Energía de las olas

Transporte de energía por las olas del viento y captura de esa energía para realizar trabajo útil.

La energía undimotriz es la captura de la energía de las olas del viento para realizar un trabajo útil , por ejemplo, generar electricidad , desalinizar agua o bombear agua. Una máquina que aprovecha la energía undimotriz es un convertidor de energía undimotriz ( WEC ).

Las olas se generan principalmente por el viento que pasa sobre la superficie del mar y también por las fuerzas de las mareas, las variaciones de temperatura y otros factores. Mientras las olas se propaguen a una velocidad menor que la del viento, la energía se transfiere del viento a las olas. Las diferencias de presión del aire entre los lados de barlovento y sotavento de una cresta de ola y la fricción superficial del viento causan la tensión cortante y el crecimiento de las olas. ^[1]

La energía de las olas como término descriptivo es diferente de la energía de las mareas , que busca principalmente capturar la energía de la corriente causada por la atracción gravitatoria del Sol y la Luna. Sin embargo, la energía de las olas y la energía de las mareas no son fundamentalmente distintas y tienen una superposición significativa en tecnología e implementación. Otras fuerzas pueden crear corrientes , incluidas las olas rompientes , el viento , el efecto Coriolis , el cableado y las diferencias de temperatura y salinidad .

A partir de 2023, la energía de las olas no se utiliza ampliamente para aplicaciones comerciales, después de una larga serie de proyectos de prueba. Los intentos de utilizar esta energía comenzaron en 1890 o antes, ^[2] principalmente debido a su alta densidad de potencia . Justo debajo de la superficie del agua del océano, el flujo de energía de las olas, en promedio temporal, es típicamente cinco veces más denso que el flujo de energía eólica a 20 m sobre la superficie del mar, y de 10 a 30 veces más denso que el flujo de energía solar. ^[3]

En 2000, el primer dispositivo comercial de energía undimotriz del mundo, el Islay LIMPET, se instaló en la costa de Islay en Escocia y se conectó a la red nacional del Reino Unido . ^[4] En 2008, se inauguró en Portugal el primer parque undimotriz experimental con múltiples generadores, en el parque undimotriz de Aguçadoura . ^[5] Ambos proyectos han finalizado desde entonces.

Los convertidores de energía de las olas se pueden clasificar según su principio de funcionamiento como: ^{[6] [7]}

• Columnas de agua oscilantes (con turbina de aire)
• cuerpos oscilantes (con motor hidroeléctrico, turbina hidráulica, generador eléctrico lineal)
• Dispositivos de desbordamiento (con turbina hidráulica de baja altura)

Historia

La primera patente conocida para extraer energía de las olas del océano fue presentada en 1799 en París por Pierre-Simon Girard y su hijo. ^[8] Uno de los primeros dispositivos fue construido alrededor de 1910 por Bochaux-Praceique para suministrar energía a su casa en Royan , Francia. ^[9] Parece que este fue el primer dispositivo de energía undimotriz de tipo columna de agua oscilante. ^[10] De 1855 a 1973 hubo 340 patentes presentadas solo en el Reino Unido . ^[8]

La búsqueda moderna de energía de las olas fue iniciada por los experimentos de Yoshio Masuda en la década de 1940. ^[11] Probó varios conceptos y construyó cientos de unidades utilizadas para alimentar luces de navegación. Entre ellos se encontraba el concepto de extraer energía del movimiento angular en las articulaciones de una balsa articulada, que Masuda propuso en la década de 1950. ^[12]

La crisis del petróleo de 1973 reavivó el interés por la energía de las olas. Los gobiernos de varios países, en particular del Reino Unido, Noruega y Suecia, lanzaron importantes programas de desarrollo de la energía de las olas. ^[3] Los investigadores volvieron a examinar el potencial de las olas para extraer energía, en particular Stephen Salter , Johannes Falnes , Kjell Budal, Michael E. McCormick , David Evans , Michael French, Nick Newman y CC Mei .

