La energ a marina, situaci n actual y perspectivas

Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial.
© TECNALIA, 2006
La Energía
Marina
Situación actual
y perspectivas
Workshop Red de Pilas de
Combustible, Baterías e Hidrógeno
Sevilla, 22 de Mayo 2006
Pedro Ibañez Ereño ([email protected])
Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial.
ÍNDICE
© TECNALIA, 2006
1. Energías marinas
2. Las olas como recurso energético
3. Sistemas de captación de la energía de las olas
4. Acciones estratégicas
5. Conclusiones
Playa de Berria (Santoña-Cantabria)
Pág. 2
1. ENERGÍA MARINAS
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„ Energía de las mareas (Mareomotriz)
„ Energía de las corrientes marinas
„ Energía térmica oceánica (OTEC)
„ Energía gradiente de salino
„ Energía de las olas (Maremotriz)
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Pág. 3
1. ENERGÍAS MARINAS
DISTRIBUCIÓN MUNDIAL DE LAS ENERGÍAS MARINAS
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Olas
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Gradiente
térmico
Mareas, Corrientes y Gradiente salino
(indicación de las principales zonas)
Pág. 4
Energía Mareomotriz (I)
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„ Origen en la energía gravitatoria
terrestre y lunar
„ Aprovechamiento
de
la
energía
liberada por el agua del mar en sus
movimientos de ascenso y descenso
de las mareas.
„ La energía estimada que se disipa por
las mareas es del orden de 22.000
TWh.
„ Utilizada por nuestros ancestros en
toda la costa Norte.
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Molino de mareas Portu Errota de Arteaga (Bizkaia) 1683
Pág. 5
Energía Mareomotriz (II)
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„ Central de La Rance (Francia-1966)
24 grupos bulbo.
Potencia: 240 MW.
Nivel máx. de marea: 13,5 m.
Producción media: 540 GWh.
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Pág. 6
Energía Mareomotriz (III)
„ Ventajas:
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Energía renovable muy predecible.
„ Inconvenientes:
Las mayores potenciales están situados en estuarios.
Efecto negativo sobre flora y fauna.
Sólo es aprovechable comercialmente con mareas > 6 m.
Número reducido de localizaciones:
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Bahías de Fundy y Frobisher (Canadá) 13,6 m.
Estuario de Serven (Gran Bretaña) 13,6 m.
Estuario de La Rance (Francia) 13,5 m.
Bahias de Moint-Saint-Michel (Francia) 12,7 m.
Santa Cruz (Argentina) 11 m.
España no dispone localizaciones de estas características, salvo en
ciertos puertos comerciales.
Pág. 7
Energía de las Corrientes Marinas (I)
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„ Turbinas marinas (Seaflow)
http://www.marineturbines.com
El funcionamiento es similar a un aerogenerador eólico pero en este caso la el
flujo de la corriente marina hace girar un rotor bipala. El buje del rotor gira 360º
alrededor del poste en el que esta sujeto para orientarse a hacia la dirección de
la corriente.
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1ª Fase: Diámetro rotor 11 m, 300 kW.
Instalada en Lynmouth (Devon - Inglaterra) en 2003/2004.
2ª Fase: Diámetro rotor 16 m, 2 x 500 kW.
Fuente: Marine Current Tutbines Ltd.
Pág. 8
Energía de las Corrientes Marinas (II)
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„ Stingray
http://www.engb.com
Consiste en un alabe plano horizontal
que varía su ángulo de inclinación para
obtener un movimiento ascendente y descendente.
Instalación en Shetland (Escocia), en Sep. 2002, de
una unidad demostrativa de 150 kW a 2 m/s.
El potencial aprovechable que existe en la Islas
Shetland es 140 MW a 2 m/s.
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Pág. 9
Energía de las Corrientes Marinas (III)
„ Origen en:
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Energía gravitatoria terrestre y lunar.
Salinidad de las aguas.
„ Potencial aprovechable > 30 GW.
„ Mayor densidad energética que la eólica:
Viento
15 m/s
Corriente 2 m/s
Corriente 3 m/s
2 kW/m2
4 kW/m2
14 kW/m2
„ Principal inconveniente:
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Impacto
en
la
navegación:
zonas
ubicadas
principalmente en estrechos o desembocaduras de ríos
con gran transito marino.
