Dra. Vanesa Magar Departamento de Oceanografia Fisica ... · Enfoque es en problemas a los que se enfrenta la Industria ... • Meta clave – bajar el costo de generación de electricidad

Energia Renovable Marina y Offshore

La Perspectiva Europea (principalmente Reino Unido)

Dra. Vanesa Magar

Departamento de Oceanografia Fisica

[email protected]

• Contribucion Viento, Marea y Oleaje

• Dispositivos: Aspectos tecnologicos y eficiencia

Avances tecnologicos Caracterizacion de recursos Impactos ambientales

Por que energía marina sustentable?

• Energía marina sustentable es una fuente limpia de energía

• Muchos tipos de recursos: viento, marea, corriente, oleaje, geotermia, gradientes de

salinidad/temperatura

• Es una fuente ABUNDANTE

• Economía (generacion de empleos, inversion, etc)

• Recursos en aguas territoriales: seguridad….?


04/30/14

Se proyecta que a la Industria en energia

renovable se le invertiran £64bn de aqui

al 2020

Por que energía marina sustentable? Ejemplo de impacto economico

Impacto economico en UK:

El sector privado en UK invirtio £30bn

en la industria de la energia renovable

del 2010 al 2014, generando 4.2 % de

la energia de UK, y manteniendo mas

de 100,000 empleos solo en 2013.

Enfoque es en problemas a los que se

enfrenta la Industria


HAY MUCHOS RETOS…….

• Tecnología mayormente en desarrollo (salvo viento)

• Costo de conexión a la red eléctrica (donde esta la subestación?):

Limitante es la red de abastecimiento (en particular para viento)

• Costo de instalación en ambiente marino (profundidad, supervivencia,

cableado...)

• Exactamente cuanto del recurso puede explotarse? i.e. eficiencia

• Financiamiento (factor riesgo): £500bn para generar 2000TWh/an del

oleaje

• No se han cuantificado en detalle los impactos ambientales


Retos actuales • Meta clave – bajar el costo de generación de electricidad por renovables a niveles

similares a los de energía fósil

• Taza de aprendizaje = fracción de: reducción costo sobre el doble de producción

acumulada

TIDAL

STREAM WAVE

15% Learning rate

Fuente: Carbon Trust. Future of Marine Energy

ROC = Renewables Obligation Certificate; LEC = Climate Change Levy Exemption Certificate

• En el Mar, hay tres fuentes principales: viento, mareas, y oleaje (también OTEC

en regiones tropicales);

• Recurso – depende de la proporción del recurso extraíble → depende del medio

ambiente y de desarrollo tecnológico;

• Gran disparidad en desarrollo tecnológico entre las tres fuentes de energía;

• Particularmente, la hostilidad del ambiente en la superficie del océano

representa una gran limitante para el desarrollo de dispositivos de oleaje, debido

a las demandas técnicas;

• Para el 2020, cual será el papel de la energía de oleaje y mareas?

• En Octubre ‘09, 57.5 MW de proyectos a escala comercial se habían

desarrollado en el Reino Unido, y 27 MW habían sido aprobados (BWEA, State

of the Industry)

• Industria: 1-2 GW para 2020 en oleaje/marea es un objetivo realista

• Viento en Mar es fundamental para alcanzar los objetivos de cambio a

producción de electricidad por energías limpias en EU (15% del total para 2020)

Potencial de recursos de energía marina


‘The UK Renewable Energy Strategy’, HM Government, 2009

Futura combinación de recursos

Avances tecnológicos Caracterización de recursos Impactos ambientales


Avances

Tecnológicos

TRL 1 – Principios basicos observados

TRL 2 – concepto tecnologico formulado

TRL 3 – Prueba experimental de concepto

TRL 4 – tecnologia validada en el laboratorio

TRL 5 & 6 – tecnologia validada & demostrada en ambiente

relevante (industrialmente relevante, en caso de tecnologias

facilitadoras esenciales)

TRL 7 – demostracion de prototipo (escala 1:1) en ambiente

operacional

TRL 8 – sistema completo y competente

TRL 9 – sistema probado en ambiente operacional (y

manufactura competitiva en el caso de tecnologias

facilitadoras esenciales; o en el espacio)

Technology readiness levels (TRL)

Nivel de disponibilidad tecnologica


Viento en Mar

AVANCES TECNOLOGICOS – Viento en Mar


North Hoyle Supplied by Npower Renewables

© Anthony Upton 2003

UK OWF

Round 1:

2003-2008

Sitios piloto

Asignados

en 2001

Dentro 12nm

< 200MW

Round 2:

Tb piloto

Pocos sitios

2008-2010

NH: Round 1

OWF

Viento en Mar - Bases de turbina

Socavamiento ocurre con todas las bases






Different foundations for OWF (Wilhelmsson et al., 2010)



2011: Principle Power

despliegua a prototipo a escala

real de WindFloat a 5km de la

costa de Aguçadoura, Portugal.