El invento de Salter de 1974 se conoció como el pato de Salter o pato que cabecea , oficialmente el pato de Edimburgo. En pruebas a pequeña escala, el cuerpo curvado en forma de leva del pato puede detener el 90% del movimiento de las olas y puede convertir el 90% de ese movimiento en electricidad, lo que da una eficiencia del 81%. ^[13] En la década de 1980, se probaron varios otros prototipos de primera generación, pero a medida que bajaban los precios del petróleo, la financiación de la energía de las olas se redujo. El cambio climático más tarde reactivó el campo. ^{[14] [3]}

En 2003 se creó en Orkney (Escocia) la primera instalación de pruebas de energía undimotriz del mundo para impulsar el desarrollo de una industria de energía undimotriz y maremotriz. El Centro Europeo de Energía Marina (EMEC) ha respaldado el despliegue de más dispositivos de energía undimotriz y maremotriz que cualquier otro sitio. ^[15] Después de su creación, también se crearon instalaciones de prueba en muchos otros países del mundo, que proporcionaron servicios e infraestructura para la prueba de dispositivos. ^[16]

El premio Saltire, dotado con 10 millones de libras esterlinas, debía otorgarse al primero que fuera capaz de generar 100 GWh a partir de energía de las olas durante un período continuo de dos años en 2017 (alrededor de 5,7 MW de media). ^[17] El premio nunca se entregó. Un estudio de 2017 realizado por la Universidad Strathclyde y el Imperial College se centró en el fracaso a la hora de desarrollar dispositivos de energía de las olas "listos para el mercado", a pesar de una inversión del gobierno del Reino Unido de más de 200 millones de libras esterlinas a lo largo de 15 años. ^[18]

Los organismos públicos han continuado y en muchos países han intensificado la financiación de la investigación y el desarrollo de la energía undimotriz durante la década de 2010. Esto incluye tanto a la UE, los EE. UU. y el Reino Unido, donde la asignación anual ha sido típicamente de entre 5 y 50 millones de dólares. ^{[19] [20] [21] [22] [23]} Combinado con la financiación privada, esto ha dado lugar a una gran cantidad de proyectos de energía undimotriz en curso (véase la Lista de proyectos de energía undimotriz ).

Conceptos físicos

Como ocurre con la mayoría de los movimientos de fluidos, la interacción entre las olas del océano y los convertidores de energía es un fenómeno no lineal de alto orden. Se describe utilizando las ecuaciones incompresibles de Navier-Stokes , donde es la velocidad del fluido, es la presión , la densidad , la viscosidad y la fuerza externa neta sobre cada partícula del fluido (normalmente la gravedad ). Sin embargo, en condiciones típicas, el movimiento de las olas se describe mediante la teoría de las olas de Airy , que postula que $${\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {\partial {\vec {u}}}{\partial t}}+({\vec {u}}\cdot {\vec {\nabla }}){\vec {u}}&=\nu \Delta {\vec {u}}+{\frac {{\vec {F_{\text{ext}}}}-{\vec {\nabla }}p}{\rho }}\\{\vec {\nabla }}\cdot {\vec {u}}&=0\end{aligned}}}$$ ${\textstyle {\vec {u}}(t,x,y,z)}$ ${\textstyle p}$ ${\textstyle \rho }$ ${\textstyle \nu }$ ${\textstyle {\vec {F_{\text{ext}}}}}$

• El movimiento del fluido es aproximadamente irrotacional .
• La presión es aproximadamente constante en la superficie del agua, y
• La profundidad del fondo marino es aproximadamente constante.

En situaciones relevantes para la recolección de energía de las olas del océano, estas suposiciones suelen ser válidas.

Ecuaciones de Airy

La primera condición implica que el movimiento puede describirse mediante un potencial de velocidad : ^[24] que debe satisfacer la ecuación de Laplace . En un flujo ideal, la viscosidad es despreciable y la única fuerza externa que actúa sobre el fluido es la gravedad de la Tierra . En esas circunstancias, las ecuaciones de Navier-Stokes se reducen a que se integra (espacialmente) a la ley de conservación de Bernoulli : ${\textstyle \phi (t,x,y,z)}$ $${\displaystyle {{\vec {\nabla }}\times {\vec {u}}={\vec {0}}}\Leftrightarrow {{\vec {u}}={\vec {\nabla }}\phi }{\text{,}}}$$ $${\displaystyle \nabla ^{2}\phi =0{\text{.}}}$$ ${\displaystyle {\vec {F_{\text{ext}}}}=(0,0,-\rho g)}$ $${\displaystyle {\partial {\vec {\nabla }}\phi \over \partial t}+{1 \over 2}{\vec {\nabla }}{\bigl (}{\vec {\nabla }}\phi {\bigr )}^{2}=-{1 \over \rho }\cdot {\vec {\nabla }}p+{1 \over \rho }{\vec {\nabla }}{\bigl (}\rho gz{\bigr )},}$$ $${\displaystyle {\partial \phi \over \partial t}+{1 \over 2}{\bigl (}{\vec {\nabla }}\phi {\bigr )}^{2}+{1 \over \rho }p+gz=({\text{const}}){\text{.}}}$$