Pág. 10
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Energía Térmica Oceánica (I)
„ Objeto: Generación de energía a
partir
de
las
diferencias
de
temperaturas del agua.
„ Para el aprovechamiento es necesaria
una diferencia de 20 ºC.
„ Diferencia de temperaturas entre la
superficie y las profundidades del
mar.
„ Se aplica el Ciclo Rankine
Circuito abierto.
Circuito cerrado.
„ Instalación en 2001 de una plataforma flotante en la costa
de Tamilnadu (India). La potencia de la planta es 1 MW y
recoge agua a 1000 m. de profundidad.
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Pág. 11
Energía Térmica Oceánica (II)
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„ Ventajas:
Salto térmico permanente.
Aprovechamiento de la energía solar que recibe la superficie
marina.
Aprovechamiento tecnológico de la industria petrolífera.
„ Inconvenientes:
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Coste alto de producción de energía eléctrica.
La construcción de plantas OTEC cerca de la costa puede dañar
los ecosistemas marinos.
Necesidad de grandes profundidades (aprox. 1000 m.) con
diferencias de temperatura de 20 ºC como mínimo. Sólo se da en
zonas tropicales.
Pág. 12
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Playa de Berria (Santoña-Cantabria)
Pág. 13
2. LAS OLAS COMO RECURSO ENERGÉTICO
GENERACIÓN DEL OLEAJE
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„
Las olas las forma el viento, pero luego son capaces de propagarse a
increíbles distancias (centenares y miles de kilómetros), sufriendo por el
camino un gran número de procesos que las transforman sin parar.
Acción de un viento
constante sobre la
superficie del mar
Mar de viento (sea)
Mar de fondo (swell)
„
La energía de la olas es una energía concentrada.
5 veces más concentrada que la energía eólica
10-30 veces más concentrada que la energía solar
„
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Intensidad media de la energía
Solar: 100-200 W/m2
Eólica: 400-600 W/m2
Olas: 2-3 kW/m2
Pág. 14
2. LAS OLAS COMO RECURSO ENERGÉTICO
DESCRIPCIÓN DE UNA OLA
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„
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Las olas se trasladan, pero las partículas sólo se mueven en órbitas
elípticas o circulares
Dirección ola
AGUAS POCO PROFUNDAS
d / L < 1 / 20
d
ZONAS SOMERAS
AGUAS PROFUNDAS
1 / 20 < d / L < 1 / 2
d/L>1/2
z=L/2
d = Profundidad; L = Longitud de onda; z = Base de la ola
Pág. 15
2. LAS OLAS COMO RECURSO ENERGÉTICO
ENERGÍA DEL OLAJE (AGUAS PROFUNDAS)
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„
Energía por metro cuadrado de superficie del mar
E=
ρ⋅g⋅H2
8
≈ 1,25 ⋅ H 2
ρ = densidad del agua de mar (1020 Kg/m3)
g = la gravedad (9,81m/s2)
H = altura de ola (m)
Ejemplo: H = 2m Æ E = 5 kJ/m2
„
© TECNALIA, 2006
Potencia por metro lineal de frente de onda
ρ ⋅ g 2 ⋅T ⋅ H 2
P = cg ⋅ E =
≈T ⋅H2
32 ⋅ π
cg = velocidad del grupo de olas
H = altura de ola (m)
T = periodo (s)
Ejemplo: T = 10 s, H = 2 M Æ P = 40 kW/m
Pág. 16
3. SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS
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CLASIFICACIÓN
„ La literatura de patentes contiene varios cientos de principios para
el aprovechamiento de la energía de las olas.
„ Los sistemas de captación de energía de las olas se pueden
clasificar en diferentes tipos atendiendo a:
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1. Principio de captación
2. Ubicación
3. Tamaño y orientación
Pág. 17
3. SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS
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UBICACIÓN
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En costa
Onshore
Cerca de costa
Nearshore (10-25 m)
Fuera de costa
Offshore (> 40 m)
Apoyado
1
2
--
Sumergido
--
--
4
Flotante
--
3
5
1
5
3
2
4
Pág. 18
3. SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS
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PRINCIPIO DE CAPTACIÓN (I)
„
Columna de agua oscilante (Oscillating Water Column – OWC). Cámara
abierta por debajo del nivel del mar en la que el movimiento alternativo de las
olas desplaza el volumen de aire interno.
