UNIVERSIDAD VERACRUZANA

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
“ESTUDIO DE LA TECNOLOGÍA DE
APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA DE
LAS OLAS”
MONOGRAFÍA
Que para obtener el título de:
INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICISTA
PRESENTA:
JESSICA ANILU DÍAZ HERNÁNDEZ
DIRECTOR:
ING. JORGE ARTURO DEL ÁNGEL RAMOS
XALAPA, VER.
JUNIO 2012
AGRADECIMIENTOS
A Dios, por darme la oportunidad de vivir, por la familia que me dio, por
cada lugar donde me ha puesto, por las virtudes y defectos, gracias a él porque
sin todo lo que me da sería nada.
A mi padre, por su apoyo económico, por su esfuerzo para darme una
profesión, por su ejemplo de tenacidad.
A mi madre, por sus preocupaciones, porque a pesar de la distancia
siempre me cuidaste y estuviste al pendiente de mí, porque me has demostrado
que en la vida nunca debemos darnos por vencidos.
A mis hermanos, a Mau, por su ternura, sus risas que siempre contagian
buen humor, por nuestras discusiones, por su amor. A Karen por vivir conmigo, ser
mi compañera y por todos los momentos bonitos que hemos compartido.
A mi abuelita, Carmelita, porque siempre ha estado a mi lado, por hacerme
presente en sus oraciones, por sus consejos, sus buenos deseos y sus
bendiciones.
A mi novio, Aldo, por su incondicional apoyo moral. Por sus consejos y
cariño, por sus palabras de aliento, por ayudarme en todos los momentos en los
que nunca pensé terminar mi carrera.
A mi tía Chelo, por animarme, por darme el ejemplo de un gran ser humano
y profesionista.
A mi amiga, Blanca, por su apoyo, sus consejos y su amistad sincera.
Al Dr. Jorge Arturo del Ángel Ramos, por aceptar ser mi asesor, por su
apoyo para poder realizar este documento.
A todos y cada uno les agradezco compartir este logro en mi vida, gracias
porque nunca me han dejado sola siempre que los he necesitado.
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………….1
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES………………………………………………………...3
1. ENERGÍA RENOVABLE……………………………………………………………..4
1.1. Tipos de Energía Renovable…………………………………………………...5
1.1.1. Energía Solar………………………………………………………………6
1.1.2. Energía Eólica……………………………………………………………...6
1.1.3. Energía Hidráulica………………………………………………………...6
1.1.4. Energía Geotérmica………………………………………………………7
1.1.5. Biomasa…………………………………………………………………….8
1.1.6. Hidrógeno………………………………………………………………….8
1.1.7. Energía de los Mares o Energía de los Océanos……………………..9
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS……………...14
1. FUENTE ENERGÉTICA…………………………………………………………….15
1.1. Origen de la energía de las olas…………………………………………....…15
1.2. Potencial energético…………………………………………………………….16
1.3. Características de las olas……………………………………………………..17
1.4. Clasificación del oleaje…………………………………………………………20
1.5. Oleaje generado por el viento………………………………………………….22
1.6. Modificación de la energía de las olas………………………………………..25
1.7. Ventajas y Desventajas………………………………………………………...27
1.7.1. Ventajas ..………………………………………………………………..27
1.7.2. Ventajas de la energía de las olas en comparación con la energía
eólica………………………………………………………………………...28
1.7.3. Desventajas……………………………………………………………….30
CAPÍTULO III. CLASIFICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE LAS OLAS…………..33
1. TÉCNICAS DE APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS…….34
1.1. Clasificación de las tecnologías……………………………………………….35
1.1.1. Atendiendo al emplazamiento o a la posición relativa respecto a la
costa…………………………………………………………………………36
1.1.2. Atendiendo a la orientación o a la posición relativa respecto al frente
de ola………………………………………………………………………...41
1.1.3. Atendiendo al modo de oscilación ……………………………………43
1.1.4. Atendiendo a la posición relativa respecto del agua de los
convertidores………………………………………………………….…....44
1.1.5. Atendiendo al uso final de la energía…………………………………..45
1.1.6. Atendiendo al modo de obtención de la energía……………………..46
1.1.7. Atendiendo al tipo de energía que se aprovecha y al rendimiento de
la extracción……………………………………………………………......47
1.1.8. Atendiendo al principio de funcionamiento………………………...…48
2. Conversión energética………………………………………………………….....53
2.1. Conversión primaria……………………………………………………….…...54
2.2. Conversión secundaria…………………………………………………….…54
2.2.1 Sistemas mecánicos intermedios………………………………....55
2.1.2. Sistemas de generación de energía eléctrica……………….….58
3.
Conexión a la red………………………………………………………………….60
3.1.
Sistemas de transporte eléctrico…………………………………………61
3.2.
Sistemas de almacenamiento de energía………………………………61
CAPÍTULO IV. DESCRIPCIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS DE LA ENERGÍA DE
LAS OLAS………………………………………………………………………………...63
1. TECNOLOGÍA DE LAS OLAS……………………….........................................65
1.1. En la costa (onshore)………………………………………………………….65
1.2. Cerca de la costa (nearshore)………………………………………………72
1.3. Mar adentro (offshore)………………………………………………………....75
2. POTENCIAL DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS…………………………………..89
2.1. La energía de las olas en Europa…………………………………………….90
2.2. Actividades en otros países…………………………………………………...94
3. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO………………………………………………..95
4. COSTOS……………………………………………………………………………...97
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………………………………..100
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
INTRODUCCIÓN
En la actualidad es de suma importancia recurrir a alternativas respecto a la
obtención de energía eléctrica, la demanda de ésta crece exponencialmente y es
sustancial expandir nuestra visión hacia nuevas formas de aprovechamiento, que
estén disponibles pero mejor aún que sean renovables y por lo tanto no
contaminen nuestro planeta.
Algunas energías renovables como la solar, hidráulica o eólica, tienen ya un
grado de desarrollo e implantación en el mercado importante, representándose
notablemente en la producción. Sin embargo, la extracción de energía procedente
del mar continúa en proceso de investigación, siendo escasas las plantas
operativas dedicadas a este fin.
Los mares y océanos cubren la mayor parte de nuestro planeta por lo que
indudablemente están llenos de un potencial energético de una manera
inexpugnable, son tantos los fenómenos que se presentan en ellos, que se amplía
el panorama para su extracción. Esta energía es realmente abundante, lo que la
hace sumamente importante e interesante.
Esta energía no es nueva, hace ya algunas décadas que diferentes
científicos centraron su atención en ellas y empezaron su estudio, colaborando
ampliamente para su desarrollo. Lo cual ha ayudado a tener una mejor perspectiva
a cerca de las diferentes energías que ofrece la energía marina (energía
mareomotriz, energía de las corrientes marinas, energía osmótica, energía
maremotérmica y energía de las olas. Siendo esta última la de interés para la
realización de este documento).
Sin embargo, aunque existen infinidad de artículos que nos proporcionan
información de la energía marina y sus derivadas, se nota la carencia de precisión
en ella ya que al cambiar de referencia se complica la exposición del tema, porque
cada autor provee diferentes tipos de clasificaciones. Actualmente no existen
fuentes bibliográficas donde se describa y clasifique el tema de manera precisa.
Lo cual induce a la necesidad de realizar un documento especifico y
completo para así poder comprender más ampliamente este tipo de energías que
sin lugar a dudas son prometedoras para nuestro futuro.
El objetivo principal es generar un documento que defina y clasifique el
avance tecnológico que hasta el momento lleva la tecnología de las olas. El cual
proporcione información concisa respecto a su importancia, a su desarrollo
universal y a su evolución tecnológica, que contenga la información de las
investigaciones elaboradas a nivel mundial.
1
Los objetivos particulares son:
I. Situar dentro del marco de la energía marina a la energía de las olas.



Exponer las causas que originan la iniciativa por usar energías renovables.
Destacar la importancia de la energía marina que no ha sido aprovechada
como las demás energías limpias.
Profundizar en los diferentes tipos de energías que ofrece el mar
dependiendo de sus características.
II. Establecer el marco teórico de la energía de las olas.




Fundamentar el origen de la fuente energética.
Clasificar el oleaje (características).
Proporcionar ventajas y desventajas.
Visualizar el potencial mundial.
III. Clasificar la tecnología de la energía de las olas.


Conocer las técnicas de aprovechamiento de la fuente energética y su
clasificación atendiendo diferentes factores.
Conversión energética y conversión a la red.
IV. Establecer el estado del arte de la tecnología de las olas.

Describir las tecnologías; características físicas y potenciales, nivel de
desarrollo e instalaciones, considerando su ubicación respecto a la costa.
2
CAPÍTULO I
ANTECEDENTES
En este capítulo se hablará acerca de las energías renovables, en particular en
las energías de los océanos. Profundizando en la Energía de las Olas, ya que es
el tema de estudio de esta monografía.
3
Durante más de 15 años los debates en las diferentes Conferencias de las
Partes (COPs o Conferences of the Parties) que la Organización de las Naciones
Unidas (ONU) organiza cada año, y a las cuales asisten científicos y
representantes de más de 160 gobiernos han estado de acuerdo en que la
utilización de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas) está provocando un
cambio climático dramático y de forma acelerada.
Todos los días llegan noticias acerca de la amenaza que supone el cambio
climático para la humanidad y el ecosistema. Sin entrar en argumentaciones sobre
la veracidad o falsedad de dichas declaraciones, lo cierto es que hay que reducir
considerablemente las emisiones de gases de efecto invernadero. El origen de
estos gases es muy variado; en particular, dentro de las formas tradicionales de
generación eléctrica, se pueden destacar como grandes fuentes emisoras las
centrales de carbón.
Con el fin de estabilizar la temperatura de la Tierra y detener el calentamiento
global, Flannery ha estimado que en el año 2050 las emisiones de CO2 deberían
reducirse un 70%; aun sabiendo que, simultáneamente, el consumo de energía,
tanto a nivel mundial como europeo, seguirá aumentando de modo exponencial en
las próximas décadas [Flannery, 2005].
Por este y otros motivos aumentan las políticas de desarrollo de energías
limpias, no contaminantes, conocidas con el nombre de energías renovables,
como son la biomasa, la energía solar, la energía eólica, la energía hidráulica, la
energía marina y la geotérmica. El interés de los gobiernos y de la industria en el
desarrollo de estas energías está creciendo paulatinamente, sobre todo tras la
crisis del petróleo de 1973, que impulsó la diversificación del las fuentes de
energía. Asimismo, el aumento del consumo energético, la limitación en las
reservas de combustibles no renovables (que suponen un 1% de la energía total
disponible, en especial los combustibles fósiles) y las limitaciones contaminantes,
han provocado la necesidad de buscar nuevas fuentes energéticas [Tecnología
energética, 2008].
Goldemberg afirma que en el año 2020 las energías renovables supondrán
entre el 6.7% y el 12.9% del total de la energía primaria consumida a nivel
mundial, en comparación con el 2.3% que se consume actualmente [Goldemberg,
2006]. Aunque hay que tener en cuenta las limitaciones reales de cada recurso. El
Reino Unido, Portugal, Irlanda, Noruega, Suecia y Dinamarca son los países con
más programas de investigación, con financiación privada y gubernamental,
respecto a la investigación de las energías de origen marino.
1. ENERGÍA RENOVABLE
Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes
naturales virtualmente inagotables, unas por la inmensa cantidad de energía que
contienen, y otras porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Las
energías renovables utilizan el agua, el aire, el sol y la biomasa. Estas energías
ofrecen un potencial prácticamente ilimitado.
4
Gran parte de la energía renovable proviene directa ó indirectamente de la luz y el
calor solar:
1. El sol influye en la dirección de los vientos (Energía Eólica).
2. El calor solar propicia la evaporación del agua en el planeta cuyo vapor
se transforma en lluvia que fluye hacia ríos y lagos (Energía Hidráulica).
3. La luz solar y la lluvia favorecen el desarrollo de los vegetales que
contienen materia orgánica (Biomasa).
4. El calor de la luz solar calienta las aguas superficiales en los océanos, lo
que propicia diferencia de temperaturas entre aguas superficiales y
profundas (Energía maremotérmica).
Sin embargo, no todos los recursos de energía renovable provienen del sol.
La energía geotérmica proviene del calor interno en el planeta
Las mareas en los océanos generan energía renovable debido al efecto
gravitacional de la luna sobre la Tierra. La energía en los océanos se genera
también por movimiento de las olas y mareas.
1.1.
Tipos de energías renovables.
 Energía Solar
o Solar Térmica
o Solar Fotovoltaica
o Solar Termoeléctrica
 Energía Eólica
 Energía Hidráulica
 Energía Geotérmica
 Energía Marina
o Energía de la corrientes
o Energía osmótica
o Energía mareomotriz
o Energía térmica
oceánica
o Energía de las olas
 Biomasa
 Hidrógeno
5
A continuación, una descripción de nuestros recursos de energía renovable:
1.1.1. Energía solar
Es aquella que proviene del aprovechamiento directo de la radiación del sol y
de la cual se obtiene calor y electricidad. Es una energía muy abundante y de las
más importantes que existen.A su vez la energía solar tiene diferentes ramas de
aprovechamiento, como lo son:



Energía solar térmica. Esta energía aprovecha la energía del sol para
generar calor. La energía se recoge mediante paneles solares o colectores
solares donde se concentra la energía.
Energía Fotovoltaica. El sol también emite radiaciones electromagnéticas,
las cuales son aprovechadas por un sistema fotovoltaico, el cual transforma
estas radiaciones en energía eléctrica.En el efecto fotovoltaico la luz incide
sobre un dispositivo semiconductor de dos capas que produce una
diferencia de potencial entre las capas.
Energía Termoeléctrica. Consiste en concentrar la luz solar mediante
espejos (helióstatos), cilindros o discos parabólicos para alcanzar altas
temperaturas (más de 400 º C), que se utiliza para generar vapor y activar
una turbina que produzca electricidad.
1.1.2. Energía Eólica
Procede de la energía del sol, ya que son los cambios de presiones y de
temperaturas en la atmósfera los que hacen que el aire se ponga en movimiento,
provocando el viento, que los aerogeneradores aprovechan para producir energía
eléctrica a través del movimiento de sus palas. Hay dos tipos de aerogeneradores,
de eje vertical y eje horizontal.
La generación de energía eléctrica a partir de energía eólica tuvo lugar en
Dinamarca hacia 1890, cuando se realizaron los primeros experimentos con
aerogeneradores, llegando a producir hasta 200 kw (Profesor La Cour).
A nivel mundial Dinamarca y España ya obtienen arriba del 20% de su
electricidad mediante el poder del viento. México cuenta con uno de los recursos
eólicos más importantes a nivel mundial en tierra, esto es en el Istmo de
Tehuantepec, Estado de Oaxaca.
1.1.3. Energía Hidráulica
El agua es una fuente de energía renovable con un enorme potencial de
aprovechamiento, gracias a la circulación constante de la energía cinética
contenido en su movimiento.
6
El sol calienta el agua del mar y hace que se evapore, formando las nubes.
Éstas transportan el agua hasta las zonas altas de los continentes donde la
descargan en forma de lluvia o nieve. Alimentando así las corrientes de los ríos,
que aumentan su caudal y energía cinética.
El modo de aprovechar esta energía cinética y transformarla en energía
mecánica primero y posteriormente en eléctrica, es mediante la instalación de
centrales hidráulicas en zonas donde este caudal de agua en movimiento sea lo
suficientemente elevado y regular.
En base a su tamaño y a su capacidad de producción media de energía (en
megavatios, MW), las centrales se dividen en:



Gran hidráulica > 10 MW
Minihidráulica de 1 a 10 MW
Microhidráulica < 1 MW
En México existen varias plantas hidroeléctricas, especialmente en el estado
de Chiapas, donde se localizan las presas de Mal Paso, La Angostura y de
Chicoasén. En términos de capacidad efectiva instalada de generación, las
plantas hidroeléctricas representan poco más del 26% del total, según datos de la
CFE.
1.1.4. Energía Geotérmica
Se llama energía geotérmica a la que se encuentra en el interior de la tierra en
forma de calor.
Esta energía se manifiesta por medio de procesos geológicos como volcanes
en sus fases póstumas, los geiseres que expulsan agua caliente y las aguas
termales. Los sistemas geotérmicos producen un rendimiento mayor con
respecto a otros sistemas, y además tienen un costo de mantenimiento menor.
El funcionamiento de una central geotérmica consta de una perforación
practicada a gran profundidad sobre la corteza terrestre y en la cual se
introducen dos tubos en circuito cerrado en contacto directo con la fuente de
calor. Por medio de un tubo se extrae el vapor de la Tierra, el cual hace mover
una turbina y ésta a su vez el generador. Después el vapor pasa por un
condensador para enfriarlo. El agua enfriada es devuelta de nuevo al interior por
el otro tubo para repetir el ciclo.
México ocupa el tercer lugar mundial en la generación de electricidad con
fuentes geotérmicas. Sus campos de aprovechamiento son Cerro Prieto, Los
Azufres y Los Humeros.
7
1.1.5. Biomasa
Es una fuente de energía procedente de manera indirecta del sol. La
formación de biomasa a partir de la energía solar se lleva a cabo por el proceso
denominado fotosíntesis vegetal. Mediante la fotosíntesis las plantas que
contienen clorofila, transforman el dióxido de carbono y el agua, en materiales
orgánicos con alto contenido energético. La biomasa mediante estos procesos
almacena a corto plazo la energía solar en forma de carbono. La energía
almacenada en el proceso fotosintético puede ser posteriormente transformada en
energía térmica, eléctrica o carburantes de origen vegetal.
La madera sigue siendo el mayor recurso de energía de biomasa. Sin
embargo, otros recursos de energía de biomasa pueden ser utilizados. Entre ellos
el desecho de cosechas; vegetales leñosos y aceitosos que son residuos de la
agricultura y la silvicultura; y componentes orgánicos resultado del desperdicio
industrial y municipal (los residuos de los molinos de papel, desperdicios de
aserraderos y basura orgánica).
Para la generación de energía eléctrica se sigue el siguiente proceso: los
compuestos orgánicos (biomasa) se transportan a la central de biomasa y se
queman para calentar agua. Se produce vapor a alta presión que mueve una
turbina y esta mueve el generador que producirá la energía eléctrica. De este
proceso obtenemos energía eléctrica y agua caliente que puede ser utilizada en
los edificios cercanos.
En 2003 se puso en marcha un proyecto de generación eléctrica a partir de
biogás generado por la fermentación anaerobia de residuos sólidos orgánicos
municipales en Salinas Victoria, Nuevo León, México.
1.1.6. Hidrógeno
El hidrógeno es el elemento más abundante en el planeta Tierra, y es también
fuente importante de energía renovable, presente en toda el agua y aire del
planeta, así como en muchos compuestos orgánicos. El hidrógeno no se presenta
naturalmente como un gas en sí mismo, sino combinado siempre con otros
elementos como el oxígeno que se encuentra en el agua (H 2O). Una vez
separado el hidrógeno de otro elemento, puede ser utilizado como recurso de
energía renovable.
El hidrogeno se puede trasformar en energía usando una tecnología similar a
la fabricación de pilas que trasforman la energía química en electricidad.
8
1.1.7. Energía de los océanos o Energía de los Mares
La energía marina también es conocida como energía de los mares o de los
océanos. A menudo recibe el nombre de energía mareomotriz, confundiéndose un
aprovechamiento particular con el nombre general.
Los océanos cubren más de 70% de la superficie terráquea, lo cual hace que
sean los receptores solares más grandes del mundo, por lo que ofrecen un
enorme potencial energético que, mediante diferentes tecnologías, puede ser
transformado en electricidad y contribuir a satisfacer las necesidades energéticas
actuales.
El océano ofrece dos tipos de energía: energía termal proveniente del calor del
sol y energía mecánica proveniente de las mareas y las olas.
La radiación del Sol calienta las capas superficiales de los océanos y pone en
movimiento los vientos que azotan su superficie y forman las olas. Por otro lado,
las mareas provocan el movimiento de grandes masas de agua que se pueden
utilizar para la producción de energía.
Nuestros océanos son una fuente de energía prácticamente inagotable que
apenas se aprovecha. Se ha estimado que su potencial energético podría
proporcionar anualmente el equivalente a 2000 millones de toneladas de carbón,
es decir, 60 o 70 millones de kW.
Dentro de las energías del mar, existen tecnologías claramente diferenciadas,
en función del aprovechamiento energético. Las formas de aprovechamiento son:





Energía de las corrientes
Energía osmótica
Energía de las mareas o Energía mareomotriz
Energía maremotérmica o Energía térmica de los océanos
Energía de las Olas o Energía Undimotriz
Energía de las corrientes
Consiste en el aprovechamiento de la energía cinética contenida en las
corrientes marinas. El proceso de captación se basa en convertidores de energía
cinética similares a los aerogeneradores empleando en este caso instalaciones
submarinas.
Las corrientes marinas producen energía cinética y se pueden clasificar en dos
tipos:
 Las generales: que se ocasionan por movimientos por el viento y por las
temperaturas de la primera capa del mar.
9

Las costeras: que la mayoría de las veces se debe a las mareas o a los
vientos locales. El potencial aprovechable es de más de 30 GW y tiene una
mayor densidad energética que la eólica. Para aprovechar la energía de las
corrientes marinas se emplean diversas tecnologías:

Turbinas marinas (Seaflow): El funcionamiento es similar a un
aerogenerador eólico, pero en este caso es el flujo de la corriente
mariana el que hace girar un rotor bipala. El buje del rotor gira 360°
alrededor del poste en el que está sujeto para orientarse en la
dirección de la corriente.