Teoría del flujo potencial lineal

Movimiento de una partícula en una ola oceánica.
A = En aguas profundas. La magnitud del movimiento circular de las partículas de fluido disminuye exponencialmente al aumentar la profundidad debajo de la superficie.
B = En aguas poco profundas (el fondo del océano ahora está en B). El movimiento elíptico de una partícula de fluido se aplana al disminuir la profundidad.
1 = Dirección de propagación.
2 = Cresta de la ola.
3 = Valle de la ola.

Al considerar ondas y movimientos de pequeña amplitud, el término cuadrático se puede descuidar, dando como resultado la ecuación de Bernoulli lineal, y las terceras suposiciones de Airy implican que Estas restricciones determinan por completo las soluciones de ondas sinusoidales de la forma donde determina el número de onda de la solución y y están determinadas por las restricciones de contorno (y ). Específicamente, La elevación de la superficie se puede derivar simplemente como una onda plana que progresa a lo largo de la dirección del eje x. ${\textstyle \left({\vec {\nabla }}\phi \right)^{2}}$ $${\displaystyle {\partial \phi \over \partial t}+{1 \over \rho }p+gz=({\text{const}}){\text{.}}}$$ $${\displaystyle {\begin{aligned}&{\partial ^{2}\phi \over \partial t^{2}}+g{\partial \phi \over \partial z}=0\quad \quad \quad ({\text{surface}})\\&{\partial \phi \over \partial z}=0{\phantom {{\partial ^{2}\phi \over \partial t^{2}}+{}}}\,\,\quad \quad \quad ({\text{seabed}})\end{aligned}}}$$ $${\displaystyle \phi =A(z)\sin {\!(kx-\omega t)}{\text{,}}}$$ ${\displaystyle k}$ ${\displaystyle A(z)}$ ${\displaystyle \omega }$ ${\displaystyle k}$ $${\displaystyle {\begin{aligned}&A(z)={gH \over 2\omega }{\cosh(k(z+h)) \over \cosh(kh)}\\&\omega =gk\tanh(kh){\text{.}}\end{aligned}}}$$ ${\displaystyle \eta }$ $${\displaystyle \eta =-{1 \over g}{\partial \phi \over \partial t}={H \over 2}\cos(kx-\omega t){\text{:}}}$$

Consecuencias

El movimiento oscilatorio es más intenso en la superficie y disminuye exponencialmente con la profundidad. Sin embargo, en el caso de las ondas estacionarias ( clapotis ) cerca de una costa reflectante, la energía de las olas también está presente en forma de oscilaciones de presión a gran profundidad, lo que produce microsismos . ^[1] Las fluctuaciones de presión a mayor profundidad son demasiado pequeñas para ser interesantes para la conversión de la energía de las olas.

El comportamiento de las ondas de Airy ofrece dos regímenes interesantes: aguas más profundas que la mitad de la longitud de onda, como es común en el mar y el océano, y aguas poco profundas, con longitudes de onda mayores que unas veinte veces la profundidad del agua. Las ondas profundas son dispersivas : las ondas de longitudes de onda largas se propagan más rápido y tienden a superar a las de longitudes de onda más cortas. La velocidad de grupo en aguas profundas es la mitad de la velocidad de fase . Las ondas en aguas poco profundas no son dispersivas: la velocidad de grupo es igual a la velocidad de fase y los trenes de ondas se propagan sin perturbaciones. ^{[1] [25] [26]}

La siguiente tabla resume el comportamiento de las olas en los distintos regímenes:

Fórmula de la energía de las olas

Fotografía de las trayectorias elípticas de las partículas de agua bajo una onda gravitacional superficial – progresiva y periódica – en un canal de olas . Las condiciones de las olas son: profundidad media del agua d  = 2,50 ft (0,76 m), altura de ola H  = 0,339 ft (0,103 m), longitud de onda λ = 6,42 ft (1,96 m), período T  = 1,12 s. ^[27]

En aguas profundas, donde la profundidad del agua es mayor que la mitad de la longitud de onda , el flujo de energía de las olas es ^[b]

