La energía de las olas, o energía undimotriz, ha sido acogida como la más prometedora fuente de energía renovable para los países marítimos. No causa daño ambiental y es inagotable, las olas van y vienen eternamente.
El fenómeno es provocado por el viento, cuya fricción con la superficie del agua produce un cierto arrastre, dando lugar primero a la formación de rizaduras (arrugas) en la superficie del agua, llamadas ondas u olas capilares, de sólo unos milímetros de altura y hasta 1,7 cm de longitud de onda.
Movimiento oscilatorio de una ola
Cuando la superficie pierde su lisura, el efecto de fricción se intensifica y las pequeñas rizaduras iniciales dejan paso a olas de gravedad. Las fuerzas que tienden a restaurar la forma lisa de la superficie del agua, y que con ello provocan el avance de la deformación, son la tensión superficial y la gravedad.
Las ondas capilares se mantienen esencialmente sólo por la tensión superficial, mientras que la gravedad es la fuerza que tensa y mueve las olas más grandes. Cuanto mayor es la altura de las olas, mayor es la cantidad de energía que pueden extraer del viento, de forma que se produce una realimentación positiva. La altura de las olas viene a depender de tres parámetros del viento, que son su velocidad, su persistencia en el tiempo y, por último, la estabilidad de su dirección. Así los mayores oleajes se producen en circunstancias meteorológicas en que se cumplen ampliamente estas condiciones.
Cada molécula regresa, cuando pasa la ola, al mismo sitio donde se encontraba. Se trata de un vaivén con una componente vertical, de arriba a abajo, y otra longitudinal la dirección de propagación de la onda.
Hay que distinguir dos movimientos distintos. El primero es la oscilación del medio movido por la onda que en este caso, como hemos visto, es un movimiento circular. El segundo es la propagación de la onda, que se produce porque la energía se transmite con ella, trasladando el fenómeno con una dirección y velocidad, llamada en este caso velocidad de onda.
En realidad se produce un pequeño desplazamiento neto del agua en la dirección de propagación, dado que en cada oscilación una molécula o partícula no retorna exactamente al mismo punto, sino a otro ligeramente más adelantado. Es por esta razón por la que el viento no provoca solamente olas, sino también corrientes superficiales.
¿Cuánta energia tiene una ola?
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:
P= (ρ *g*Hmo^2*T)/64*pi = (0,5 KW/(m^3*s)*Hmo^2*T)
dónde:
P, el flujo de energía por unidad de longitud de onda cresta de la ola (kW / m);- Hm0 es la altura de ola (metros), medido por ola boyas y la predicha por los modelos de predicción de onda. Por definición, [5] H m0 es cuatro veces la desviación estándar de la elevación de la superficie del agua;
- T e es el período de la energía (la segunda);
- ρ es la densidad de la masa del agua (kg / m 3),
- g es la aceleración de la gravedad (m / s 2).
La fórmula establece que el poder por encima de onda es proporcional al período de las olas y al cuadrado de la altura de las olas. Cuando la altura de ola está dada en metros, y el periodo de la ola en cuestión de segundos, el resultado es la energía de las olas en kilovatios (kW) por metro de longitud de onda. En las grandes tormentas, las olas más grandes en alta mar están a unos 15 metros de altura y tienen un período de aproximadamente 15 segundos. De acuerdo con la fórmula anterior, estas ondas contendrían alrededor de 1,7 MW /m de poder a través de cada metro de frente de onda. Un eficaz dispositivo de energía de las olas capta la medida de lo posible el flujo de energía de las olas. Como resultado de las olas serán de menor altura en la región detrás del dispositivo de energía de las olas.
Desafíos
Estos son algunos de los desafíos a la implementación de dispositivos de energía de las olas:
- La captura de una fracción razonable de la energía en una amplia gama de estados de la mar.
- Fluctuación muy grande de energía en las ondas. La capacidad de absorción máxima debe ser mucho (más de 10 veces) más grande que la potencia media. La energía eólica, la proporción de aproximadamente 4.
