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CORRIENTES DE MAREAS
Características
Cerca de las costas y entre islas cercanas, las mareas pueden producir fuertes corrientes.
Se intercala un dispositivo para convertir la energía cinética del agua (hidrocinética) en energía eléctrica (similar a una turbina eólica).
Ventajas
La velocidad del agua es predecible. Por lo tanto se puede predecir la potencia generada.
La densidad del agua es 836 veces mayor que la del aire.
No requieren construir una represa, ni bloquear el curso de agua.
Desventajas
Velocidades de las corrientes relativamente bajas, respecto a las del viento.
Trabajan en un ambiente marino. Aumentan los problemas relacionados con el mantenimiento, la resistencia y confiabilidad de los materiales, y la transmisión de la energía generada.
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CORRIENTES DE MAREAS
Densidad de potencia
Siguiendo un razonamiento similar al viento, la densidad de potencia de la corriente de agua es
Para marea semidiurna, la velocidad varía en el tiempo sinusoidalmente
Suponiendo que se genera en ambos sentidos, la densidad de potencia media (ρ = 1025 kg/m3) resulta
Debe agregarse el rendimiento de la conversión a potencia mecánica (Cp) y a eléctrica (generador).
3 21W/m
2
Pv
A
/ 4
3 3 3 3 2
max max max
0
1 1 1 4 1sen 2 / 0.4244 W/m
2 / 4 2 3 2
Pv t dt v v
A
max sen 2v v t 12h 25min
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CORRIENTES DE MAREAS
Densidad de potencia (cont.)
Comparación de las densidades de potencia y diámetros de rotores
Para viento con distribución de Raileigh:
Para marea semidiurna:
Relación de diámetros para tener la misma potencia
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Vmax
[m/s]Pmed/Ac
[W/m2]
1 217.5
2 1740
3 5872
4 13920
5 27187
Vmed
[m/s]Pmed/Aw
[W/m2]
6 252.7
7 401.3
8 599
9 853
10 1170
Viento
Dc/Dw
(vmed=8m/s)
1.67
0.59
0.32 (~1/3)
0.21 (~1/5)
0.15 (~1/6)
Agua
3 21max2
0.42 W/mc aguaP A v
3 212
1.91 W/mw aire medP A v
3 3/ 23
med med med
3
max max max
1.91 2.340.074
0.42 430.5
w c aire c
c w agua w
P A A v v D v
P A A v v D v
Relación diámetros
para igual potencia
CORRIENTES DE MAREAS
Tecnologías de conversión
Existen numerosos dispositivos de conversión que pueden clasificarse en dos grandes grupos
Turbinas
Eje horizontal
Eje vertical
Eje trasversal
Venturi
Vortex
Sin turbina
Paleta o perfil oscilante
Piezoeléctrico
Vibraciones inducidas por vortex
Velas de marea
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CORRIENTES DE MAREAS
Turbinas de eje horizontal
Características
Eje paralelo al flujo de agua o inclinado. Rotores similares a las turbinas eólicas.
Pueden estar fijas al fondo o a una estructura, o flotantes.
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CORRIENTES DE MAREAS
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https://simecatlantis.com/services/turbines/
Turbinas de eje horizontal (cont.)
SeaGen S (derecha)
Prototipo (izq.): 1.2 MW, rotores 16m diám., 2 palas, instalado en Strangford Lough, Irlanda del Norte, inyectando a red desde 2012.
Comercial (der.): 2 MW (2x1MW), rotores 20m diám, 3 palas (materiales compuestos) con control de pitch, generador de inducción jaula de ardilla.
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https://simecatlantis.com/services/turbines/
Turbinas de eje horizontal (cont.)
Atlantis AR1500
1.5 MW, rotor de 18m, 3 palas con control de paso, sinrónico imanes perm.
CORRIENTES DE MAREAS
Turbinas de eje horizontal (cont.)
Proyecto demostrativo (EDF) en Paimpol-Bréhat, Francia.
Turbina prototipo de 2 MW, diseñada por Open-Hydro, 16 m de diámetro y 850 ton. de peso (no require amarre).
Conectada a red desde 2012.
https://www.edf.fr/en/the-edf-group/industrial-provider/renewable-energies/marine-energy/marine-current-power
Traslado al sitio de emplazamiento
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CORRIENTES DE MAREAS
Turbinas de eje horizontal (cont.)
Otros desarrollos
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CORRIENTES DE MAREAS
Turbinas de eje horizontal (cont.)
Sea Snail (Universidad de Aberdeen)
Prototipo para mantener la turbina (u otro dispositivo) en el fondo del mar. Perfiles aerodinámicos con sustentación invertida.
