjviduales. Por eso se dice que las ondas en el agua proiunda viajan por pa-

quetes de energía. En agua somera o poco profunda la velocidad de grupo se hace igual a

la velocidad de fase de la onda, es decir, c, : c.

Esto origina que 1as olas vayan cambiando gradualmente su velocidad de propagación y

su dirección conforme se aproximan a ia costa. A este comportamiento se le denomina re-

fracción de olas.

Generalmente, la altura H de Ia ola en el océano es mucho menor que su longitud L.

Por tanto. la teoría que describe el movimiento de una ola se simplifica. pudiéndose ex-

presar la velocidad de propagación de 1a onda c, de 1a siguiente forma:

0

1

2

4

5

6

7

Io

Calma

Hrzada

Marejadilla

Marejada

Marejada fuerte

Mar gruesa

Mar muy gruesa

Arbolada

Montañosa

Enorme

0

0-0,1

0,1-0,5

0,5-1,25

1,25-2,5

2,5-4,0

4,0-

6,0-9,0

9,0-14,0

Mayor que 1 4

I\ t7qr\ ¡ / I

l\ './r.vfr

I -,'? ,r:So.nnntrn¡ ( 1 1.1)

donde: .. ,,

k = hlL,es el denonunado número de onda; á la profundidad del agua; L 1a longitud de

onda; g la aceleración de la gravedad y tanh la tangente hiperbólica.Figura 1 1.8. Generación de una onda en una cuerda

572 CENTRALES DE ENEñGíAS RENOVABLES CAPíTULO 1 1 . CENTRALES DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS 573

._- Frente de olas

- Ortogonales

' ' ' - ' Profundidades

Figura 1 1.1 1. Divergenc¡a y converqencia de las o{as en la costa.

Cuanclo las líneas trazadas sejuntan están indicando la convergencia de energía de 1a ola(aurnento de altura H). Es como si el frente de las olas se comprimiera, lo cual implicaríaaumenttu su altura. Mientras que una separación de las líneas t¡azadas peryendicularmente al

frente de olas indica divergencia de energía (menor altura ÉQ, y sería equivalente a que el

frente de ola se alargase.

Según las olas se van aproximando a la playa. su velocidad de avance y su longituti de

onda disminuyen, y su altura aumenta hasta que la velocidad de las partículas del lluido ex-

cede la velocidad de avance de la ola (velocidad de fase), y 1a ola se hace inestable y ronipe(Figura 11.12). Esta situación se produce cuando la relación entre Ia altura de onda fl y laprofundidad de1 agua ñ es aproximadamente igual a 0,78.

si se trata de una zona de agua profuncra, es decir, ra razcjn entre la profundidad ft y r¡longitud.de onda r es mayor que 0,5, el término fr,h es muylranae, por tanio. la tanh r¿¿,es aproximadamenre la unrdad, y la expresión de la velocidád"d. t,;p;;;.;;;;:ffiJJ:l

,=l{k y c=gTl2n (112)

,: l,?, (1 1.3)

De la úrtima ecuación se desprende que viajan más rápido aquelras olas que denenmayor período. Por esto, ras olas de agua profunáa se llaman olas dispersivas. Esro nr¡i"re decrr que, cuando se genera una rormenra, siempre van

^l i;;;,; ü;;ii;, .," ..1'',J,peúodos 7 mayores. son los primeras en alcanzar'las costas, aunque no necesariamente

las de mayor energía.

Si se trata de una zona de aguas con poca profundidad (también denominadas aguassorneras), es decír, cuando la ¡azón entre Ia profunclidad i y la longitu. ..1. ;;il?;;menor que 0,05, el rdrmino t/r es muy pequeño, enrones la velácidad d; pr.p^g;,;; ;,;_de expresarse por:

Puede observarse en este ecuación que ra verocidad de las oras es función de ra pro_

19t9* , por la cual vujan. A mayor profundidua *uyor r.lo.iclad. Esto riene una granlmportancia en ras transformaciones que ras olas sufren conforme se ,pr.^ir.; ^i;;;;;,denominada reftacción de olas.

En.las zonas intermedias, es decir, cuando el agua no es ni profunda ni somera. la

:;ii:i.rl t* describe la velocidad de fase de ta o"naa no se p;J;;;i;f i;,;;:

Función Agua profunda lntermedia

Y"1:lehl-

Velocidad

de fase, C

0:T2n

fñ t1l

l¡tan,lti,lt] '

Limites deaplicación

IV

I

I

' lh 1th l->-1-,'-;.iL 21,

.É-.-aa

Figura 11.10. Ecuaciones que describen ra verocidad de fase de una ola

flár

{il:tta1i.

j:I'¡,

',a;

1É:

i:

i,il

Figura 11.12. Esquema conceptuaLdel rompirniento de las olas en la costá.

Este cambio de dirección se puede analiza¡ trazando ríneas perpendicurares ar frente deola como se muestra en la Figura 11.11.

CENTBALES DE ENERGÍAS RENOVAELES

El rompimiento de las olas en Ia costa puede ser distinto, y está relacionado con lapendiente del fondo del agua en las que ellas viajan. son conocidos tres trpos de rompi-miento de las olas denominados de tubo, surcado y disperso.

Las comentes de resaca se forman en las playas con pendiente, al regresa-t el agua almar, a veces con gran velocidad, después que las olas hayan roto y ascendido por dichapendiente.

otro fenómeno que puede producirse cuando las olas llegan a Ia costa es el de reflexión.Este se produce cuando la ola choca contra un obstáculo o barrera vefiical; la ola se reflcjrcon muy poca pérdida de energía. Si el tren de ondas es regular, la suma de las onilasincidente y reflejada origina una ola estacionaria, en la que se anulan mutuamente los mo-vimientos horizontales de las partículas debidas a las ondas incidentes y reflejaclas, perma-neciendo solo el movimiento vefiical de altu¡a doble y, por lo tanto, de energía doble a laincidente. La resultante será la supeqrosjción de las dos olas, incidente y reflejada (Fi-gura 11.13).

En condiciones ideales la energía de la onda estacionaria resultante es dos veces la tle |aonda incidente, fenómeno que puede ser utilizado en [a conversión del oleaje. si el oleajefuese inegular, la reflexión sería totalmente distinta.

También, en el caso de una banera puede producirse el fenómeno denominado de di-fracción. Este consiste en la dispersión de la energía de1 oleaje a sotavento tje una banera, elcual permite la aparición de pequeños sistemas de olas en aguas protegidas por un obstácu1o(Figura 11.14).

cuando la ola traspasa la banera, el frente de olas adopta una forma curva, entrando enuna zona de calma por detrás de la banera. disminuyendo su altura fl en esa zona, mientrasque la velocidad y 1a longitud I de la ola no se modiflcan.

CAPíTULO '1

1 . CENTRALES DE LA ENEBGÍA DE LAS OLAS

§o6o!6

oO

Linea de sombra geornetflca

i¡_ Olas no modificadas

Figura 11.14.' Fenómeno de difracción.

La altura de la ola en la zona de difracción es función del ángulo de1 oleaje incidente con

respecto a Ia barera, de la longitud de la banera, de la profundidad del agua y de la posición

del punkr en cuestión en ]a zona de difracción. E1 fenórneno de la difracción se puede apro-

vecltar para el control y concentración del oleaje.

En definitiva, las olas oceánicas son. esencialmente, como ya se ha mencionado, movi-

mientos de encrgía. Esta energía es de dos tipos:

l. Las molóculas individuales de agua se están moviendo constantemente en una forma

circular, y esta inergía -energía

cinética- puede ser utilizada en diferentes clases

cle aparatos de conversión de energía det oleaie, bien directamente vía alguna clase

de hélice o indirectamente mediante dispositivos compuestos por columnas oscilan-

tes de agua.

En su movimiento ci¡cu1ar las molécu1as individuales de agua son elevadas encima

cle la línea inmóvii de la superficie del agua y entonces representa una energía po-

tencial.

