Aprovechamiento de la Aprovechamiento de la EnergEnergíía de las Olasa de las Olas

22ªª Jornada Internacional sobre EnergJornada Internacional sobre Energíía Marinaa MarinaBilbao Bilbao ExhibitionExhibition Centre, Centre, BarakaldoBarakaldo, 25 de Enero 2007, 25 de Enero 2007

Parque TecnolParque Tecnolóógico de gico de BizkaiaBizkaiaEdificioEdificio 202 202 -- EE--48170 ZAMUDIO48170 ZAMUDIO

Tel. : +34Tel. : +34--9494--60022666002266Fax: +34Fax: +34--9494--60022996002299

EE--mail: mail: jpablo@robotiker.esjpablo@robotiker.es

J. Pablo Ruiz MinguelaJ. Pablo Ruiz MinguelaDirector OCEANTEC Director OCEANTEC -- EnergEnergíías Marinasas MarinasROBOTIKERROBOTIKER--TecnaliaTecnalia

22

ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN

● Presentación de TECNALIA

● Tecnología aprovechamiento de energía de las olas

● Otras actividades en Energía Marina

33

TECNALIA, Corporación Tecnológica

TECNALIA es una Corporación Tecnológica multidisciplinar, de carácter privado e independiente, integrada por los Centros Tecnológicos Azti, European Software Institute

(ESI), Inasmet, Labein, Neiker y Robotiker, y por Fatronik como adherido.

La misión de la Corporación es aportar valor y riqueza a la Sociedad en general y al Tejido Empresarial en particular, a través de la Investigación y la Innovación en un

contexto internacional.

95

3.500

170 39

1.350

44

SECTORES CLAVE Y ACTIVIDADES

EVALUACIÓN DE LA CONFORMIDADServicios Tecnológicos en el ámbito de la Certificación y Evaluación de la Calidad en toda la cadena de valor de nuestros Clientes

INNOVACIÓN Y COMPETITIVIDADServicios de alto valor añadido, intensivos en Conocimiento, para incrementar el grado de Innovación de las Personas, las Empresas, las Instituciones y la Sociedad en general

INVESTIGACIÓN Y DESARROLLOLos Proyectos de I+D suponen el 75% de nuestra actividad. Construimos Soluciones a medida para resolver problemas o aprovechar oportunidades, abordando aspectos diversos de los Productos y Procesos

55

SEC

TOR

DE

ENER

GIA

VENTAS 2006:10 M€

PERSONAL 2006: 120 personas

INSTALACIONES:• Zamudio (2)• San Sebastián• Barakaldo

energía energía

TECNALIA Energía

Tecnologías H2 y Pilas

Redes eléctricas

Generación centralizada

Energía Eólica

Energía Fotovoltaica

Biomasa & RSUs

Energía del Mar

energía

Tecs Electrotécnicas

Electrónica

TICs

Materiales

Medioambiente

1 2 3 4 5 6 71

2

3

4

5

6

7Energía del Mar

66

PROYECTO OCEANTEC –ENERGÍAS MARINAS

● Apuesta por tecnologías emergentes:– Desarrollar un convertidor de energía del oleaje de alto rendimiento y coste competitivo, – Crear oportunidades de desarrollo y reconversión industrial, – Apoyar el aprovechamiento del recurso energético en la costa vasca

● Hitos clave del proyecto:Identificación de oportunidades en el sector de energías marinas

Puesta en marcha del proyecto; Definición de requisitos; Selección de la tecnología

Diseño conceptual; Modelización numérica; Ensayos de laboratorio

Construcción y prueba de un prototipo a escala mar

Industrialización de un prototipo a tamaño real

Plantas piloto con varios sistemas

● Despliegue de recursos:– Equipo de trabajo multidisciplinar: 15 personas– Fondos propios: 2 M€– Fondos públicos y privados: Diputación, GOVA, AGE, EU, inversores, capital riesgo, ...

