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 Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. Energía de las mareas (Mareomotriz) Energía de las corrientes marinas Energía térmica oceánica (OTEC) Energía gradiente de salino Energía de las olas (Maremotriz) © TECNALIA, 2006 Pág. 3 1. ENERGÍAS MARINAS DISTRIBUCIÓN MUNDIAL DE LAS ENERGÍAS MARINAS Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. Olas © TECNALIA, 2006 Gradiente térmico Mareas, Corrientes y Gradiente salino (indicación de las principales zonas) Pág. 4 Energía Mareomotriz (I) Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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. © TECNALIA, 2006 Molino de mareas Portu Errota de Arteaga (Bizkaia) 1683 Pág. 5 Energía Mareomotriz (II) Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. Central de La Rance (Francia-1966) 24 grupos bulbo. Potencia: 240 MW. Nivel máx. de marea: 13,5 m. Producción media: 540 GWh. © TECNALIA, 2006 Pág. 6 Energía Mareomotriz (III) Ventajas: Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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: © TECNALIA, 2006 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) Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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. © TECNALIA, 2006 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) Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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. © TECNALIA, 2006 Pág. 9 Energía de las Corrientes Marinas (III) Origen en: Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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: © TECNALIA, 2006 Impacto en la navegación: zonas ubicadas principalmente en estrechos o desembocaduras de ríos con gran transito marino. Pág. 10 Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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. © TECNALIA, 2006 Pág. 11 Energía Térmica Oceánica (II) Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. Ventajas: Salto térmico permanente. Aprovechamiento de la energía solar que recibe la superficie marina. Aprovechamiento tecnológico de la industria petrolífera. Inconvenientes: © TECNALIA, 2006 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 © TECNALIA, 2006 Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. Playa de Berria (Santoña-Cantabria) Pág. 13 2. LAS OLAS COMO RECURSO ENERGÉTICO GENERACIÓN DEL OLEAJE Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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 © TECNALIA, 2006 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 Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. © TECNALIA, 2006 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) Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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 Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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: © TECNALIA, 2006 1. Principio de captación 2. Ubicación 3. Tamaño y orientación Pág. 17 3. SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. UBICACIÓN © TECNALIA, 2006 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 Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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. © TECNALIA, 2006 Sistema OWC Cuerpo activado por las olas Sistema rebosamiento Pág. 19 3. SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS TAMAÑO Y ORIENTACIÓN Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. © 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 Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 3. SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS © TECNALIA, 2006 Pág. 21 3. SISTEMAS DE CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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 © TECNALIA, 2006 Fuente: Seapower International AB Media anual de Energía por metro en kilovatios Pág. 22 ENERGÍA DE LAS OLAS – TECNOLOGÍAS 1 Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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) © TECNALIA, 2006 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. © TECNALIA, 2006 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) Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. Hidroflot: www.hidroflot.com Se basa en una estructura semisumergida formada por boyas que siguen el movimiento de la superficie del mar © TECNALIA, 2006 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) Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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 © TECNALIA, 2006 Hayle (Cornwall – Inglaterra Pág. 31 Proyecto Singular y Estratégico Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 4. ACCIONES ESTRATÉGICAS: PSE-MAR © TECNALIA, 2006 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 © TECNALIA, 2006 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 Documento confidencial. Prohibido el uso a personas no autorizadas y su cesión o reproducción total o parcial. 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