1 ,4. Potenciol de lo energio de los oios

La energía de las olas oceánicas es enonne. Incluso, 1a fracción de la energía que es

potencialmentc explotable es muy grande comparada con el consumo actual de electricidad

en el mundo.

El aprovechamiento de la energía de las olas se encuentra limitado a 1as zonas costelas o

a sitios cercanos, por 1o que su explotación está restnngida. Se han realizado diversos es-

tudios con e1 propósito de estimar el potencial mundial, estimándose que 1a potencia mundial

es de aproximadamenie 2 TW y la energía anual generable de 17.500 TWh/año' E1 límite

explotable de este recurso probablemente Se encuentle en el rango del 107o al257o.Porlan'

to, la energía de las olas puede contribuir significativamente a la satisfacción de la demanda

de energía, pero no es una Panacea.

La energía que una ola adquiere depende, básicamente, de la intensidad del viento que

sopla sobre ia superficie dei océano, del tiempo en que el viento está soplando y del alcance

o superficre sobre la cual sopla e1 mismo.

575574

576 CENTRALES DE ENERGIAS RENOVABLES CAPÍTULO 1 1. CENTRATES DE LA ENERGíA DE LAS OLAS

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Ff¡iti!s{:{i.Ta'a,g

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. .La potencia P, en kw por metro de ancho de ora, contenida en una ola oceánica ideariza_dr ronda senoidar de ampritud consranre y perÍodo y rongirud de ondr bien de'r,¿.rl pr.¡.expresarse según la sigLriente ecuación:

i oH:T,:; [kw/m] (11.11

577

Figura 11.16.' Dispositivo dé medidáde las característ¡cas del oleaje

FIGURA 11.17. Satélite utilizado para medir las características del oleaje.

Con los datos recopilados es posible calcular lo que los oceanógrafos denominan la altu-ra significativa de las olas 11, (Figura 11.18), la cual se define como la altura promedio de

la tercera parte de las olas más altas en un registro, y el período energético o período de

nivel cero I", como el período de tiempo que ftanscuffe entre valores sucesivos del paso de

una ola dos veces consecutivas por una 1ínea imaginaria situada a la mitad de distancia entre

una cresta y un valle.

En la Figu^ra I1.r5 se representa.la enelgía de la ola, que es proporcional a su artura a1cuad.ado, en tunción de ra frecuencia 1o peiíocro: qr..r.t inueisoie ro rr..u*.u.i. ari-mismo, se indica en una fila la causa gen^eradora piincipal de este disturbio y en la segun-da la fuerza principal que disipa o *ódifi.u .t ^ouin

Lnto ondurarorio.

Período de ondaSegundos

o!coo!o

.9

.oooco6¿z

0,1

-+r12 24

Figura 11..l5. Nivel energético del oleaje.

. EI pico de máxima energía,está entre los 4 y 12 s,que conesponden a las oras genera-das por el viento. Esto quiere decir qLre la mayáría ¿e üs otas en el océano rienen enersíaalrededo. de esos períodos. obsérveie los picás ¿. orau, J. ,u,.; üi;;jffir, ;i.radas por la Lrrna y el Sol.

, según la-Ecuación (l 1.4) la potencia contenida en una ora es proporcional al cuadrado dela amplitud H y al período der movimiento r. Las olas conpeíodos largos (entre 7 s y 10 gy grandes amplirudes (del orden de 2 m) tienen un flujo de energía que normalmente excedede los 40-50 kW por metro de ancho.

La potencia totar en cada metro de frente de ora der mar irregular es la suma de ras oo_tencias de todos sus componentes. Evidentemente..r;*po"urJ*.au ao"',rr.,.,*i ,perí.odos de ondas independientemente, por tanto, para estimar ra potencia totar se utiriza unamedia.

,. utilizando dispositivos de medida de ras características de ras olas (Figura 1 1. 16) o saté_lites (Figura 11.17) es posible recoger Ia variación del nivel a. r.,rp..ri.?. i.i*,i;;r-,.un detenninado período.

578 CENTRALES DE ENERGiAS RENOVABLES

Figura 1 .l..l8. '

Attura significativá de las olas.

Por tanto, en un nlar inegular típico, la potencia media total, en kW/m, venclrá dada por:

P, = o,49HlT" (1 1.5)

Como la mayoría de las fuentes renovables de energía, la energía cie las olas se encuentradistribuida en el globo tenáqueo de lorma desigual.

Las zonas del mundo sujetas a vientos regulares son las que disponen de mayores poten-ciales energéticos que pueden extraerse de las olas. Así, la actividacl de la olas ,. u. in.,.-mentada entre las latitudes de 30" y 60o en ambos hemisferios, inducidas por los vientosalisios predomlnantes que soplan en estas regiones. Los vientos procedentás de1 goltb cleMéjico, que soplan con una dirección predominante del noreste, cruzan el Atlántico y tienenvarios miles de kilómetros para transferir energía al océano Atlántico. Estos vientos creangrandes olas que llegan a las líneas de costa de Europa.

En 1a Figura 1 1.19 se muestra una distribución global de la energía de las olas en kw pormetro de ancho de ola, en varios lugares del mundo.

Para capturar la máxima energía de una ola los aparatos deberían diseñarse para intercep-tar completamente los movimientos de las partículas de agua, es decir, deberíán capturar laenergía de todos los movimientos circulares de la ola, desde la superficie hasta las profundidades (Figura 1i.19). sin embargo, ya que las órbitas más profunclas y pequeñas contienenpoca energía no resulta viable, desde el punto de vista técnico y económico, tratar do captar,las todas.

A la hora de decidir cuánto debe introducirse, debajo de la superficie del mar, un disposi-tivo de captación de energía del oleaje, ha de tenerse presente qte el 95va de la energia deuna ola se encuentra entre la franja comprendida entre la superficie y una profundidad cle uncuafto de la longitud de onda L (Figura 1 1.20).

Existen pocos lugares en el mundo donde la 1ínea de costa está constituida de acantriadosbañados por aguas profundas. Estos lugares son los más apropiados para instalar dispositivosde captación de 1a energía del oleaje, ya que las olas incidentes contienen gran cantidad deenergía. sin embargo, en la mayoría de las zonas costeras de1 mundo las aguas son pocoprotundas.

CAPÍTULO 'I 1. CENTRALES DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS 579

Las olas cuando se acercan a aguas poco profundas van perdiendo gradualmcnte su po-

tencia. Eilo se debe a la fricción que se produce entre 1as partículas de agua más profundas y

el fondo del mar, siendo el efecto más significativo cuando la profundidad de1 agua es menos

de un cuarto de la longitud de ola (Figura 11.12). Esta pérdida de potencia es muy impor'tante ya que reduce la cantidad de energía útil que puede extraerse del oleaje.

Notmalmente, olas con una densidad de potencia de 50 kW/m, en aguas profundas, pue-

den reducir su densidad a 20 kW/m, o menos, cuando están más cerca de la costa, en aguas

poco profundas, dependiendo de la distancia recorrida en aguas poco profundas y de la rugo-

sidad del fondo del mar. Por otro lado, las olas originadas por tormentas también se atenúan

y por consiguiente es menos probable que destruyan los aparatos instalados en la linea

de costa.

Eo.42Ioo

o

ü¿:Z

-4

i

:: Energía en kW por metro de ancho de ola.

Figura.f 1,20.::i F.¡á¡ja lo¡d.q'sé;elcyel-1t'ra el,9579 de la gnergía dela olá

581580 CENTBALES DE ENERGiAS RENOVABLES CAPíTULO ] 1, CENTRALES DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS

il

Hay otro mecanismo que interviene en la pérdida de potencia de las olas cuando ésrasllegan a la playa. Las olas se rompen, se vuelven tu¡bulentas y disipan energía. Estas olasson apropiadas para actividades deportivas y de ocio, tales como saryfng (Figuia 1 1.2 I ), ps¡opueden ser muy dañinas para las estructuras de los aparatos que se instalen p*u .upiu, ,,.,energía. Hay que tener en cuenta que los aparatos de captación deben ser dismados no solopara que funcionen conectamente en las ta¡eas de conversión energética a un coste apropia_do, sino que también deben ser capaces de soportar 1as cargas más extremas qr. produ*unlas o1as, lo cual puede elevar de foma notable los costes de inversión de la initalación.