Stingray: Consiste en un álabe plano horizontal que varía su ángulo
de inclinación para obtener un movimiento ascendente y
descendente.
El principal inconveniente es el impacto en la navegación, ya que las
infraestructuras se ubican principalmente en estrechos o desembocaduras de ríos
con gran tránsito marino.
Energía osmótica
Cuando se pone en contacto agua dulce y agua marina, por ejemplo en la
desembocadura de un río, se liberan grandes cantidades de energía. Esta energía
tiene su origen en un fenómeno natural de ósmosis y por ello recibe el nombre de
energía osmótica, aunque también se ha adoptado el término más comercial de
“energía azul”.
En una planta de producción de electricidad a partir de energía osmótica se
alimenta agua dulce y agua de mar a dos cámaras separadas por una membrana.
La sal del agua marina hace que el agua dulce atraviese la membrana, generando
un incremento de la presión en el lado del agua de mar. Se estima que dicha
presión es equivalente a una columna de agua de 120 metros, similar a un salto
de agua de grandes dimensiones, y por tanto puede utilizarse en una turbina para
generar electricidad.
La energía osmótica no se vería afectada por fluctuaciones climáticas y
produciría electricidad de forma continua y predecible.
Las plantas de energía osmótica pueden construirse en cualquier sitio en el
que haya una corriente de agua dulce fluyendo al mar, siempre que la
concentración de sales sea suficientemente alta.
En todo el mundo, los ríos fluyen al mar en áreas urbanas e industriales en
las que sería factible construir plantas de energía osmótica. Este tipo de plantas
podrían construirse bajo tierra, por ejemplo en los sótanos de un edificio industrial
10
o debajo de un parque, minimizando el impacto visual. Además, las plantas
osmóticas no generarían emisiones ni a la atmósfera ni al agua
Energía de las Mareas o Energía mareomotriz:
La energía mareomotriz se debe a las fuerzas gravitatorias entre la Luna, la
Tierra y el Sol, que originan las mareas, es decir, la diferencia de altura media de
los mares según la posición relativa entre estos tres astros. Esta diferencia de
alturas puede aprovecharse en lugares estratégicos como golfos, bahías o
estuarios utilizando turbinas hidráulicas que se interponen en el movimiento
natural de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para
obtener movimiento en un eje.
Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para
la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en
energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable.
La energía mareomotriz tiene la cualidad de ser renovable en tanto que la
fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y es limpia, ya que en
la transformación energética no se producen subproductos contaminantes durante
la fase de explotación. Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que
se puede obtener con los medios actuales, el coste económico y el impacto
ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una
proliferación notable de este tipo de energía.
Las mareas dependen de:





La atracción gravitatoria Tierra-Luna.
Fuerza centrífuga.
Atracción gravitatoria Sol-Tierra-Luna.
Profundidad de los océanos.
Irregularidades de los fondos oceánicos.
La potencia aprovechable de los mares a escala mundial es del orden de 60 a
70 millones de kW anuales, que es el equivalente energético de 2000 millones de
toneladas de carbón.
La capacidad de producción real es muy limitada, pues para que sea rentable
construir una central mareomotriz, es necesario que:


La diferencia de altura de las mareas sea significativamente grande (5m).
La fisonomía de la costa permita la construcción de diques
La construcción de una central mareomotriz requiere el cerramiento de un
estuario o una bahía mediante un dique provisto de compuertas. En cada una de
11
ellas se instala una turbina tipo bulbo (similares a la Kaplan) de baja presión y de
palas orientables, conectada a un alternador.
Estos grupos son capaces de funcionar como generadores de electricidad y
como bombas de impulsión del agua en ambos sentidos
La única central mareomotriz operativa en la actualidad es la del estuario de
“La Rance” en Francia, inaugurada e n 1967. Otros proyectos abandonados por
problemas técnicos como: Bahía de Fundy en Canadá, o Estuario del río Severn
en Gran Bretaña.
Energía maremotérmica o Energía térmica de los océanos
La absorción de energía solar por el mar, da lugar a que el agua de la
superficie posea un nivel térmico superior al de las capas inferiores, pudiendo
variar hasta 25°C desde la superficie (25-30°C) a 1000 m de profundidad (4°C),
siendo esta diferencia de temperatura constante a lo largo del año.
Para aprovechar este gradiente térmico se emplean los motores térmicos, que
funcionan entre dos focos de calor; el foco caliente a la temperatura del agua
superficial (Tc) y el foco frío o punto a menos temperatura (Tf).
La transformación de la energía térmica en eléctrica, se lleva a cabo por medio
del ciclo de “Rankine” (ciclo termodinámico en el que se relaciona el consumo de
calor con la producción del trabajo) en el que un líquido se evapora para pasar
luego a una turbina. El ciclo puede ser abierto o cerrado.


Abierto: utilizan directamente el agua del mar. El agua de la superficie se
evapora a baja presión y acciona las turbinas. Posteriormente se devuelve
al mar donde se licúa de nuevo.
Cerrado: se utilizan fluidos de bajo punto de ebullición, como el amoniaco,
el freón o el propano. El calor de las aguas superficiales es suficiente para
evaporarlos. El vapor generado se utiliza para mover las turbinas, y
posteriormente es enfriado utilizando agua de las capas profundas, con lo
que el ciclo vuelve a comenzar.
Problemas principales:



Escasa diferencia de temperatura
Necesaria energía para bombear el agua de las profundidades
Problemas de corrosión
Usos de una planta maremotérmica:


Producción de energía eléctrica
Producción de agua potable en los sistemas de ciclo abierto
12


Generación de hidrógeno
Acuicultura, utilizando el agua de las profundidades, más rica en nutrientes,
para desarrollar diferentes especies marinas.
Energía de las Olas o Energía Undimotriz
La energía de las olas también se conoce como energía undimotriz y, en
ocasiones, como olamotriz. El oleaje es una forma de almacenamiento de la
energía solar a corto plazo puesto que es un derivado del viento; los vientos
fuertes que soplan en las costas hacen de esta zona un lugar ideal para explotar la
energía de las olas. Por ello es un tipo de energía muy irregular, aunque más
predecible que el viento. Hasta el momento no ha sido apenas aprovechada, pero
se avecinan cambios que prometen ser importantes para el futuro energético.
La tecnología de la energía de las olas es relativamente nueva y las
investigaciones más intensas fueron en la década de los 70 y 80 bajo programas
promovidos por distintos gobiernos e industrias.
No es una fuente energética reciente. Las primeras técnicas de
aprovechamiento de energía de olas se patentaron en 1799 (Girard e hijo) y el
primer dispositivo británico patentado data de 1833. En el año 1973 había ya 340
patentes y en el 2002 este número aumentó a 1000, entre Europa, Japón y
Estados Unidos. Así, uno de los últimos usos de la energía undimotriz ha sido la
propulsión de un catamarán, Suntory Marmaid II, que ha navegado 6000 km
utilizando únicamente la fuerza del oleaje. De momento el sector se encuentra en
una etapa de desarrollo y algunos resultados parecen prometedores.
Como resultados, se ha propuesto una amplia variedad de dispositivos para
la energía de las olas en las últimas tres décadas, comprendiendo diferentes
formas, tamaños y métodos de extracción de la energía. Aunque muchos de estos
nunca pasaron de la etapa de diseño, muchos han sido objeto de trabajos de
investigación y desarrollo y algunos han sido desplegados en el mar como
prototipos o demostraciones.
Los principales países que están desarrollando la energía de las olas son
Dinamarca, India, Irlanda, Japón, Noruega, Portugal, Reino Unido y USA. Todos
los esfuerzos se han realizado de forma descoordinada desarrollándose una gran
diversidad de tecnologías. La mayoría son descartados en fase de investigación
pero un número significativo han sido desplegados en el mar como pruebas. Es
fácil ser optimista al pensar en las oportunidades que el oleaje puede aportar,
pues la densidad energética de las olas es la mayor de todos los recursos de
energía renovable; no obstante, no hay que olvidarse de los retos que se
avecinan: el desarrollo de las tecnologías necesita una importante ayuda en la
financiación, pues no es competitiva económicamente con otras energías
renovables y se trata de una tecnología muy nueva cuyo potencial no se podrá
evaluar hasta que no se compruebe.
13
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO DE LA
ENERGÍA DE LAS OLAS
En este capítulo se clasificará la Energía de las Olas de acuerdo a la fuente
energética y sus principales ventajas.
14
1. LA FUENTE ENERGÉTICA
1.1.
Origen de la energía de las olas
Figura II.1. En el punto medio, la energía cinética de una ola lineal, iguala a la potencial. [Centre, 2004]
La figura II.1. Representa las distintas energías de las olas: la energía cinética de
las partículas del agua, que en general siguen caminos circulares, y la energía
potencial de las partículas elevadas. ¿Cuál es el origen de estas energías?
Las olas del mar son un derivado terciario de la energía solar: el
calentamiento de la superficie terrestre produce viento y este a su vez genera
oleaje. Es así como el 0.3% de la energía del Sol que llega a la superficie terrestre
se transforma en energía de las olas o energía undimotriz.
Con más detalle Fernández Díez explica cómo la radiación solar incidente
sobre la superficie de la Tierra no produce calentamientos homogéneos sino
calentamientos desiguales, lo que provoca que en la atmósfera aparezcan zonas
de alta presión y de baja presión. Las diferencias de densidad generan
desplazamientos del aire (lo que se conoce como viento) de distinta intensidad, y
su rozamiento con la superficie libre del mar da lugar al oleaje, cuya intensidad
depende de la intensidad y de la duración del viento, además de la longitud sobre
la cual éste transmite energía a la ola. Así, la fuerza ejercida sobre la ola es
proporcional a la altura de las ondas, a la pendiente de estas y al cuadrado de la
velocidad relativa entre el aire y la onda [Fernández Díez, 2002].
Figura II.2. El origen de la energía de las olas. [Centre, 2004]
15
El oleaje actúa como un acumulador de energía en el sentido en que es
capaz de recibir energía, transportarla de un lugar a otro y almacenarla. Como la
densidad del aire es mucho menor que la del agua, en la superficie libre las
partículas tienen más libertad para la traslación. A causa de esto, las olas se
propagan a lo largo de miles de kilómetros por la superficie del mar pero no hacia
el fondo. Además, poseen la capacidad de desplazarse durante grandes
distancias con pérdidas de energía mínimas y, por esta razón, la energía generada
en cualquier parte del océano acaba en el borde continental, de modo que la
energía de las olas se concentra en las costas.
A pesar de que las pérdidas son mínimas, la densidad energética del oleaje
decrece cerca de las costas debido a la interacción de las olas con el lecho
marino; sin embargo, esta disipación de energía puede ser compensada por
fenómenos naturales como la reflexión o la refracción, que originan las llamadas
concentraciones de energía o hot spots (puntos calientes). En relación con estos
fenómenos, Creus Solé define los coeficientes de reflexión (cuando la onda choca
contra un obstáculo vertical, una barrera, por ejemplo, y se refleja con muy poca
pérdida de energía), de difracción (representa la dispersión de la energía del
oleaje a sotavento de una barrera) y de refracción (cambio de dirección que sufre
una ola al acercarse a una zona de menor profundidad, una playa, por ejemplo)
[Creus Solé, 2004].
1.2.
Potencial energético
La energía solar que llega a la superficie terrestre se puede calcular utilizando
la llamada “constante solar”, que representa la cantidad total de energía por
segundo que se recibe en el borde exterior de la atmósfera, considerando una
distancia promedio entre la Tierra y el Sol. Si se asume un valor de 1,353 W/m2 de
energía total del espectro solar, se obtiene que la potencia solar absorbida por la
Tierra es 375 W/m2.
El 0.75% de la irradiación solar que llega a la superficie terrestre genera las
corrientes atmosféricas, los vientos, que transfieren el 40% de su energía a la
superficie del mar [Legaz Poignon, 2006]. Por lo tanto, la energía del Sol que se
transmite al oleaje es:
(0.75%) · (40%) · (375 W/m2) = 1 W/m2
(1)
Por otro lado, la capacidad del oleaje de generar energía se mide con los
parámetros energía, flujo de energía y potencia por metro de frente de ola (kW/m).
Hay muchos estudios que proporcionan modelos del comportamiento de las olas
considerando la zona en la que se propagan.
16
1.3.
Características de las olas
En los océanos del mundo encontramos cuatro tipos básicos de olas: las olas
generadas por el viento (las más comunes), las olas producidas por las mareas,
los seiches (ondas estáticas o estacionarias) y los tsunamis.
Todas las olas comparten las mismas
independientemente del medio en que se mueven.







características
básicas,
La cresta es el punto más alto de la ola.
El valle de una ola es su punto más bajo.
La altura de la ola es la distancia vertical entre la cresta y el valle.
La amplitud de una ola se define como el desplazamiento del agua a partir
de su estado de reposo. La amplitud de la ola corresponde siempre a la
mitad de la altura de la ola (al menos en una ola simétrica).
La longitud de onda es la distancia entre una cresta y otra o entre un valle
y otro. Aunque en realidad se trata de la distancia entre dos puntos
idénticos a lo largo de una ola, es más fácil concebir o medir la longitud de
onda en términos de la distancia entre dos crestas adyacentes.
El periodo de una ola se define como el tiempo que tardan dos crestas o
valles sucesivos en pasar por un punto fijo.
La pendiente (S) de una ola se define como la altura (H) de la ola dividida
por la longitud de onda (L), es decir: S = H/L. Por consiguiente, si la longitud
de onda de una ola disminuye pero su altura se mantiene constante, su
pendiente aumenta.
17
La pendiente de una ola en aguas profundas no puede exceder
aproximadamente 1/7 (S=H/L). Cuando la pendiente excede ese límite, la ola
empieza a romper y su cresta se corona de espuma. Esto significa que a medida
que la pendiente aumenta, la cresta alcanza un ángulo de 120 grados y deja de
ser redondeada, y la ola adquiere una forma trocoidal. En 1880, G. G. Stokes
planteó la teoría de que 1/7 es el valor umbral de pendiente para que una ola
rompa, y las observaciones actuales respaldan su teoría. Esta regla limita el
ángulo de inclinación del agua desde la horizontal a aproximadamente 30 grados.

La velocidad o celeridad de la ola es la velocidad a la que una ola
individual se desplaza por el agua. La siguiente ecuación expresa la
velocidad de una ola para cualquier longitud de onda y profundidad.
̃ √
(2)
Donde:
C = velocidad de la ola (m/s)
g = gravedad (9.8 m/s2)
L = longitud de onda (m)
= 3.14159
tanh = tangente hiperbólica
h = profundidad del agua (m)

Velocidad en aguas profundas: Las olas se consideran de aguas
profundas cuando la profundidad (h) del agua excede la mitad de la longitud
de onda (L) de la ola.
18
En aguas profundas, la tangente hiperbólica de 2 h/L se aproxima a 1. Si
sustituimos por 1 el valor de la tangente (tan h) en la ecuación completa de la
velocidad de las olas, la velocidad de una ola en aguas profundas se simplifica
como la raíz cuadrada de gL/2 .
̃√

(
)
̃ √
̃ √
(3)
Velocidad en aguas someras o aguas poco profundas: Las olas se
consideran de aguas someras cuando la profundidad (h) del agua es menor
que 1/20 de la longitud de onda (L) de la ola.
En aguas someras o poco profundas, la tangente hiperbólica de 2 h/L se
aproxima a 2 h/L. Por consiguiente, la velocidad de una ola en aguas someras
puede simplificarse a la raíz cuadrada de gh.
̃√

(
)
̃ √
(
)
̃ √
(4)
Velocidad en la zona de transición: El área entre la zona de aguas
profundas y la zona de aguas someras se conoce como la zona de
transición y se define en términos de la longitud de onda (L).
Para determinar la velocidad de una ola en la zona de transición, lo ideal
sería utilizar la ecuación completa de la velocidad de las olas. Sin embargo, en
la mayoría de los casos la zona de transición es muy abrupta.
19
1.4.
Clasificación del oleaje
Existen diversas formas de definir el oleaje según las características que
presente. Un ejemplo sería la clasificación general siguiente donde se destacan
dos grandes grupos [Fernández Díez, 2004]:


Las ondas estacionarias: son aquellas que tienen unos puntos nodales
donde el movimiento es nulo y otros ventrales donde el desplazamiento es
máximo o mínimo.
Las ondas transitorias o progresivas: son aquellas que varían en el
tiempo y en el espacio.
Sin embargo, otras formas de clasificación posible sería atendiendo a
parámetros físicos que ocasionan o disipan la perturbación: fuerzas perturbadoras
y restauradoras, o bien según las características intrínsecas del oleaje en sí:
periodo y longitud de onda. Las fuerzas perturbadoras son aquellas que originan el
movimiento en la superficie, pueden tener múltiples orígenes (meteorológico,
astronómico…), mientras que las fuerzas que se oponen a dicha perturbación se
denominan restauradoras.

Según las fuerzas perturbadoras
o Ondas generadas por el viento u otros agentes atmosféricos: Las
primeras tienen asociada la mayor cantidad de energía y periodos del
orden de segundos a minutos. Otros agentes perturbadores pueden ser
tormentas, un cambio de presión atmosférica que produzca un
agitamiento en resonancia del agua (seiche).
o Ondas generadas por la atracción de los astros: Fuerzas gravitatorias de
la Luna y el Sol que provocan ondas largas más conocidas como
mareas, con periodos de 12 a 24 horas.
o Ondas generadas por terremotos o también denominadas tsunamis: Son
ondas de periodos largos y progresivos, frecuentes en el Pacífico, que
se propagan hacia la costa desde un epicentro provocando fuertes
daños.

Según las fuerzas restauradoras
o Fuerza de Coriolis: Únicamente tiene una afección significativa para las
ondas de periodos mayores a 5 min, como pueden ser las ondas de
marea.
o Fuerza de gravedad: Actúa verticalmente y afecta a periodos del orden
de segundos a minutos. Es la fuerza restauradora que actúa en las olas
que contienen la mayor parte de la energía.
20
o Tensión superficial: Predomina en las ondas de longitud y periodos
cortos, las primeras en formarse cuando empieza a soplar el viento. En
este rango de periodos se opone principalmente a la fuerza del viento.

Según el tiempo de aplicación de la fuerza perturbadora
o Ondas libres: Generadas por una aplicación instantánea de la fuerza
perturbadora que cesa al momento y deja evolucionar libremente la ola.
o Ondas forzadas: A diferencia de las anteriores, la perturbación se aplica
de manera continua, un ejemplo son las olas de marea.