„
Cuerpos activados por las olas. Sistemas basados en los movimientos
inducidos por las olas en cuerpos rígidos, bien movimientos relativos entre dos o
más cuerpos o movimientos absolutos entre un cuerpo y una referencia fija.
„
Sistemas de rebosamiento. Consiste en un deposito de agua en altura que se
llena a través de una rampa con las olas incidentes.
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Sistema OWC
Cuerpo activado por las olas
Sistema rebosamiento
Pág. 19
3. SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS
TAMAÑO Y ORIENTACIÓN
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„
„
„
© TECNALIA, 2006
Absorbedores Puntuales: son estructuras pequeñas en comparación con la ola incidente;
suelen ser cilíndricas y, por lo tanto, indiferentes a la dirección de la ola; generalmente se
colocan varios agrupados formando una línea.
Atenuadores: se colocan paralelos a la dirección de avance de las olas, y son estructuras
largas que van extrayendo energía de modo progresivo; están menos expuestos a daños y
requieren menores esfuerzos de anclaje que los terminadores.
Terminadores o totalizadores: están situados perpendicularmente a la dirección del avance
de la ola (paralelos al frente de onda), y pretenden captar la energía de una sola vez.
Frente de ola
Dirección
de la ola
TERMINADOR O
TOTALIZADOR
ABSORBEDORES
PUNTUALES
ATENUADOR
Pág. 20
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3. SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS
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Pág. 21
3. SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS
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„ Energía en fase de desarrollo a nivel mundial.
„ Más fácil de predecir que la energía eólica.
„ El potencial maremotriz España, y en concreto de la costa
Cantábrica y Galicia está entre los mayores del mundo.
„ Cerca de 600 patentes registradas desde 1973.
„ Ninguna tecnología se ha impuesto al resto debido a
irregularidades en amplitud, fase y dirección de las olas.
„ Más de 20 empresas están desarrollando equipos.
Clasificación INRI (1):
1 United Kingdom
2 Spain/Portugal
3 Chile
4 Ireland
5 Oceania
6 France
7 USA
(1) Independent Natural
Resource Institute
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Fuente: Seapower International AB
Media anual de Energía por
metro en kilovatios
Pág. 22
ENERGÍA DE LAS OLAS – TECNOLOGÍAS 1
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Oscillating Water Column (OWC)
El movimiento alternativo de la superficie del
mar produce un flujo de aire a través de una
turbina cuya característica principal es que
gira en un único sentido independiente del
sentido del flujo de aire.
http://www.energetech.com.au
http://www.wavegen.com/
WAVEGEN Islay (UK), 2000:
Potencia máxima = 2x250 kW
Sistema que el Ente Vasco de la Energía
(EVE) va a instalar en el puerto de Mutriku
(Guipuzkoa)
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Port Kembla (Australia), 2005:
Dimensiones: A35xL36xP6 m
Potencia máxima = 2x 250 kW
Pág. 23
ENERGÍA DE LAS OLAS – TECNOLOGÍAS 2
Archimedes Wave Swing
Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial.
http://www.waveswing.com/
Se basa en una estructura presurizada donde
la parte superior es móvil respecto a la parte
interior debido al efecto de las olas. Este
movimiento produce una energía eléctrica a
través de un generador lineal. Planta piloto
en la costa Portuguesa.
TEAMWORK TECHNOLOGY
Viana do Castello (Portugal), 2004: (pruebas)
„
Diámetro = 9,5 m
„
Profundidad = 43 m
© TECNALIA,
„ 2006Potencia máxima = 2 MW
Pág. 24
ENERGÍA DE LAS OLAS – TECNOLOGÍAS 3
Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial.