,5, Tec,nologíos poro aprovechor lo energíode los olos

I I ,5,1, Evolución histórico

La idea de aprovechar la energía del oleaje es bastante antigua. En el Pacífico, la gentetiene una larga tradición en el uso de tablas, doncle las olas han siclo usadas como «propul-sores» (Figura 11.21).

La primera patente de un dispositivo de aprovechamiento energético del oleaje fue regis-trada en 1799 por dos parisinos (padre e hijo) llamados Gi¡ard. Los Girard imaginaron diver-sos medios para aprovechar la energía de las olas, sin embargo, indican que lá menos com-plicada de todas consistía en articular un extremo de una viga en la costa y el otro extremo,dotado de una boya. en el mar (Figura 11.22). Los movimientos de ascensá y descenso de laboya, permitiían accionar algún aparato de 1a orilla. No se conoce si esta máquina fue al-guna vez construida, pero existen muchas dudas.

Entre 1860 y 1930 el número de patentes mundiales registradas para proteger invencio-nes de dispositivos que pretendÍan aprovechar la energía de 1as olas ir. notu¡tJ.

En la Figura 11.23 se muestra un esquema de una patente registrada en Estados unidos

en el año 1898. La idea es similar a la propuesta por los Girard en Francia'

En L,a lrigura 1 1.24 se puede observar un esquema de un sistema que fue construido por

Bouchaux-l'raceiclue en Francia, en 1910.

En este caso, sc aprovecha ta presión que el agua hace sobre una columna de aire para

hacer accionar una turblna de aire acopiada a un generador eléctrico. Según se indica en

determinadas fuentes bibliográficas, la energía generada permitió cubri¡ todas las necesidr-

des de electricidad (l kw) que Bouchaux-Praceique tenía en su casa de Royan, cerca de

Burdeos. La forma de aprovechamiento que realizó Bouchaux-Praceique se le denomina

OWC, (siglas en inglés de Oscillating Water Column) y sigue utllizándose hoy día'

Los conocimientos adquiridos sobre dinámica del oleaje en los años 40 conducen a que

en Japón se inicien experimentos pol parte del profesor Yoshio Masuda, comandante naval

japonés.

Par mecánico

F-igülá.J.].2¿i, E§q¡emade la patente de los Girard.

Brazo palanca

582 CENTRALES DE ENERGíAS BENOVABLES CAPÍTULO 1 1 , CENTRALES DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS

--t!3rlixs.Éi-,

nii¿j

I?

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583

Generador

Cresta ola

la o1a desciende, la válvula 2 se abre y la 1 se ciena, por 1o que el aire succionado por e1

agua al descender no pasa por la turbina. De este dispositivo se vendieron más de 1.200

unidades.

Debido al incremento en Ia utilización de 1os combustibles fósiles para producir energía

e[ número de dispositivos que se proponer entre los años 30 y principio de los 70 disminuye

apreciablemente.

Sin embargo, Ias propuestas de dispositivos destinados al aprovechamiento de 1a energía

t1e las olas com¿nzaron a Ser más intensas en los años 70, como una respuesta a las crisis dei

petróleo.

Entre los trabajos más significativos se encuentra el desarrollo, por el grupo de energía

del oleaje (war:e-energy group) de JAMSTEC (Japan Agency for Marine-Earth science and

Tccnology), de un prototipo flotante de 80 m de largo (eslora), 12 m de ancho (manga) y 500

toneladai de peso, llamado Buque Kaimei.Este aparato disponía de 22 cámaras neumáticas,

constituyend; cada par de e1las un único sistema de captación, ya que contaba con una turhr-

na de aire y un generador. Una de las cámaras actuaba durante el ascenso de 1a o1a y 1a otrii

durante el descenso de la misma. Aunque las turbinas eran unidireccionales, e[ sistema de

válvulas instalaclo permitía aprovechar ambos movimientos de1 agua (Figura 1i.26). Con los

1 L generador.es sc esperaba obtener una potencia pico de 2 MW y para una altura de ola de 3

m u.-na potencia de 1i5 MW. El sistema, que se anclaba al fondo del mar, fue testeado en el

uardeJapónalasalue§asdelaciudaddeYuraenlaPrefecturadeYamagata.Secompleta-ron dos series de ensayos, uno de eilos bajo los ausplcios de la Agencia Intemacional de la

Energía.

Figura11.24. Esquemadel sistemadesarrolládoporBouchaux_praceiqueen19.t0.

Masuda desarrolló un sistema, conocido como boya Masuda que consiste en una cámaratlotante semisumergida, la cual se diseña para que .i uguu qu. penetra por su parte intenoractúe sobre una colum¡a de aire situada en la parte superior de la cámara. Cuanckr h olaasciende (Figura 11.25), la válvula 2 está cer¡ada y ra I abierta, por ro i¡uc er aire es forzackra pasar por los álabes de una turbina unidireccional de aire cle 6o lv acoptaoa a un genera,dor eléctrico, el cual se destina a ra carga de batcías en boyas t.le navegación. óuancto

Fffi¡Aire<t-ffit +

Generador Turbina

584 CENTRALES DE ENERGIAS HENOVABLES CAPíTULo 1 1. CENTFALES DE LA ENEHGíA DE LAS OLAS 585

sir ctuistopher sydney cockerelr (1910-1999), ingeniero ingrés e inventor der horer-craft, propuso en 1972 usar una serie de balsas articulaáas para aprovechar ra energía de lasolas (Figura r1.21).81 dispositivo conocido como balsa de cockerell r. .on pon.?. u*iu,flotadores articulados entre sí, que gracias al movimiento relativo que se produce .nt,..ttor,debido a la acción de las olas, accionan unas bombas de pistón qo., u ,u vez, actúan ,our. ungenerador eléctrico produciendo electricidad.

Oieaje

Bombas Conductos de agua Salida del aguaa alta presión a baja presión

Figura 11.28. Esquema del Pato de Salter.

Figura11.27. §qquemas de fa balgarde Cockeretl

, _Enunartículopublicadoenlg'l4,er profesordelauniversidaddeEdimburgo,stephensalter, describe un dispositivo flotante deianollado por é1, conocido como el pato de salter.Dicho aparato, cuya sección transversal tiene formá de leva excéntrica (Figura 11.2g), fun-ciona con su parte circular dentro de1 agua y las palas fuera de er1a. La pr.í,0, ii.i*i.^ a.l¿s o.las sobre las palas obliga at dispositivo a tener un movimiento de oscilación r.rp*o a.teje de la leva. Además de la presión dinámica, los cambios de presión hidrostátic;tambiéncontribuyen a la rotación. Dicho movimiento de oscilación acciona las bombas hidráulicasque se encuentran ubicadas en el interior de la zona sumergida del dispositivo, las cualestransfieren la energía a un motor hidráulico que, a sr-r yez, mueve un generador eléctrico yprodr-rce electricidad.

^ ot¡o dispositivo significativo es er de Robert Russell, di¡ector de Hydraulics Researchstation en wallingford, oxfordshire (rnglatena). Russeil propone un dispositivo que deno-mina HRS rectifier (más conocido como rectiflcador de Russelr), que pretende convertir ermovimiento ascendente y descendente de ras oras en un flujo lineal áe águu qu. ., lup, a.accionar una turbina.

consiste en una construcción modurar, fijada a1 lecho marino en zonas de poca profundi-dad y situada paralelamente al frente de ola incidente con e1 propósito a. .upt* u á.,gru a.una sola vez. Básicamente (Figura 11.29), cada módulo consta de dos depósitos situ;os adistinto nivel, cada uno de los cuares dispone de sus conespondientes compuertas. Las com-puertas A de1 depósito superior se abren por 1a presión del agua cuando la ola (cresta) incide

Palas oscilantes

Tanque superior

CENTHALES DE ENERGIAS BENOVABLES

sobre eilas, pero se cienan cuando la presión en el in)terior es superior a la exterior. EI agua

- almácenada en el depósito superior pasa por la acción de la gravedad a través de una turbina

a1 depósito inferior, el cual se va llenando hasta que 1a presión del agua en su interior es

superior a la exterior (va1ie de 1a ola), momento en que se abren las compuertas B de1 mis-

mo. Ya que la turbina se encuentra acoplada a un generador eléctrico, la energía potencial de

la columna agua en la turbina se transforma en electúcidad.