${\displaystyle P={\frac {\rho g^{2}}{64\pi }}H_{m0}^{2}T_{e}\approx \left(0.5{\frac {\text{kW}}{{\text{m}}^{3}\cdot {\text{s}}}}\right)H_{m0}^{2}\;T_{e},}$

donde P es el flujo de energía de las olas por unidad de longitud de cresta de ola, H _m0 es la altura significativa de ola , T _{e es} el período de energía de las olas , ρ es la densidad del agua y g es la aceleración de la gravedad . La fórmula anterior establece que la potencia de las olas es proporcional al período de energía de las olas y al cuadrado de la altura de las olas. Cuando la altura significativa de las olas se expresa en metros y el período de las olas en segundos, el resultado es la potencia de las olas en kilovatios (kW) por metro de longitud de frente de ola . ^{[28] [29] [30] [31]}

Por ejemplo, considere oleajes moderados en aguas profundas, a unos pocos kilómetros de la costa, con una altura de ola de 3 m y un período de energía de ola de 8 s. Al calcular la potencia, se obtiene

${\displaystyle P\approx 0.5{\frac {\text{kW}}{{\text{m}}^{3}\cdot {\text{s}}}}(3\cdot {\text{m}})^{2}(8\cdot {\text{s}})\approx 36{\frac {\text{kW}}{\text{m}}},}$

o 36 kilovatios de potencia potencial por metro de cresta de ola.

En las grandes tormentas, las olas de mayor tamaño en alta mar tienen una altura de aproximadamente 15 metros y un período de energía de aproximadamente 15 segundos. Según la fórmula anterior, estas olas transportan aproximadamente 1,7 MW de potencia a través de cada metro de frente de ola.

Un dispositivo eficaz de energía undimotriz capta una parte importante del flujo de energía de las olas. Como resultado, la altura de las olas disminuye en la región detrás del dispositivo.

Energía y flujo energético

En estado de mar , la densidad de energía media por unidad de área de las ondas de gravedad en la superficie del agua es proporcional al cuadrado de la altura de la ola, según la teoría de olas lineales: ^{[1] [26]}

${\displaystyle E={\frac {1}{16}}\rho gH_{m0}^{2},}$ ^{[c] [32]}

donde E es la densidad de energía de onda media por unidad de área horizontal (J/m ² ), la suma de la densidad de energía cinética y potencial por unidad de área horizontal. La densidad de energía potencial es igual a la energía cinética, ^[1] ambas contribuyendo a la mitad de la densidad de energía de onda E , como se puede esperar del teorema de equipartición .

Las ondas se propagan en la superficie, donde las crestas viajan con la velocidad de fase mientras que la energía se transporta horizontalmente con la velocidad de grupo . La tasa media de transporte de la energía de las olas a través de un plano vertical de ancho unitario, paralelo a una cresta de ola, es el flujo de energía (o potencia de las olas, que no debe confundirse con la salida producida por un dispositivo), y es igual a: ^{[33] [1]}

${\displaystyle P=E\,c_{g},}$siendo c _g la velocidad del grupo (m/s).

Debido a la relación de dispersión de las ondas bajo gravedad, la velocidad del grupo depende de la longitud de onda λ o , equivalentemente, del período de onda T.

La altura de las olas está determinada por la velocidad del viento, el tiempo que lleva soplando el viento, el alcance (la distancia a la que el viento excita las olas) y por la batimetría (que puede concentrar o dispersar la energía de las olas). Una velocidad del viento dada tiene un límite práctico correspondiente a partir del cual el tiempo o la distancia no aumentan el tamaño de las olas. En este límite se dice que las olas están "plenamente desarrolladas". En general, las olas más grandes son más potentes, pero la potencia de las olas también está determinada por la longitud de onda , la densidad del agua , la profundidad del agua y la aceleración de la gravedad.

Convertidores de energía undimotriz

Conceptos genéricos de energía undimotriz: 1. Absorbedor puntual, 2. Atenuador, 3. Convertidor de oleaje oscilante, 4. Columna de agua oscilante, 5. Dispositivo de desbordamiento, 6. Diferencial de presión sumergido, 7. Convertidores flotantes en el aire.

Los convertidores de energía de las olas (WEC) generalmente se clasifican por el método, por la ubicación y por el sistema de toma de fuerza . Las ubicaciones son la costa, cerca de la costa y en alta mar. Los tipos de toma de fuerza incluyen: ariete hidráulico , bomba de manguera elastomérica , bomba a tierra, turbina hidroeléctrica , turbina de aire, ^[34] y generador eléctrico lineal .

