desafíos tecnológicos en generación mareomotriz

Desafíos Tecnológicos en Generación

Mareomotriz

Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental

Escuela de Ingeniería

Pontificia Universidad Católica de Chile

Mayo 2011

Rodrigo Cienfuegos, Profesor Asistente

Maricarmen Guerra, Ingeniera de Proyectos

Nils Lindeen, Estudiante MSc

Desafíos Tecnológicos en Generación

Mareomotriz

Fondef D09I1052 : Evaluación del Recurso Energético Asociado a

Corrientes Mareales para la Selección e Implementación de

Dispositivos de Recuperación de Energía

Beneficiarios

P. Universidad Católica de Chile

Instituto Nacional de Hidráulica

Empresas Asociadas

HydroChile S.A.

DICTUC S.A.

Contenidos de la Presentación

2. Desarrollos tecnológicos en curso y proyecciones

futuras

3. Desafíos específicos para Chile

1. Qué es la energía mareomotriz

Qué es la Energía Mareomotriz

ES POSIBLE EXPLICAR EL 90% DE LAS

FLUCTUACIONES DE NIVELES Y CORRIENTES DE

MAREA EN UN SITIO ESPECIFICO POR

CONSIDERACIONES ASTRONOMICAS (ALTAMENTE

PREDECIBLE PERO VARIABLE EN EL TIEMPO)

Amplitud de la componente mareal M2. Fuente : R. Ray, 2007. Topex/Poseidon : Revealing

hidden tidal energy (GSCF, NASA)

La marea es forzada por interacciones Tierra-Sol-Luna pero se

propaga como una onda


Período Natural :gh

LT b

n

2

ResonanciaFuerza de Coriolis

Bahía de Fundy, Canadá Canal de Chacao Mont Saint Michel, Francia

~16m ~6m ~12m


Condiciones para amplificación local


Las diferencias de nivel producen gradientes de presión

Generación de corrientes

332

2

1d

2

1d ˆ

2 )( UAAUA

UtP

AA

nV

Flujo instantáneo de energía cinética a

través de una sección Potencia

Concepto de densidad de potencia kW/m2 :3

2

1)(U

A

tP

Interesante en zonas de poca profundidad (20-60m) y velocidades peak

> 2m/s

Potencia media teóricamente aprovechable kW/m2 : dtUTA

tP Tt

t

31

2

1)(


Ventajas

Energía limpia y renovable

Altamente predecible

Desafíos

La hidrodinámica mareal puede verse alterada (límites de extracción)

Puede tener consecuencias ambientales (zonas protegidas o rutas

navegables)

Costos de construcción y mantención altos, bajo factor de planta

¿ Y si generamos energía a partir de las corrientes mareales ?

Densidad del agua de mar 1.000 veces mayor que el aire



futuras



Desarrollos en Curso

ALGUNOS DESARROLLOS TECNOLOGICOS DE

GENERACION DE ENERGIA ELECTRICA ESTAN

ENTRANDO EN FASE PRE-COMERCIAL (LA

TECNOLOGIA NO ES MADURA, FALTA MUCHO

CAMINO POR RECORRER ~ EOLICO 30 AÑOS ATRAS)


Turbinas a eje

horizontal

Turbinas a eje

vertical

Represamiento

con barrera

Tipos de Aprovechamientos


Turbina

horizontal en

ducto (venturi)

Turbina

horizontal en

corriente

abierta

En ambos casos la potencia depende del diámetro D

Turbinas Hidrocinéticas


Gravedad

- Difícil preparación del

fondo

- Erosión

- Pesado y costoso

- Rotor situado más

cerca del fondo (menor

energía)

Monopila

- Necesidad de

perforación

- Instalación

desde un jackup

limita la

profundidad a

50m

Multipila

- Necesidad de

perforación

- Más costoso

que monopila

pero puede ser a

mayor

profundidad

Flotante

- Fuerza de flotación dificulta la

estabilidad

- Problemas con la flexibilidad y

resistencia de los cables

- Costos de mantención más

importantes

Tipos de Anclajes


Fuente: International Energy Agency (IEA). “Annual Report 2010: Implementing

Agreement on Ocean Energy Systems”, 2010.