A medlados de los ochenta entran on servicio varias plantas piloto de distintos tipos en

Europa y Japón. Sin embargo, es a partir de los años 90 cuando un cierto número de em-

presas en varios lugares del mundo comienzan a involucrarse en el diseño y desanollo de

aparatos para e1 aprovechamiento de la energía de las olas. Entre estas empresas pueden se-

ñalarse: AquaEnergy Group (EEIJU), AWS Ocean Energy Ltd (Países Bajos), Oceanlinx

(Australia), Ocean Power Delivery (Reino Unido), Wavegen (Reino Unido), WavePlane

Intemacional (Dinamarca), Wavemill Energy (Canadá), S.D.E. Energy Ltd (lsrael), WaveE-

nergy (Noruega), Oceanenergy (lrlanda), SeaVolt Technologies Inc (EEUU), Wave Star

Energy (Dinamarca), Trident Energy (Reino Unido), Seabased (Suecia), Interproject Service

AB (Suecia), Ocean Wave Energy Company (EEUU), Ocean Power Technologies (USA'

Reino Uniilo), JAMSTEC (Iapón), Wave Dragon ApS (Dinamarca), AW-Energy Oy (Fin'

landia), Hydam 1'echnology Ltd (klanda).

En et período transcur¡ido desde la presentación de 1a primera patente de dispositivo para

el aprovechamiento de la energía de las olas se han imaginado 1os aparatos más ingeniosos y,

a veces, más lncreíbles, para captar esta tentadora fuente de energía (Figura 11.30). Sin em-

bargo, muchos de elios no han pasado de la etapa de diseño y solo una pequeña proporción

ha sido ensayada y evaluada. Además, so10 unos pocos han sido ensayados en el mar, y muy

pocos han sido 1os que han alcanzado la fase comercial.

I I 5 2 Closificoción de los dispositivos de coptociÓn

Los dispositivos para aprovechar la energía almacenada en las olas deben captar la ener-

gía cinética y/o potencial de las mismas y convertirla eficientemente en otra forma de ener-

gía útil, generalmente energía eléctrica. Sin embargo, el desanollo de estos aparatos se ve

condicionado por una serie de dificultades, entre las que se pueden señalar:

r La lnegularidad en 1a amplitud, fase y di¡ección de las olas; elIo dificulta la obtención

de la máxima eficiencia de1 aparato en todo el rango de frecuencias de excitación.

r La carga estructural en el caso de condiciones climáticas extremas, tales como huraca-

nes, pueden superar a la carga media en más de 100 veces.

o Es necesario acoplar el lento (frecuencia de aproximadamente 0,1 Hz) e inegular mo-

vimiento de una ola con la mayor frecuencia de excitación (aproxirnadamente 500 ve-

ces mayor) que normalmente precisan los generadores eléctricos.

Los ingenieros que han analizado los problemas han ideado una gama de soluciones no-

vedosas. Los dispositivos que se han propuesto pueden ser clasificados de varias maneras,

pero quizás 1a más sencilla es dividirlos en dos grupos. El primero comprende los dispositi-

vos montados en la costa o en su cercanía y e1 segundo comprenden los aparatos montados

fuera de la costa. Aunque también suelen clasificarse por su geometría y posición relativa

CAP|TULO 1 1. CENTRALES DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS

F¡gura 1 1.30. Diferentes dispositivos para extraer Ia energia de la olas.

frente a1 oleaje. En este último caso los dispositivos se clasifican en: a) totalizadores o ter-

minadores son dispositivos largos, que tienen su eje principal paralelo al frente de o1as, es

decir, perpendicula¡ a la dirección en que las olas se mueven y que extraen la energía de las

mismas de una sola vez; b) atenuadores son disposltlvos largos, cuyo eje principal es para-

lelo a la di¡ección del movimiento de las oias, es decir, perpendicular a.l frente olas y que

ext¡aen la energía de forma progresiva; y 1os captadores puntuales, que son dispositivos ais-

lados de dimensiones reducidas que aprovechan la concentración y convergencia del oleaje.

I1,5,2,1, Disposifivos ubicados en la costao en su cercanía

Aunque los dispositivos de aprovechamiento de la energía dei oleaje pueden instala¡se

en el océano en varias posibles situaciones y localizaciones, la mayoría de e11os se han ubi-

cado cerca de la costa.

Los dispositivos de estructura fija se anclan al fondo del mar o en la costa, de manera

que la estructura pnncipal no se mueve con el ma¡. Sin embargo, estos aparatos disponen de

587586


elementos que pueden moverse respecto de la estructura fija, cuando las olas actúan sobrelos mismos, y convierten la energía de1 oleaje en energía mecánica, la cual es generalmentetransformada en energía eléctrica. Estos dispositivos son más fáciles de fabricar y mantenerque 1os dispositivos flotantes, sin embargo, presentan varios inconvenientes:

a) El reducido número de lugares costeros donde se puedan instalar.

b) capturan mucha menos energía que los aparatos flotantes que se instalan alejados de1a costa, debido a que las olas en aguas profundas disponen de más energía que lasolas de las aguas más cercanas a la costa.

Los sistemas ubicados en tier¡a incluyen los canales ahusados, una variedad de colum-nas oscilantes de agua (siglas en inglés owc, oscillating water column) y los aleronesoscilantes.

o Las columnas oscílantes d.e agua ()WC)

Las owc son los dispositivos más ampliamente ensayados en la costa y en iíreas cer-canas a ella. Las owC consisten en una estructura hueca, parciaimente sumergida, que estáabierta al mar por su parte inferior (Figura 11.31). Esta estructura encierra una colunina deaire en la parte superior de una columna de agua.

fijuiá f f .Sf . . Esquema de instalación de columna oscilante de agua (OWC)..

cuando las olas actúan sobre el aparato hacen que 1a columna de agua suba y baje, con locual la columna de aire se comprime y descomprime alternativamente. Es decir, se aprove-cha el principio de la cavidad resonante. Si a este aire atrapado se le permite fluir hacia ydesde la atmósfera a través de los á1abes de una turbina, puede extraerse energía mecánicadel sistema y usarse para generar electricidad mediante un generador eléctrico mecánica-mente acoplado a la turbina. Las turbinas generalmente utilizadas son las denominadas tur-binas welIs, que reciben este nombre de su inventor, el profesor Alan wells. Estas turbinastienen 1a propiedad de rotar en el mismo sentido independientemente del sentido en que eiaire pase por sus alabes de perfil simétrico.

No todos los dispositivos de columna oscilante de agua diseñados emplean turbinaswe1ls. Por ejemplo, el Laboratono Nacional de Ingenieía del Reino unido, cuyas siglas en

CAPITULO 1 1 . CENTRALES DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS

Figura, 11.32. Coliimna 9!9!lalte de gOya c9n 9i91ema!-qr.áLlv9lag

inglés son NEL (UK Nacional Engineering Laboratory), propone la utilización de un sistema

de válvulas y una turbina convencional que opere en un solo sentido de ci¡cuiación del ai¡c

(Figura 11.32).

El convertidor propuesto por NEL consiste en una ba¡rera totalizadora (Figura I 1.33).

Dicha banera está compuesta por una serie de columnas oscilantes de agua situadas una a

continuación de la otra.

,riürya;!j,'iíLÉ!,9iq6,¡.¡,i liólruestoporruer

Los aparatos de estructura fija, basados en columnas oscilantes de agua, se han instalado

en dive¡sas partes del mundo.