2004

2005

2006

2007-08

2000-09

2010+

77

APROVECHAMIENTO DEENERGÍA OLAS

● Impacto Ubicación en mar abierto– Menor impacto y rechazo social– Gran multiplicidad de emplazamientos– Mayor potencial energético

● Eficiencia y coste Tipo atenuador– Mayor capacidad de captar energía: absorción

progresiva– Menores esfuerzos en los amarres– Alto rendimiento energético por unidad de peso– Coste de inversión competitivo

● Robustez y disponibilidad Captación inercial

– Elementos móviles totalmente encapsulados– Buena protección frente a la corrosión marina– Insensible a las mareas– Menor riesgo de averías y contaminación del

medio– Instalación y mantenimiento sencillos

NEAR-SHOREON-SHORE OFF-SHOREASPECTOS CLAVE DE DISEÑO

Cuerpos boyantesCuerpos boyantes

RebosamientoRebosamiento

Efecto ArquímedesEfecto Arquímedes

Sin almacenamientoSin almacenamiento

Diferencias presiónDiferencias presión

OWCOWC

Mov. Absoluto (Ref. fija)Mov. Absoluto (Ref. fija)

Mov. Relativo (Ref. móvil)Mov. Relativo (Ref. móvil)

Con almacenamientoCon almacenamiento

Cuerpos múltiplesCuerpos múltiples

InercialInercial

Cuerpos boyantesCuerpos boyantes

RebosamientoRebosamiento

Efecto ArquímedesEfecto Arquímedes

Sin almacenamientoSin almacenamiento

Diferencias presiónDiferencias presión

OWCOWC

Mov. Absoluto (Ref. fija)Mov. Absoluto (Ref. fija)

Mov. Relativo (Ref. móvil)Mov. Relativo (Ref. móvil)

Con almacenamientoCon almacenamiento

Cuerpos múltiplesCuerpos múltiples

InercialInercial

1. Clasificación por ubicación

3. Clasificación por principio de captación

2. Clasificación por tamaño y posición

Direcciónde la ola

Frente de ola

ABSORBEDORESPUNTUALES

ATENUADOR

TERMINADOR OTOTALIZADOR

88

DESCRIPCIÓN DEL CONVERTIDOR (I)

● La estructura flotante se somete a un movimiento de cabeceo periódico provocado por las olas.

● El sistema de fondeo permite que el convertidor siempre estéorientado en la dirección del oleaje.

● La principal ventaja es que el sistema captador está totalmente encapsulado y sin contacto con el mar.

● Tipo atenuador

● Estructura alargada/esbelta

Forma y orientación

● Fuera de costa (Off-shore)

● Sistema flotante

Ubicación

Principio captación

CARACTERÍSTICAS

● Movimiento relativo inercial

● Basado en un sistema giroscópico

50-100 m

θ (cabeceo)

Fondeo Estructura

PATENTE MUNDIAL REGISTRADA EN 2006

99

DESCRIPCIÓN DEL CONVERTIDOR (II)

1010

DESCRIPCIÓN DEL CONVERTIDOR (III)

● Se hace girar un volante de inercia mediante un motor.● El movimiento de cabeceo provocado por las olas se transforma en un

movimiento oscilante de balanceo.● Un acoplamiento transforma el movimiento de balanceo en giro unidireccional

aumentando su velocidad angular.● Es movimiento de balanceo rectificado y multiplicado alimenta un generador

rotativo convencional.Z

Y

X1=X

Z1

ϕ•

θ•

ψ•

'ψ• Volante

de inercia

MotorCámara de vacío

o marcoAcoplamiento

Generador

1111

DESCRIPCIÓN DEL CONVERTIDOR (IV)

● Control del convertidor:– Largo plazo: Modelos de predicción meteorológica (24-48 h)– Corto plazo: Boya de medida Altura significante (Hs), Periodo pico (Tp) y Dirección oleaje (ß)

● Máxima extracción de energía: – Velocidad de rotación ( ) Amplitud de oscilación óptima– Par resistente (Mr = K* ) Oscilación en fase con el momento excitador (Me)