A la fecha ha producido >9GWh

de electricidad, capturada por

cable subacuatico al sistema

electrico del Pais.

http://www.principlepowerinc.com/products/windfloat.html



http://www.principlepowerinc.com/products/windfloat.html

Turbina M5000 de Areva

Viento en Mar – Aspas de turbina


Viento en Mar – Aspas de turbina

Fuente: lenergeek.com

Vertiwind: Primera granja eolica flotante (>40m)

Instalada en 2009

Statoil (compañía noruega) desarrolló la primera granja de turbinas eólicas flotantes del mundo, en Escocia

Turbinas pueden colocarse desde 120m hasta 700m de profundidad

Prototipo a escala real (1:1) está a 10km de la costa Suroeste de Noruega.

Probado por un periodo de 2 años, su desempeño sobrepasó toda expectativa. Ha estado conectado a la red eléctrica desde Septiembre 2009

Capacidad de turbina: 2.3 MW

Tamaño del Rotor: 82.4 m

http://offshorewind.net/index.html

Avances tecnologicos Caracterización de recursos Impactos ambientales

Viento en Mar – Nuevos desarrollos

Hywind

20


• Sitios Round 3: asignados en enero 2010

• Atlantic Array en Canal de Bristol: 1.5 GW,

Dogger Bank: 9 GW

• Profundidad tipica >30m, muestra de

inovacion tecnologica

• Puede proveer hasta la ¼ parte de la

electricidad de UK ( 33 GW, incluyendo

Rounds 1 & 2 )

• Grandes consorcios de companias, e.g.

Dogger Bank desarrollado by Forewind =

Scottish & Southern Energy, RWE npower

renewables (UK subsidiary of RWE

Innogy), Statkraft y Statoil (Norwegian)

• Puede alcanzarse desarrollo asi de

sustancial?




• Interaccion entre estelas de turbinas, y estelas de granjas

• Socavamiento e impacto ambiental en regiones grandes

• Aspas mas grandes, mas pesadas, y mas largas. Turbinas con capacidad de generacion de >5MW, comparada con los 3MW actuales.

• Retos en aguas profundas: hasta 150km de la orilla, grandes retos en instalacion y mantenimiento

Viento en Mar – Nuevos desarrollos

Aerogenerator X • Proyecto de investigación del

Energy Technologies Institute (ETI): nuevo diseño de una turbina eólica flotante de eje vertical

• Potencial para10MW de potencia eólica

• Diseño en forma de V – una revolución por cada 20s approx

• Ser expandirse para alcanzar potencias de 20MW

• Altura 50% menor a la de turbinas convencionales con similar potencia

• 270m de ancho

• Colaboración entre Wind Power Ltd y otras empresas, entre ellas Grimshaw, Rolls-Royce and Shell.

http://www.windpower.ltd.uk/

23 Avances tecnológicos Caracterización de recursos Impactos ambientales


Marea

Velocidad de corriente necesaria es de >2.5 m/s (5 nudos)

Muchos lugares en RU e Irlanda con corrientes altas

En algunos lugares las corrientes son demasiado fuertes, canal mareal de Alderney hasta de 5.5m/s , en Pentland Firth son hasta de 8.2m/s!

IT Power Avances tecnológicos Caracterización de recursos Impactos ambientales

Marea – Teoría


Marea – Teoría

MCT

• Dispositivo Maremotriz:

• Un dispositivo que se localiza en

regiones de corrientes con

velocidad alta.

• Convierte la energía cinética de la

corriente en energía mecánica

• Similar a una eólica submarina, con

captura de potencia similar 3

2

1AuP

Dispositivos consolidados - TGL

Rotor de 3 aspas, con control de “upstream pitch”, electrónica estándar

Unidad ligera, fundación en tripie de acero, se instala rápidamente

Instalación y recolección rápida y eficiente – permite mantenimiento en tierra

Pocos costos de maquinaria, la granja puede seguir funcionando aun en época de mantenimiento

2009 TGL se convierte en subsidiaria de Rolls-Royce Plc

2010 unidad de 500kW de demostración de concepto es instalada at EMEC.

http://www.tidalgeneration.co.uk/

Turbina abierta en le centro

Diseno basado en simplicidad y resistencia, para fiuncionalidad y supervivencia maximas en anbiente marino

Rotor de movimiento lento y sin lubricantes mitiga impact en fauna marina

Se instala directamente en el fondo

Instalación invisible en superficie, sin riesgo a embarcaciones.