Capacidad Instalada Actual a Nivel Mundial


EMEC: European Marine Energy Centre

Orkney, Escocia, Reino Unido

Prueba y monitoreo de turbinas marinas (mareas y oleaje).

5 sitios de prueba mareomotriz y 5 sitios undimotriz conectados a la red.

Turbinas Instaladas: OpenHydro, Tidal Generation, Atlantis, Hammerfest Strom*,

Voith Hydro*, Scotrenewables*

* Instalación en 2011

NS Power - OpenHydro,

FORCE

Tidal Site, EMEC

Tidal Generation,

EMEC

OpenHydro, EMEC

FORCE: Fundy Ocean Research Centre for Energy

Bahía de Fundy, Canada

Prueba y monitoreo de turbinas marinas.

3 sitios de prueba conectados a la red con capacidad de 16 MW cada uno.

Socios: Nova Scottia Power (asoc. OpenHydro), Minas Basin Pulp and

Power (Asoc. Alstom Hydro y MCT)

Otros Centros: NMREC (USA), PRIMaRE

(UK), NAREC (UK), CORE (USA), DanWEC

(Dinamarca)

Centros de Prueba


MCT:

SeaGen

Prototipo de 1,2MW instalado

en Strangford Lough, Irlanda,

conectado a la red del Norte

de Irlanda, dónde ha

generado 2,5 GWh desde

2008.

Proyecto futuro de 100 MW

en Pentland Firth, Reino

Unido

OpenHydro:

Open-centre Turbine

Prototipo de 0,25 MW Instalado en

EMEC en 2006 y conectado a la

red en 2008.

2do prototipo de 1MW instalado en

Bahía Fundy, Canadá, en 2009

Proyecto futuro de 200MW junto a

SSE (Scottish and Southern

Energy) en Pentland Firth, Reino

Unido

Hammerfest Strom:

HS1000

Prototipo de 1MW, será

instalado el 2011 en EMEC.

Proyecto de demostración de

10 MW en Isley, Escocia.

Proyecto futuro de 100MW en

Pentland Firth junto a SPR

(Scotish Power Renewables)

Turbinas en fase pre-comercial (1)


Turbinas en fase pre-comercial (2)

Alstom Hydro:

Clean Current TISEC

Prototipo de 1MW será

instalado en Bahía Fundy,

Canada en 2011-2012

MeyGen:

Atlantis Ak-1000

Prototipo de 1MW instalado y

conectado en EMEC en 2010.

Proyecto futuro de 400MW en Inner

Sound en Pentland Firth, Reino

Unido

Voith Hydro:

VoithHyTide

Prototipo de 1MW, será

instalado el 2011 en EMEC.

Convenio firmado con Corea

del Sur para proyecto de

150MW


Fuentes: Renewable UK, “Wave and Tidal Energy in the UK”, 2011; The Crowne State. “Pentland Firth and Orkney

Waters Round 1 Development Sites”, 2010; BBC news.

Proyectos en Carpeta al horizonte 2020


• Capacidad Instalada UK

– Marzo 2011: 3,4 MW

• Unidmotriz: 1,3 MW

• Mareomotriz: 2,1 MW

– 2011 - 2012: 7,2 MW

• Instalación de nuevos prototipos

– 2013 - 2014: 60 MW

• Instalación de parques de

demostración y nuevos prototipos

– Al 2020: Diferentes Escenarios

• Plan Gobierno UK: 1,3 GW

• Pentland Firth: 1,6 GW

• Industria: 2,12 GW

• Capacidad Instalada UE 2020:

– Francia: 350 MW

– Portugal: 200 MW

– España: 150 MW

Capacidad instalada y predicción futura Energías Marinas.

Capacidad Acumulada y Anual 2010 -2014 en Reino Unido.