.ψ

.ϕ

Calcular momento excitador

Boya de medida

Hs, Tp, β

Determinarrespuesta

θ

Me

Mc (Momento estabilizador del captador)

Convertidor OCEANTEC

-+

Aplicar ecuacionesmovimiento

captador

.θ

.ψ

.ϕ K

Consultar K, ϕ óptimos

Mrx

K

.ϕ

< 5 - 10 Km

1212

RENDIMIENTO ESTIMADO DEL CONVERTIDOR

1 1,5 2 2,

5 3 3,5 4 4,

5 5 5,56 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

500,0

Altura(m)Pe riodo(s)

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 181,0 84,7 87,3 59,3 39,4 25,3 16,1 10,4 6,8 4,5 3,1 2,2 1,5 1,11,5 190,5 196,1 133,1 88,6 56,8 36,2 23,3 15,3 10,2 7,0 4,8 3,4 2,52,0 338,5 348,0 234,1 157,5 100,9 64,4 41,4 27,1 18,1 12,4 8,6 6,1 4,42,5 500,0 500,0 363,9 245,2 157,8 100,5 64,7 42,4 28,3 19,3 13,4 9,5 6,93,0 500,0 500,0 500,0 337,3 227,5 144,5 93,1 61,0 40,8 27,8 19,3 13,7 9,93,5 500,0 500,0 500,0 419,5 309,2 196,5 126,7 83,1 55,4 37,8 26,3 18,6 13,44,0 500,0 500,0 500,0 500,0 401,4 258,1 166,0 108,5 72,4 49,3 34,3 24,3 17,54,5 500,0 500,0 500,0 500,0 500,0 326,4 210,3 137,5 91,7 62,4 43,4 30,7 22,15,0 500,0 500,0 500,0 500,0 500,0 383,0 259,2 169,9 113,2 77,0 53,5 37,9 27,35,5 500,0 500,0 500,0 500,0 500,0 389,3 307,5 204,8 136,9 93,2 64,7 45,8 33,0

POTENCIA MEDIA GENERADA (kW)PERIODO DE OLA (s)

ALT

UR

A O

LA (m

)

● Potencia instalada = 500 kW

● Horas equivalentes = 2.400 h

Rendimiento

● Flujo medio = 20-30 kW/m

● Ejemplo = Cantábrico

Ubicaciones

● Eslora = 50 m

● Manga = 7 m

Dimensiones

Coste

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

● Prototipo = 1.500.000 €

1313

MODELOS DE LABORATORIO

● Banco de pruebas mecánicas– Construcción de un banco de pruebas del

captador• Plato oscilador XY• Captador a escala 1:15

– Verificación de modelos numéricos, criterios de estabilidad y estrategias de control

● Ensayos en canal de experiencias hidrodinámicas

– Pruebas de supervivencia y validación de rendimiento

• Construcción e instrumentación de un modelo escala 1:36

• Ensayos y análisis– Colaboración con el Canal de Experiencias

Hidrodinámicas de El Pardo (www.cehipar.es)

1414

SIGUIENTES FASES DE DESARROLLO

● Prototipo a escala mar (1:4)– Desarrollo durante 2007-2008 (18 meses)– Diseño detallado de todos los subsistemas navales, mecánicos y eléctricos– Continuación del programa de ensayos de laboratorio del convertidor– Construcción del prototipo– Pruebas en mar

• Verificar empíricamente rendimiento, robustez y supervivencia• Ubicación en la costa vasca

● Industrialización– Desarrollo durante 2008-2009 (24 meses)

1515

OTRAS ACTIVIDADES: PROYECTO PSE-MAR

● Desarrollo tecnológico de sistemas y equipos de captación y transformación de energía de las olas a partir de patentes y tecnología española.