Diferentes rutas de conversión de la energía de las olas a energía útil en términos de electricidad o uso directo.

Los cuatro enfoques más comunes son:

• boyas de absorción puntual
• atenuadores de superficie
• columnas de agua oscilantes
• dispositivos de desbordamiento

Boya de absorción puntual

Este dispositivo flota en la superficie, sujeto por cables conectados al fondo marino. El absorbedor puntual tiene un ancho de dispositivo mucho menor que la longitud de onda entrante λ. La energía se absorbe radiando una ola con interferencia destructiva a las olas entrantes. Las boyas utilizan el ascenso y descenso del oleaje para generar electricidad directamente a través de generadores lineales , ^[35] generadores accionados por convertidores mecánicos lineales a rotativos, ^[36] o bombas hidráulicas. ^[37] La ​​energía extraída de las olas puede afectar la costa, lo que implica que los sitios deben permanecer alejados de la costa. ^[38]

El diseño de un absorbedor puntual probado a escala comercial por CorPower cuenta con un resorte negativo que mejora el rendimiento y protege la boya en olas muy grandes. También tiene un cilindro neumático interno que mantiene la boya a una distancia fija del fondo marino independientemente del estado de la marea. En condiciones normales de funcionamiento, la boya sube y baja al doble de la amplitud de la ola ajustando la fase de sus movimientos. Se eleva con un ligero retraso respecto de la ola, lo que le permite extraer más energía. La empresa afirmó un aumento del 300% (600 kW) en la generación de energía en comparación con una boya sin ajustes de fase en pruebas completadas en 2024. ^[39]

Atenuador de superficie

Estos dispositivos utilizan múltiples segmentos flotantes conectados entre sí y están orientados perpendicularmente a las olas entrantes. Las olas crean un movimiento de flexión que impulsa bombas hidráulicas para generar electricidad. El convertidor de energía undimotriz Pelamis es uno de los conceptos de atenuación más conocidos, aunque ya no se desarrolla. ^[40]

Convertidor de onda oscilante

Estos dispositivos suelen tener un extremo fijado a una estructura o al fondo marino, mientras que el otro extremo es libre de moverse. La energía se recoge del movimiento relativo del cuerpo en comparación con el punto fijo. Los convertidores suelen venir en forma de flotadores, aletas o membranas. Algunos diseños incorporan reflectores parabólicos para concentrar la energía en el punto de captura. Estos sistemas capturan la energía del ascenso y descenso de las olas. ^[41]

Columna de agua oscilante

Los dispositivos de columna de agua oscilante pueden ubicarse en tierra o en alta mar. Las olas comprimen el aire en una cámara interna, lo que obliga al aire a pasar a través de una turbina para crear electricidad . ^[42] Se produce un ruido significativo cuando el aire fluye a través de las turbinas, lo que puede afectar a las aves y organismos marinos cercanos . La vida marina podría quedar atrapada o enredada dentro de la cámara de aire. ^[38] Extrae energía de toda la columna de agua. ^[43]

Dispositivo de desbordamiento

Los dispositivos de desbordamiento son estructuras largas que utilizan la velocidad de las olas para llenar un embalse hasta un nivel de agua mayor que el del océano circundante. La energía potencial en la altura del embalse se captura con turbinas de baja altura. Los dispositivos pueden estar en tierra o en alta mar.

Diferencial de presión sumergida

Los convertidores basados ​​en diferencial de presión sumergido ^[44] utilizan membranas flexibles (normalmente de caucho reforzado) para extraer la energía de las olas. Estos convertidores utilizan la diferencia de presión en diferentes lugares debajo de una ola para producir una diferencia de presión dentro de un sistema hidráulico de toma de fuerza cerrado. Esta diferencia de presión se utiliza normalmente para producir flujo, que impulsa una turbina y un generador eléctrico. Los convertidores basados ​​en diferencial de presión sumergido suelen utilizar membranas flexibles como superficie de trabajo entre el agua y la toma de fuerza. Las membranas son flexibles y de baja masa, lo que puede reforzar el acoplamiento con la energía de las olas. Su flexibilidad permite grandes cambios en la geometría de la superficie de trabajo, que se pueden utilizar para ajustar el convertidor a condiciones de olas específicas y para protegerlo de cargas excesivas en condiciones extremas.