Según periodo de duración
o Olas de periodo largo (5 minutos a 24 horas): Estarían en este grupo las
mareas, Tsunamis y demás olas provocadas por terremotos y
tormentas.
o Olas de gravedad, (1 a 30 segundos): A este grupo corresponden las
olas cuya fuerza restauradora principal es la gravedad. Ésta provoca
una oscilación o movimiento orbital de las partículas de agua. Pueden
viajar largas distancias y romper muy lejos de su punto de origen.
o Olas capilares, (menos de 0.1 segundo): Tienen un papel importante en
la transferencia de energía del aire al agua para formar las corrientes
superficiales, sin embargo, no representan una energía significativa
dentro del conjunto global.
A continuación se observa un gráfico (figura II.7) donde aparecen
representadas los tipos de olas según la fuerza perturbadora, restauradora y su
periodo incluyendo la curva de energía asociada en cada caso particular.
21
Figura II.7. Representación esquemática de los tipos de olas que existen en la superficie del océano y de la energía
en ellas contenida. [Fernández Díez, 2004]
Se observa que la mayor parte de la energía disponible se encuentra en las olas
de periodos comprendidos entre 5 minutos y 30 segundos, es decir, las
denominadas olas de gravedad. El origen de la fuerza perturbadora asociado
según el gráfico a este rango de mayor energía sería el viento, mientras que la
correspondiente fuerza restauradora que limitaría dicho movimiento la gravedad.
1.5.
Oleaje generado por el viento
En el apartado anterior se ha visto que el oleaje que aporta mayor cantidad de
energía es el generado por el viento. Éste se entiende como un derivado de la
energía solar, puesto que al calentarse la superficie terrestre de manera no
homogénea, se producen desplazamientos de aire debidos a las diferencias de
densidad. De esta forma el viento por rozamiento con la superficie libre del océano
o mar genera el oleaje.
La transferencia de energía de viento a agua se almacena en el oleaje y es capaz
de viajar miles de kilómetros con escasas pérdidas de energía. Conforme las olas
van acercándose a la costa, experimentan una pérdida de energía ya que
empiezan interaccionar con el lecho marino, es decir, empiezan a “notar el fondo”.
Sin embargo, ésta disipación de energía puede verse compensada por fenómenos
como la refracción y la reflexión que conducen a la formación de zonas con
concentraciones de energía o hot spots. Más adelante se definirán detalladamente
dichos fenómenos.
La intensidad y el grado de desarrollo que tenga el oleaje dependerán
principalmente de los siguientes factores:
22
• La intensidad o fuerza con la que sople el viento.
• El tiempo que sople el viento en una misma dirección
• El fetch o distancia a lo largo de la cual el viento sopla en la misma
dirección.
En la figura que aparece a continuación se observa como el viento
interacciona en el fetch con la superficie libre del mar formando olas irregulares. A
medida que éstas se van propagando, se agrupan dando lugar a olas más
regulares. Según Fernández Díez, se distinguen tres zonas: de crecimiento, de
mar totalmente desarrollado y mar tendida (figura II.8).
Figura II.8. Acción de un viento constante sobre una zona determinada del mar. [Fernández Díez, 2004]
El oleaje en la zona de crecimiento es caótico, tiene forma irregular, debido a la
coexistencia de ondas con frecuencias y direcciones diferentes. A dicho oleaje se
le denomina mar de viento o sea. Una vez generado, se propaga hacia fuera de la
zona de generación, destacando dos mecanismos de dispersión:

Dispersión radial: los períodos más largos viajan más deprisa y alcanzan
la costa antes y con mayor altura de ola que los períodos más cortos.

Dispersión angular: Como la anchura del fetch es finita, sólo determinadas
direcciones podrán desarrollarse, afectando por igual a todos los períodos.
Cuando el oleaje que ya se encuentra en la zona de mar tendido ha sufrido una
criba por periodos y direcciones debido a los dos mecanismos anteriores de
dispersión, las crestas se vuelven más redondeadas y el oleaje adquiere un
aspecto más regular. Las ondas se mueven agrupadas en trenes de olas con igual
longitud de onda y velocidad y se propagan hacia la costa. Dicho oleaje se
23
denomina mar tendido, de fondo o swell, es fundamental en costas oceánicas. Sin
embargo, es menos importante en mares cerrados.
Ambos tipos de oleaje se ven afectados al acercarse a la costa debido a su
interacción con el lecho marino. Se distinguen tres zonas en función de la
profundidad hasta el lecho (h) y la longitud de onda (L), es decir, según la
profundidad relativa:

Aguas profundas: el oleaje se propaga sin interacción con el fondo, la
velocidad del tren de olas (c) es independiente de la profundidad. La órbita
que describen las partículas es de tipo circular y cumple la relación:
,
(5).

Aguas intermedias: las olas empiezan a notar el fondo y la velocidad del
tren de olas pasa a depender de la profundidad. Ésta zona se encuentra en
el intervalo
, (6) de profundidad relativa. La trayectoria de las
partículas es elíptica.

Aguas someras: las partículas de agua notan la existencia próxima del
lecho marino. En el caso extremo, el movimiento vertical quedaría
totalmente impedido, teniendo una trayectoria recta horizontal. Se cumple
que
, (7).
A medida que se propaga hacia la costa, la relación entre la altura y longitud de
onda (H/L) o peralte aumenta hasta llegar a un punto en el que el oleaje se hace
inestable y rompe. Éste proceso disipa la energía de forma rápida, de manera que
a la hora de ubicar un dispositivo se deberá tener en cuenta la rotura del oleaje.
Para peraltes del orden de 1/50 o menores, se considera que las características
sinusoidales del oleaje hacen posible la aplicación de la teoría de ondas lineal. Sin
embargo, para peraltes mayores a 1/7, se trabajaría con teoría no lineal puesto
que el oleaje se encontraría en situación de rotura.
24
Figura II.9. Movimiento de la superficie y las partículas al aproximarse a la costa. [Fernández Díez, 2004]
1.6.
Modificación de la energía de las olas
Conforme el oleaje se aproxima hacia la costa, sus características se ven
afectadas cuando la profundidad del agua comienza a ser menor que la
semilongitud de onda, y por los efectos de la refracción. Cuando la ola se
encuentra con un obstáculo en la superficie, se modifica según los fenómenos de
difracción y reflexión; también se puede modificar por un obstáculo sumergido,
alterándose el movimiento orbital de las partículas hasta una cierta profundidad.

Refracción
La refracción es el cambio de dirección que experimenta la ola, cuando ésta se
acerca a una zona de menor profundidad, por ejemplo a una playa (figura II.10).
El frente de olas se frena, la altura de la ola disminuye y su dirección de
propagación se modifica.
La ola queda afectada cuando la profundidad del agua es, aproximadamente, igual
a la mitad de su longitud de onda h=
, (8); a partir de esta zona la celeridad
disminuye conforme decrece la profundidad, mientras que el periodo se mantiene
constante, por lo que disminuye su longitud de onda.
El resultado es que la ola al acercarse a la playa tiende a adaptar su frente
de propagación a las curvas de nivel del fondo del mar.
25
Figura II.10.- Refracción de un tren de olas.
El fenómeno de refracción sólo afecta a la altura del oleaje y a su dirección
de propagación. Cuando la ola continúa su camino hacia la costa y la profundidad
del agua disminuye, la ola modifica su velocidad y longitud de onda.
Este fenómeno se puede aprovechar para la conversión de la energía del
oleaje, compaginándolo con técnicas de concentración de la ola.

Reflexión
La reflexión se produce cuando la ola choca contra un obstáculo vertical
(barrera); la ola se refleja con muy poca pérdida de energía. Si el tren de ondas es
regular, la suma de las ondas incidente y reflejada origina una ola estacionaria, en
la que se anulan mutuamente los movimientos horizontales de las partículas
debidas a las ondas incidentes y reflejadas, quedando sólo el movimiento vertical
de altura doble y, por lo tanto, de energía doble a la incidente (figura II.11).
Figura II.11. Reflexión de las olas
26
Por lo que en condiciones ideales la energía de la onda estacionaria resultante
es dos veces la incidente, fenómeno que puede ser utilizado en la conversión del
oleaje. Si el oleaje fuese irregular, la reflexión sería totalmente distinta.

Difracción
La difracción es la dispersión de la energía del oleaje a sotavento de una barrera,
permitiendo la aparición de pequeños sistemas de olas en aguas protegidas por
un obstáculo (figura II.12).
Figura II.12.Difracción de las olas al encontrar un saliente marino
Cuando la ola pasa al otro lado de la barrera, el frente de olas adopta una
forma circular, entrando en una zona de calma por detrás de la barrera,
disminuyendo su altura en esa zona, mientras que la celeridad y la longitud de la
ola no se modifican.
El fenómeno de la difracción se puede aprovechar para el control y
concentración del oleaje.
1.7.
Ventajas y Desventajas
1.7.1. Ventajas
Hay que resaltar que la forma de generación y transmisión del recurso de olas
es, en sí, mucho más estable en el tiempo que el viento. Se trata de un recurso
concentrado, predecible, cercano a grandes consumidores y de alta disponibilidad.

Las olas pueden desplazarse durante largas distancias sin perder energía.

Es un recurso predecible si se conocen, entre otros factores, el viento en
alta mar, las tormentas y las corrientes atmosféricas, gracias a su propiedad
27
de propagación a lo largo de cientos de kilómetros sin que se degrade su
energía (los tiempos de propagación son de 2-3 días). Este factor es
fundamental para integrar los parques de olas en la red eléctrica. Además,
debido a la naturaleza dispersiva del oleaje, cuya principal consecuencia es
que las olas de distinta frecuencia llegan a las costas en distintos instantes,
el control resulta más sencillo.

Es un recurso cercano a grandes consumidores.

Ofrece alta disponibilidad ya que es un recurso abundante y con flujos de
energía elevados.

Las instalaciones petrolíferas marinas ofrecen información y experiencia,
pese a que las plataformas marinas se diseñan para oponer la mínima
resistencia al oleaje, y el anclaje de los dispositivos que nos ocupan debe
ser tal que la resistencia al oleaje sea máxima. De hecho, los costes de
amarre y anclaje pueden alcanzar la mitad de los costes totales.

Algunos dispositivos permiten el uso de generadores síncronos, que
participarían en el control de la potencia reactiva de la red.

El desarrollo de esta energía dará seguridad de suministro energético a
regiones remotas, igual que ocurre con otras energías renovables.

Puede amortiguar el oleaje en zonas portuarias o erosionables.

Se impulsará la diversificación de empleo y estimulará PYMES e industrias
en declive como las de construcción de barcos.

Es una energía limpia, no emite gases contaminantes a la atmósfera.

Permite usos alternativos a la energía eléctrica de la energía obtenida,
como la producción de hidrógeno o la obtención de agua potable del mar.
1.7.2. Ventajas de la energía de las olas en comparación con la energía
eólica

La energía cinética de las olas (es función de la altura de la ola al cuadrado)
es 1000 veces superior a la del viento (es función al cubo de la velocidad
del aire), lo que permite utilizar aparatos más pequeños para producir la
misma cantidad de energía.

Es un recurso energético concentrado puesto que es mucho mayor la
densidad del agua que la del aire. La densidad del agua salada (la densidad
del agua típica del mar, agua salada con un 3.5% de sales disueltas es de
28
aproximadamente 1028 kg/m3) es aproximadamente 800 veces la del aire
(aproximadamente 1.3 kg/m3).

El impacto visual es mucho menor que el de los aerogeneradores (figura
II.13); además, los dispositivos pueden estar situados bajo la superficie del
mar, en rompeolas o alejados de la costa.

La energía de las olas es más continua que la eólica, que muere por la
noche, durante la mañana y con atmósferas inversas (temperaturas
extremas), y que la energía solar. La energía de las olas varía en las
estaciones del año del mismo modo en que varía la demanda de
electricidad en zonas con climas templados.

Es un recurso regular. La generación equivalente de los dispositivos en la
costa es 2000 h/año y la de los situados mar adentro 4000 h/año, cifra
impensable para los parques eólicos (2300 h/año) o las centrales
minihidráulicas (2800 h/año).

Davies en 2005, estima un factor de capacidad (cantidad real de energía
que produce un dispositivo al año dividido por la cantidad de energía que se
podría producir con esa fuente de energía) para los dispositivos de olas que
supera el 80%, mientras que el de los eólicos marinos, con mayor
generación que los terrestres, es 50% [Davies, 2005].
Figura II.13. Comparación del impacto visual de un aerogenerador marino y de varios dispositivos OPT. [Legaz
Poignon, 2006]
29
1.7.3. Desventajas

Varios dispositivos han fracasado ante tormentas, pues la carga que debe
soportar el dispositivo en las condiciones más adversas (por ejemplo
huracanes) puede ser 100 veces mayor que su carga nominal. Asimismo,
aunque las condiciones sean mejores, los dispositivos tienen que soportar
la energía cinética de las olas ininterrumpidamente.

Los dispositivos alejados de la costa tienen unos costes importantes,
debidos no sólo al mantenimiento y a la instalación, sino también al sistema
de amarre, que debe ser revisado y sustituido cada poco tiempo,
garantizando que ninguna pieza se pierda y quede a la deriva.

La vegetación marina crece en todo lo que se instala en el mar.

El efecto corrosivo del agua salada tiene consecuencias muy negativas en
distintos materiales. Por ejemplo, provoca que el acero se oxide, que el
cobre se disuelva y que el aluminio desaparezca.

El diseño es complejo. Como afirma Creus Solé [Creus Solé, 2004]: “lo que
se diseña en la bañera no funciona en el mar”.

La irregularidad en la amplitud, en la fase y en la dirección de la ola (la
potencia entrante es aleatoria) hace difícil que un dispositivo obtenga el
máximo rendimiento en todo el intervalo de frecuencias de excitación.

Es complicado acoplar el movimiento lento (aproximadamente 0.1 Hz de
frecuencia) e irregular de la ola al del generador, que normalmente trabaja a
una frecuencia 500 veces mayor.

En general, la eficiencia de la conversión energética no es alta.

El coste de la planta de conversión es muy alto. Pese a que el coste de la
materia prima es nulo (no hay que olvidar que el fluido de trabajo es el agua
o el aire), el coste de construcción, que implica los sistemas de anclaje, los
cierres herméticos, los cojinetes, etc., es muy elevado. De momento no es
competitivo con el coste de ninguna central convencional.

El aprovechamiento de la energía de las olas tiene un impacto ambiental
considerable. Entre los impactos ambientales que produce se pueden
destacar:



La alteración del clima marítimo (sedimentos, ecosistemas).
La emisión de ruido.
El impacto visual y estructural sobre el paisaje.
30




Los efectos negativos en la flora y la fauna, que pueden afectar a las
aves migratorias y a los peces.
Los efectos en la reproducción de algunas especies.
Los efectos en la sedimentación en las costas y en las playas.
Los riesgos para la navegación.
Todas estas características parecen manifestar que el diseño de un
dispositivo de energía undimotriz debe ser, desde el punto de vista de
aprovechamiento energético, sofisticado y fiable y, por otro lado, económicamente
viable; aunque como citaba el autor de Energy from Waves, David Michael Ross:
“la energía de las olas no fue diseñada para ahorrar dinero, sino para salvar el
mundo”.
Existen diferentes recopilaciones sobre la energía del oleaje, y en todas ellas
se señala que muchos de los diseños para el aprovechamiento de la energía de
las olas no han pasado de la fase de investigación y desarrollo, y que solo unos
pocos se han probado a gran escala o instalado en condiciones reales. Tan lento
progreso se debe a los desafíos que enfrentan estos diseños:

Rango de las olas para el diseño: para aprovechar de manera eficiente la
energía de las olas, el sistema de aprovechamiento debe diseñarse para
los niveles energéticos del oleaje más frecuentes en el emplazamiento
previsto (por ejemplo entre 20 y 60 kW/m en Galicia). Además, la
instalación debe poder soportar también olas excepcionales que se
presentan raramente, pero que pueden alcanzar niveles de energía
superiores a los 2.000 kW/m. Tal situación es una de las principales
dificultades de estos proyectos, puesto que mientras son los niveles de
energía más bajos y más frecuentes en el oleaje los que se aprovechan (y
los que producen ingresos), el grueso de la inversión se dedica a la
construcción de robustas estructuras que puedan resistir al enorme
contenido energético de las olas excepcionales.

Variabilidad del contenido energético del oleaje: las olas varían en
altura y periodo entre una ola y la siguiente y de la tormenta a la calma.
Mientras que el contenido energético bruto del oleaje es predecible, su
inherente variabilidad debe transformarse en una producción eléctrica
regular si se desea que sea aceptado por la compañía eléctrica local, por lo
que habitualmente se precisa alguna forma de almacenaje de la energía
captada y regulación de energía generada.

Variabilidad en la dirección de las olas: las olas de alta mar
normalmente avanzan hacia un dispositivo de aprovechamiento energético
31
desde un abanico de direcciones, por lo que tal dispositivo debe ser capaz,
de hacer frente a tal variabilidad direccional ya sea por la adaptabilidad de
sus fondeos (que les permitan orientarse a las olas) o por la simetría de su
diseño. Otra posibilidad consiste en situar el dispositivo de captación
próximo a la costa, puesto que las olas se van refractando al acercarse a la
orilla y la mayoría de ellas acaba incidiendo perpendicularmente a la
misma.

Movimiento de la ola: la relativamente lenta oscilación de las olas
(típicamente a 0.1 Hz) debe transformarse en una salida unidireccional que
haga girar a los alternadores a varios centenares de vueltas por minuto, lo
que exige el empleo de multiplicadores de velocidad o la utilización de
algún sistema intermedio de transferencia de energía.
32
CAPÍTULO III
CLASIFICACIÓN DE LAS
TECNOLOGÍAS DE LA
ENERGÍA DE LAS OLAS
En este capítulo se analizarán las técnicas de aprovechamiento de la fuente
energética, su clasificación, conversión energética y conexión a la red.
33
1. TÉCNICAS DE APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS
Respecto al gran potencial energético del oleaje, convendría responder a la
siguiente pregunta: ¿cómo es que una fuente con tan elevado potencial
energético, accesible y con la que se convive desde hace millones de años, no se
ha utilizado hasta nuestros días? No ha sido por falta de investigaciones, pues
desde el siglo XVIII hay patentes de convertidores, sino por la dificultad de extraer
la energía de la ola, convertirla y transportarla.
Precisamente se van a describir algunos métodos de aprovechamiento de la
energía de las olas. Comenzando por el primer paso, la extracción de energía de
las olas, hay que preguntarse cómo se puede absorber esta energía.
Cuando la velocidad de las olas sólo depende de la longitud de onda (ondas
cortas) y la frecuencia de propagación es constante, la velocidad de las olas se
mantiene constante. Con estas particularidades, la energía de una ola es
proporcional a su amplitud al cuadrado. Siendo E ~ H2, parece lógico pensar que,
si disminuye la amplitud de la ola, su energía también decrecerá. De este modo,
toda pérdida de energía de la ola lleva asociada una disminución de la amplitud.
Por consiguiente, absorber energía no significa otra cosa que atenuar la onda.
Como su nombre indica, el sistema de extracción de energía está diseñado para
absorber la energía de la ola. El caso límite es aquél en el que más allá del
dispositivo la amplitud de la ola se hace cero (son los convertidores conocidos
como terminadores).
Para atenuar la onda, es decir, disminuir su amplitud, el sistema de absorción
tiene que ser capaz de radiar una onda que interfiera de forma destructiva con la
onda incidente. Pinilla Martín demuestra que para absorber toda la energía de la
onda incidente, el cuerpo emisor tiene que emitir dos ondas con las fases
ajustadas: una onda simétrica, creada a partir de un movimiento de oscilación
vertical, y otra antisimétrica, formada en la oscilación alrededor de un eje paralelo
al frente de onda incidente [Pinilla Martín, 2007].
Por otro lado, se sabe que para absorber energía útil de un fluido es necesario
que el fluido realice un trabajo; por lo tanto, para que haya transferencia de
energía, la ola tiene que ejercer una fuerza sobre un cuerpo móvil. En ausencia de
viscosidades, la presión es el único origen de las fuerzas entre el cuerpo y el
fluido. Así, el cuerpo móvil o absorbedor es el lugar donde se produce la
transferencia de energía y, además, la energía puede almacenarse en el cuerpo
como energía cinética o como energía potencial.
En el proceso de extracción de energía aparecen tres fuerzas distintas sobre el
absorbedor: la fuerza de excitación, fruto de la acción de la onda incidente sobre
una estructura fija, la de radiación, que tiene su origen en la oposición del fluido al
movimiento del cuerpo en su seno, y la del sistema de extracción de energía. Las
dos primeras fuerzas no son controlables, mientras que la tercera sí que lo es.
34
Esto permitirá determinar el valor de la fuerza antagonista para la que el sistema
tiene un comportamiento resonante con la ola, de manera que a la frecuencia de
excitación el sentido de la potencia siempre será desde el mar hacia el sistema de
excitación.
En todos los sistemas se trata de maximizar la potencia absorbida por un
dispositivo a lo largo de un año, tarea bastante complicada. El control de un
dispositivo de conversión es muy complejo, pues debe dar prioridad a uno de los
dos factores determinantes, la frecuencia de operación o la potencia máxima
extraíble.
En aquellas regiones donde la variación de la frecuencia de las olas sea muy
elevada, el sistema se diseña con un ancho de banda de resonancia amplio, pero
la potencia máxima extraíble será menor que la disponible en todas las
situaciones. La principal ventaja de este tipo de control es que permite un
funcionamiento de modo cuasi-resonante para distintas perturbaciones.
En cambio, en los lugares donde la frecuencia sea más constante, la potencia
se maximizará para el valor de frecuencia elegido, pero será poco eficiente con
frecuencias distintas. El ancho de banda de resonancia de esta situación es
estrecho.
Queda claro que la finalidad de los dispositivos de conversión es transformar la
energía del oleaje en energía útil. Deben funcionar de la manera más eficiente en
las distintas frecuencias del oleaje y deben ser capaces de resistir las condiciones
más adversas del mar.
A continuación se clasifican los dispositivos de energía de las olas atendiendo
a numerosos factores, dada la gran diversidad de los sistemas de conversión.
1.1.1. Clasificación de las tecnologías de conversión
Creus Solé, distingue cinco sistemas distintos que se emplean en la actualidad
para extraer la energía de las olas [Creus Solé, 2004]. Son los siguientes:

Flotadores: anclados en el fondo o unidos a una masa sumergida.