Fuente: Renewable UK, “Wave and Tidal Energy in the UK”,

2011

Predicción Capacidad Instalada Energías Marinas en la UE, 2010 - 2020

Fuente: Renewable UK, “Wave and Tidal Energy in the UK”, 2011

Proyecciones en la UE al 2020


Prototipo: Desarrollo e Instalación

Parque Demostración: Hasta 10 MW

Parque Generación:

Hasta 500 MW

ConceptoPruebas LaboratorioPrototipo escala comercial instalado y conectado

35MM €

Pequeños arreglos de dispositivos (5 a 10 MW)Capital:

45 a 67 MM €Operación:

0,9 a 4,2 MM €al año

Asumiendo un desarrollo continuo y Capacidad Instalada

global: 1GW

90 a 140 €MWh

Fuentes: Renewable UK, “Wave and Tidal Energy in the UK”, 2011;

Renewable UK, “Channelling th Energy”, 2010; Carbon Trust, “Future Marine Energy. Results of the Marine

Energy Challenge: Cost Competitiveness and Growth of Wave and Tidal Stream Energy”, 2006

Costos Estimados



futuras



Desafíos Específicos para Chile

CHILE POSEE ALGUNOS DE LOS SITIOS MAS

INTERESANTES A NIVEL MUNDIAL Y ESTAMOS A

TIEMPO DE PARTICIPAR EN EL DESARROLLO DE UN

NUEVO MERCADO DE ERNC


Canal de Chacao

0.7-0.9TWh/año

35

2da Angostura

Estrecho de

210000

3.6

750

150Extract Power (MW)

100000

3.8-5.2

380-520

76-104

Canal de Chacao Golfo de Corcovado

Power density

(kW/m2)

Available Power

(MW)

Cross Section Area

(m2) 240000

0.72

170

Golfo de Corcovado

0.3TWh/año

2da Angostura

1.3TWh/año

Recursos

potencialmente

aprovechables en

sitios seleccionados:

~2.5TWh/año

(utilizando 20% de la potencia

disponible)

Fuente : Garrard Hassan & Partners (2009)

Chile es un país privilegiado en

cuanto a este tipo de energías

El Canal de Chacao es el sitio de

mayor relevancia por disponibilidad de

recursos y otros factores (batimetría,

cercanía a la red eléctrica,

infraestructura, etc.)


Fuente : Nils Lindeen (2011) Fuente : Chris Aiken (2008)


Realizar los estudios batimétricos, estudios de marea y estudios de corrientes necesarios para conocer con certeza las propiedades del fondo marino y caracterizar las corrientes en la zona del Canal de Chacao, con el objeto de definir puntos específicos en donde se podrán instalar y operar los primeros dispositivos de prueba para la recuperación de energía de corrientes de marea en Chile

USA UK UK

France

Contribución Esperada Proyecto FONDEF (1)

../../../videos/TidalEnergy/SeaGen/mct_seagen_1024x576.mpg


Combinar campañas de terreno con modelación numérica para reducir el nivel de incertidumbre respecto del recurso energético disponible y aprovechable en el Canal de Chacao

Mapa energético y potenciales interferencias




Modelación avanzada de la interacción de corriente-dispositivo

● Experiencias de laboratorio

● Modelos numéricos 3D

Cuantificar el efecto de los dispositivos sobre la hidrodinámica

Generar parametrizaciones que puedan emplearse en modelos de mayor escala

Avanzar hacia el desarrollo de herramientas que permitan pre-diseñar parques de dispositivos (ubicación y distribución óptima)


Favorecer el desarrollo de consorcios tecnológicos entre instituciones

públicas y privadas, a nivel nacional e internacional

Reducir el nivel de incertidumbre respecto del recurso disponible

(mapas energéticos) y factibilidad de aprovechamiento (límites de

extracción)

Generar las condiciones para instalación de empresas tecnológicas

desarrolladoras de dispositivos (reconversión de antiguos astilleros o

sectores industriales en Concepción, Puerto Montt…)

Diseñar políticas públicas adaptadas para reducir barreras de entrada

(incentivos tributarios, subsidios, tarifas, acceso a la red, concesiones

marítimas, etc.)

Impulsar la creación de un Centro de Pruebas para evaluar el

funcionamiento de turbinas en condiciones locales


Inspirarse en el modelo de desarrollo de UK

Research Consortium

“Muchacha asomada a la ventana”, Salvador Dalí, 1925

SERÍA LAMENTABLE EXPLOTAR EL RECURSO ENERGÉTICO DISPONIBLE DESAPROVECHANDO LA OPORTUNIDAD DE DESARROLLAR I+D+i A NIVEL NACIONAL


desafíos tecnológicos en generación mareomotriz

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