Entre los sistemas OWC pueden mencionarse 1os instalados en: Sanze (Prefectura

de Yamagata-Japón), en 1983, con una capacidad instalada de 40 kW (Figura 11.34); en

Aire ala atmósfera

Fueza de pres¡ón


Figura 1 1.34. OWC desarrollado por JAMSTEC en Sanze (Japón).

Toftestallen (Noruega), en 1985, con una porencia instalada de 600 kw (Figura 11.35); enNeya (Japón), en 1985, con una potencla instalada de 40 kW.; en Kujukuri (Japón), en 19gg,con una potencia instalada de 30 kw.; en sakata (Japón), en 1989, con una potencia instala-da de 60 kw (Figura 11.36); en la isla Islay (Escocia), en 1991, con una porencia insraladade 75 kw (Figura i1.37); en Islay (Escocia), en 2001, con una potencia instalada de 500 kw(Figura 11.38); en Trivandrum (India), en 1991, con una potencia de r50 kw (Figura 11.39);en la isla de Pico (Las Azores-Portugal), con una potencia instalada de 350-500 kw (Figu-ra I 1.40).

Figura 11.35, OWC instáladrj en Toftestallen (Norúega) por Kvaerner Brug:r.:,: .. (fuente:.Uhiversidad de Leipzig). .. ,:

CAPiTUL O 1 1. CENTHALES DE LA ENERGiA DE LAS OLAS

Figura 11.36. OWC instaladoén§akata (Japón) (fuenie: Universrty of Leipzig)

Figura 11.37. OWC instalado en lslay (Escocia) (fuenle: Un¡versity of Leipzig)

592 CENTRALES DE ENERGÍAS FENOVABLESCAPITULO 'I 1 . CENTRALES DE LA ENERGIA DE LAS OIAS 593

Figura 1'1.40. OWC en Pico. (Las Azores-Portugal) (f uente: www.pico- owc"net)

Figura 11.41. OWC de OSPREY (fuente de fotos: Universrdad de Leipzig¡.r

. Los alerones oscilantes

La energía contenida en las olas puede crear un movimiento de oscilación, por 10 que se

han diseñado dispositivos de estructura fija para aprovebhar dicho movimiento. El dispositi-

vo más conocido de este tipo es el denominado Pendulor (Figwa 11.42). Los dispositivos

Pendulor, instalados en Muroran (Japón), en 1983, y en Mashike (Japón), en 1985, disponen

de una potencia instalada de 5 kW cada uno, y básicamente consisten en una puefta arliculada

Figura 11'39. owc en Trivandrum (rndia) (fuentes: universidad de Leipzig y vizhinjamport.org).

_ Investigación y Tecnología Aplicada, ART (ART, son las siglas en inglés de AppliedResearch rechnology) ha desanoilado un sistema piloto de owc á, u..ro, q"re t un a.**inado.osPREY. El aparato, con una potencia nominar de 2 Mw, se ha diseñado para que seainstalado cerca de la costa, sujeto al fondo del mar. En ra Figura 11.41 se *ü.rt un rno,esquemas de funcionamiento de1 dispositivo y, así mismo, se pueden contemplar imágenesdel aparrro consrruido.

:.8!ográ 11,a-el,-§wQ ¡nstareúp.eil-tirá¡rrlescocü¡ lruente: wavegen).

CENTRALES DE ENERGIAS RENOVABLES

Figura 1 1.42. Esquema dq Un dispositivo tipo pendulor.,'

en su parte superior y que se encuentra conectada con un cilin&o hidráulico. La energía de

las olas se extrae cuando éstas mueven la puerta y ésta, a su vez, acciona al cilindro hi&áu1i-

co. El Instituto Tecnológico de Muroran (Japón) está desanollando un dispositivo de este

tipo, con una potencia de 150 kW, para instalar en Yagishiri (Japón).

t Los canales ahusados

Estos dispositivos usan y amplifican la altura de una ola con el propósito de crear una

altura de agua que pueda ser usada para accionar una turbina convencional.de baja altura.

Los aparatos de este tipo se sitúan en la línea de costa y cuentan con una estructura cons-

truida en un canal que concenka las olas, conduciéndolas a un depósito elevado (Figu-

ra 11.43). EI flujo de agua que sale de este depósito se usa para generar electricidad, usando

tecnologías hidroeléctricas estándar.

Un sistema de este tipo, llamado tapchan, fue construido en Toftestallen, una pequeña

isla de Noruega, en 1985 (Figura 11.44).La tecnología es relativamente simple pero los cos-

tos de construcción son elevados.

El prototipo cuenta con un canal de 10 metros de alto (7 metros debajo del mar y 3 me-

tros por encima) y 170 metros de longitud. Con este sistema 1a energía cinética de las olas

se transforma en energía potencial, que posteriormente se convierte en electricidad a1 per-

mitir que e1 agua del depósito vuelva al mar a través de una turbina Kaplan. La potencia

mecánica de rotación de la turbina se utiliza para accionar un generador de inducción de

350 kW de potencia nominal, el cual inyecta la energía eléctrica generada en 1a red eléc-

trica de la isla-

CAP|TULO 1 1 " CENTRALES DE LA ENERGIA DE LAS OLAS 595594

Depósito

de agua

Figura I1.43. Esquemade undispositivo t¡potapcnan

Figura ,l1.44. Foto de iapchan en Toftestallen (iuánte: University of Leipzig)'

Sistemas de este tipo están siendo considerados para ser instalados en Tasmania (Aus'

tralia) y en las islas Shetland (Reino Unido).

Los tres tipos de dispositivos analizados en este apartado pueden ser utilizados fuera de

la costa siempre que e11os puedan ser atados para que pelmanezcan relativamente estaciona-

rios respecto de las o1as. Sin embargo, 1a mayoía de los dispositivos de fuera de costa inten-

tan explotar los movirurentos de 1as olas de forma diferente.

596CAPíTULO 1 1. CENTRALES DE LA ENERGIA DE LAS OLAS

La acción de las olas origina que el nivel de agua intema en cada cámara suba y baje,

forzando un flujo bidireccional de aire sobre cada una de las tres turbinas §igura 11.47),

cada una de las cuales ttrueve un generador, de diferente potencia nominal (50 kW, 10 kW y

30 kW), produciendo electricidad. La electricidad obtenida es suministrada a áreas costeras

cercanas. El almacenamrento en baterías asegma que se pueda disponer de electricidacl in-

cluso durante períodos de reducida actividad de las olas. Se pretende que una fila de estos

aparatos pueda ser usada para proporcionar energía a piscifactorías ubicad¿rs en aguas en

calma detrás del aparato, y para la aireación/purilicación de agua de mar.

Figura 1 1.47. Turbinas de Mighty Whale (fuente: University of Leipzig).

Este dispositivo ha estado operando a 1,5 km de 1a bahía de Gokasho (océano P:icífico).

sujeto al fondo del mar (aproximadaments a una profundidad de 40 metros) con seis cables.

, Wat¡e Dragon (Dragón de olas)

El denominado Dragón de olas (The Wave Dragon) (Figura 11.48), es un dispositi','o

flotante que utiliza el mismo principio que los denominados canales ahusados (tapchan),

CENTRALES DE ENERGfAS RENOVABLES 6q?

I L5,2,2, Dispositivos ubicados fuera de lo costoLos dispositivos de estructura flotante oscilan con las olas y necesitan disponer de unarmazón estabre de referencia_para que ras partes activas del aparato se puedan mover res-pe:to de la esrructu¡a principar. Fsto^se pu.áe log.a, ap.áv..hundo la ine¡cia, o haciendo raestructura suficientemente grande para [r. r. up'oy. en varias crestas de olas y pueda per,manecer razonablemente estable en la mayoría áe ios estados de la mar.son, fundamentarmente, apafatos flotantes que se mantienen en su lugar con ayuda clediferentes sistemas de amane Fn gene_ral, estos'apurutorlrt¿n menos desanolrados que rascolum¡as oscilantes de agua. Exisien dive¡sos oiri¡.r, ,rgr*s de los cuales se encuentran

::t:fi'#:* en fase de desa*o,o y comerciarización. A lontinuación se rlescriben algun.s

o Mighty Whale (pod.erosa Ballena)

El dispositivo denominado Mighty Whale (poderosa Balleria) (Mighty Whale) (Figu_ra 11.45), constituye er aparato floianie, ¡asa¿o.n.ii.ro*.no cre ras columnas oscilanresde agua, más grancte det mundo, y fue botado .r 1rii. á. ,is ;; ;i¿ffi;. ¿,;;:1, ,Tecnología Manna de Jaoón. Este prototipo, que;á;; en el tbndo del mar opuesro a radrrección preciominanre áe hs olas (Figuá ír.+oL,i.r. ridesplazamiento de 4.400 tonera-das y mide 50 metros de rarso por 30 metros de ancho. Er Mighty whale ilene tres cámarasde aire que convierren t, .nirgiu de las olas.r.;;r; Loo,¿,i.u.