Pelamis
© TECNALIA, 2006
http://www.oceanpd.com/
Se basa en un estructura articulada que dispone en sus
nodos de unión de un sistema hidráulico que actúa sobre
un generador eléctrico. El movimiento relativo de una
articulación respecto a su nodo actúa sobre una bomba
hidráulica que alimenta un deposito a presión. Este fluido
actúa un generador electro hidráulico.
La tecnología más madura según EPRI
(documento)
OCEAN POWER DELIVERY
Dimen. D3,5*L150 m, Potencia max.=750 kW
„
Orkney (UK), 2005 (pruebas)
„
Póvoa de Varzim (Portugal) tres sistemas 2006.
Previsión 28 +
Pág. 25
ENERGÍA DE LAS OLAS – TECNOLOGÍAS 4
Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial.
Wave Dragon
http://www.wavedragon.net/
El dispositivo está flotando con una altura
relativa al nivel del mar. Las olas van llenando
un reservorio que en su desagüe dispone de
una o varias turbinas de baja presión a las que
se acopla un generador de imanes
permanentes.
© TECNALIA, 2006
Waveplane
http://www.waveplane.com/
Cuando las olas superan la
estructura el agua entra en un
reservorio que al desaguar hace
girar una turbina hidráulica.
Nissum Bredning (Dinamarca), 2003:
Dimensiones: A300*L170*P= >20 m
Potencia máxima = 20 kW (prototipo 1 : 4,5)
[3,8 MW a escala 1 : 1]
Pág. 26
ENERGÍA DE LAS OLAS – TECNOLOGÍAS 5
Ocean Power Technologies OPT
http://www.oceanpowertechnologies.com
Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial.
Tecnología que va a usar Iberdrola en Santoña.
Se basa en comprimir aceite a través del movimiento
pendular y vertical producido por las olas en la boya.
El aceite acciona un motor hidráulico que mueve un
generador eléctrico.
© TECNALIA, 2006
OCEAN POWER TECHNOLOGIES- IBERDROLA
Santoña (España), 2005:
„
Diámetro = 6 m
„
Potencia máxima = 125 kW
Pág. 27
ENERGÍA DE LAS OLAS – TECNOLOGÍAS 6
Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial.
Salter duck
www.seavolt.com
Idea registrada pero que no se ha
llevado a la práctica.
Consiste en una boya con forma
de leva que oscila con el oleaje.
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AquaBouy
www.aquaenergygroup.com
Aprovecha el movimiento ascendente y
descendente de una boya para bombear agua
a una turbina pelton situada en cabeza.
AQUA ENERGY GROUP
Bahía de Makah (USA), 2003:
„
Diámetro boya = 6 m
„
Longitud = 30 m
„
Profundidad = >50 m
„
Potencia nominal = 250Pág.
kW 28
ENERGÍA DE LAS OLAS – SISTEMAS ESPAÑOLES (I)
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Hidroflot:
www.hidroflot.com
Se basa en una estructura semisumergida
formada por boyas que siguen el movimiento de
la superficie del mar
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Pipo Systems
Pisys es un sistema mecánico de captación de
energía de las olas que aprovecha las siguientes
fuerzas:
las fuerzas boyantes (flotación)
las fuerzas naturales del cambio de
columna de agua (diferencial de
presión )
las fuerzas provocadas por la energía
cinética.
Pág. 29
ENERGÍA DE LAS OLAS – SISTEMAS ESPAÑOLES (II)
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Tecnalia
© TECNALIA, 2006
Sistema de aprovechamiento de energía de
las olas situado fuera de la costa (off-shore),
flotante, del tipo atenuador y de movimiento
relativo inercial basado en un sistema
giroscópico.
La principal ventaja es que el sistema
captador está totalmente encapsulado y sin
contacto con el mar.
θ (cabeceo)
50- 100 m
Fondeo
Estructura
Pág. 30
4. ACCIONES ESTRATÉGICAS
Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial.
„ Reino Unido, líderes mundiales en energía marina:
Blyth (Northumberland –
Inglaterra)
el gobierno ha invertido 15 M£ en I+D en los últimos 5 años.
se ha aprobado un un programa de 42 M£ a tres años el
desarrollo de instalaciones de demostración.
Se están construyendo tres laboratorios de pruebas.
