Dra. Vanesa Magar Departamento de Oceanografia Fisica vmagar

Transcripción

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….?
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.
Se proyecta que a la Industria en energia
renovable se le invertiran £64bn de aqui
al 2020
04/30/14
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
15% Learning rate
TIDAL
STREAM
Fuente: Carbon Trust. Future of Marine Energy
ROC = Renewables Obligation Certificate; LEC = Climate Change Levy Exemption Certificate
WAVE
Potencial de recursos de energía marina
•
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)
Futura combinación de recursos
‘The UK Renewable Energy Strategy’, HM Government, 2009
Avances tecnológicos
Caracterización de recursos
Avances
Tecnológicos
Technology readiness levels (TRL)
Nivel de disponibilidad tecnologica
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)
Viento en Mar
AVANCES TECNOLOGICOS – Viento en Mar
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
North Hoyle Supplied by Npower Renewables
© Anthony Upton 2003
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
Viento en Mar – Aspas de turbina
Turbina M5000 de Areva
Viento en Mar – Aspas de turbina
Vertiwind: Primera granja eolica flotante (>40m)
Instalada en 2009
Fuente: lenergeek.com
Viento en Mar – Nuevos desarrollos
Hywind
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
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
http://www.windpower.ltd.uk/
Grimshaw, Rolls-Royce and Shell.
Impactos ambientales23
Marea
Marea – Teoría
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
Marea – Teoría
• 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
MCT
1
3
P  Au
2
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/
Dispositivos consolidados – Open Hydro
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).
28
http://www.openhydro.com/news/archive.html
Dispositivos consolidados – Pulse Stream
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
Nuevos DCM: oscilante y flotante
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 – Granjas de MCT
Proyecto de MCT + RWE NPower
2011 – Planeación de una granja de
energía maremotriz de 10MW,
cerca de la costa de Anglesey, en
The Skerries
http://www.marineturbines.com/
2013 – Aprobada, granja de
cinco turbinas de 2MW
cada una
Para hasta 10000 hogares
2015 – escala comercial
Oleaje
Categorías de CEOs flotantes
Convertidor
Dispositivo
De surgiente
oscilante Convertidor De desbordamiento
Absorptor
puntual
Atenuador
Columna
Oscilante
Diferencial de
Presion
sumergido
http://www.emec.org.uk/wave_energy_devices.asp
Categorías de CEOs (WECs)
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Falcao Wave energy utilization: A review of the technologies, Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 899–918
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
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Wave energy utilization: A review of the technologies, Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 899–918
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
CCO(OWC) fijo
PICO, Portugal, 1999
LIMPET, Islay, UK,
2000
OSPREY, destruido por
tormenta en1995
Mutriku, Espana 2011,
en rompeolas, 16
camaras de 18.5kW
cada una
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Falcao Wave energy utilization: A review of the technologies, Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 899–918
Atenuador: Pelamis
180m de largo, 4m de diametro,
con modulos de conversion de
energia, con un rating de 750kW
cada una (P-2)
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
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
Fouling en reflector
Mantenimiento en altamar
H.C. Sørensen, E. Friis-Madsen Wave Dragon from Demonstration to Market . 3rd International Conference
on Ocean Energy, 6
40
October, Bilbao
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 multiMW, desarrollado a partir de
sistemas anteriores
Tests de AWS-I en Portugal en 2004,
y diseno detallado del AWS-II, con
apoyo delCarbon Trust
http://www.awsocean.com/PageProducer.aspx
Generador lineal
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Marea y Oleaje – Plan de Acción
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
Gracias!
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