Figura 11.46. Dibujos de Mighly Whale (fuente: www.jamstec.go)

F¡gura 1 i.45. Foto:del dispositivo Mighty Whab dé JAMSTEi lfuente: www.rise.org)

599598 CENTRALES DE ENERGÍAS RENOVABLES CAPÍULO 1 1. CENTRALES DE LA ENERGIA DE LAS OLAS

Figura 11.50.', Fotos y di6uio del WaVéPlane (fuente:'WavePlane.com):

dé Olas (fuente: Wáve Dragon)

Figura i 1.49. esquema conóéptua[oáit,]riiignamiento det Dragón de otas.

pef, que usa un par de reflectores.curvos (de un diseño patentado) para recoger las olas ysubirlas-por una rampa a un depósito donde el agua es liüerada a una turbina situada en lapade inferior (Figura 1 1.49). un modero a pequela escara ya ha sido ensayado y ,r ,oo.ro .escala 1:1, que se estima tendrá una g.n.rr.ión píco de 4 MW, disponárá ¿e unos b¡azosreflectores de 221 mefros.

. WavePlane (Plano de olas)

El invento danés denominado waveplane (prano de oras) (Figura 11.50) es un dispositivoflotante que se ancla a1 fondo del ,nu, y upror..hu ra energía cinética y potencial de las olas.

El aparato es una estructura en forma de cuña, con canares (Figura 22.51) que recogenlas olas e¡ un depósito que tiene forma espirar. La salida del depó-sito.rte.án..tu¿u u'rnextremo de un conducto de inercia. En el otro extremo el tubo de inercia tiene conectada unaturbina axial. La forma del depósito hace que el agua produzca un vór1ice en er tubo inerciar.

La parte de ia o1a que enka en el depósito será «cortada» en un número de rebanadas

horizoniales ffigura 1152). La o1a es de ese modo dividida en secciones con diferente canti-

dad de energía cinética y potencial. La parte más baja de 1a ola que es capturada tiene más

energía cinética y la parte más alta cuenta con más energía potencial. La energía cinética

tiene «que ser cogida al vuelor, 1a energía potencial puede ser almacenada y usada cuando

sea conveniente. Esta diferencia es usada por el WavePlane para pfopolcionar sumrnistro

constante de agua al «conducto de inercia» durante todo e1 período de 1a ola Los depósitos

más altos tienen mayor capacidad de almacenamiento que 1os más bajos. El agua que entra

en los depósitos inferiores fluye directamente al conducto de inercia. Parte del agua que

fluye por ios depósitos superiores se almacena y solo se usa cuando 1a cresta de la o1a ha

pasado e1 aparato.

Todos los depósitos se van estrechando según Se acercan al «conducto de inercia»' De

ese modo e1 agua se comprime y, como resultado, la velocidad se incrementa (principio de

Bernouilli). Como 1a energía cinética varía con el cuadrado de 1a velocidad del agua, un

pequeño incremento de ia velocidad proporciona un relativamente importante incremento de

1a energía cinética.

Toda el agua que pasa por los depósitos del WavePlane se comprimirá dentro de1 con-

ducto de ine¡cia, de ese modo e1 agua toma un movimiento de remolino. La rotación de este

Figura'11.44.::: tmagenáé á;rioiágán

600CAPiTULO 1.I. CENTBALES DE LAENERG,ADE LASOLAS

tos cilíndricos se mueven unos respecto a otros cuando las olas reconen, por debajo, la 1on-

gitud dol dispositivo. Entonces, émbolos hidráuUcos situados en 1as uniones bombean aceite

para accionar un motor hidráulico que se acopla a un generador eléctrico. La electricidad

generada en cada articulación se transmite a la costa por un cable submarino común. El dis-

positivo mide aproximadamente 130 m de longitud y 3,5 m de diámetro. EI dispositivo de

mayor tamaño que se piensa construir tendrá una potencia nominal eléctnca de 0,75 lvlW.

Este dispositivo es una versión más modema del dispositivo conocido como balsa de

Cockerell (Figura 1 1.27).

o Archimedes

fuchimedcs Wave Swing (AWS) es una compañía que ha desanollado un sistema tr.rtal-

mente sumergido (Figura 1 1.54), que extrae energía de 1as olas aprovechando el movimiento

de subida y balada de las mismas (Figura 11.55).

Figu¡á 115d .Dibl.iodel Atchirnedes Wave Swing (AWS) (fuente: wwv.wave-energy.net).

En este sistema, la energía de las olas produce un movimiento relativo lineal, de arriba a

bajo, entre dos cilinclros. El cilindro inle¡ior se fija al fondo del mar mientras el cilindro

superior, también llamado flotador, se mueve arriba y abajo accionado por las o1as. Simul-

táneamente, imanes unidos a.l cilindro superior, se mueveo a Io largo de una bobina para

generar electricidad. Un prototipo de 2 MW se ha instalado en ias costas de Portugal (Figu-

ra I 1.56).

t Wave Star (Estrella de las olas)

El Wave Star es una plataforma desanollada por la empresa Wave Star Energy que con-

tiene 40 flotadores de forma semiesiérica ubicados 20 a cada laclo de la plataforma (Figu-

ra 11.57).

CENIRALES DE ENERGÍAS RENOVABLES 601

Figura 1l '52. Esquema conceptuar de ra captación y armacenamiento de ra ora waveprane.

remolino es tan fuefe que continua durante el período de dos o tres faltas de olas. Incruso,

;:i::il*Tfi:::,Tfl rff :*.ff i:1ffJlT:i.:[:il;",iJ,;,;:;',ffi u,

o Pelamis

El dispositivo denominado perarnis (Figura l 1.53) está compuesto por una serie de seg_mentos cilíndricos conectados por uniones articuladas. EI ddispositivos d*"*il;;;;;;nuadores, ya.que su eje or,*',0ü':J;lr'.i;,:"J,:,f,:::|,Í:en que se mueve la ola, es decir, perpendiculiu al frenie á. otas. fn .ii. ro*ü i;r;;;,

risura rr'sá'i.Foióiv ¿iquámá'¿iiLoiiposi*o üetáifii'tiyán¡e, ocea1 power,Derivery Lrd)

602 CENTBALES DE ENERGiAS HENOVABLES CAP|TULO ] 'I.

CENTRALES DE LA E\ERG|A DE LAS OLAS

Figura 11.57) Fotos de Ia máquina Wave Star (fuente: Wave Slar Energy).

o PowerBuoy

PowerBuoy (Figura 11.58) es un dispositivo desanollado por la empresa Ocean Power

Technologies para capturar y convertir 1a energía de las olas en electricidad.

La subida y bajada de las olas fuera de Ia costa da lugar a que la boya se mueva libre-

mente arriba y abajo. Este movimiento se convierte mediante un sofisticado sistema de po-

tencia piua accionar un generador. La energía generada es trarsportada a la costa mediante

un cable suhmarino.

603

Figura il"so.'. Foto.der AWS instal.aáo en egñ]r{ .(!reniá: Archimedes wave swing).

La máquina es un dispositivo atenuador, es decir, no forma una banera contra 1as olas,con el propósito de capturar toda su energía. De esta forma las olas conen a lo largo de 1amáquina, y su energía es explotada en un proceso continuo.