Depósitos: que almacenan agua aprovechando la energía cinética de las
olas. El agua vuelve al mar tras pasar por una turbina.

Balsas o pontones: aprovechan el movimiento relativo con el oleaje.

Neumáticos: las olas comprimen y descomprimen un flujo de aire que
mueve una turbina.
35

Dispositivos móviles articulados: se mueven con las olas actuando sobre
un motor hidráulico.
Estos sistemas se pueden clasificar según distintos factores:
1.1.1. Atendiendo al emplazamiento o a la posición relativa respecto a
la costa
Figura III.1. Previsión de la potencia instalada (MW) de los dispositivos de conversión. En amarillo están
representadas las instalaciones en la costa (8%), en naranja las situadas cerca del litoral (34%) y en marrón las de
mar adentro (58%). [Westwood, 2004 ]
Figura III.2. Clasificación sistemas de captación según posición [P. Ibáñez, 2008]

Instalaciones en la costa (onshore):
Su instalación y mantenimiento es sencillo, puesto que en la mayoría de los
casos el emplazamiento es accesible; no obstante, están expuestos al viento y a
36
las olas [Clément, 2002]. Suelen construirse sobre rocas (figura III.3), a las que
deben estar bien fijados para resistir tempestades.
No precisan de sistemas de amarre ni de grandes longitudes de cable
submarino, pero el potencial energético, menor que mar adentro, además, está
afectado por los planes de protección y conservación de las costas. Por lo tanto,
estas instalaciones están limitadas por dos factores: en primer lugar, los costos de
instalación son elevados, puesto que se trataría de proyectos individuales donde
las economías de escala son inaplicables, y, en segundo lugar, hay pocos lugares
con potencial energético suficiente para que la instalación sea rentable. Sin
embargo, la pérdida de potencial energético en la costa puede ser compensada
por procesos naturales de concentración de energía, como la refracción o la
difracción, siempre que el dispositivo esté instalado para tal fin.
Figura III.3. Dispositivo OWC instalado en la costa. [Legaz Poignon, 2006]
Westwood señala, como una importante ventaja respecto a los
convertidores de alta mar, que un dispositivo diseñado para ser instalado en la
costa tiene mayor capacidad nominal unitaria [Westwood, 2004]. Esto se traduce
en que un solo convertidor puede ser suficiente para cubrir determinadas
necesidades. Por ejemplo, en un lugar remoto o en una isla con una comunidad
reducida, una unidad de 4 MW tendría un impacto muy significativo.
Entre los años 2004 y 2008 las instalaciones en la costa sólo han
representado el 8% de la potencia instalada (figura III.1), a pesar del importante
desarrollo de estas tecnologías en los últimos años. Creus Solé estima un ciclo de
vida de 30 años para estas instalaciones [Creus Solé, 2004].
37
Hay tres modelos básicos de instalaciones en la costa:
o Columna Oscilante de agua u OWC.
o El canal cerrado o TAPCHAN.
o El sistema Pendulor.
A continuación se describe cada una de estas instalaciones:

Dispositivos de columna de agua oscilante u OWC (Oscillating Water
Column):
Están basados en el principio de funcionamiento de la columna de agua
oscilante. Consiste en una estructura hueca (cavidad resonante), semisumergida y
abierta al mar por debajo de la superficie libre del agua. Debido a la oscilación del
oleaje, se producen cambios en la presión del aire que está situado sobre el agua,
en el interior de la cámara. A causa de esto, el aire, que es el fluido de trabajo, se
expansiona y se comprime alternativamente produciendo el movimiento de la
turbina.
La estructura es un tubo Venturi, de modo que la parte en contacto con el agua
es de gran diámetro comparado con la parte que aloja a la turbina. De esta
manera, se consigue que las velocidades bajas del oleaje se amplifiquen lo
suficiente como para que la turbina alimente a un generador eléctrico (gira a varias
centenas de rpm). Se utilizan turbinas de aire tipo Wells, caracterizadas porque
permiten ser accionadas por un flujo bidireccional sin cambiar el sentido de giro
[Creus Solé, 2004].
Figura III.4. Principio de operación de OWC. [Legaz Poignon, 2006]
La velocidad en la turbina es máxima cuando hay resonancia, es decir,
cuando la frecuencia natural de la turbina y del generador coincide con la de la ola.
Además, para obtener buenos rendimientos, la longitud de la tubería de la turbina
debe ser menor que un cuarto de la longitud de onda de la ola. Los rendimientos
suelen ser del 30-50%.
Pueden estar instalados en estructuras fijas o en estructuras móviles o flotantes.
38

TAPCHAN (TAPered-CHANnel)
Consta de una estructura en canal que se hace cada vez más estrecho de
forma gradual, desde el nivel medio del mar hasta un depósito más elevado. A
medida que el oleaje se propaga por el canal, la altura de ola se amplifica hasta
que sobrepasa la estructura y entra al depósito de reserva, el cual proporciona un
flujo continuo de agua a una turbina tipo Kaplan. Finalmente, el agua se devuelve
al mar mediante una turbina convencional hidroeléctrica que genera electricidad.
Su funcionamiento se ha comprobado solo con un único prototipo, el cual
parece ser competitivo pero no ha sido posible su comercialización a gran escala.
La viabilidad parece estar muy condicionada por la ubicación del dispositivo,
siendo conveniente que cerca de la costa haya suficiente profundidad y sin
mareas de más de un metro. Las obras necesarias deben ser lo más pequeñas
posibles para no afectar a nivel medioambiental ni en costo.
Figura III.5. Sistema TAPCHAN.

Sistema Pendulor
Es un dispositivo de captación que se puede situar tanto en la costa como
cerca de ella, basado en un péndulo oscilante movido por el oleaje. Japón ha sido
el país pionero en el desarrollo de este tipo de tecnología, llevando a cabo
modelos a escala real. Consiste en una cámara de hormigón armado de forma
rectangular con un lado abierto al mar. En éste lado se dispone de una compuerta
de acero articulada en la parte superior que recibe el empuje del oleaje. El
movimiento oscilatorio de dicha compuerta acciona una bomba hidráulica
conectada a un generador.
El cajón rectangular es de una profundidad aproximada de un cuarto de la
longitud de la ola, de manera que produce un movimiento estacional sobre la placa
metálica. Su funcionamiento óptimo se producirá cuando la frecuencia del oleaje
coincida con la natural del péndulo.
39
Figura III.6. Sistema Pendulor.

Instalaciones en aguas poco profundas, aguas someras o cerca del
litoral (nearshore):
Están situadas a una distancia de la costa de 500 m a lo sumo, donde las
profundidades varían entre 20 y 30 metros. Comparten prácticamente todas las
ventajas de las instalaciones en la costa y además están expuestas a mayores
potenciales de oleaje. El mayor inconveniente de estos dispositivos es que su
instalación implica la modificación de la costa.
En aguas poco profundas se aprovecha la componente horizontal de la
velocidad con flotadores o estructuras fijas. Por ejemplo, los dispositivos tipo noria
(figura III.7) aprovechan la energía del movimiento ondulado de las partículas de
agua.
Figura III.7. Paddle wave energy converter. [McCormick, 1979]
Los dispositivos situados en la costa y los situados cerca de ella también
reciben el nombre de convertidores de primera generación.
Jonh Westwood, un importante analista de la industria energética, afirma que
muchas compañías podrían ir a la quiebra si anunciasen más proyectos en la
costa, debido al impacto ambiental que suponen las grandes dimensiones de los
dispositivos. Lo mismo ocurriría con los parques cercanos a la costa si en ellos se
utilizaran los convertidores diseñados para trabajar en aguas profundas.
40

Instalaciones en aguas profundas o en alta mar (offshore):
Disponen de altos potenciales de energía, pues a medida que aumenta la
distancia a la costa la densidad energética aumenta. Por otro lado, su
accesibilidad es más difícil, la supervivencia está más comprometida y el
transporte de energía es más complicado. Aparecen problemas de instalación, de
mantenimiento, de anclaje, de interferencia con el tráfico marítimo, etc.
A estos dispositivos también se les llama convertidores de tercera generación.
Figura III.8. Dispositivo Pelamis, instalado mar adentro. [Centre, 2004]
1.1.2. Atendiendo la orientación o la posición relativa respecto al
frente de ola
Figura III.9. Clasificación de sistemas de captación según la orientación. [P. Ibáñez, 2008]

Totalizadores o terminadores:
Convertidores largos cuyo eje se coloca paralelo al frente de onda, es decir,
están colocados perpendicularmente a la dirección de avance de las olas.
41
Eliminan la ola incidente y tras estos sólo existe la onda radiada por el cuerpo en
su oscilación.

Atenuadores:
Convertidores largos cuyo eje se coloca perpendicularmente al frente de onda,
es decir, están colocados paralelos a la dirección de avance de las olas. Su
estructura larga y estrecha les permite obtener la energía progresivamente, no
sólo la de la dirección de avance de la ola, sino también la que existe a ambos
lados del convertidor. Una de sus principales ventajas es que las fuerzas se
compensan a ambos lados de la estructura, por lo que están expuestos a menores
daños y necesitan menores esfuerzos de anclaje que los terminadores. Su
principal característica es que atenúan, no eliminan, la ola incidente.
Figura III.10. Balsa de Lancaster. Dispositivo atenuador. [Fernández Díez, 2002]

Absorbedores puntuales:
Convertidores de dimensiones pequeñas (figura III.11), mucho menores que la
longitud de onda de las olas, en las dos direcciones horizontales. Aprovechan el
efecto antena del oleaje (concentración y convergencia).
Figura III.11. Prototipo del sistema OPT de Santoña. Es un absorbedor puntual. [Legaz Poignon, 2006]
42
Figura III.12. Diferentes dispositivos para extraer la energía de las olas
1.1.3. Atendiendo al modo de oscilación
Normalmente los dispositivos sólo tienen un grado de libertad, aunque en
algunos convertidores hay más movimientos permitidos. Con esto se consigue que
la eficiencia del proceso de extracción de energía del oleaje sea mayor. Hay seis
movimientos de oscilación posibles:
43
En el movimiento de oleada, también conocido como oscilación paralela a
la dirección de avance de la ola, se utiliza la componente horizontal de las
partículas para mover un absorbedor o generar un efecto de bombeo. El
movimiento de cabeceo (oscilación alrededor de un eje paralelo al frente de onda)
y de oscilación vertical son los movimientos más comunes.
Figura III.13.Tipos de movimientos provocados por las olas.
1.1.4. Atendiendo a la posición relativa respecto del agua de los
convertidores
Dentro de este grupo se pueden diferenciar dos subgrupos distintos
[Fernández Díez, 2002]. Pueden ser fijos o flotantes, y semisumergidos o
sumergidos. Las diferencias entre ellos se explican con varios ejemplos.
44
Las boyas de navegación son estructuras flotantes resonantes que sólo
aprovechan la presión estática. Cuando se combinan los efectos de resonancia en
el tubo con el movimiento vertical del flotador se obtienen rendimientos muy altos.
Los dispositivos fijos con una apertura en el tubo en la parte inferior utilizan
toda la presión de la ola cuando están orientados en la dirección de propagación
de esta.
La energía que se aprovecha puede llegar a ser el doble que la de la
situación anterior, ya que se utiliza toda la presión de la ola.
Los dispositivos semisumergidos aprovechan tanto la oscilación del oleaje
como la variación de presión bajo la superficie del agua, causada también por el
oleaje, por medios mecánicos y neumáticos; mientras que los sumergidos (figura
III.14), menos comunes, utilizan únicamente la variación de presión.
Figura III.14. Prototipo del dispositivo Anaconda, trabaja completamente sumergido. [El Mundo, 2008]
1.1.5. Atendiendo al uso final de la energía
Este criterio determinará las características de la instalación y la calidad de la
energía final. Se distinguen distintas instalaciones según estén destinadas:

A la obtención de energía eléctrica y su inyección en la red.

A la desalinización del agua de mar: si existe la demanda necesaria, la
producción de agua potable es uno de los mejores usos de la energía
undimotriz [Fernández Díez, 2002]. La desalación se puede producir por
procesos térmicos (evaporación, destilación), eléctricos (electrodiálisis) o
45
fisicoquímicos (ósmosis inversa, aprovechando directamente la energía
mecánica producida por el oleaje: el agua de mar atraviesa una membrana
semipermeable que retiene las sales disueltas), o bien por procesos de
compresión del vapor cerca de la costa.



Al bombeo de agua (por ejemplo piscifactorías).
Al calentamiento de agua de un almacenamiento (por ejemplo la
piscifactoría).
A la reducción del oleaje en una parte de la costa más alguno de los
anteriores.
1.1.6. Atendiendo al modo de obtención de la energía

Sistemas pasivos o estáticos:
La estructura (figura III.15) permanece inmóvil durante todo el proceso de
conversión, de modo que la energía se genera sólo con el propio movimiento de
las partículas de agua [Pinilla Martín, 2007]. Por esta razón, el rendimiento
dependerá de la capacidad de aprovechar la energía de las olas.
Figura III.15. Sistema TAPCHAN. Sistema pasivo. [Legaz Poignon, 2006]

Sistemas activos u oscilantes:
La energía se genera aprovechando el movimiento relativo entre las partes fijas y
las móviles de los elementos del sistema. Se distinguen dos tipos; en el primero de
ellos, el oleaje actúa directamente sobre el cuerpo móvil, mientras que en el
segundo caso se utiliza una interfaz agua-aire, de modo que la ola desplaza al
46
aire, que desplaza a su vez al cuerpo móvil. Este sistema es dinámicamente más
lento, pero no por ello tiene peor rendimiento [Fernández Díez, 2002].
1.1.7. Atendiendo al tipo de energía que se aprovecha y al rendimiento
de la extracción
Creus Solé recuerda que los dispositivos de extracción de energía de las olas
tienen un rendimiento inferior que el de la energía que absorben [Creus Solé,
2004].

Flotadores: sólo se aprovecha la energía potencial de la ola, proporcional
a la masa de agua desplazada y a la altura. Tienen tres limitaciones
importantes, relacionadas con las dimensiones del dispositivo y con la
posición de su centro de gravedad. El rendimiento de los flotadores se
puede aumentar, cuando las olas son pequeñas, haciendo que el flotador
esté en resonancia con estas.
Figura III.16. Aprovechamiento de la variación de la altura de la superficie de la ola.

Dispositivos de rodillo o rueda: aprovechan tanto la energía cinética como
la energía potencial de la ola, pero pierden energía por rozamiento. Deben
oscilar con la misma amplitud y desfase que las olas.

Aparatos de impacto o pendulares: aprovechan una cantidad muy pequeña
de la energía cinética incidente.

Dispositivos convertidores de energía potencial: como su nombre indica,
aprovechan sólo la energía potencial de las olas que ascienden hasta el
depósito. El rendimiento es bajo porque hay bastantes pérdidas de energía
por rozamiento.
47
1.1.8. Atendiendo al principio de funcionamiento
Aislada: Pico, LIMPET
Estructura fija
En rompeolas: Mutriku
OWC
Estructura flotante:
Energetech, Mighty Wale

Absorbedores puntuales: OPT
(Santoña)

Con juntas articuladas:
Pelamis

Con movimiento lineal:
AWS

Con movimiento de
rotación: Oyster
Estructura flotante
DISPOSITIVOS
OSCILANTES
Estructura sumergida
CONVERTIDORES DE
ENERGÍA POTENCIAL
Estructura fija: TAPCHAN, SSG
Estructura flotante: Wavedragon, Waveplane
Esta clasificación es la que mejor define el comportamiento del convertidor.

