La turbina de mareas envuelta es una tecnología emergente de corrientes de marea que tiene una turbina encerrada en una cubierta o conducto con forma de venturi (ventuducto), que produce una subatmósfera de baja presión detrás de la turbina. La turbina envuelta con venturi no está sujeta al límite de Betz y permite que la turbina funcione con mayor eficiencia que la turbina sola al aumentar el volumen del flujo sobre la turbina. Las mejoras que se afirman varían, desde 1,15 a 4 veces mayor potencia de salida [2] que la misma turbina sin la cubierta. El límite de Betz de 59,3% de eficiencia de conversión para una turbina en un flujo abierto todavía se aplica, pero se aplica a la sección transversal de la cubierta mucho más grande en lugar de a la pequeña sección transversal de la turbina.
Las turbinas de mareas con protección han despertado un considerable interés comercial debido a su mayor potencia de salida. Pueden funcionar en aguas menos profundas y de movimiento más lento con una turbina más pequeña en lugares donde las turbinas grandes están restringidas. Instaladas a lo largo de una vía marítima o en ríos de corriente rápida, las turbinas con protección se conectan a la costa mediante cables para su conexión a una red eléctrica o a una comunidad. Alternativamente, la propiedad de la protección que produce una velocidad de flujo acelerada a través de la turbina permite que las corrientes de marea que antes eran demasiado lentas para el uso comercial se utilicen para la producción de energía.
Si bien la cubierta puede no ser práctica en caso de viento, como la próxima generación de diseño de turbinas de corrientes de marea, está ganando más popularidad y uso comercial. La turbina de mareas Tidal Energy Pty Ltd es multidireccional y puede orientarse en cualquier dirección contraria a la corriente, mientras que la turbina Lunar Energy es bidireccional. Todas las turbinas de corrientes de marea deben orientarse constantemente en el ángulo correcto respecto de la corriente de agua para poder funcionar. La Tidal Energy Pty Ltd es un caso único con una base pivotante. Lunar Energy utiliza un difusor de ángulo amplio para capturar el flujo entrante que puede no estar en línea con el eje largo de la turbina. También se puede incorporar una cubierta en una barrera o dique de marea, lo que aumenta el rendimiento de las turbinas.
No todas las turbinas con cubierta son iguales: el rendimiento de una turbina con cubierta varía según el diseño de la cubierta. No todas las turbinas con cubierta han sido sometidas a un escrutinio independiente de los rendimientos declarados, ya que las empresas protegen de cerca sus respectivas tecnologías, por lo que las cifras de rendimiento citadas deben examinarse de cerca. Lunar Energy informa de una mejora del 15% al 25% con respecto a la misma turbina sin la cubierta. [3] Las turbinas con cubierta no funcionan con la máxima eficiencia cuando la cubierta no intercepta el flujo de corriente en el ángulo correcto, lo que puede ocurrir cuando las corrientes se arremolinan y dan como resultado una eficiencia operativa reducida. Con eficiencias de turbina más bajas, el costo adicional de la cubierta debe justificarse, mientras que con eficiencias más altas, el costo adicional de la cubierta tiene menos impacto en los retornos comerciales. De manera similar, el costo adicional de la estructura de soporte para la cubierta debe equilibrarse con el rendimiento obtenido. El giro (pivotamiento) de la cubierta y la turbina en el ángulo correcto, de modo que siempre estén orientadas hacia la corriente como una manga de viento, puede aumentar el rendimiento de la turbina, pero puede requerir dispositivos activos costosos para girar la cubierta hacia la corriente. Se pueden incorporar diseños pasivos, como hacer flotar la turbina cubierta debajo de un pontón en un amarre oscilante o hacer volar la turbina como una cometa bajo el agua. [4] Un diseño de Tidal Energy Pty Ltd hace girar pasivamente la turbina cubierta utilizando una plataforma giratoria con una afirmación revisada por pares de un aumento de 3,84 (384 %) en la eficiencia sobre la misma turbina sin la cubierta; consulte Kirke. [5]
Una turbina típica con cubierta no puede aprovechar una parte significativa del flujo de masa aumentado dentro de la cubierta. La extracción de energía se puede mejorar aún más colocando otro rotor coaxial, lo que la convierte en una turbina de rotor doble con cubierta. Curiosamente, estas turbinas pueden funcionar en múltiples configuraciones: (a) modo turbina-turbina (ambos rotores actúan como turbina y extraen energía del flujo), y (b) modo turbina-ventilador (el primer rotor extrae energía del flujo, mientras que el segundo rotor reduce el estancamiento del flujo impartiendo energía al flujo). [10] El análisis teórico de estas configuraciones ha revelado un aumento significativo de la potencia en ambos modos con una mayor flexibilidad operativa, dependiendo de las condiciones del flujo de entrada.