I os flotadores se posicionan en la base de su propio cilindro oleo-hidráulicos. cuandoun flotador es elevado por la acción de 1as olas, el cilindro presiona el aceite en e1 sistemacomún de transmisión con una presión superior a 200 bares. La presión acciona un motoróleo-hidráulico, el cual esta conectado a un generador, que produce electricidad.

Como la máquina tiene diversas longitudes de onda, los flotadores trabajan continua-mente capturando 1a energía de las o1as. Figura 1 1.58. Fotos de la boya PowerBuoy (fuente: Ocean Power Technologies)


Los sensores de PowerBuoy monitorizan continuamente el funcionamiento de los distin-

tos subsistemas y también de las condiciones ambientaies. Los datos se transmiten a tiena cn

tiempo real.

Cuando se aproximan olas muy grandes, el sistema automáticamente se bloquea y cesa

de producir energía. Cuando la altura de las olas vuelve a su condición normal, el sistema se

desbloquea y comienza a producir energía y transmitirla a tiena. Un parque (Figura 11.59)de 10 MW ocuparía aproximadamente 0,125 km2 de espacto en el océano.

Figura 11.59. lmagen de un parque de boyas (fuente: Ocean Power Technologies)

CAPITULO ] 1 . CENTRALES DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS

en la línea de costa, se están aproximando cada vez más a los costes de la elect¡icidad ob-

tenida mediante e1 empleo de plantas convsncionales de carbón. En 1a Figura 11.60, donde

se muestra la evolución prevista del coste de 1a energía producida, puede observarse 1a ten-

dencia decreciente de 1os costes, en función del lugar de instalación, los cuales se han deter-

minado considerando un coste de oportunidad del 8%.

605

10

EBaoE6C.q,

2002 2004 2006Años

ilFigura 1 1.60. Evolución prevista del ioste. de la energía producida,

,7 , lmpocto ombientol ol utilizor lo energíode los olos

Los sistemas de aprovechamiento de la ener-eía de 1as olas deben de ¡esoiver una serie de

problemas antes de que sean ampliamente usados. De todas formas, hay que señalar que mu-

chos de ellos solo afectan a lo dispositivos ubicados en las costa.

Entre los posibles impactos negativos pueden señalarse los siguientes:

. Impacto visual. El impacto visual depende del tipo de aparato y de su distancia de la

línea de costa. En general, un sistema de boya flotante o una plataforma situada mar a

dentro o un sistema sumergido, probablemente no presente mucho impacto visual.

Cuando un área depende del turismo, la obstrucción visual es cítica.

o Ruido. Los sistemas d¿ conversión de la energía de las olas producen ruido, auntlue ios

niveles suelen ser menores que ios ruidos de un barco. cuando operan a plena carga,

no se espera que sean más ruidosos que el viento o las olas, además, estos sistemas

pueden ser construidos con un buen material aislador de ruidos.

El ruido generado puede viajar largas distancias debajo de1 agua y pueden afectar a

ciertos animales, taies como 1as ballenas, las focas, etc. Se precisan más investigacio'

nes para determinar si existen impactos en la vida de los mamíferos debido al ruido de

estos aparatos.

' Molestias y destrucción de 1a vida marina. Los aparatos de captación de 1a energía rle

las olas pueden tener una variedad de efectos en e1 comportamiento de1 oleaje. Esto

podría influir en 1as áreas de línea de costa y en las plantas y animales que vtven en

I l,ó, Costes del uso de lo energio de los olosLa explotación de la energía del oleaje, como ocure con muchas otras tecnologías reno-

vables, precisa de altos costes de inversión. Los altos costes de capital se deben a la necesi-dad de construir grandes estructuras para captar una cantidad significativa de energía. Porotro lado, los costes de operación son relativamente bajos en 1os dispositivos costeros (bas-

tantes más altos en los aparatos alejados de la costa), ya que no existen costes cle combustibles, y los costes de operación, reparación y mantenimiento anuales solo representan entreun 3 a un 8 por ciento de los costes de inversión. Sin embargo, habrá costes de seguros quepodrán ser altos en los primeros años, cuando la experiencia en la tecnología sea limitada. Latecnología de la energía de1 oLeaje, como ocufie con 1a mayoría de las otras tecnologías re-novables, solo es rentable si los costos de capital por kw instalado es menor de 1.600 euros.

una consecuencia de los altos costes de capital es que se obtienen altos períodos depayback.

El coste de la energía obtenida con los aparatos captadores de la energía de las olas esaltamente dependiente del interés. Se estima que 1os aparatos instalados en la costa tenganun coste de la unidad energética generada entre 0,09 €¡kWh y 0,14 €/kwh. Los costes delos aparatos instalados fuera de la costa presentan una mayor dispersión, pero se estima quese encuentren en e1 rango comprendido entre 0,18 €7kwh y 0,49 €/kwh. Esta claro queestos costes variuán de un país a otro, e incluso dentro de un mismo país, dependiendo delpotencial del oleaje. La viabilldad económica de la explotación de la energía del oleaje serápor tanto diferente de un sitio a otro. Se está observando que 1os costos de la electricidarlobtenid¿r con aparatos captadores de la cnergía del oleaje. y en particular los owc ubicados

CENTRALES DE ENERGIAS RENOVABLES

e1la. Los sistemas ubicados en tierra requieren imporlantes modificaciones que afectanal impacto ¿unbiental. Los impactos potenciales incluyen las molestias o destrucciónde vrda marina (incluyendo cambios en la distribución y tipos de vida marina cerca dela costa). La instalación de las estructuras soporte y colocación de cables puedeninterumpir temporalmente la vida marina. Sin embargo, la ecología, probablemente,se recuperuá.

Los efectos de los aparatos alejados de la costa, probablemente, son pequeños(aunque grandes aparatos podrían tener efectos notables).

A1 absorber la energía de 1as olas, estos aparatos crean aguas en calma a su abrigoproduciendo áreas válidas para actividades marinas, comerciales o recreativas.

Las estructuras marinas en el océano proporcionan superf,cies apropiadas para quese desar¡o1len variedad de aJgas e invefiebrados, que podrán colonizar los dispositivos.Por tanto, desde el punto de vista de la conservación de estos dispositivos, es necesanotomar medidas conectoras (inyección directa de bióxidos, utilización de productosantiincrustaciones. chonos a presión que desprendan a estos organismos de la estruc-turas, etc.) que eviten la destrucción de los mismos.

Sin embargo. a menos que sean adecuadamente aplicados, estas medidas antiin-crustaciones pueden tener un impacto adverso sobre la vida marina.

r Erosión de la costa. Los dispositivos de captación de 1a energía de 1as olas concentranla energía de estas en un á¡ea antes de su captación (Por ejempto, los sistemas denomr-nados tapchan). Estos tipos de aparatos concentrado¡es pueden originar un incrementode la erosión de la costa. una reducción de la acción del oieaje en zonas de la línea decosta puede incrementa¡ el depósito de sedimentos.

o conflictos con la navegación. una vez instalados, los sistemas de captación de la ener-gía del oleaje podrían ser un peligroso obstáculo para cualquier embarcación que nopueda verlos o detectarlos por radar. Para la mayoría de los aparatos, esto podría supe-rarse con técnicas convencionales (por ejemplo, luces, pinturas, reflectores, etc.).

. Interferencia con la pesca comercial y deportiva.

o Interferencia con otras actividades recreativas. Los sistemas de captación de la energíade las olas, si no están adecuadamente situados, pueden interferir con otros usos de lasáreas de costa tales como sxfng, paseos en barco, y usos de [a playa.

Por otro lado esta fuente de energía presenta una serie de ventajas, entre las que se pue-den señalar:

. Se trata de un recurso renovable y sostenible.

t Es un recurso abundante.

¡ Se reduce la dependencia de los combustibles fósiles.

. No contamina.

r Es ¡elativamente predecible.

c Es relativamente consistente (más que la mayoría de las fuentes renovables)

r Es modular.