- Realizar de forma eficiente la conversión de movimiento de las olas en electricidad, ya que en general, la energía de las olas está disponible en baja velocidad y el movimiento de fuerzas no es en una sola dirección. La mayoría de generadores eléctricos funcionan a velocidades más altas, y las turbinas disponibles requieren un flujo constante.
- La construcción de dispositivos que pueden sobrevivir a daños de las tormentas y la corrosión de agua salada, las fuentes probables de fracaso son incautados rodamientos, soldaduras rotas…
- Sabiendo esto, los diseñadores pueden crear prototipos que son tan sobredimensionados que los costos de materiales no permitan la producción a un coste razonable.
- Alto costo total de la electricidad, energía de las olas sólo será competitiva cuando el coste total de la generación se reduzca (o el coste total de la energía generada a partir de otras fuentes aumente).
- Efectos sobre el medio marino, tales como la contaminación acústica, podría tener un impacto negativo si no es controlada, aunque el ruido y el impacto visible de cada diseño varía enormemente.
- En términos de los desafíos socio-económicos, las granjas de onda puede conducir al desplazamiento de los pescadores comerciales y recreativos de las zonas de pesca productiva, puede cambiar el patrón de regeneración de playas de arena, y puede representar peligros para la navegación segura.
- Las olas generan cerca de 2.700 gigavatios de energía. Con nuestra tecnología actual, sólo somos capaces de capturar alrededor de 500 gigavatios.
Dispositivos
Los generadores energéticos del oleaje (GEO) son transformadores de la energía en otro tipo de energía que resulte útil. Para ello se utiliza el empuje de la ola, la variacion en la altura de la superficie de la ola, variacion de presion bajo la superficie de la ola o mediante sistemas de rebosamiento.Se pueden clasificar a modo general:
- Los totalizadores o terminadores estan situados perpendicularmente a la direccion del avance de la ola y pretender captar toda la energia en una vez.
- Los atenuadores: se situan paralelos a la direccion de avance de las olas. Son estructuras largas que van extrayendo energia progresivamente.
- Absorvedores puntuales: son pequeñas estructuras en comparacion con las olas incidentes, suelen ser cilindricas.
De esta clasificación general podemos particularizar a los dispositivos mas concretos y mas desarrollados:
Columpio de Arquímedes: Se trata de una cámara grande de aire instalada sobre el fondo del mar. La sección superior de la cámara de aire se mueve continuamente hacia arriba y hacia abajo, mientras que la parte inferior permanece en una posición fija.
La variación periódica de la presión en una ola inicia el movimiento de la porción superior. El AWS está totalmente bajo la superficie del agua y no utiliza la ola superficial para la generación de la energía.
Pélamis: es un ingenio metálico flotante y flexible que al ser movido por las olas genera electricidad. Las máquinas de producción actuales son 180m de largo y 4 m de diámetro, con módulos de conversión de energía. Cada máquina está valorada en 750 kW. Se estima que la cantidad de energía obtenida por 30 de estos sistemas, podría abastecer aproximadamente 20.000 hogares con un consumo medio europeo.
Wave Dragon: Se trata de un dispositivo flotante grande, diseñado para capturar y concentrar olas. Las olas suben una rampa a un depósito elevado mediante los brazos de la plataforma, allí el agua recogida hará girar las turbinas instaladas. La rotación de las turbinas genera la electricidad. Esta construcción alcanza los 250 metros, está compuesta por dos alas o brazos de 126 metros, pesa más de 150 toneladas, a las que hay que sumar otras 87 toneladas de peso que se consiguen con el mismo agua y así obtener el peso ideal para que la plataforma pueda trabajar.
PowerBuoy: el sistema de la generación de la onda de PowerBuoy del OPT utiliza “una boya discreta” de alta mar para capturar y para convertir energía de la onda en una fuerza mecánica controlada que conduzca un generador eléctrico. Es un sistema con una estructura similar a un pistón que se mueve a medida que la boya sube y baja con las olas.
Siguen apareciendo nuevos dispositivos que suelen aumentar el rendimiento un paso mas, estos los iremos tratando más adelante. Pero con la información de este monográfico ya hemos sentado la base de esta tecnología que normalmente se confunde con la mareomotriz y que como se puede ver es distinta en todos los aspectos, excepto en que utiliza el agua.