Dispositivos oscilantes:
Proporcionan un movimiento de oscilación vertical y/o de rotación que es
convertido por un sistema hidráulico o mecánico en un movimiento lineal o
rotativo, motor de un generador eléctrico. Se distinguen dos tipos: dispositivos
flotantes y dispositivos montados en el lecho marino; los primero se pueden dividir,
a su vez, en absorbedores puntuales o con juntas articuladas, y, los segundos, en
convertidores que trabajan con movimiento lineal o con movimiento de rotación.
48
Figura III.17. Sistema Hidroflot. Es un conjunto de absorbedores puntuales. [Legaz Poignon, 2006]

Dispositivos convertidores de energía potencial o dispositivos que
capturan la energía de un frente de olas mediante un colector de olas:
Recogen el agua de las olas incidentes para mover una o varias turbinas
hidráulicas de salto reducido (turbinas Kaplan), aprovechando la energía potencial
de las olas. La conversión a energía eléctrica se realiza mediante generadores
síncronos de imanes permanentes con un número elevado de polos. A pesar de
que Knapp y todos han demostrado que el rendimiento de la turbina alcanza el
90% [Knapp, 1983], todavía es difícil estimar la eficiencia de estos dispositivos.
Figura III.18. El dispositivo Wavedragon captura la energía de un frente de olas mediante un colector de olas.
[Carcas, 2007]
Se distinguen dos tipos de convertidores, los de estructura fija o situados en
la costa, aunque existe alguno de estos dispositivos situado en alta mar, y los de
estructura flotante, alejados de ella.
49
o Convertidor de estructura fija:
El principio de funcionamiento es similar al de las centrales hidroeléctricas. Las
olas entrantes desde el mar acceden a un depósito situado en una cota superior a
la del mar a través de una rampa. Esta agua se hace pasar a través de unas
turbinas acopladas a unos generadores eléctricos, antes de ser devuelta al mar.
Un ejemplo es el convertidor Seawave Slot-Cone Generador (SSG). Almacena el
agua en varios depósitos colocados a distintas alturas y utiliza una turbina con
varias etapas.
o Convertidor de estructura flotante:
Es similar al descrito anteriormente salvo por la particularidad de que está situado
en alta mar y se trata de una estructura flotante. Las ventajas de estos sistemas
son: el almacenamiento de energía, pocas partes móviles y una tecnología
hidráulica convencional.
Un ejemplo es el convertidor danés Wavedragon (figura III.18), caracterizado por
tener un reflector que dirige las olas incidentes por una rampa hasta un depósito
situado en la parte superior, por encima del nivel del mar.
Los principales tipos de captación son;
1) Columna de agua oscilante: La presión del agua se transmite al aire
que a su vez mueve una turbina.
2) Arquímedes: Se basa en el movimiento relativo entre dos cuerpos que
presuriza el fluido contenido en el interior.
3) Boya con referencia fija: boyas que flotan libremente con un elemento
de amarre que incorpora el sistema de extracción de energía.
4) Cuerpo boyante con referencia móvil: La energía se extrae por el
movimiento relativo las diferentes partes de la estructura.
5) Dispositivos de rebase: pueden estar flotando o fijos al fondo,
almacenan el agua del oleaje que incide para accionar una turbina.
Aprovechan, por lo tanto, la energía potencial del oleaje.
6) Aparatos de impacto o pendulares: aprovechan la energía horizontal
de las olas para mover un pistón que a su vez acciona la turbina.
Aprovechan una cantidad pequeña de la energía cinética incidente.
50
Figura III.19. Clasificación de los sistemas de captación según funcionamiento. [P. Ibáñez, 2008]
51
Se clasifican según distintos factores, atendiendo:
1. La posición respecto a la costa




En la costa (onshore)

Cerca de la costa
(nearshore)

Mar adentro (offshore)


OWC
Canal ceraddo o TAPCHAN
Sistema pendulor
Flotadores
Estructuras fijas



2. La orientación o posición relativa respecto al frente de ola






3. Al modo de oscilación
Alabeo
Balanceo
Cabeceo (osilación Paralela al frente de onda)
Guiñada
Oleada (mueve absorebedor o genera efecto de bombeo)
Oscilación vertical (más común)
4. La posición relativa respecto
del agua de los convertidores
CLASIFICACIÓN
DE LAS
5. Al uso final de la energía
TECNOLOGÍAS






Fijos o flotantes

Semisumergidos o sumergidos

Boya
(flotante)
Bombeo
Calentamiento de agua
Desalinización del agua de mar
Obtención de energía eléctrica
Reducción de oleaje

6. Modo de obtención de la energía


7. Al tipo de energía que se aprovecha
y al rendimiento de la extracción

8. Al principio de
funcionamiento


Sistemas activos u oscilantes
Sistemas pasivos o estáticos




Energía Potencial

Energía Cinética

E. Potencial y E. Cinética

Estructura fija

Estructura flotante
OWC
Dispositivos
Oscilantes
Absorbedores Puntuales
Atenuadores
Totalizadores o Terminadores
o
o
Flotadores
Dispositivos convertidores de EP
Aparatos de Impacto o pendulares

Dispositivo de rodillo o rueda
Aislada (Pico,LIMPET)
Rompeolas (Mutriku)
o
o

Estructura flotante

Estructura sumergida
Convertidores de Energía Potencial

El oleaje actúa directamente
sobre el cpo. móvil
Utiliza interfaz agua-aire


o
o
Absorbedor puntual (OPT)
Con juntas articuladas (Pelamis)
Con movimiento Lineal (AWS)
Con movimiento de rotación
(Oyster)
52
Estructura fija (TAPCHAN,SSG)
Estructura flotante (Wavedragon,Waveplane)
Para comprender mejor la clasificación de las tecnologías de conversión
presentada, se presenta un ejemplo:
PELAMIS
El dispositivo Pelamis, se puede definir como:
2.

Una instalación en alta mar, está diseñado para trabajar a 5 ó 10 kilómetros
de la costa, en lugares donde la profundidad varía entre los 50 y 60 metros.

Un sistema activo, la energía se genera aprovechando el movimiento
relativo de las partes móviles del sistema. El origen de este movimiento es
el propio oleaje que actúa directamente sobre el dispositivo y lo acciona.

Un atenuador, pues el eje del convertidor está colocado paralelo a la
dirección de avance de las olas. Esta disposición es lo que permite que el
anclaje pueda ser flojo.

Una estructura flotante y semisumergida, anclada al fondo del mar a
través de una sujeción floja, gracias a un sistema de flotadores y pesos,
que está diseñada para evitar la deriva del cuerpo pero no impide su
oscilación.

Un convertidor destinado a la obtención de energía eléctrica mediante un
sistema de conversión hidráulico, aprovechando los movimientos de
oscilación vertical y cabeceo.

Un dispositivo oscilante con juntas articuladas.
CONVERSIÓN ENERGÉTICA
Una vez clasificados los convertidores se va a presentar el proceso de
conversión energética y los sistemas que intervienen en dicha conversión [Pinilla
Martín, 2007]. El principal problema de esta etapa, similar al de los
aerogeneradores, es que las velocidades de intercambio son bajas. La solución
que se busca consiste en amplificar esta velocidad y disminuir las fuerzas.
En el proceso de transformación de la energía undimotriz en una energía útil,
Fernández Díez distingue dos conversiones principales de energía [Fernández
Díez, 2002]. La respuesta hidrodinámica, es decir, la eficiencia del sistema de
conversión primaria, está condicionada por los valores del periodo y de la altura de
las olas, mientras que la conversión secundaria es más sensible al valor de la
energía de las olas.
53
2.1.
Conversión primaria
Es la conversión del movimiento de las olas en el movimiento de un cuerpo o
de un flujo de aire, mediante un sistema neumático o mecánico (por ejemplo, se
aprovecha el oleaje para mover flotadores en dirección vertical y en rotación). El
objetivo es convertir el movimiento de las olas, un movimiento oscilatorio de T~10
s, en un movimiento rápido unidireccional, con una velocidad típica de 2 m/s.
Esta fase se analizará con más detalle en el último apartado del trabajo,
cuando se estudien las particularidades de algunos dispositivos.
2.2.
Conversión secundaria
Es la conversión de la energía del fluido de trabajo en energía útil, electricidad
generalmente, o alguna otra de las citadas. La transformación energética se
realiza a través de una interfaz mecánica que convierte las bajas velocidades de
rotación, o movimientos recíprocos, en altas velocidades de rotación (1500 rpm),
aptas para ser conectadas a un generador convencional. En la conversión se
utilizan turbinas neumáticas e hidráulicas, y dispositivos de transmisión mecánica
e inducción magnética.
De ahora en adelante se va a considerar solamente la conversión de la energía
undimotriz en energía eléctrica, teniendo en cuenta que la finalidad de toda central
de generación eléctrica es hacer frente a la demanda energética, inyectando
electricidad a la red.
El siguiente cuadro ilustra la conversión secundaria de energías de un
dispositivo con bomba y motor hidráulico [García Santana, 2007].
Energía mecánica
Bomba
Energía de presión en el fluido de trabajo
Motor hidráulico
Energía mecánica en el eje
Alternador
Energía eléctrica
En la conversión de las energías de origen marino a electricidad no se
pueden utilizar directamente máquinas rotativas convencionales, sino que se
54
necesita un sistema mecánico intermedio que permita acoplar los generadores.
Desafortunadamente, este nuevo eslabón aumenta las pérdidas.
2.2.1. Sistema mecánico intermedio

Sistemas mecánicos puros: es el menos común de todos los que se
describen, por su alto costo y por su complejidad.
En los sistemas de columna de agua oscilante, por ejemplo, se aprovecha
la oscilación del agua en la cámara con un flotador, que acciona bien un
compresor (con aire), bien una bomba (con agua), o incluso un motor
hidráulico o un alternador (figura III.20). A la salida se puede utilizar una
rectificación mecánica del movimiento con una caja multiplicadora.
Figura III.20. Sistema mecánico para bombeo de aceite, aire y agua. [Fernández Díez, 2002]

Sistemas con turbinas de aire: están alimentadas por flujos de aire en
dos direcciones, por lo que deben ser capaces de funcionar en dos sentidos
sin cambiar el sentido de giro de la turbina. Por este motivo, reciben el
nombre de turbinas auto-rectificadas. De estas, la turbina Wells es la más
utilizada, principalmente por su sencillez, y a pesar de que el rendimiento
no supera el 50%.
Otra de sus ventajas es que permite disminuir el rizado de la generación
eléctrica almacenando la energía en forma de inercia.

Sistemas con turbinas de agua: es la tecnología que se considera más
madura. Si se dispone de dos embalses a distinto nivel, o un embalse y el
mar, se turbina del emplazamiento superior al inferior. La turbina óptima,
como ocurre en cualquier central hidroeléctrica, dependerá del caudal, de la
altura del salto y de la velocidad de giro.

Sistemas hidráulicos y oleohidráulicos: se denominan de una manera u
otra según el fluido de trabajo sea agua o aceite, respectivamente. El aceite
ofrece mejores prestaciones que el agua, pero en caso de accidente hay
peligro de contaminación; además, si hay alguna entrada de agua en el
55
sistema a través de las juntas, el fluido de trabajo se puede contaminar y el
rendimiento de la conversión disminuye notablemente.
Figura III.21. Esquema de un sistema hidráulico. Este sistema de conversión se encuentra en cada uno de los módulos
del dispositivo Pelamis. [Mueller, 2007]
Por el contrario, los sistemas hidráulicos (figura III.21) son sistemas de poco
volumen, permiten distintos movimientos de entrada, pueden almacenar la energía
en acumuladores hidráulicos y su control y su rectificación son sencillos. Los
principales inconvenientes son la fiabilidad, el precio y el bajo rendimiento de la
conversión, sobre todo cuando se trabaja a potencias distintas de la nominal.
Tal y como describe Payne, la eficiencia en la conversión a plena carga es
60-90% (figura III.22), mas con cargas parciales el mapa de eficiencias tiene
pendientes muy grandes (figura III.23); llega a un máximo de 80% pero decrece
rápidamente. Todo esto se puede observar en las siguientes figuras, donde se
representa la presión (expresada en bares) en el eje de ordenadas y la velocidad
de giro (en rpm) en el eje de abscisas [Payne, 2006].
56
Figura III.22. Curvas de eficiencia a carga total (bar, RPM). [Payne, 2006]
Figura III.23. Curvas de eficiencia a carga parcial (bar, RPM). [Payne, 2006]

Sistema por arrastre directo: este sistema es una buena solución a los
problemas derivados de utilizar sistemas mecánicos intermedios, pues con
esta conversión se prescinde de la parte mecánica extra [Mueller, 2007]. El
arrastre directo se define como aquel mecanismo en que el motor hace
girar el eje directamente, sin un engranaje intermedio. No obstante, aún
quedan muchos retos mecánicos para poder integrar este sistema en las
tecnologías marinas; los principales son el tamaño y el peso.
De entre éstos, los más importantes son el sistema hidráulico, el sistema por
arrastre directo y las turbinas de aire.
A continuación se describen los sistemas de conversión final, de energía
mecánica a energía eléctrica. Debido a la diversidad de tecnologías de conversión
que se han desarrollado, la elección del generador eléctrico es crucial para
asegurar la máxima eficiencia del convertidor. Distintos estudios afirman que el
57
sistema de conversión eléctrica debe ser aquél que, independientemente del valor
de la carga, dé unos resultados de eficiencia altos.
2.2.2. Sistemas de generación de energía eléctrica
Ante todo hay que destacar la alta variabilidad de la frecuencia del oleaje.
Dicho esto, parece lógico pensar que la conversión será más eficiente cuanto
mayor sea la capacidad del generador de variar su velocidad, o lo que es lo
mismo, de funcionar a distintas velocidades.
Por tanto, como afirma Falcão, en este punto se plantea la crítica opción de
elegir un equipo de velocidad de rotación constante o variable. Las ventajas de
utilizar un equipo con velocidad constante son un precio más bajo del generador y
una electrónica de potencia poco sofisticada, pero, en este caso, no se puede
ajustar la velocidad de la turbina al estado del mar y no se puede almacenar
energía en forma de inercia (con las consecuencias que ello implica). Por el
contrario, los equipos de velocidad variable necesitan una electrónica de potencia
mucho más compleja, que cada vez está más disponible en el mercado [Falcão,
2004].
En las siguientes líneas se describen las máquinas eléctricas que se
emplean [Fernández Díez, 2002].
El generador eléctrico que más se utiliza es la máquina de inducción, en
gran parte por su capacidad de generar electricidad satisfactoriamente en un
rango grande de velocidades, por encima de la de sincronismo [Creus Solé, 2004].
Se utiliza junto con un control de par y de velocidad, para ajustar la carga a las
necesidades de la red a tiempo real. Es la máquina eléctrica más común en los
sistemas OWC (por ejemplo LIMPET y Energetech).
También se utiliza el generador síncrono a velocidad variable, un
generador convencional modificado que permite la generación de electricidad a
tensión y frecuencia constantes, independientemente de la velocidad. Las
eficiencias son aceptables en un rango ancho de velocidades de rotación; por
ejemplo, para una velocidad de 900 rpm, el rendimiento es del 90%, y, girando a
1800 rpm, del 54%. Es aconsejable para la generación a gran escala y la conexión
a la red, pero no para redes pequeñas en islas.
En las configuraciones que permitan la generación de electricidad a
velocidad variable, se puede utilizar un generador eléctrico de corriente alterna;
sólo requiere rectificar posteriormente la corriente a continua.
La última opción es el generador lineal (figura III.24) con sistema de
arrastre directo, que extrae energía en forma de un movimiento oscilante de
vaivén a velocidad reducida (Szabó). Esta velocidad es la misma que la del
flotador del convertidor, uno o dos órdenes de magnitud menor que la de los
generadores rotativos convencionales. Por este motivo, se necesitan fuerzas de
58
reacción grandes, que implican tamaños considerables del sistema de conversión.
En estos generadores el rotor recibe el nombre de traslator.
Por último, hay que tener en cuenta que en todos los casos se necesita un
convertidor de potencia con el fin de acoplar el generador a la red, pues la salida
eléctrica, la tensión, necesita un procesado electrónico. La única excepción es el
convertidor Pelamis, cuya máquina de inducción gira a velocidad fija.
Figura III.24. Esquemas de dos convertidores de energía de las olas con sistema de arrastre directo. (a):
configuración típica del dispositivo OWC con el generador por encima del nivel del mar (puede estar también
debajo), protegido por una cámara. (b): configuración de los dispositivos de aguas profundas; los dos flotadores
están acoplados tanto a las aguas profundas como a las superficiales, para que las olas creen un movimiento
relativo entre ambos. [Mueller, 2002]
Para cerrar el análisis de la conversión energética, se presenta la tabla
siguiente, donde se muestran los dispositivos más importantes, sus sistemas de
conversión energética (PTO, Power take-off en inglés), el tipo de generador que
utilizan y el tipo de velocidad de giro.
Dispositivo
Tabla III.1. Dispositivos de conversión y sus características. [Caglar, 2006]
PTO
Generador
Velocidad
LIMPET
OWC
Wells
y
turbina Asíncrono
Variable
PELAMIS
Sistema hidráulico
Asíncrono
AWS
Arrastre directo
Lineal de Imanes Variable
Permanentes
WAVEDRAGON
Turbina de agua
Rotativo
Imanes
Permanentes
Fija
de Variable
59
PICO
OWC y turbina de Asíncrono
paso variable
doblemente
alimentado
Variable
ENERGETECH
OWC y turbina de Asíncrono
paso variable
Variable
3.
CONEXIÓN A LA RED
Una vez convertida la energía de las olas en electricidad, la inyección de la
energía eléctrica a la red es tarea compleja, pues la energía undimotriz no deja de
ser una fuente energética muy irregular. También hay que transportar la energía
desde el parque de olas hasta la correspondiente subestación y adecuar los
valores de tensión y de frecuencia a los de la red. Por esta razón, en primer lugar
se van a detallar los sistemas de transporte y de almacenamiento de energía, y,
en segundo lugar, la conexión a la red.
Creus Solé explica que para conectar el parque de olas a la red hay que
tratar a cada dispositivo individualmente (figura III.25.). Tras el generador se
coloca un filtro, que se comporta como un condensador en paralelo, acumulando
la energía y reduciendo la onda regular entrante desde el generador. A
continuación se pone un convertidor c.c/c.c (microprocesador) para tener una
tensión continua estable, que se transforma a tensión alterna mediante un motor
de continua a velocidad constante. Éste finalmente se conecta a una generador
síncrono, que proporciona una tensión alterna a frecuencia constante [Creus Solé,
2004].
Figura III.25. Esquema eléctrico de conexión. [Creus Solé, 2004]
60
3.1.
Sistemas de transporte eléctrico
Fernández Díez describe distintos modos de transporte en función de la distancia
de la planta a la costa [Fernández Díez, 2002].

Transporte por cable:
Se considera factible hasta distancias a la costa de 100 km. Hasta los 35 km la
transmisión puede realizarse en corriente alterna, pero para mayores distancias es
conveniente utilizar corriente continua a 150 kV. Actualmente, hay un cable
eléctrico de 260 km de longitud que transporta 6 MW entre Suecia y Alemania.
Creus Solé propone la siguiente expresión para calcular la tensión a la que se
debe transportar una determinada cantidad de potencia [Creus Solé, 2004].
Vs = √
Por otro lado, el cable individual que conecta los dispositivos que forman un
parque de olas con el cable general sellado situado en el fondo marino, debe ser
capaz de soportar movimientos giratorios de más de 45 grados sin sufrir daños,
teniendo en cuenta que los puntos más críticos de los cables son las juntas, las
conexiones a la plataforma flotante y los movimientos del fondo marino.

Transporte por transmisión hidráulica:
Como fluido de transporte se utiliza agua salada o dulce a alta presión (100-200
bar). Este sistema permite que el equipo electromecánico de control esté situado
en la costa, lo que resulta una ventaja indudable en el acceso y en el
mantenimiento. Se estima que con una tubería de 1 m de diámetro se pueden
transportar entre 50 y 70 MW de potencia.
Cuando la distancia del parque de olas a la costa supera los 100 km de distancia,
lo más conveniente es aprovechar la energía eléctrica en alta mar para fabricar
productos, y estos se pueden transportar en barco posteriormente. Algunos
ejemplos son el puente electroquímico, que consiste en grandes baterías de litio
montadas sobre barcos, la fabricación de combustibles sintéticos como hidrógeno
o amoniaco, o la gasificación del carbón. Se estima que 1 kWh de energía
undimotriz permite extraer uranio del fondo del mar para generar 10 kWh de
energía nuclear.
3.2.
Sistemas de almacenamiento de energía
A pesar de que es posible la predicción del estado del oleaje con la suficiente
antelación como para planificar la producción de energía eléctrica, cuando se trata
61
de integrar la energía de las olas en la red esto no es suficiente, y es necesario
disponer de un sistema de almacenamiento [Fernández Díez, 2002].
La elección de éste dependerá principalmente de dos factores. En primer lugar,
si el uso final de la energía generada va a ser bombeo o electricidad, y, en
segundo lugar, el tipo de suministro, generación aislada o suministro a la red.

Bombeo: si el convertidor es un dispositivo de bombeo, la energía se
almacenará bombeando el agua a un embalse superior, y más tarde se
turbinará para generar electricidad.

Producción aislada y sistemas híbridos: en comunidades aisladas donde
no existe una red eléctrica, el recurso energético puede ser muy atractivo.
No obstante, sólo se puede garantizar el suministro si se combina esta
fuente energética con otras fuentes de generación, como por ejemplo
generadores diesel, aerogeneradores, o energía solar, o si se dispone de
un sistema de almacenamiento. Un ejemplo de sistema híbrido son las
boyas de navegación, en donde las baterías se cargan con el movimiento
de las olas.
Fernández Díez enumera otras formas de almacenamiento de energía
[Fernández Díez, 2002]. Con todo, hay que tener en cuenta que no resulta
económico almacenar la energía durante más de un día.

Baterías (ácida de plomo 56 kg/kW, Ni-Cd 33 kg/kW): se utilizan
principalmente para igualar las variaciones a lo largo de un día.

Aire comprimido: compresión de gases 300 kg/kW.

Acumuladores hidráulicos de alta y de baja presión (130 kg/kW) y
acumuladores de gas a presión. El mayor inconveniente es la baja
eficiencia del proceso termodinámico.