¡ Elevada flexibilidad para su instalación (en tiena, cerca de 1a costa, mar adentro).

CAPÍTULO 1 1. CENTRALES DE LA ENERGiA DE LAS OLAS 607606

a

a

a

a

Se trata de una energía muy concentrada.

Disipa la energía de las olas/protege la línea de sosta.

La economía local se desanolla.

Tiene múltiples aplicaciones (generación de electricidad, producción de tridrógeno por

eiectrólisis, desalinización de agua por osmosis inversa. etc.).

I l,B, Situoción octuol de lo explotociónde lo energÍo de los olos

En la última década ha sido significativa la eficiencia, fiabilidad y rentabilidad de los

sistemas de generación ubicados en ia costa y fuera de el1a. Los avances en la tecnología de

plataformas marinas de extracción de petróteo y gas, y, particularmente, en el sector sub-

marino, han eliminado muchas de las baneras técnicas de los primeros sistemas desanolla-

dcrs entre los años l9T4-84. Aparatos piloto están ahora produciendo electricidad, tanto de

forma aislada como conectada a la red, en muchos lugares del mundo.

De forma similar a 1o que ocurrió con los primelos desarrollos de 1a tecnología eólica. la

tecnología de aprovechamiento de 1a energía del oleaje está comenzando a ver inc¡emenlado

el nivel de inversión privada en el sector.

Actualmente, alreded,gr de dieciséis captadores de ia energía de las olas se han instalado

en el mundo. Esto sugiere que se dispone de eficiente tecnología para generación, aunque

totlavía es necesa¡io seguir investigando. Por ejemplo, se necesitan más desarollos en el

área de 1os aparatos que se instalen en condiciones extremas de olas

Hasta ahola, 1a mayoría de los aparatos captadores, con independencia de la ulricación,

utilizan el movimiento de las olas para directa o indi¡ectamente accionar una turbina de co-

lumna oscilante de agua (OWC). Las potencias nominales máximas instaladas no supeÍan

los 2 MW. Sin embargo, continuamente se están diseñando y ensayando nuevos dispositivos

que en e[ iuturo podrán instalarse en tiema firme, o fuera de la costa, para convertir, median-

te parques de captadores (Figura 11.61), una importante cantidad de la energía de las olas en

electncidad, hidrógeno o agua potable.

Entre los países de Europa involucrados en la explotación de este tipo de fuente ener-

gética pueden señalarse: Dinamarca, irlanda, Noruega, Portugal, Suecia y Reino Unido. Sin

embargo, países tales como Bélgica, Finlandia, Francia, Alemania, Grecia, Italia, Países Ba-

jos y España se han centrado en otras fuentes de energía y no han explotado, hast¿r ahora, de

fonna signiticativa este tipo de fuente energética.

Fuera de Europa diversos países, tales como Australia, Canadá, China, India, Indonesia,

Irán, Israel, Japón, Corea, México, Rusia, Sri'Lanka, Estados Unidos y algunos otros, hen

llevado a cabo investigaciones y desarollos en 1a energía de las olas. Los expertos siguen

recomendando a los países costeros que estudien la posibilidad de incluir proycctos de in

vestigación en este campo, capaces de paliar de alguna forma sus necesidades energéticas

locales.

Debido a 1as pequeñas potencias nominales de 1os dispositivos desanollados, si se suma-

se la potencia actualmente instalada y prevista de instalar en prototipos, a corto y meclirno

plazo, no se superarían 1os 20 MW.

608 CENIFALES DE ENERGiAS RENOVABLES

CAPÍULO 1 1. CENTRALES DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS

Por último, se ha indicado la situación actual y las perspectivas de futuro de esta fuenie

energética renovable.

En la bibliografía especílica sobre energía de las olas que se incluye pueden ampliaise

los conocimientos adquiridos en este capítulo.

6fl9

En España, una empresa ha diseñado y desarrollado un prototipo de central eléctrica flo-tante para extraer la energía procedente de las olas. En lugar de transportar 1a electricidadproducida en la cent¡al mediante un cable submarino hasta una receptora ubicada en tiena, elproyecto prevé ia conversión de toda la energía en hidrógeno mediante electrólisis. A con-tinuación, el hidrógeno será desplazado hasta los lugares donde estén emplazados los pro-ductores de electricidad que inrroducen la energía en la red de distribución pública. parasuperar las dificultades que podrían originarse durante los fuertes temporales marítimos, lacentral española dispone de un sistema para sumergirse de manera controlada en el fbndo detmar, volviendo a su posición habituar cuando mejoren ras condiciones climáticas.

1,9, Conclusiones

En este capítulo se han expuesto nociones básicas sobre el origen y potencial de la ener-gía del oleaje.

Asimismo, se han descrito las tecnologías actuales para el aprovechamiento de la energíade 1as olas, tanto las apropiadas para ser instalaclas en la costa, como las más idóneas para serutilizadas mar a dentro.

Se ha ¡ealizado un breve resumen respecto de los antecedentes del aprovechamiento deeste tipo de energía.

Se ha indicado el obstáculo que supone los altos costes de inversión de los sistemas deaprovechamiento de la energía de las olas y 1a tendencia a disminuir que están presentandolos costos de la electncidad obtenida con aparatos captadores de la energía de1 oleaje. Asi-mismo, se han inclicado ios efectos positivos y negativos que ¿stas inltalaciones puedentener sobre el medioambiente.

Figura 1 1.61. Parque de dispositivos captadores de la energía de las olas.

I I ,10, BibliogrofíoMcCormick, M.E. 0cean Waw Energy Coru'ersion. Ed. Dove¡ Publications,2007.

Cruz,J. OceanWave Energy: Current Status and Future Perspectittes. Ed. Springer,2008.

Brooke, J. Warc Energy Cont:ersion. Ed. Elsevier Science, 2003.

Clément, A. et al. «Wave energy in Europe: current status and perspectives», Renewable ar.d Su.¡taint¡

bLe EnergY Reúews 2002;6: 405-431.

Ross, D. Pox,er/romthe wates. Ed. Oxford University P¡ess, 1995.

ll,ll, Evoluociónl l ,l 1 ,1 , Ejercicios teÓricos

1, señalar la respüesta comecta:

A) Las olas son consecuencia de Ia radiación solar, Ia cual es la causante del viento qut las

ongina. \

B) Las olas son consecuencia de las diferencias de salinidad de las aguas

C) Las olas se originan como consecuencia de las diferencias de temperatura que existen entre

las aguas de los océanos.

D) [,as oias son consecuencia de las tuerzas de at¡acción gravitacional que la Luna y el So1

ejercen sobre la Tiena.

Solución: La respuesta A) es la CORRECTA. Las olas del mar son un derivado terciario de la

energía solar, ya que el viento se ongina como consecuencia del desigual calentamiento que el s"'1

produce en la superficie terresÍe, y el viento, al actuar sobre el agua del mar le transmite energía

y la pone en movimiento, produciendo ondulaciones en las capas superhciales que consiituyen ei

oleaje.

2. señala la respuesta cor¡ecta:

A) Las olas situadas dentro o cerca de las áreas donde fueron generadas se denominan de mare-

jada de fondo.

B) Existe un alcance y duración mínima, para una velocidad de viento dada, en que la energía

que adquiere el océano se equilibra con la energía que pierde, básicamente por rotura de la

cresta de la ola, obteniéndose lo que se denomina un océano en completo desarrollo.

C) Una vez que las olas se alejan del uea de generación, sus crestas son más lisas y menos

caóticas. Estas olas se dispersan sobre la superfLcie oceánica con gran pérdida de energía, ya

que pierden altura, fundamentalmente por dispersión longitudinal.

D) La velocidad de las olas en aguas poco profundas depende de la profundidad, por tento, hporción de la ola que está viajando sumergida viaja más lentamente.

Solución: La respuesta B) es CORRECTA. Las olas no crecen indefinidamente aunqlLe aumentc

el alcance o tiempo de sople el viento, sino que la altura de las mismas alcanza un equilibrio. A

este oleaje bajo la acción del viento es lo que se llama mar de viento.

energia olas

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