Un convertidor sumergido puede ubicarse en el fondo marino o en el agua. En ambos casos, el convertidor está protegido de las cargas de impacto del agua que pueden ocurrir en la superficie libre . Las cargas de las olas también disminuyen en proporción no lineal a la distancia por debajo de la superficie libre. Esto significa que al optimizar la profundidad, se puede equilibrar la protección contra cargas extremas y el acceso a la energía de las olas.

Convertidores flotantes en el aire

Central eléctrica undimotriz que utiliza una cámara neumática

Diseño simplificado de una central eléctrica undimotriz

Los convertidores flotantes en el aire ofrecen potencialmente una mayor confiabilidad porque el dispositivo está ubicado sobre el agua, lo que también facilita la inspección y el mantenimiento. Algunos ejemplos de diferentes conceptos de convertidores flotantes en el aire incluyen:

• Sistemas de extracción de energía por amortiguación de balanceo con turbinas en compartimentos que contienen agua en movimiento
• sistemas de péndulo de eje horizontal
• sistemas de péndulo de eje vertical

Convertidores de energía undimotriz sumergidos

A principios de 2024 se aprobó en España un convertidor de energía undimotriz totalmente sumergido que utiliza tecnología de energía undimotriz de tipo absorbedor puntual. ^[45] El convertidor incluye una boya que está amarrada al fondo y situada debajo de la superficie, fuera de la vista de las personas y lejos de las olas de tormenta. ^[45]

Efectos ambientales

Las preocupaciones ambientales comunes asociadas con la energía marina incluyen:

• Los efectos de los campos electromagnéticos y del ruido submarino;
• El potencial de la presencia física para alterar el comportamiento de los mamíferos marinos, los peces y las aves marinas con atracción, evitación y enredo.
• Efecto potencial sobre procesos marinos como el transporte de sedimentos y la calidad del agua .
• Los sistemas de cimentación/amarre pueden afectar a los organismos bentónicos a través del enredo o atrapamiento.
• Efectos de la fuerza electromotriz producida por los cables eléctricos submarinos .
• Riesgo de colisión menor
• Acumulación de arrecifes artificiales cerca de instalaciones fijas
• Posible alteración de los sitios de descanso

La base de datos Tethys proporciona acceso a literatura científica e información general sobre los posibles efectos ambientales de la energía de las corrientes oceánicas. ^[46]

Potencial

Se ha estimado que el potencial teórico mundial de la energía de las olas es superior a 2 TW. ^[47] Entre los lugares con mayor potencial de energía de las olas se encuentran la costa occidental de Europa, la costa norte del Reino Unido y las costas del Pacífico de América del Norte y del Sur, el sur de África, Australia y Nueva Zelanda. Las zonas templadas del norte y del sur tienen los mejores sitios para captar energía de las olas. Los vientos del oeste predominantes en estas zonas soplan con más fuerza en invierno.

Mapa mundial de los recursos energéticos de las olas

El Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) estimó el potencial teórico de energía undimotriz para varios países. Estimó que el potencial de Estados Unidos era equivalente a 1170 TWh por año o casi 1/3 del consumo eléctrico del país. ^[48] La costa de Alaska representaba aproximadamente el 50% del total.

El potencial técnico y económico será inferior a los valores dados para el potencial teórico. ^{[49] [50]}

Desafíos

Es necesario abordar los impactos ambientales. ^{[30] [51]} Los desafíos socioeconómicos incluyen el desplazamiento de pescadores comerciales y recreativos, y pueden presentar peligros para la navegación. ^[52] Se debe proporcionar infraestructura de apoyo, como conexiones a la red. ^[53] Los WEC comerciales no siempre han tenido éxito. En 2019, por ejemplo, Seabased Industries AB en Suecia fue liquidada debido a "amplios desafíos en los últimos años, tanto prácticos como financieros". ^[54]

