Energia Renovable Marina y Offshore
La Perspectiva Europea (principalmente Reino Unido)
Dra. Vanesa Magar
Departamento de Oceanografia Fisica
• 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….?
Avances tecnologicos Caracterizacion de recursos Impactos ambientales
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
Avances tecnologicos Caracterizacion de recursos Impactos ambientales
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
Avances tecnologicos Caracterizacion de recursos 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
Avances tecnologicos Caracterizacion de recursos Impactos ambientales
‘The UK Renewable Energy Strategy’, HM Government, 2009
Futura combinación de recursos
Avances tecnológicos Caracterización de recursos Impactos ambientales
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
AVANCES TECNOLOGICOS – Viento en Mar
Avances tecnológicos Caracterización de recursos Impactos ambientales
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
Avances tecnológicos Caracterización de recursos Impactos ambientales
Avances tecnologicos Caracterizacion de recursos Impactos ambientales
Viento en Mar - Bases de turbina
Avances tecnologicos Caracterizacion de recursos Impactos ambientales
Viento en Mar - Bases de turbina
Different foundations for OWF (Wilhelmsson et al., 2010)
Avances tecnologicos Caracterizacion de recursos Impactos ambientales
Viento en Mar - Bases de turbina
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
Avances tecnologicos Caracterizacion de recursos Impactos ambientales
Viento en Mar - Bases de turbina
http://www.principlepowerinc.com/products/windfloat.html
Avances tecnologicos Caracterizacion de recursos Impactos ambientales
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
AVANCES TECNOLOGICOS – Viento en Mar
• 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?
Avances tecnologicos Caracterizacion de recursos Impactos ambientales
AVANCES TECNOLOGICOS – Viento en Mar
Avances tecnologicos Caracterizacion de recursos Impactos ambientales
• 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
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
Avances tecnológicos Caracterización de recursos Impactos ambientales
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
Categorías de CEOs flotantes
http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp
Avances tecnológicos Caracterización de recursos Impactos ambientales
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
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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
Falcao Wave energy utilization: A review of the technologies, Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 899–918
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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
Falcao Wave energy utilization: A review of the technologies, Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 899–918
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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
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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
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