Resortes mecánicos: resorte de acero 11250 kg/kW.

Volantes de inercia (18 kg/kW) añadidos a los sistemas rotativos. Pueden
mantener la potencia durante tres minutos seguidos, durante los cuales la
potencia puede variar en un +/- 50%. En las turbinas Wells la masa del
volante puede ir incorporada en el propio rodete.
62
CAPÍTULO
IV
DESCRIPCIÓN DE LAS
TECNOLOGÍAS DE LA
ENERGÍA DE LAS OLAS
En este capítulo se van a estudiar el desarrollo de las tecnologías para el
aprovechamiento de la energía de las olas en la actualidad. Se analizan las
características, el principio de funcionamiento y los parques de olas en los que
participan cada una de ellas.
63
Para hacerse una idea del gran número de tecnologías de las que dispone
la industria de la energía de las olas, se adjunta la tabla IV.1.
Tabla IV.1. Estado de desarrollo de tecnologías y proyectos. [García Santana, 2007]
Nombre del
dispositivo
OWC de Unión
Fenosa
Tapchan
El Pato Salter
OWC Clam
Cilindro de Bristol
Balsa de Cockerell
Buque Kaimei
Bomba de
Manguera
Bomba de pistón
OWC NEL
Convertidor de
Belfast
OWC Kvaerner
OWC Sakata
OWC de Kujukuri
OWC de Pico
BBDB
OWC Migthy Wale
OWC de China
OWCEnergetech
OWCLimpet
OWC Alda
OWC Nereida
OWC Brekwave
FWPV
Powerbuoy
Pelamis
Wavedragon
SSG
Plataforma flotante
de múltiples
convertidores
Wavestar
AWS
Searev
Wavebob
Oyster
Waveroller
Multiwave Plane
Aquabuoy
Desarrollo
teórico/
parque de
pruebas
Prototipo a
escala
Prototipo a
escala real
Periodo de
funcionamiento
Fecha estimada
para su puesta en
funcionamiento
1994 (meses de
prueba)
1985 – 1991
1978
1977- 1984
1983-1984
-
1989
1991/1999
-
1985/1988
Desde 1988
Desde 1987
1998/actualidad
(reparación en 2003)
Tecnología aplicada
desde 2002
Sept 1998/1995/2000
Desde 2006
Desde Nov. De 2002
-
Octubre 2002/Tecnología aplicada
desde 1997
-
-
Verano de 2010
2008
2009
-
-
Fase de
comercialización
2008
2008
Otoño 2007
Mayo 2006
Sept. 2002
-
2009
Verano de 2008
2009
Marzo 2006
2007
2008
2009
Se observa que muy pocos de estos dispositivos han conseguido ponerse
en funcionamiento, y sólo uno ha culminado la fase de comercialización, aunque la
selección aún no haya terminado.
64
Sin lugar a dudas, la financiación es uno de los factores que ha
condicionado más su desarrollo. Los únicos convertidores que consiguieron pasar
de la idea a un proyecto real han sido aquellos que han recibido considerables
fondos de inversores o gobiernos [Westwood, 2004].
Wavegen (en la actualidad es una filial de la empresa Voith Siemens Hydro
Power Generation, VSH) es una de las empresas líderes del mercado undimotriz.
Ha diseñado el dispositivo LIMPET, con tecnología OWC, instalado en el año 2000
en la costa de la isla de Islay, al oeste de Escocia. En el año 2004 la planta
todavía estaba en funcionamiento, y sólo se reemplazaron las turbinas por unas
nuevas que ofrecían mayor eficiencia y potencia saliente. Wavegen también ha
utilizado estas turbinas en proyectos de rompeolas, uno de los cuales está siendo
instalado en Mutriku. Según afirma Westwood el éxito de Wavegen es su política
de búsqueda de lugares donde puedan instalarse sus productos [Westwood,
2004].
El dispositivo del Oscilador de la ola de Arquímedes, desarrollado por la
empresa Ocean Power, también está adquiriendo importancia en la actualidad. Su
principal característica es su posición en el mar, pues se trata del primer
convertidor que trabaja completamente sumergido. Esto le proporciona, en
principio, unas garantías de supervivencia bastante mayores que a los dispositivos
flotantes.
En el verano del año 2003 Wavedragon (figura III.1.) fue la primera
tecnología instalada en mar abierto que se conectó a la red. Estaba situada en
Nissum Bredning, en
Dinamarca.
En el año 2004, OPD (Ocean Power Delivery Ltd.) era la empresa líder del
mercado de olas. Se asoció con una de las empresas más importantes de granjas
de energía eólica, Wind Prospect, y juntas formaron Ocean Prospect. La
tecnología que ofrece esta empresa es el dispositivo Pelamis (figura III.2.), el
sistema de conversión que actualmente está a la cabeza.
1. TECNOLOGÍAS DE LAS OLAS
A partir de ahora se van a estudiar con más detenimiento algunos dispositivos. Se
hablará de ellos clasificándolos respecto a su posición respecto a la costa.
1.1.
En la costa (onshore)
OWC O COLUMNA OSCILANTE DE AGUA

Pico OWC
Está situada en la isla de Pico en las Azores, fue construida en 1998 sobre un
macizo rocoso a 8 metros de profundidad. Aunque en un principio no operaba
65
correctamente debido a problemas técnicos y financieros, finalmente, de 2003 a
2006 se llevó a cabo un proyecto para recuperar el sistema. La potencia máxima
de salida es de 400 KW, se encuentra equipada con una turbina tipo Wells, con
una cámara de 12 x 12metros a cota del nivel medio del mar. Actualmente cubre
parte de la demanda energética de la isla.
Figura IV.1. Esquema de componentes y fotografía de la planta OWC de Pico [www.pico-owc.net]

OWC NEL
El Laboratorio Nacional de Ingeniería del Reino Unido, cuyas siglas en inglés
son N.E.L. (UK Nacional Engineering Laboratory), propone la utilización de un
sistema de válvulas y una turbina convencional que opere en un solo sentido de
circulación del aire (figura IV.2)
Figura IV.2.Columna oscilante de agua con sistema de válvulas.
66
Figura IV.3. Fuerzas de presión y succión en la turbinas.
El convertidor propuesto por NEL consiste en una barrera totalizadora
(figura IV.4). Dicha barrera está compuesta por una serie de columnas oscilantes
de agua situadas una a continuación de la otra.
Figura IV.4. Fuerzas de presión y succión en la turbinas.

LIMPET (Land Installed Marine Powered Energy Transformer)
El dispositivo fue desarrollado por la compañía británica WaveGen Ltd. en
diciembre del 2000 en la Isla de Islay en la costa oeste de Escocia, donde existe
un flujo de energía disponible de entre 15 y 25 KW/m. Consta de dos turbinas tipo
Wells cada una de las cuales tiene una capacidad instalada de 250 kW. Dicho
dispositivo se encuentra conectado a la red, ha demostrado ser estructuralmente
resistente a condiciones extremas de temporal con un mantenimiento mínimo y en
la actualidad sirve como base experimental para desarrollar nuevas tecnologías.
El diseño consta de tres compartimentos iguales y cuadrados inclinados 40º
respecto a la horizontal que actúan como columna de agua. Se ha optimizado para
67
reducir el impacto visual por su baja coronación y para ser de fácil instalación y
mantenimiento.
Figura IV.6. Fotografía y esquema de componentes y de Limpet. [www.wavegen.co.uk]

Kvaerner (Noruega).
En 1985 se instala en Toftestallen un dispositivo de captación de energía de
potencia 500 kW, que fue destruido por una tormenta en 1988. Se diseñó sobre un
acantilado vertical de 30 m, con base de hormigón y tubo metálico de 10 m de
diámetro. Las olas entraban por la parte inferior del cilindro desplazando la
columna de aire y accionando la turbina Wells instalada en el extremo superior.
Daba servicio a una comunidad próxima de 50 casas.
Figura IV.7. OWC Kvaerner (Toftestallen)

OWC Sanzei (Japón)
El OWC de Sanzei, Japón, es similar al dispositivo de Islay. La cámara es de
hormigón, construido sobre roca en la costa; la turbina es una Wells doble con un
generador de 40 kW.
68
Figura IV.8. Prototipo de Sancei de 40 kW

OWC Sakata
Es un dispositivo con cinco cámaras que forman parte del rompeolas de un
puerto. Es un cajón de 20 x 18 m, fabricado en dique seco y situado y anclado en
el fondo mediante balasto; la sala de máquinas alberga una turbina Wells y un
turbogenerador de 60 kW; opera desde 1988.
Fig IV.9. OWC Breakwater, planta de demostración de 60 kW en el puerto de Sakata.

OWC de Kujukuri
Esta instalación estuvo operativa desde 1988 a 1997. Constaba de diez OWCs
de 2 m de diámetro y 2 m de altura, de forma que el aire emitido por cada OWC
era conducido a un depósito a presión para ser posteriormente conducido a una
turbina de 30 kW; su ubicación estaba por delante de un antiguo rompeolas.

OWC de Unión Fenosa
Es un sistema de conversión primaria y secundaria por medios mecánicos,
desarrollados e instalados por la empresa Unión Fenosa en la Central Térmica de
Sabón (La Coruña), aprovechando la instalación hidráulica del sistema de
refrigeración de uno de los condensadores de la central térmica. El OWC ubicado
en el pozo existente, comunica con el mar, y consta de un flotador de 6 m de
diámetro, conectado mediante una cadena a un dispositivo mecánico que
69
transforma el movimiento ascendente descendente del flotador en un giro,
mediante un rectificador acoplado a un multiplicador de velocidad y a un
generador eléctrico, con volante de inercia (figura IV.10 y figura IV.11).
Figura IV.10. OWCs mecánicos para bombeo de aceite, aire y agua, respectivamente
Figura IV.11. OWC Mecánico de Unión Fenosa
TAPCHAN (TAPered-CHANnel )

Toftestallen (Noruega)
Prototipo promovido por Norwave A.S. e instalado en Toftestallen (Noruega)
finalizado en 1985. Su potencia máxima es de 400 kW, consta de un canal de 170
m de longitud con un desnivel de 4m por encima del nivel medio del mar. La
embocadura se construyó por voladura, y la parte más estrecha del canal es de
hormigón, desemboca a un depósito de 8,500 m 3 de capacidad, que a su vez
alimenta una turbina Kaplan de 0.35 MW. Desde su construcción ha funcionado
correctamente, salvo algunas operaciones de mantenimiento.
70
En Java (Indonesia), se está desarrollando un estudio de viabilidad para iniciar un
proyecto de captación de energía de 1.1 MW y 6.1 GWh anuales, con depósito de
7,000 m3 y canal de 60m de longitud y 4 m de desnivel.
Figura IV.12. Esquema y fotografía de la planta de Toftestallen. [ J. Falnes y J. Hals, 1999]
SISTEMA PENDULOR

Mururoa (Japón)
Sistema desarrollado por JAMSTEC con prototipo instalado en el puerto de
Mururoa. Presenta una eficiencia total del 55%. Consta de un cajón de 8 metros
de altura con dos cámaras de 2.3 x 7.5m, el péndulo tiene una altura de 7.5
metros y un ancho de 2 m que entra en funcionamiento al alcanzar los 14º,
oscilando como máximo a 30º. Su potencia máxima es de 15 kW.
Figuras IV.13. Esquema y fotografía del dispositivo pendulor. [J. Falnes y J. Hals ,1999]
71

Faroe Islands (NW Escocia).
Parte de la tecnología desarrollada en la isla de Islay. El proyecto empezó en
2003-2004 por iniciativa privada. Una de las diferencias con respecto al diseño de
Islay es que se que las cámaras que sirven de columna de aire están escavadas
en el macizo. Con una potencia instalada de 500kW.

Madrás (India).
Construido cerca de Trivandrum y promovido por el instituto indio de tecnología
oceánica. El proyecto se empezó se la década de los 80, siendo una planta
pionera en el sector. Está construida y anclada en un dique se 600 m de longitud,
con una cámara de hormigón de 3,000 toneladas y una turbina tipo Wells de eje
vertical. La estructura es capaz de soportar olas de 7 m de altura. Debido a la
escasa producción energética que proporciona (desde el 91 ha producido 150
KW), actualmente se usa para una planta desaladora.

Mutriku (País Vasco).
La planta entrará en servicio a mediados del 2009, ubicada en el exterior del
dique de abrigo del puerto de Mutriku. Se trata de 16 turbinas de 30 kW que darán
una potencia máxima 480 kW, generando 600 MWh/año, consumo equivalente a
1,000 personas. Su coste aproximado es de 5.73 millones de euros.
1.2.

Cerca de la costa (nearshore)
OWC (Port Kembla, Australia)
Proyecto desarrollado por Energetech en 2005, situado a 200 metros de Port
Kembla. Prototipo de columna de agua oscilante que utiliza una pared parabólica
para focalizar la energía de las olas, alcanzando éstas alturas de 2.5 a 3 veces
superiores. Con olas de 2 m y periodos de 7 segundos, genera 320 kW, de los
cuales una parte se emplea para desalinizar agua a bordo del dispositivo. Tiene
unas dimensiones de 36 x 35 metros y 18 metros de profundidad, genera una
potencia máxima de 500 kW. Se ha desarrollado una turbina de palas orientables,
de manera que transforme el flujo ascendente y descendente en un giro
unidireccional.
72
Figura IV.14. Fotografía de la OWC de Port Kembla. [www.rise.org.au]

Oyster (UK)
Existe un dispositivo a escala real desarrollado recientemente para en el norte
de Escocia. Trabaja con un módulo anclado al fondo marino que con el
movimiento oscilatorio mueve unos pistones, que a su vez entregan el agua a
presión a una unidad de transformación hidroeléctrica ubicada en la costa. Trabaja
a profundidades de 10 a 12 metros, dando una potencia máxima de entre 300 y
600 kW.
Figura IV.15. Esquema y fotografía del sistema Oyster [www.aquamarinepower.com]

OSPREY
Investigación y Tecnología Aplicada, ART (Applied Research Technology) ha
desarrollado un sistema piloto de OWC en acero, que han denominado OSPREY.
El aparato, con una potencia nominal de 2 MW, se ha diseñado para que sea
instalado cerca de la costa, sujeto al fondo del mar. En la figura IV.16 se muestran
unos esquemas de funcionamiento del dispositivo y, así mismo, se pueden
contemplar imágenes aparato construido.
73
Figura IV.16. Dispositivo OSPREY desarrollado por ART

Waveroller
Sistema desarrollado por AW Energy Oy mediante modelos y a escala de
laboratorio entre los años 1999 y 2004. En 2005 se construyó un prototipo a
semiescala (1:3) que probó la viabilidad del dispositivo. En la actualidad existe un
prototipo a escala real instalado en Peniche (Portugal).
Consiste en una placa anclada al fondo del mar por la parte inferior, la cual se
mueve por el movimiento oscilatorio de las olas en el fondo. La energía cinética se
transmite a un pistón y se transforma a energía eléctrica o bien mediante un
generador o bien con un sistema hidráulico cerrado combinado con un conjunto
turbina-generador. Se coloca a una profundidad de aproximadamente 7 a 15
metros, proporcionando una potencia nominal de 13 kW por placa (se disponen de
3 a 45 placas). Puesto que se encuentra sumergido, no presenta problemas de
impacto visual y acústico.
Figura IV.17. Esquema del funcionamiento de WaveRoller. [ www.aw-energy.com]
74

Mighty Whale (La poderosa ballena)
El dispositivo denominado la Poderosa Ballena (Mighty Whale), constituye el
aparato flotante, basado en el fenómeno de las columnas oscilantes de agua, más
grande del mundo, y fue botado en Julio de 1988 por el Centro de Ciencia y
Tecnología Marina de Japón. Este prototipo, que se amarra en el fondo del mar
opuesto a la dirección predominante de las olas (figura IV.18), tiene un
desplazamiento de 4.4 toneladas y mide 50 metros de largo por 30 metros de
ancho. Con una potencia de 110kW, con una eficacia del 60% aproximadamente.
La Mighty Whale tiene tres cámaras de aire que convierten la energía de las
olas en energía neumática. La acción de las olas origina que el nivel de agua
interna en cada cámara suba y baje, forzando un flujo bi-direccional de aire sobre
cada una de las tres turbinas, cada una de las cuales mueve un generador, de
diferente potencia nominal (50kW, 10kW y 30kW), produciendo electricidad. La
electricidad obtenida es suministrada a áreas costeras cercanas. El
almacenamiento en baterías asegura que se pueda disponer de electricidad
incluso durante periodos de reducida actividad de las olas. Se pretende que una
fila de estos aparatos puedan ser usados para proporcionar energía a
piscifactorías ubicadas en aguas en calma detrás del aparato, y para la
aireación/purificación de agua de mar.
Este dispositivo ha estado operando a 1.5 km de la Bahía de Gokasho (océano
Pacífico), sujeto al fondo del mar (aproximadamente a una profundidad de 40
metros) con seis cables.
Figura IV.18. Posición de la Mighty Whale frente a la dirección de las olas
75
1.3.
Mar adentro (offshore)
ABSORBEDORES PUNTUALES

Archimedes Wave Swing (AWS)
Se trata de un sistema de conversión que se encuentra totalmente sumergido
entre los 40 y 100 m de profundidad, de manera que el impacto visual es
prácticamente nulo. Está formado por dos cilindros: el primero se encuentra fijado
al fondo y el otro hace la función de flotador, desplazándose verticalmente debido
a la incidencia del oleaje. Cuando la ola pasa por encima el flotador se contrae o
expande, según si pasa la cresta o el valle de la ola, para tratar de equilibrar las
presiones entre el interior y exterior. El movimiento relativo entre el flotador y la
parte inferior fija se transforma en electricidad mediante un sistema hidráulico y un
conjunto motor - generador. La parte fija se encuentra anclada al fondo por un
bloque de hormigón.
Figura IV.19. Archimedes Wave Swing (AWS)
 AWS Portugal
La primera planta piloto se instaló en Viana do Castello (Portugal) en 2004,
a raíz de las investigaciones llevadas a cabo en laboratorio desde 1995 hasta
2003. En este prototipo el sistema de sujeción era mediante un pontón con 4
torres que se llenaban de agua al sumergirse. La carrera nominal era 7 m (subida
y bajada del flotador), y la velocidad nominal 2.2 m/s. El prototipo se probó durante
7 meses, con las siguientes características: diámetro: 9.5m, profundidad: 43m,
carrera nominal: 7m, potencia máxima: 2MW, potencia media: 1MW.
76
Figura IV.20. Sistema AWS en Viana do Castello (Portugal) [www.awsocean.com]

Rectificador o Convertidor Belfast
Los dispositivos que se instalan fuera de la costa incluyen las columnas
oscilantes de agua, las boyas y otros aparatos. En la Universidad de Queen
(Irlanda del Norte) se ha investigado este dispositivo que aprovecha el principio de
la cavidad resonante, es decir, se trata de un OWC, pero que se incluye dentro de
los captadores puntuales, ya que se ha diseñado para captar las olas
independientemente de la dirección de propagación de las mismas (figura IV.21).
Los dispositivos de estructura flotante oscilan con las olas y necesitan disponer
de un armazón estable de referencia para que las partes activas del aparato se
puedan mover respecto de la estructura principal. Esto se puede lograr
aprovechando la inercia, o haciendo la estructura suficientemente grande para que
se apoye en varias crestas de olas y pueda permanecer razonablemente estable
en la mayoría de los estados de la mar.
Esta clase de aparatos explota la mayor cantidad de energía de las olas,
disponible a mayores profundidades de agua (más de 40 m de profundidad).
Son, principalmente, aparatos flotantes que se mantienen en su lugar con
ayuda de diferentes sistemas de amarre. En general, estos aparatos están menos
desarrollados que las columnas oscilantes de agua.
77
Figura IV.21. Rectificador Belfast

Powerbuoy
Tecnología desarrollada por OPT (Ocean Power Technologies) de Estados
Unidos. El sistema consiste en aprovechar el movimiento vertical y pendular del
oleaje a través de una boya de unos 2 a 5 metros de diámetro abierta por la parte
inferior. Las boyas obtienen la energía mediante un sistema hidráulico que
aprovecha el movimiento relativo entre el flotador y el mástil de la boya. El sistema
bombea un fluido (aceite) a alta presión que a su vez acciona un generador
eléctrico.
En caso de tener temporales extremos, el sistema se desactiva por precaución
y una vez que ha vuelto a la normalidad, el sistema vuelve a activarse y a producir
energía.
Figuras IV.22. Dispositivo PowerBuoy de Atlantic City y esquema de funcionamiento.
[www.oceanpowertechnologies.com]
78
Se han llevado a cabo tres proyectos situados en el Atlántico y en el Pacífico:
 Oahu (Hawai)
Desarrollado entre 2004 y 2007 con el objetivo de utilizar la energía del
oleaje para las bases de la marina norteamericana. El parque de olas estaba
situado a una profundidad de 30 metros con una potencia de hasta 1MW.
 Atlantic City (New Jersey)
Parque operativo desde octubre del 2005 para demostrar la viabilidad del
sistema de captación energética en el estado de Nueva Jersey. La boya es de 5
metros de diámetro y
14 metros de longitud. Se encuentra situada a una profundidad de 18 metros con
una potencia nominal de 40kW.
 Santoña (España)
Proyecto se empezó a desarrollar en 2006 para Iberdrola S.A. con el objetivo
de evaluar la viabilidad del sistema en la costa norte de España. El parque se sitúa
a 50 metros de profundidad e inicialmente se puso una potencia nominal de 1.35
MW. En posteriores apartados se desarrollará con más detalle éste caso.