La tecnología actual de generación de energía undimotriz está sujeta a muchas limitaciones técnicas. ^[55] Estas limitaciones se derivan de la naturaleza compleja y dinámica de las olas del océano, que requieren una tecnología robusta y eficiente para capturar la energía. Los desafíos incluyen el diseño y la construcción de dispositivos de energía undimotriz que puedan soportar los efectos corrosivos del agua salada, las duras condiciones climáticas y las fuerzas extremas de las olas. ^[56] Además, la optimización del rendimiento y la eficiencia de los convertidores de energía undimotriz, como los dispositivos de columna de agua oscilante (OWC), los absorbedores puntuales y los dispositivos de desbordamiento, requiere superar las complejidades de ingeniería relacionadas con la naturaleza dinámica y variable de las olas. ^[57] Además, el desarrollo de sistemas de amarre y anclaje efectivos para mantener los dispositivos de energía undimotriz en su lugar en el duro entorno oceánico, y el desarrollo de mecanismos de toma de fuerza confiables y eficientes para convertir la energía undimotriz capturada en electricidad, también son desafíos técnicos en la generación de energía undimotriz. ^[58] Como la disipación de energía undimotriz por un rompeolas de montículo flexible sumergido es mayor que la de una estructura sumergida rígida, se espera una mayor disipación de energía undimotriz debido a la forma altamente deformada de la estructura. ^[59]

Granjas de olas

Un parque de energía undimotriz (o parque de energía undimotriz) es un grupo de dispositivos de energía undimotriz ubicados en el mismo lugar. Los dispositivos interactúan hidrodinámica y eléctricamente, según el número de máquinas, el espaciamiento y la disposición, el clima de las olas, la geometría costera y bentónica y las estrategias de control. El proceso de diseño es un problema de optimización múltiple que busca una alta producción de energía, bajos costos y fluctuaciones de energía limitadas. ^[60] Los parques undimotriz cercanos a la costa tienen un impacto sustancial en la dinámica de las playas. Por ejemplo, los parques undimotriz reducen significativamente la erosión, lo que demuestra que esta sinergia entre la protección costera y la producción de energía mejora la viabilidad económica de la energía undimotriz. ^[61] Investigaciones adicionales encuentran que los parques undimotriz ubicados cerca de lagunas pueden potencialmente proporcionar una protección costera efectiva durante la planificación espacial marítima. ^[62]

Galería de instalaciones de energía undimotriz

• 
  Convertidor de energía undimotriz Pelamis en las instalaciones del Centro Europeo de Energía Marina (EMEC), en 2008.
• 
  Azura en el sitio de pruebas de energía de las olas (WETS) de la Marina de los EE. UU. en Oahu .
• 
  El convertidor de energía undimotriz (WEC) de AMOG, en funcionamiento frente a la costa sudoeste de Inglaterra (2019).
• 
  El convertidor mWave de Bombora Wave Power.
• 
  Convertidor de energía de las olas de CalWave Power Technologies, Inc. en California.

Patentes

• Solicitud de patente OMPI WO2016032360 — 2016 Sistema de almacenamiento por bombeo – Solicitud de patente "Energía hidroeléctrica con amortiguación de presión"
• Patente estadounidense 8.806.865 : 2011 Dispositivo de aprovechamiento de la energía de las olas del océano : patente de Pelamis/Salter's Duck Hybrid
• Patente estadounidense 3.928.967 — 1974 Aparato y método para extraer energía de las olas – La patente original del "Pato de Salter"
• Patente estadounidense 4.134.023 — 1977 Aparato para su uso en la extracción de energía de las olas en el agua : método de Salter para mejorar la eficiencia del "pato"
• Patente de EE. UU. 6.194.815 — 1999 Generador de energía eléctrica rotatorio piezoeléctrico
• Patente estadounidense 1.930.958 : motor undimotriz de 1932 , planta de energía oceánica de Parsons, Herring Cove, Nueva Escocia, marzo de 1925. La primera planta comercial del mundo que convirtió la energía de las olas del océano en energía eléctrica. Diseñador: Osborne Havelock Parsons, nacido en 1873 en Petitcodiac, Nuevo Brunswick.
• Convertidores de energía de las olas que utilizan diferencias de presión US 20040217597 A1 — 2004 Convertidores de energía de las olas que utilizan diferencias de presión ^[63]

Una empresa con sede en el Reino Unido ha desarrollado un imán Waveline que puede lograr un coste nivelado de electricidad de £0,01/kWh con niveles mínimos de mantenimiento. ^[64]

Véase también

• Lista de proyectos de energía undimotriz
• Lista de centrales de energía undimotriz
• Energía undimotriz en Australia
• Energía undimotriz en Nueva Zelanda
• Energía undimotriz en Escocia
• Energía undimotriz en Estados Unidos
• Barco de energía undimotriz
• Pistón de onda
• Energía marina
• Energía de las mareas
• Conversión de energía térmica oceánica
• Poder osmótico
• Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables (OEERE)
• Consumo mundial de energía