2008 - turbina de 250kW es instalada en EMEC

2009 - Turbina a escala comercial, de 1MW, es instalada en la bahía de Fundy (Canada).

http://www.openhydro.com/news/archive.html 28

Dispositivos consolidados – Open Hydro

2 pares de aspas oscilando en soportes conectados con pivote a la base

Oscilador mareal de punto, a través de cilindros hidráulicos

Mayor área de barrido – 4 veces más energía que con turbina convencional

Las 4 aspas se pueden bajar hacia la base para evitar daños, y colisiones con embarcaciones, fauna marina, o flotsam

2009 – PS100 empieza a operar en el Humber

2012 – instalación de dispositivo a escala real, sistema de 1200 kW (8M euros)

Paish, J. Giles B, Panahandeh, The Pulse Stream concept, and the development of the Pulse Stream Commercial Demonstrator, 3rd

International Conference on Ocean Energy, 6 October, 2010. Bilbao

Dispositivos consolidados – Pulse Stream

Sistema oscilante flotante, para profundidades entre 20 a 40m

Se asienta en base sólida en el fondo

Nuevo sistema, SeaGen F, DCM flotante de 2MW, por instalarse en la Bahia de Fundy

Nuevos DCM: oscilante y flotante

Nuevos DCM – Granjas de MCT

http://www.marineturbines.com/

Proyecto de MCT + RWE NPower

2011 – Planeación de una granja de energía maremotriz de 10MW, cerca de la costa de Anglesey, en The Skerries

2013 – Aprobada, granja de

cinco turbinas de 2MW

cada una

Para hasta 10000 hogares

2015 – escala comercial


Oleaje

Categorías de CEOs flotantes

http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp


Absorptor

puntual

Convertidor

De surgiente

oscilante

Dispositivo

De desbordamiento Convertidor

Columna

Oscilante Diferencial de

Presion

sumergido Atenuador

Falcao Wave energy utilization: A review of the technologies, Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 899–918

34

Categorías de CEOs (WECs)

Absorptor puntual con base en el fondo

Montado en el fondo

Projecto de Runde

Probado en Lysekil – un parque industrial de investigacion en energia de oleaje en la Costa Oeste de Suecia.

Proyecto iniciado por la Universidad de Uppsala en 2006. Dispositivo en operacion hasta 2014 2014

Generador lineal


35

absorptor multi-puntual: Wave star

CEO de prueba y demostracion de gran escala instalado en Septiembre 2009 en el muelle de Roshage (Dinamarca).

Seccion de un prototipo comercial a escala real de 1MW de potencia

Seccion de prueba tiene dos absorptores, mientras que el prototipo completo tendra 20

figures from the Wave Star Roshage Wave Energy Converter 3rd International Conference on Ocean Energy, 6 October, Bilbao

PICO, Portugal, 1999

LIMPET, Islay, UK, 2000

OSPREY, destruido por tormenta en1995

Mutriku, Espana 2011, en rompeolas, 16 camaras de 18.5kW cada una

CCO(OWC) fijo


37

Atenuador: Pelamis

Mecanismos de supervivencia integrados

Tecnologia 100% accesible

Mantenimiento e intervenciones in-situ

Operacion remota

2004: Primera coneccion a la red electrica en EMEC

2008: Aguçadoura, en el Atlantico, a 5km de la costa norte de Portugal

Despliege de 3 P1-A maquinas con capacidad de 2.25 MW

2010: despliege de P-2 en EMEC

3 granjas nuevas planeadaas en Escocia

180m de largo, 4m de diametro,

con modulos de conversion de

energia, con un rating de 750kW

cada una (P-2)

De surgiente de oleaje: Oyster

Despliegue en aguas someras solamente (~60m)

Zonas con 80 – 90% de energia de agua profunda

PTO en tierra

Despliegue en EMEC en 2010

Oyster 1: estacion

electrica en tierra en

EMEC L. Cameron, R. Doherty, A. Henry, K. Doherty, J. Van ’t Hoff, D. Kaye and D. Naylor, S. Bourdier, T. Whittaker. Design of the Next

Generation of the Oyster Wave Energy Converter3rd International Conference on Ocean Energy, 6 October, Bilbao

Desbordamiento: Wave Dragon

H.C. Sørensen, E. Friis-Madsen Wave Dragon from Demonstration to Market . 3rd International Conference on Ocean Energy, 6

October, Bilbao 40

Fouling en reflector

Mantenimiento en altamar

Disp. De presion diferencial sumergido:

Archimedes Wave Swing AWS-III en desarrollo por AWS

Ocean Energy (Inverness, U.K.)

Tecnologia de oscilacion por Archimedes, energia se obtiene por diferencial de presion dentro de una camara de aire en un cilindro anclado al fondo,

AWS-III, es un sistema flotante multi-MW, desarrollado a partir de sistemas anteriores

Tests de AWS-I en Portugal en 2004, y diseno detallado del AWS-II, con apoyo delCarbon Trust

Generador lineal

http://www.awsocean.com/PageProducer.aspx

41

En vez de ponerse como meta una capacidad instalada específica, el plan de acción en mareas y oleaje especifica que para 2020 se estarán instalando granjas con capacidad del orden de 100MW

UK Government, Department for Energy and Climate Change (2010); Marine Energy Action Plan

Marea y Oleaje – Plan de Acción


Gracias!

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