Aquabuoy
Sistema desarrollado por Aqua Energy Group. Consta de una boya flotante que
transforma el movimiento de subida y bajada provocado por el oleaje para
transmitirlo a un pistón. Éste está unido a dos mangueras flexibles que funcionan
como bombas de agua, impulsando el agua a presión a través de un tubo hacia el
acumulador que se encuentra en la parte superior del dispositivo. El interior de la
boya aloja un sistema turbina-generador que produce la electricidad.
Figura IV.23. Dipositivo Aquabuoy de Finabera Renewables [www.finavera.com]
79
 Bahia de Maca (EEUU)
El proyecto pretende construir una planta de 1MW de potencia nominal para
abastecer a 150 casas en la bahía de Neah, produciendo un total de 1500
MWh/año. Fue impulsado debido a que presentaba condicionantes favorables:
profundidad cerca de la costa, buen clima de oleaje y demanda energética en la
zona. Una boya piloto se instaló en 2003 a una profundidad de más de 50 metros
y diámetro y longitud de 6 y 30 metros respectivamente.
La potencia máxima de dicho dispositivo fue de 250kW
 Ucluelet (Canada)
La compañía Finavera Renewables formó un consorcio para la
investigación del potencial de una planta energética en Ucluelet. Se pretende
instalar una capacidad de 5MW.
 Humboldt Country (EEUU)
Se pretende analizar la viabilidad de llevar a cabo una planta energética
precomercial de 2MW en la costa oeste de Estados Unidos, con la pretensión de
ampliar dicho potencial a 100MW.
 Western Cape (Sudáfrica)
Finabera Renewables está analizando la viabilidad infraestructural, energética
y medioambiental para la colocación de una planta de 20MW en Sudáfrica.

FO3 - FRED OLSEN
Sistema noruego que consiste en una plataforma flotante de fibra de vidrio
reforzado que aloja varias boyas que trabajan en dos direcciones. La extracción de
energía se hace mediante cilindros y motores hidráulicos. El modelo a escala real
consistiría en una plataforma (33 x 33 x 25 m) con 21 boyas, de potencia total de
1.5 a 2.5 MW situada a una profundidad e unos 40 a 50 metros.
80
Figura IV.24. Dispositivo FO3 – FRED OLSEN.
 Brevik (Noruega)
Prototipo a escala 1:3 instalado en 2005 con dimensiones de plataforma 12
x 12 metros.
 Karmoy (Noruega)
Con un presupuesto de 15 millones de euros, se pretende implantar un sistema
con cuatro convertidores en la costa oeste de Noruega.

Wavebob
Diseñado por la empresa británica Wavebob Ltd, consiste en un sistema de
extracción hidráulico que absorbe los movimientos verticales. Está diseñado para
colocar varios dispositivos en filas a una profundidad mayor de 70 metros y tener
un coste operativo y de mantenimiento bajo.
Las unidades que se preparan a nivel comercial se espera que tengan una
esperanza de vida de 20 años. Cada unidad comercial consta de una estructura
flotante de hormigón con un sistema hidráulico de aceite a presión, que transmite
a velocidad constante la energía a los motores que, a su vez accionan tres
alternadores de 0.5MW.
En los últimos años se ha estudiado el modelo en laboratorio y a escala, con
un prototipo 1:4 probado en Galway (Irlanda) en marzo del 2006.
81
ATENUADORES

Pelamis (Serpiente marina)
El nombre de este convertidor significa serpiente en griego, de modo que a
Pelamis también se le conoce como “serpiente marina”. Sistema desarrollado por
la empresa británica Pelamis Wave Power (PWP) Ltd, anteriormente conocida
como Ocean Power Delivery Ltd. (OPD). La idea partía de uno de los primeros
dispositivos en estudiarse, el Salter Duck [Salter, 1974]. A lo largo de los años la
idea ha ido evolucionando para dar paso a nuevos sistemas como la tecnología
Pelamis.
El dispositivo Pelamis está formado por una estructura cilíndrica
semisumergida cuyo eje está orientado paralelamente a la dirección de
propagación del oleaje. Se encuentra articulada en varios puntos que conforman
nodos móviles con dos grados de libertad: vertical y horizontal. El movimiento
relativo entre las partes articuladas acciona un sistema hidráulico de 4 pistones
que alimenta un depósito a presión que, a su vez, actúa sobre un generador
eléctrico. Se encuentra anclado al fondo por un sistema de pesos y flotadores que
impide que vaya a la deriva sin restringir la oscilación del artefacto.
Estos dispositivos almacenan la energía en acumuladores hidráulicos
permitiendo que el flujo hacia el generador sea más suave y estable que la
energía que proporciona directamente el oleaje. Ha sido diseñado para situarse a
profundidades de 50 a 70 metros y a una distancia de la costa de entre 5 y 6 km.
Cada unidad de Pelamis tiene una potencia nominal de 750 Kw. La relación
potencia/superficie ocupada es 1530.61, es decir, un parque de 30 MW de
potencia nominal ocupa 1 km2. Tiene un peso aproximado de 700 toneladas. Está
pintado de un color rojo que permite distinguirlo desde largas distancias.
Tiene una estructura larga y articulada de 120 m de longitud que ocupa una
superficie de 490 m2. La estructura está formada por cuatro módulos de acero de
sección cilíndrica de 3.5 m de diámetro y 24 m de longitud, ligados entre sí
mediante bisagras. Entre cada uno de estos cuatro elementos hay unos cilindros
de 8 m de longitud que albergan el módulo de conversión energética.
Por un lado, la forma larga y esbelta permite que soporte las peores
condiciones climatológicas; en tales circunstancias es capaz de reducir o de limitar
el movimiento de las uniones y, por consiguiente, la cantidad de potencia
absorbida. Además, gracias a que es un dispositivo atenuador, tiene la capacidad
de auto orientarse.
Por otro lado, las rótulas o bisagras permiten que el convertidor tenga dos
grados de libertad por cada uno de los cuerpos cilíndricos de la estructura. En el
eje vertical está colocada una junta articulada que oscila ante movimientos de
cabeceo y en el eje horizontal hay otra junta que oscila verticalmente. Por esto, el
82
conjunto absorbe energía según dos direcciones: vertical y transversal. De esta
manera, se puede deducir que el punto de reacción no es el sistema de anclaje,
sino que Pelamis aprovecha el movimiento relativo de unos módulos sobre otros;
es decir, tiene varios puntos de reacción.
Figura.IV.24. Esquemas de funcionamiento del dispositivo Pelamis [www.pelamiswave.com]
En 2004 se instaló el primer aparato comercial en Orkney (Escocia). Otros
proyectos son:
 Aguaçadoura (Portugal)
El proyecto empezó en 2005 y consiste en tres dispositivos Pelamis
situados a 5km de la costa norte de Portugal con capacidad de 2.25 MW en total
(cada uno de 750 kW). Es el primer parque de olas con pretensiones comerciales,
se quiere ampliar en un futuro hasta los 20MW con la compra de 28 convertidores
más. Actualmente se encuentra operativo.
 Orkney (Escocia)
Consta de cuatro dispositivos Pelamis situados a 2 km de la costa oeste de
escocia en el parque de pruebas de European Marine Energy Centre (EMEC), con
una capacidad de 3MW (cada uno de 750 kW). El proyecto utilizará el sistema de
cables, subestación y conexión a la red ya existente que se usó para ensayar el
prototipo a escala real. En estos momentos todavía no se encuentra operativo.
 Cornwall (Gran Bretaña)
Situado a 15 km de la costa norte de Cornwall (Inglaterra), está previsto que
contenga hasta siete dispositivos Pelamis con una capacidad máxima de 5MW. En
la actualidad está pendiente de financiación y está previsto que empiece a
83
instalarse en 2009. En un futuro será el mayor parque de olas con tecnología
Pelamis.

McCabe Wave Pump
Consiste en tres pontonas de acero, dos laterales y una central, que se
mueven relativas al movimiento de las olas. La energía se extrae de la rotación de
las pontonas mediante bombas hidráulicas montadas entre la pontona central y las
dos laterales. En primera instancia se construyó para desalinizar agua, aunque
también puede usarse para la producción de electricidad. Un prototipo de 40
metros de largo fue desplegada en 1996 en la costa de Kilbaha, Condado de
Clare, Irlanda.
FiguraIV.25. Esquema del McCabe Wave Pump. [Polaski, 2003]
TOTALIZADORES O TERMINADORES

The Wave Dragon (El dragón de olas)
Sistema desarrollado por la compañía danesa Wave Dragon ApS. Empezó a
estudiarse en 1998 a partir de modelos numéricos y ensayos en laboratorio, con el
objetivo de mejorar el sistema.
Se trata de un dispositivo elevado de 2 a 3 metros sobre el nivel del mar,
formado por un reflector de dos brazos que concentra el oleaje hacia una rampa. A
través de dicha rampa se conduce el agua a un depósito situado a mayor altura
con un desagüe y un equipo de turbinas Kaplan de baja presión.
Las mejoras introducidas a lo largo de los años se han centrado en la forma del
sistema reflector y sección de la rampa.
84
The Wave Dragon) (figura IV.26),es un dispositivo flotante que utiliza el mismo
principio que los denominados canales ahusados (Tapchan), pero que usa un par
de reflectores curvos (de un diseño patentado) para recoger las olas y subirlas por
una rampa a un depósito donde el agua es liberada a una turbina situada en la
parte inferior. Un modelo a pequeña escala ya ha sido ensayado y el modelo a
escala 1:1, que se estima tendrá una generación pico de 4MW, dispondrá de unos
brazos reflectores de 227 metros.
Figura IV.26. Dragón de olas
Figura IV.27. Esquema conceptual del funcionamiento del Dragón de olas
85
 Milford Haven (Escocia)
Dispositivo precomercial para estudio de viabilidad cuya construcción empezará
en 2009 y estará probándose del orden de 3 a 5 años. Se situará de 2 a 3 millas
de distancia de la costa suroeste de Escocia, ocupando un área de 0.25 km2. En
un principio, el proyecto incluye la instalación de una unidad de 7 MW, pensada
para abastecer a 6,000 casas. La localización es adecuada puesto que presenta
varias ventajas relevantes: existencia de oleaje con dirección predominante,
ubicación cerca de la costa, conexión a la red y no interfiere a las líneas
marítimas.
 Nissum Bredning (Dinamarca)
El primer dispositivo se instaló en marzo del 2003 y fue probado hasta enero del
2005. Al año siguiente se instaló un prototipo modificado en el que se han
realizado operaciones de mantenimiento y reparación durante el 2008. El prototipo
está diseñado a escala real para el oleaje de la zona cuya potencia media es de
24 kW/m, valor que corresponde a una escala de 1:5.2 para un clima de 36 kW/m.
La capacidad correspondiente a cada clima sería de 4 y 7 MW respectivamente.
 Portugal
Proyecto desarrollado por Tec Dragon cuyo objetivo es la instalación de un parque
de olas de 50 MW en un punto todavía por determinar de la costa portuguesa.

Waveplane
Un invento danés, el denominado Wave Plane (Figura IV.28), es un dispositivo
flotante que se ancla al fondo del mar y aprovecha la energía cinética y potencial
de las olas.
Figura IV.28. Waveplane.
El aparato es una estructura en forma de cuña, con canales que recogen las olas
en un depósito que tiene forma espiral. La salida del depósito está conectada a un
extremo de un conducto de inercia. En el otro extremo el tubo de inercia tiene
conectada una turbina axial. La forma del depósito hace que el agua produzca un
86
vórtice en el tubo inercial. La parte de la ola que entra el depósito será “cortada en
un número de rebanadas horizontales” (figura IV.29). La ola es de ese modo
dividida en secciones con diferente cantidad de energía cinética y potencial.
La parte más baja de la ola que es capturada tiene, relativamente, más
energía cinética, la parte más alta dispone, relativamente, de más energía
potencial. La energía cinética tiene “que ser cogida al vuelo”, la energía potencial
puede ser almacenada y usada cuando sea conveniente. Esta diferencia es usada
para dar un constante suministro de agua al “conducto de inercia” durante todo el
periodo de la ola. Los depósitos más altos tienen mayor capacidad de
almacenamiento que los más bajos. El agua que entra en los depósitos inferiores
fluye directamente al “conducto de inercia”. Parte del agua que fluye por los
depósitos superiores se almacena y solo se usa cuando la cresta de la ola ha
pasado el aparato.
Figura IV.29. Esquema conceptual de captación y almacenamiento de la ola

Rectificador RUSSSELL
Se trata de un aparato totalizador constituido por módulos, cada uno
constituido por dos tanques situados a alturas diferentes, los cuales se comunican
a través de una turbina de pequeño salto. El dispositivo se fija al fondo del mar en
zonas de poca profundidad. Las crestas de las olas introducen el agua en el
tanque superior, la cual pasa, por acción de la fuerza de gravedad, a través de los
alabes de la turbina, al tanque inferior. Un sistema de válvulas unidireccionales es
el encargado de permitir la entrada de agua en el tanque superior y la salida de la
misma por el inferior (figura IV.30). Generadores eléctricos, mecánicamente
conectados a las turbinas, son los encargados de producir electricidad.
87
Figura IV.30. Rectificador Russell

El Pato Salter (Salter Duck)
Destaca dentro de los dispositivos totalizadores flotantes el denominado Pato
Salter (figura IV.31). Este aparato convierte la energía cinética y potencial de las
olas en un movimiento de rotación alternativo.
El Pato Salter es otro dispositivo flotante de energía de las olas, como el
Pelamis, que genera electricidad a través del movimiento armónico de la parte
flotante del dispositivo (al contrario de los sistemas fijos, que utilizan una turbina
que se activa por el movimiento de la ola). En estos sistemas, los dispositivos
suben y bajan de acuerdo al movimiento de la ola y la electricidad se genera
debido a este movimiento. El Pato Salter rota con un movimiento de cabeceo a
medida que la ola pasa. Este movimiento bombea fluido hidráulico que activa el
motor hidráulico, que a su vez, activa el generador eléctrico.
Puede producir energía en un modo muy eficiente; sin embargo este proyecto
fue frenado durante los años 80 debido a errores en los cálculos de los costos de
producción de energía por un factor de 10, y solamente en los últimos años,
cuando esta tecnología fue revalorada, se identificó este error.
88
Figura IV.31. El pato Salter.
2. POTENCIAL DE LA ENERGÍA DE LAS OLAS EN EL MUNDO
Thorpe ha calculado que las olas suponen un recurso de 2 TWaño/año de
potencia, equivalente a una capacidad energética anual de 17,520 TWh, que
puede suministrar 2,000 TWh/año de electricidad [Thorpe, 2000]. El CIEMAT da
un valor de la demanda de electricidad a nivel mundial mayor que 17,000 billones
de kWh; por lo tanto, la energía de las olas podría cubrir el 10% del consumo
mundial eléctrico, con una inversión de 820 billones de euros [Thorpe, 2000].
Del mismo modo que ocurre con otros recursos renovables, la energía de las
olas está distribuida de modo dispar. Las regiones con mayor actividad de olas
son las que se encuentran entre 30º y 60º de latitud, en ambos hemisferios, donde
prevalecen los vientos del oeste, excepto en la costa africana occidental (20º S).
Por este motivo, las zonas con mayor potencial energético por metro de costa son
las costas de Estados Unidos, Canadá, Sudáfrica, Australia, Sudamérica y
Escocia. A modo de referencia, la densidad en mitad del Océano Atlántico es de
101 kW/m de frente de ola.
89
Figura II.14. Distribución mundial media de la potencia anual de las olas, en kW/m. [Centre, 2004]
2.1.
La energía de las olas en Europa
El recurso energético de Europa es uno de los más ricos del mundo, sólo lo
superan algunos lugares de América del Sur y de las Antípodas. La capacidad
energética varía entre 25 kW/m en la región más al sur de Europa, las Islas
Canarias, y 75 kW/m en Irlanda y en Escocia. Se estima que la energía de olas
disponible en el Mar Mediterráneo es 30 GW y 290 GW en la parte noreste del
Océano Atlántico (considerando también el Mar del Norte) [Centre, 2004].
Figura II.15. Distribución europea de la potencia anual de las olas, en kW/m. [Centre, 2004]
En 1999 se dio un paso importante para coordinar el trabajo de
investigación y de desarrollo de la energía de las olas en los países europeos. La
90
Comisión Europea formó la organización European Thematic Network on Wave
Energy y se invitó a catorce entidades de distintos países a participar en ella.
Dinamarca, Irlanda, Noruega, Portugal, Reino Unido y Suecia han
considerado la energía de las olas como una fuente energética viable desde hace
tiempo. La gran disponibilidad del recurso en todos estos países ha llevado a
gobiernos y empresas a impulsar importantes programas de investigación y
desarrollo. Por esto, desde hace 30 años ha habido un progreso significativo en
las tecnologías de conversión.
Westwood afirma que en la actualidad el país dominante en todo lo
concerniente a la energía undimotriz es Reino Unido, y le siguen, aunque a cierta
distancia, Portugal, España y Dinamarca [Westwood, 2004]. En las siguientes
líneas se va a describir brevemente las actividades de los países más
relacionados con la energía de las olas [Clément, 2002].

Dinamarca: el potencial energético en el noroeste del Mar del Norte es muy
grande. Se estima una potencia anual de 30 TWh y entre 7 y 24 kW/m de
frente de ola que llega de la dirección oeste. Ha desarrollado varios
dispositivos de olas, pero el más importante sigue siendo Wavedragon.

España: En 1979 el Ministerio de Industria y Energía (actual Ministerio de
Industria, Turismo y Comercio) estableció un potencial energético en las
costas españolas de 37,650 MW aproximadamente; 25 kW/m en las costas
del Océano Atlántico y 11 kW/m en las del Mar Mediterráneo. Las regiones
españolas donde el potencial energético es mayor son la costa Cantábrica y
las Islas Canarias, donde la potencia media anual es 20 kW/m.
Creus Solé apunta que el potencial energético medio en la costa y en aguas
someras varía entre 3 y 5 kW/m y en mar adentro entre 10 y 16 kW/m
[Creus Solé, 2004], que se debe, como se ha indicado antes, a que el
potencial energético de las olas disminuye a medida que el frente de olas se
acerca al litoral.
El primer convertidor de energía de olas que se instaló en España fue en
una central térmica de Sabón (La Coruña). El proyecto, llevado a cabo por
Unión FENOSA, consistía en un dispositivo de columna de agua oscilante.
Actualmente se están llevando a cabo dos proyectos de gran importancia.
El primero de ellos es un parque de energía undimotriz en Santoña
(Cantabria), que utiliza la tecnología OPT o boyas, y el segundo, situado en
Mutriku (Guipúzcoa), utiliza un sistema de columna de agua oscilante
integrado en un dique de abrigo o rompeolas; con este se consigue un
impacto ambiental menor.
Además de los dos proyectos anteriores, se han presentado dos
dispositivos muy interesantes: Ceflot y la boya Arlas Invest. El primero de
ellos es similar a una boya gigante situada mar adentro; la novedad del
91
proyecto es que la energía eléctrica obtenida es aprovechada en el mismo
lugar de la generación para producir hidrógeno. El segundo proyecto
también se trata de una boya, que aprovecha el efecto yo-yo del cable que
la une con el fondo marino para generar electricidad.