„ EPRI (USA):
Ha analizado 8 tecnologías y cinco ubicaciones.
Ha desarrollado una serie de recomendaciones para su
desarrollo en USA.
1ª Fase: NaREC
Prototipos
Orkney (Escocia)
„ España:
Iberdrola: central de Santoña.
Ente Vasco de la Energía (EVE): central de Mutriku.
Ministerio de Educación y Ciencia: PSE-MAR (PROYECTO
SINGULAR Y ESTRATÉGICO).
16 Entidades participantes
Presupuesto estimado con inversiones 25M€ (2006-2009)
2ª Fase: EMEC
Prototipos a escala mayor
3ª Fase: Wave Hub
Equipo pre-comercial
Asociación de Productores de Energías Renovables (APPA): CREA
SECCIÓN DE OLAS
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Hayle (Cornwall – Inglaterra
Pág. 31
Proyecto Singular y Estratégico
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4. ACCIONES ESTRATÉGICAS: PSE-MAR
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Desarrollo tecnológico de sistemas y equipos de
captación y transformación de energía de las
olas a partir de patentes y tecnología española
El desarrollo de una infraestructura de
experimentación de esta energía que permita probar
los desarrollos que se generen en este proyecto y otros
productos tanto nacionales como internacionales.
Que permitirá colocar a España como un referente
internacional en la industria de la energía de las olas,
tanto por disponer de tecnología e industria propia,
como por disponer de infraestructura de
experimentación singular
Pág. 32
4. ACCIONES ESTRATÉGICAS: PSE-MAR
GESTIÓN – OFICINA TÉNICA
Te bp
c n ro
ol ye
óg c
ic tos
os
DISEÑO
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PROTOTIPO
LAB.
PROTOTIPO
MAR
DEMO
MAR
PROTOTIPO
LAB.
PROTOTIPO
MAR
DEMO
MAR
PROTOTIPO
LAB.
PROTOTIPO
MAR
DEMO
MAR
HIDROFLOT
DISEÑO
TECNALIA
DISEÑO
Explotación de
resultados
PIPO SYSTEMS
Su
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SOPORTE AL DESARROLLO TECNOLÓGICO
INFRAESTRUCTURA EXPERIMENTAL DE ENERGÍAS MARINAS
IMPACTO DE LAS ENERGÍAS MARINAS
EVALUACIÓN
UBICACIÓN
IMPACTO
ASPECTOS
MEDIOAMBIENTAL SOCIOECONÓMICOS
MARCO REGULATORIO
OTRO TIPO DE APROVECHAMIENTOS
Pág. 33
Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial.
5. CONCLUSIONES
„ Existen muchas tecnologías, la mayoría son ideas que no han
pasado ni a prototipo.
„ Los productos que presentan las empresas en casi todos los casos
son dispositivos a escala.
„ Todas las empresas disponen de pequeñas plantas piloto. No
existen productos comerciales.
„ Todas siguen investigando en la optimización de los dispositivos.
„ Todas las empresas europeas son de Dinamarca, Suecia y Gran
Bretaña.
„ Gran Bretaña está dando un gran empuje a este tipo de energía,
son líderes mundiales en esta tecnología.
„ A nivel nacional existen ideas en desarrollo: Hidroflot, Pipo
System, Tecnalia...(Apoyo MEC)
„ Gran potencial de explotación
„ Existe oportunidad de negocio a medio plazo.
„ Es necesario un mayor apoyo institucional: Plan Nacional de
I+D en energía, Plan Nacional de Energías Renovables, mejorar
la prima, ventanilla única....
© TECNALIA, 2006
Pág. 34
Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial.
Ola de Mundaka (Bizkaia)
© TECNALIA, 2006
Temporal Febrero 06- Getaria (Guipuzkoa)
Pág. 35
Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial.
© TECNALIA, 2006
Pedro Ibañez
Director de Tecnología
Unidad de Energía
ROBOTIKER-TECNALIA
Parque Tecnológico de Vizcaya. Edif. 202
E-48170 ZAMUDIO
Tel. : +34-94-6002266
Fax: +34-94-6002299
E-mail: [email protected]
Pág. 36