Notas

1. Para determinar la velocidad del grupo se considera la frecuencia angular ω como función del número de onda k , o equivalentemente, el período T como función de la longitud de onda λ .
2. El flujo de energía es con la velocidad del grupo, véase Herbich, John B. (2000). Manual de ingeniería costera . McGraw-Hill Professional. A.117, Ec. (12). ISBN ${\displaystyle P={\tfrac {1}{16}}\rho gH_{m0}^{2}c_{g},}$ ${\displaystyle c_{g}}$ 978-0-07-134402-9.La velocidad del grupo es , vea la tabla colapsada " Propiedades de las ondas de gravedad en la superficie de aguas profundas, aguas someras y a profundidad intermedia, según la teoría de ondas lineales " en la sección " Energía de las olas y flujo de energía de las olas " a continuación. ${\displaystyle c_{g}={\tfrac {g}{4\pi }}T}$
3. Aquí, el factor para ondas aleatorias es 1 ⁄ 16 , a diferencia de 1 ⁄ 8 para ondas periódicas, como se explica a continuación. Para una onda sinusoidal de pequeña amplitud con amplitud de onda, la densidad de energía de onda por unidad de área horizontal es o utilizando la altura de onda para ondas sinusoidales. En términos de la varianza de la elevación de la superficie, la densidad de energía es . Volviendo a las ondas aleatorias, la última formulación de la ecuación de energía de onda en términos de también es válida (Holthuijsen, 2007, p. 40), debido al teorema de Parseval . Además, la altura significativa de onda se define como , lo que lleva al factor 1 ⁄ 16 en la densidad de energía de onda por unidad de área horizontal. ${\textstyle \eta =a\cos 2\pi \left({\frac {x}{\lambda }}-{\frac {t}{T}}\right)}$ ${\displaystyle a,}$ ${\textstyle E={\frac {1}{2}}\rho ga^{2},}$ ${\textstyle E={\frac {1}{8}}\rho gH^{2}}$ ${\textstyle H=2a}$ ${\textstyle m_{0}=\sigma _{\eta }^{2}={\overline {(\eta -{\bar {\eta }})^{2}}}={\frac {1}{2}}a^{2},}$ ${\textstyle E=\rho gm_{0}}$ ${\textstyle m_{0}}$ ${\textstyle H_{m0}=4{\sqrt {m_{0}}}}$

Referencias

1. Phillips, OM (1977). La dinámica de la capa superior del océano (2.ª ed.). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-29801-8.
2. Christine Miller (agosto de 2004). «Experimentos de energía undimotriz y mareomotriz en San Francisco y Santa Cruz». Archivado desde el original el 2 de octubre de 2008. Consultado el 16 de agosto de 2008 .
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Lectura adicional

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• Falnes, Johannes (2002). Ondas oceánicas y sistemas oscilantes . Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-01749-7., 288 págs.
• McCormick, Michael (2007). Conversión de energía de las olas del océano . Dover. ISBN 978-0-486-46245-5., 256 págs.
• Twidell, John; Weir, Anthony D.; Weir, Tony (2006). Recursos energéticos renovables . Taylor & Francis. ISBN 978-0-419-25330-3., 601 págs.

Enlaces externos

• Portal y repositorio de información sobre energía renovable marina Una red de bases de datos que proporciona un amplio acceso a la información sobre energía marina.
• Conceptos básicos de energía marina: energía de las olas Información básica sobre la energía de las olas.
• Base de datos de proyectos de energía marina Una base de datos que proporciona información actualizada sobre las implementaciones de energía marina en los EE. UU. y en todo el mundo.
• Base de datos Tethys Una base de datos de información sobre los posibles efectos ambientales de la energía marina y el desarrollo de la energía eólica marina.
• Base de datos de ingeniería de Tethys Una base de datos de información sobre diseño técnico e ingeniería de dispositivos de energía marina.
• Repositorio de datos marinos e hidrocinéticos Una base de datos para todos los datos recopilados por proyectos de investigación y desarrollo de energía marina financiados por el Departamento de Energía de EE. UU.
• Vídeo sobre la energía de las olas en YouTube
• Kate Galbraith (22 de septiembre de 2008). "El poder del mar inquieto despierta la imaginación". The New York Times . Consultado el 9 de octubre de 2008 .
• "Energía undimotriz: la ola que se avecina", de The Economist, 5 de junio de 2008