TECN

ALIA

HID

RO

FLOT

PIPO SYSTEM

S

SECTOR INDUSTRIAL Y TECNOLÓGICO

PLATAFORMA

PROMOTORES ENERGÉTICOS

Referente Referente internacionalinternacional

PSE-120000-2005-5: 178 178 KK€€PSE-120000-2006-7: 1,2M1,2M€€

MECMECOtras Otras AdmonesAdmones::

Gallega, PaGallega, Paíís Vascos Vasco

● Desarrollo de una infraestructura de experimentación de esta energía que permita probar los desarrollos que se generen en este proyecto y otros productos tanto nacionales como internacionales.

● Situar a España como un referente internacional en la industria de la energía de las olas.

1616

SP5: Impacto de las Energías Marinas

SP4: Infraestructura Experimental y Demostración de Energías Marinas

PSE-MAR: ESTRUCTURA Y PARTICIPANTES

SP0: Oficina Técnica

SP1: Sistema de Múltiple Captación y Transformación ComplementadaDISEÑO PROTOTIPO

LAB.DEMOMAR

PROTOTIPOMAR PIPO SYSTEMS

SP2: Central Semi-sumergida de 16 FlotadoresDISEÑO PROTOTIPO

LAB.DEMOMAR

PROTOTIPOMAR HIDROFLOT

SP3: Sistema Inercial Off-ShoreDISEÑO PROTOTIPO

LAB.DEMOMAR

PROTOTIPOMAR

ASPECTOS SOCIOECONÓMICOS

IMPACTOMEDIOAMBIENTAL

EVALUACIÓN UBICACIÓN

MARCO REGULATORIO

OTRO TIPO DE APROVECHAMIENTOS

DEFINICIÓN PERMISOS OPERACIÓNCONSTRUC.

Coordinación• TECNALIACoordinación

• TECNALIA

Agentes Tecnológicos• TECNALIA (Azti, Inasmet, Labein, Robotiker)

• UPC (CIIR)• CETMAR

Agentes Tecnológicos• TECNALIA (Azti, Inasmet, Labein, Robotiker)

• UPC (CIIR)• CETMAR

Propietarios de Tecnología y Patentes

• PIPO SYSTEMS• HIDROFLOT• TECNALIA

Propietarios de Tecnología y Patentes

• PIPO SYSTEMS• HIDROFLOT• TECNALIA

Sector industrial• ARTECHE• GAMESA ENERGÍA • IBERDROLA EERR • INTEKIA • TEAM• TAMOIN EERR (TER)• VICINAY CADENAS

Sector industrial• ARTECHE• GAMESA ENERGÍA • IBERDROLA EERR • INTEKIA • TEAM• TAMOIN EERR (TER)• VICINAY CADENAS

1717

OTRAS ACTIVIDADES: ALCANCE

● Infraestructura Experimental y Demostración de Energías Marinas– Definir metodología de medida y extrapolación de resultados.– Analizar la infraestructura necesaria para realizar dichas medidas.– Seleccionar ubicaciones en costa.– Establecer un plan de inversión y de co-financiación.

● Impacto de las Energías Marinas– Evaluación del potencial energético.– Análisis del marco regulatorio.– Generación de herramientas de análisis.

1

2

3 4 56

MDT Batimétrico

Mapa geomorfológico

Mapa de pendientes

Orientación de la costa al frente del oleaje

Flujo de energía del oleaje

Homogeneidad

Usos

Otros

MDT Batimétrico

Mapa geomorfológico

Mapa de pendientes

Orientación de la costa al frente del oleaje

Flujo de energía del oleaje

Figuras de protección

Usos

Otros

MDT Batimétrico

Mapa geomorfológico

Mapa de pendientes

Orientación de la costa al frente del oleaje

Flujo de energía del oleaje

Homogeneidad

Usos

Otros

MDT Batimétrico

Mapa geomorfológico

Mapa de pendientes

Orientación de la costa al frente del oleaje

Flujo de energía del oleaje

Figuras de protección

Usos

Otros

1818

PasiPasióón por n por el Futuroel Futuro