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CORRIENTES DE MAREAS
Turbinas de eje vertical
Características
El eje es perpendicular a la dirección de la corriente.
Pueden utilizar sustentación o arrastre.
El generador puede ubicarse fuera del agua si se provee una estructura adecuada.
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CORRIENTES DE MAREAS
Turbinas de eje vertical
Proyectos comerciales
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CORRIENTES DE MAREAS
Turbinas de eje trasversal
Proyectos comerciales
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CORRIENTES DE MAREAS
Cercos de mareas
Características
Requieren bloquear un estuario o deben ser colocadas entre costa e islas cercanas o entre islas.
Mayor impacto para el medio ambiente.
Generadores accesibles sobre el agua.
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CORRIENTES DE MAREAS
Sin turbina
La mayoría de los dispositivos se encuentran en etapa de prueba de concepto. https://youtu.be/xnFxPweXs0wVelas de marea
BioStream
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http://bps.energy/biostream
CORRIENTES DE MAREAS
Sin turbina (cont.)
Vivace (Universidad de Michigan)
No utiliza un rotor. Aprovecha los vórtices causados por el fluido al pasar por una superficie curva, produciendo un desplazamiento vertical del rodillo.
http://www.vortexhydroenergy.com/
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ENERGÍA DE LAS OLAS
Características
Causadas principalmente por la interacción entre el viento y el mar.
Contienen energía cinética y potencial.
En condiciones ideales (mar profundo y olas regulares)
Una ola de período grande (~10s) y amplitud grande (~2m) puede alcanzar densidades de 50-70 kW/m. En mar profundo no hay desplazamiento horizontal del agua.
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2 kW/mP
H TL
ENERGÍA DE LAS OLAS
Niveles de energía promedio en kW/m de frente de ola
Mayor concentración entre los 40 y 60° de lat. en ambos hemisferios.
7030
4030
6040
4050
40
40
20
60
50
22
40
15
2024
4050
74
3050
100
92
82
19
12
21
23
1218
17
34
66
3414
8 8
27
84
37
9
10
20
48
81
30
11
100
67
13
1311
3
41
72
50
49
89
26
17
15
1725
2433
2997
7242
16
1113
12
10268 53
13 10
14
1218
1910
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43
20
4341
33
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ENERGÍA DE LAS OLAS
Aprovechamiento
Es una opción seria para generar energía eléctrica en pequeña y mediana escala.
Puede resultar económicamente atractiva si se combina con la protección de las costas.
Los patrones de ola son irregulares en amplitud, fase y dirección. Dificultades para diseñar el equipo óptimo.
El objetivo actual de las plantas de conversión apunta a mejorar la confiabilidad técnica de proveer electricidad a costos razonables.
Principales aspectos a considerar:
Aprovechar toda la energía de la ola (optimización hidráulica)
Soportar la “ola del siglo” (aumenta considerablemente el costo)
Confiabilidad en los momentos de clima desfavorable
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ENERGÍA DE LAS OLAS
Tapchan (tapered channel)
Convierte la energía cinética de la ola en energía potencial, aprovechando una fracción de la energía de la ola.
Por el reservorio, requiere más espacio que otros sistemas, pero la operaciónes más simple.
Protegida de condiciones mar abierto.
El agua del reservorio se renueva constantemente.
Toftestallen, Noruega, 350 kW.
En funcionamiento desde 1986.
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ENERGÍA DE LAS OLAS
Columna de agua oscilante (OWC)
Es el más antiguo de los sistemas de aprovechamiento de olas (1910)
Existen dos tipos:
Boya
De rompiente
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ENERGÍA DE LAS OLAS
Columna de agua oscilante (OWC)
Tipo boya
http://www.oceanpowertechnologies.com/
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https://www.wavehub.co.uk/wave-hub-site
Instalaciones para testeo de equipamiento
ENERGÍA DE LAS OLAS
Columna de agua oscilante (OWC)
Tipo boya (cont.)
Turbina para algunos de los dispositivos
Turbina Wells (bidireccional)
Turbina Denniss-Auld
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ENERGÍA DE LAS OLAS
Columna de agua oscilante (OWC)
Tipo rompiente
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ENERGÍA DE LAS OLAS
Columna de agua oscilante (OWC)
Tipo rompiente (cont.)
Sanze, Japón, 40 kW
Toftestallen, Noruega, 500 kW
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ENERGÍA DE LAS OLAS
Balsa de Cockerell
Proyecto Aguacadoura (a 5km de la costa de
Portugal) Potencia: 2.25 MW (3 x 750kW)
Pelamis: máquina de 750kW, 180m
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ENERGÍA DE LAS OLAS
Wavedragon
http://www.wavedragon.net
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