Irlanda: se estima una potencia anual de 187.5 TWh y 375 MWh/m de
frente de ola. Un conjunto de universidades, centros de investigación y
empresas comenzaron en el año 2002 dos estudios; el primero de ellos era
sobre métodos de elección de emplazamientos para aprovechar la energía
undimotriz y, el segundo, para predecir el estado de las olas.

Noruega: en su larga costa que da a la cara este del Océano Atlántico
predominan los vientos del oeste, que le permiten disponer de una potencia
anual de 400 TWh. No obstante, se ha determinado que en el año 2020
sólo 0.5 MWh de energía tendrá su origen en las olas.
La política energética de Noruega ha estado siempre basada en la energía
hidroeléctrica, pero la presión social no ha permitido que fuera esta fuente
energética la que hiciera frente a los aumentos de la demanda. De esta
manera, Noruega ha apostado por la energía eólica y la biomasa, y ha
impulsado el hidrógeno para almacenamiento de energía.
En 1980 se desarrollaron dos convertidores de olas muy importantes
diseñados para trabajar en la costa: la columna oscilante de agua multiresonante (OWC), de 500 kW, situada en la costa de Kvaerner, y el
Tapered Channel, más conocido como sistema TAPCHAN, de 350 kW.
Ambas plantas se dañaron tremendamente en unas tormentas ocurridas en
1988 y 1991.

Portugal: se caracteriza por tener una potencia anual que varía entre 30 y
40 kW/m, concentrada principalmente en la zona noroeste de la costa de
Portugal y en el Archipiélago de las Azores. Ambos emplazamientos ya han
sido elegidos para construir dos parques de olas; uno de ellos, en
Aguçadoura, utiliza la tecnología Pelamis y el otro, situado en la costa de la
isla de Pico (en las Azores), utiliza un convertidor OWC.
Westwood señala que la política de Portugal de estimular la investigación y
el desarrollo en las empresas de energía de las olas ha sido notable, y por
ello muchas de las empresas de este sector se han situado ahí. Se ofreció
una tarifa indexada (variable, ligada al precio de la inflación) de 23.5
c€/kWh, durante doce años, a los proyectos de energía undimotriz, limitada
a los primeros 20 MW de generación [Westwood, 2004].

Reino Unido: en sus aguas, normalmente tormentosas, prevalece el viento
del oeste, por lo que se puede entender que el mayor potencial se
encuentre en la costa oeste, principalmente en Escocia. Se calcula una
92
disponibilidad energética de 120 GW [Thorpe, 2000] o de 50 TWh/año, lo
que representa 1/7 del consumo eléctrico del país [Mueller, 2007].
Westwood señala que es uno de los países con mayor potencial de energía
undimotriz y mareomotriz; quizá sea este el motivo por el que se le
considera como el líder mundial de estas energías desde el año 2004,
aunque en sus políticas haya favorecido a la energía eólica considerándola
la energía más económica [Westwood, 2004].
Su interés por la energía de olas se remonta a antaño cuando, en 1974, S.
Salter comenzó la investigación sobre el dispositivo Pato Salter. En el año
2003, ya había instalados tres dispositivos en la costa oeste de Escocia que
suministraban energía a la Isla de Islay y a Shetland: Limpet, Pelamis y
Floating Wave Power Vessel (FWPV). Además, se ha previsto la instalación
de un parque de olas cada año para alcanzar una potencia instalada de
14.7 MW. Esta medida proviene de la iniciativa gubernamental de que en el
año 2010 el 10% de la energía generada fuera de origen renovable.

Suecia: los lugares con mayor densidad energética se encuentran en la
parte norte de la costa oeste de Suecia, en el Mar del Norte, y en el Mar
Báltico alrededor de las islas de Öland y Gotland, con un valor medio de 5 a
10 TWh/año, que bien merece ser comparado con el valor de la demanda
de electricidad anual, de 150 TWh.
En 1980 se instaló en Gotemburgo, en la costa oeste de Suecia, el primer
absorbedor puntual a escala real del mundo, conocido con el nombre de
IPS. Otro proyecto de gran envergadura ha sido el dispositivo Hose-Pump,
un tubo flexible cuyo volumen interno varía, conectado a un flotador.
En otros países europeos la energía de las olas ha tenido un papel secundario.
Las razones son muchas y diversas, pero entre las más importantes se pueden
destacar diferentes políticas energéticas o, simplemente, la falta del recurso. A
continuación se detalla el papel de la energía de las olas en países donde ésta ha
tenido, al menos hasta la fecha, mucha menos importancia.

Francia: el Golfo de Gascuña es el más rico en energía de las olas, con
unos niveles de potencia anuales mayores que 40 kW/m ó 28 GW. La
Escuela Central de Nantes (L’École Central de Nantes, ECN) ha participado
en la planta piloto de la isla de Pico, donde se dedica principalmente a las
estrategias de control del dispositivo OWC.

Grecia: su costa supera los 16,000 km de longitud, correspondientes al Mar
Jónico y al Mar Egeo. En este último, el potencial eólico es de dirección
norte-sur y provoca oleajes con un valor entre 4-11 kW/m. Los parques de
olas son particularmente atractivos para suministrar electricidad a un gran
93
número de islas que están alimentadas en la actualidad con centrales de
diesel.

Italia: su enorme línea de costa en relación con la superficie del país invita
a pensar que esta energía sería un recurso conveniente, sin embargo, el
potencial no llega a 5 kW/m de línea de costa. Únicamente en Sicilia y en
Cerdeña esta magnitud aumenta a 10 kW/m.
En la Universidad de Roma se ha desarrollado un nuevo dispositivo, muy
apropiado para zonas cerradas y con olas moderadas, que utiliza un
convertidor giroscópico flotante. Consiste en una turbina flotante de tipo
Kobold que mueve un alternador, a la que se conoce con el nombre de
ENERMAR. En el año 2002 se construyó un prototipo de 130 kW (la
turbina tenía un diámetro de 6 m) para instalarlo 1.5 km mar adentro de
Mesina, ciudad italiana situada en el ángulo nordeste de Sicilia.
2.2.
Actividades en otros países
Algunos países no europeos también están llevando a cabo programas de
Investigación y Desarrollo (I+D); entre otros, Australia (que dispone de un
potencial energético considerable), Canadá (un país con tradición exportadora de
energía, pero que no está dando mucha importancia a la energía de las olas),
China, India, Indonesia, Israel, Japón, México, Rusia, Sri-Lanka y Estados Unidos.

Curiosamente, el recurso de olas en algunas zonas de Australia es mucho
mayor que la demanda de electricidad de dichas regiones. Empresas
importantes como Energetech y Ocean Power Technologies están
desarrollando varios proyectos ahí.

En Vizhinjam (India) se construyó en 1990 una planta de pruebas de 150
kW y se han desarrollado convertidores de tipo OWC, BBDB y dispositivos
flotantes.

Japón: una isla con una línea de costa de 35,000 km, depende
energéticamente de las importaciones de combustibles fósiles. Por este
motivo, está considerando la energía de las olas como una posible fuente
energética. En 1988 construyó una primera planta con dispositivo OWC
flotante y años más tarde otra de 60 MW.

Estados Unidos empezó su programa de investigación y desarrollo (I+D) a
principio de los 50, pero su interés por esta energía tiene un papel
secundario. Han desarrollado dos proyectos importantes: McCabe Wave
Pump (desarrollado inicialmente para producir agua potable por ósmosis
pero que también permite la producción de electricidad) y el dispositivo
OPT.
94

México: En nuestro país existen zonas en las que hay un potencial de
incluso hasta 30kW/m, las cuales no se compara a las zonas en Europa,
pero igualmente aprovechables. Incluso es posible la instalación de la gran
mayoría de las tecnologías de la energía de las olas y no existiría grandes
limitaciones para su correcto funcionamiento. Según informes en nuestro
país se pretende poner en marcha un prototipo de columna oscilante de
agua (OWC) revela la Comisión Federal de Electricidad (CFE) en una nota
en el diario Milenio el 12 de Octubre de 2009. La CFE apuesta a generar
electricidad a base de oleaje, concretamente en Rosarito,Baja California, a
30 kilómetros del sur de Tijuana y cerca de la frontera de México con
Estados Unidos, mediante un proyecto piloto que utilizaría tecnología de
patente australiana Oceanlinx Ltm, la Subdirección de Construcción y
Coordinación de Proyectos Hidroeléctrico de esa dependencia señala que
se trata de una planta tipo plataforma petrolera con una potencia esperada
de 750 kilowatts. La inversión requerida sería de 5.4 millones de dólares.
Más aún, la dirección de CFE argumenta: “Sí los resultados son los
esperados, se efectuará el paso de la instalación piloto a una comercial”.
Por otro lado en diciembre de 2010, la empresa israelí SDE anunció el inicio
de la construcción del primer modelo (dentro de varios) de una planta
eléctrica, cuya alimentación central será la energía de las olas. La
instalación tendrá una potencia de hasta 1,000 KW. La planta tendrá su
sede en Cancún Quintana Roo, y constituirá el primer paso hacia la
implementación de un programa completo de construcción de otras plantas
eléctricas a lo largo de las costas de la República Mexicana. El director
ejecutivo de SDE, Shmuel Ovadia, recibió a una delegación de
representantes de una de las corporaciones más importantes de México,
que ha expresado su interés y voluntad de invertir en el proyecto por todo el
país. El gobierno de México, que mostro un particular interés por el
establecimiento de plantas eléctricas alternativas por todo el país, ha
decidido otorgar una subvención para plantas eléctricas por energía de olas
marinas, ante el gran potencial de producción de electricidad por las olas
altas y las costas largas de México.
3. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
El costo de operación y mantenimiento definido por los siguientes aspectos:

Mantenimiento, dentro del plan previsto e inesperado.

Revisiones del funcionamiento.

Recolocación y sustitución de elementos.

Licencias y seguros que permitan mantener los dispositivos y cubrir los
posibles riesgos que existan.
95

Monitoreo de las condiciones de oleaje y el funcionamiento del aparato con
éstas.
El sector de la energía undimotriz no cuenta con la suficiente experiencia en
campo como para poder estimar de forma precisa los costos correspondientes al
funcionamiento operativo del dispositivo y su mantenimiento, sin embargo, es
posible establecer una aproximación a partir de la experiencia en instalaciones de
gas o petróleo y en parques eólicos offshore.
Este tipo de costos son muy variables según el tipo de dispositivo, localización,
tamaño (número y potencia) o mejoras en el diseño. Los porcentajes que vienen a
continuación se basan en la media de costes anuales evaluados sobre la vida útil
del proyecto, aunque en la realidad no serían los mismos año tras año. No se
pretende hacer referencia a un convertidor en concreto, es simplemente una
aproximación en base a la información disponible de datos facilitados por las
ingenierías Atkins y Black & Veatch.
Figura II.16. Coste de operación y mantenimiento de una unidad (izquierda), Coste de operación de operación y
mantenimiento de una unidad de un parque de olas.
Los principales costos en ambos casos son debidos a las operaciones de
mantenimiento ya previstos y no previstos, siendo éstos últimas menores en el caso de
una única unidad aislada puesto que presenta menos incertidumbre. En segundo lugar las
operaciones de sustitución de elementos, consideradas a mitad de vida útil como un
compromiso entre maximizar operatividad y minimizar costos, serían de gran importancia
en el caso de una unidad en parque de olas. Con una única unidad aislada las
operaciones de monitoreo ocuparían la segunda posición.
96
4. COSTOS

Costos de electricidad
Clément y todos afirman que el precio de la electricidad generada con parques
de olas ha mejorado mucho en los últimos 25 años [Clément, 2002]. Aun así los
costos de esta energía son altos (tabla IV.2), como revelan los datos publicados
en el año 2002 (los valores de los otros años son costos estimados) por la
Comisión Europea en relación a los costes de los convertidores de la energía de
las olas. Por otro lado, se estima que en unos años el coste de esta energía será
comparable al de la energía eólica.
Tabla IV.2. Costo estimado de los sistemas de energía marina, principalmente para OWC.
Año
Capacidad
Costo de la
Costo de la
Instalada
instalación
electricidad
(MWe)
(€/kWe)
(€/kWe)
2002
2006
2010
2020
4
20
200
10,000 – 20,000
5,000 – 15,000
2,000 – 10,000
1,000 – 2,000
0.2 – 0.3
0.1 – 0.2
0.08 – 0.12
0.03 – 0.05
En la gráfica siguiente (figura IV.32) se muestra el precio mínimo y máximo
de la electricidad generada con las distintas fuentes energéticas, en el año 2002.
Se observa que el precio de la energía de las olas es competitivo con el resto de
energías renovables, sobre todo si recibe el apoyo que tanto ha colaborado al
desarrollo de la energía solar fotovoltaica y de la energía eólica.
Figura IV.32. Costo mínimo y máximo de la electricidad en el año 2002 obtenida a partir de distintas fuentes,
expresada en c$/kWh. [Tecnología energética, 2008]
97
En España la energía de las olas está contemplada en el Artículo 36 y 38
del Real Decreto RD 661/2007 (“por el que se regula la actividad de producción de
energía eléctrica en régimen especial”), dentro del Grupo b.3. (“Instalaciones que
únicamente utilizan como energía primaria la de las olas…”), donde se especifican
las siguientes tarifas y primas:
Plazo
Primeros 20 años
A partir de entonces

Tabla IV.3. Tarifas de la energía de las olas
Tarifa regulada c€/kWh
Prima de referencia
c€/kWh
6.8900
3.8444
6.5100
3.0600
Costos de algunas tecnologías
Debido a que no existen parques de olas ni se ha experimentado con
dispositivos offshore a escala real a largo plazo, es imposible conocer con certeza
los costos asociados. Sin embargo, se disponen a continuación de los datos
recogidos por dos fuentes: EPRI (Electric Power Research Institute) y APPA
(Asociación de productores de energía primaria).
Se hablará de algunas tecnologías para tener una idea a cerca de los costos.
Se incluye un apartado de costos, en el que figura el costo capital de cada
dispositivo proporcionado por los fabricantes. Sin embargo, este valor no recoge el
costo necesario para desarrollar el proyecto en una determinada ubicación, la
infraestructura necesaria para hacerlo operativo, cableado submarino, conexión a
la red y amarres. Dicha incertidumbre se debe a que en la etapa de inicio de
desarrollo en la que se encuentran los captadores, no es posible determinar con
rigurosidad estos costos. Sin embargo, puede ser factible establecer un orden de
magnitud que será más riguroso conforme más cerca de la explotación comercial
estén los prototipos.
Los costos están reflejados en el informe en euros a fecha del 2008:

Aquabuoy: Se disponen de datos correspondientes al proyecto en Bahía
de makah (Estados Unidos) donde se quiere instalar una planta de 1MW
mediante el uso de 4 boyas de 250KW cada una. Los fabricantes del
dispositivo, Aqua Energy, estiman el costo de la construcción de los cuatro
dispositivos, incluyendo amarres y 3.2 millas náuticas (5.926 Km) de cable
submarino para la conexión a la red, en 2, 630, 000 euros. Éste valor no
incluye costos de operación y mantenimiento, o de monitorización.

Pelamis: Ocean Power Delivery estima el costo de un único dispositivo
Pelamis de 1, 750, 000 a 2, 630, 000 de euros. Éste valor no incluye el
amarre.
98

Wavedragon Debido a su naturaleza, no es posible comparar un
dispositivo a escala reducida de 500KW WaveDragon con otros ya que la
penalización que presentan en cuanto a economía de escala es muy
elevada. Únicamente se conoce una estimación del dispositivo de potencia
4MW, con costo de entre 10.540.000 de euros. Esto incluye únicamente el
costo del dispositivo en sí, no tiene en cuenta el amarre y la conexión
eléctrica a la red.
99
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Lo escrito en las páginas anteriores se puede sintetizar señalando que la energía
de las olas es una nueva forma energética con un potencial enorme. Los
dispositivos de aprovechamiento, todavía en una etapa de desarrollo, son
complejos, caros y aún no competitivos con los métodos de generación
tradicionales; sin embargo, no es tiempo de reparar en costos sino en recursos, tal
y como exige la demanda actual.
Dentro de la importancia de la energía de las olas el presente trabajo cumplió con
los objetivos planteados al comienzo del mismo. Se consiguió elaborar un
documento preciso donde se recapitula el avance de esta energía. Sin lugar a
dudas, durante la elaboración se presento una problemática, ya que a pesar de
que existen diversas investigaciones, no hay a la fecha referencias exactas. Por
esto la necesidad de agrupar la información obtenida a nivel mundial de forma
exhausta, para que existan referencias bibliográficas destinadas al estudio de esta
energía.
Para ello fue necesario definir y limitar la extensa información proporcionada por
diferentes investigadores, y así poder apreciar de manera concisa el amplio
panorama que este tipo de energías presenta. Ya que a lo largo del estudio se ha
podido comprobar que la tecnología de aprovechamiento de la energía de las olas
es, todavía, una tecnología incipiente, con gran número de proyectos y enorme
variedad entre ellos. Prueba de ello son la sorprendente cantidad de dispositivos
que hay y siguen surgiendo nuevas ideas. Por otro lado, difieren mucho entre unos
y otros, desde su ubicación, hasta el sistema de conversión que utilizan. Esta
variedad resulta muy interesante, puesto que permite elegir la tecnología más
adecuada para hacer frente a las peculiaridades de cada zona marítima, a la hora
de aprovechar el máximo potencial disponible.
Quizá sea esta la razón por la que ninguna tecnología ha sido definida como la
óptima. Las empresas siguen compitiendo para lograr el convertidor con mejores
propiedades y rendimientos. De la lectura se puede deducir que el diseño de un
dispositivo debe ser, desde el punto de vista de aprovechamiento energético,
fiable, sofisticado, y, además, económicamente viable.
Para continuar con el trabajo realizado por los investigadores sería conveniente
que los estudiantes conozcan la energía de las olas y el aprovechamiento de las
tecnologías, creándoles un interés. Que sientan la necesidad de seguir
estudiándolas y así en su momento contribuir en ellas.
100
Respecto a este documento también es necesario profundizar respecto a cálculos
matemáticos, describir los materiales que se utilizan para la fabricación de los
componentes de cada sistema, presentar los requisitos que se necesitan para
llevar a cabo la instalación de una planta.
Desafortunadamente la falta de apoyo gubernamental ha sido una de las
principales limitantes para que este tipo de tecnologías no continúen y no lleguen
a la comercialización. Esto se debe a los altos costos de instalación,
mantenimiento y operación de estos dispositivos. Es necesario que el mercado se
expanda, para que los costos bajen y así en todos los lugares del mundo con
disponibilidad de mar puedan desarrollarla.
México es un país que está rodeado de zonas costeras, en las cuales se podría
aprovechar la tecnología de las olas. Se necesita apostar a estas tecnologías, no
es necesario tratar de convencer a nadie de lo increíblemente poderosas que son
pues tan solo con saber que la energía de extracción proviene del mar es
suficiente. Debemos conocer más a cerca de ellas y así exigir que se sigan
desarrollando de modo que se consiga exhortar a su desarrollo.
Por último, no debemos olvidar que la energía es una parte fundamental de
cualquier actividad productiva. No hagamos a un lado las virtudes del mar y
sigamos aprovechando las oportunidades que el oleaje puede aportar, pues la
densidad energética de las olas es la mayor de todos los recursos de energía
renovable.
101
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