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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-1

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t. 20

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1

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Cla

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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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2

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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3

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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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4

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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5

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.

CORRIENTES DE MAREAS

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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

24

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

Salter

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ENERGÍA DE LAS OLAS

Wavedragon

http://www.wavedragon.net

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ENERGÍA DE LAS OLAS

Wavedragon (cont.)

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ENERGÍA DE LOS MARES

Gradientes térmicos (OTEC)

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ENERGÍA DE LOS MARES

Gradientes térmicos (OTEC)

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