Las columnas de agua oscilantes (OWC) son un tipo de convertidor de energía de las olas (WEC) [1] que aprovechan la energía de la oscilación del agua de mar dentro de una cámara o hueco provocada por la acción de las olas. Los OWC se han mostrado prometedores como fuente de energía renovable con bajo impacto ambiental. Debido a esto, varias empresas han estado trabajando para diseñar modelos OWC cada vez más eficientes. Los OWC son dispositivos con una cámara semisumergida o hueca abierta al mar debajo, manteniendo una bolsa de aire atrapada sobre una columna de agua. Las ondas obligan a la columna a actuar como un pistón, moviéndose hacia arriba y hacia abajo, forzando el aire a salir de la cámara y volver a entrar. Este movimiento continuo fuerza una corriente bidireccional de aire a alta velocidad, que se canaliza a través de una toma de fuerza (PTO).. El sistema PTO convierte el flujo de aire en energía. En los modelos que convierten el flujo de aire en electricidad, el sistema de toma de fuerza consta de una turbina bidireccional. Esto significa que la turbina siempre gira en la misma dirección independientemente de la dirección del flujo de aire, lo que permite que la energía se genere continuamente. Tanto la cámara colectora como los sistemas de toma de fuerza se explicarán con más detalle en "Componentes básicos de OWC". [2] [3]
Diseño
Componentes básicos de OWC
Toma de fuerza
El sistema PTO es el segundo componente principal de un dispositivo OWC. Convierte la potencia neumática en una fuente de energía deseada (es decir, sonido o electricidad). El diseño del sistema PTO es muy importante para la eficiencia de la columna de agua oscilante. Debe poder convertir el flujo de aire que sale y entra en la cámara colectora en energía. Las turbinas que logran esto se denominan turbinas bidireccionales. [3]
Turbina de pozos
La turbina Wells , diseñada a fines de la década de 1970 por el profesor Alan Arthur Wells de la Queen's University de Belfast, es una turbina bidireccional que utiliza perfiles aerodinámicos simétricos (ver Fig. 1). Las aspas aerodinámicas girarán en la misma dirección independientemente de la dirección del flujo de aire. La turbina Wells tiene ventajas e inconvenientes. No tiene partes móviles más que el rotor de la turbina principal, lo que hace que sea más fácil de mantener y más rentable. Sin embargo, sacrifica algo de eficiencia a altas tasas de flujo de aire porque el alto ángulo de ataque de la superficie aerodinámica crea más resistencia . El ángulo de ataque es el número de grados en que la superficie aerodinámica está paralela al flujo de aire. Las turbinas de pozo son más eficientes con flujos de aire de baja velocidad. [4]
Turbina Hanna
La turbina Hanna [2], patente de EE.UU. 8.358.026, fue inventada por el activista medioambiental John Clark Hanna en 2009. La turbina Hanna se desarrolló para mejorar la pionera turbina Wells. Al igual que con los Wells, el dispositivo Hanna no tiene partes móviles que entren en contacto directo con el océano. La turbina tiene dos rotores con aspas aerodinámicas asimétricas espalda con espalda. Ambos rotores son imágenes especulares con ángulos de ataque bajos. Las aspas aerodinámicas tienen coeficientes de sustentación más altos y menos resistencia que la turbina Wells. Esto hace que el diseño de Hanna sea menos propenso a estancarse y ofrece más torque con una ventana de operación más grande. El diseño de Hanna también impulsa dos generadores que operan fuera del conducto de aire cerrado en un ambiente relativamente seco. Esto permite un fácil mantenimiento de los generadores.
Historia
El primer uso de las columnas de agua oscilantes fue en boyas silbantes. Estas boyas utilizaban la presión de aire generada en la cámara colectora para alimentar un sistema de toma de fuerza que consistía en un silbato o sirena de niebla. En lugar de generar electricidad, la toma de fuerza generaría sonido, lo que permitiría que la boya advirtiera a los barcos sobre aguas peligrosas. JM Courtney patentó uno de estos diseños de boya de silbido. En 1885, Scientific American informó que 34 de las boyas silbantes estaban operando en la costa de los EE. UU. [3]
La siguiente gran innovación ocurrió en 1947 cuando Yoshio Masuda , un comandante naval japonés, diseñó una boya de navegación OWC que utilizaba un sistema de turbina PTO. El sistema de toma de fuerza generaba electricidad que recargaba las baterías de la boya, lo que le permitía funcionar con poco mantenimiento. Esta fue la primera vez que se utilizaron OWC para generar electricidad. La boya tenía una pequeña potencia de 70-500 W y estaba estacionada en la bahía de Osaka. [5]
Principales proyectos de centrales eléctricas de OWC
LIMPET, Isla de Islay, Escocia
Inaugurada en 2001, esta central eléctrica de OWC genera 500 kW con una sola turbina Wells de 2,6 metros de diámetro. La turbina está conectada a una cámara colectora formada por 3 tubos conectados de 6x6 metros. El LIMPET se construyó en una costa de roca sólida de la isla de Islay. Esta planta fue construida por Queen's University Belfast en asociación con Wavegen Ireland Ltd. [6] [7]
Mutriku, País Vasco
Inaugurada en 2011, esta central eléctrica de OWC puede generar aproximadamente 300 kW en condiciones adecuadas (suficiente para alimentar 250 casas) con sus turbinas de 16 pozos. Las turbinas fueron provistas por Voith, una empresa que se especializa en tecnología y fabricación de energía hidroeléctrica. [8] Las cámaras colectoras y las turbinas están alojadas en un rompeolas . Los rompeolas son muros artificiales (construidos en alta mar) que bloquean la costa de la actividad de las olas (a menudo se utilizan alrededor de los puertos). [9] Cada turbina tiene su propia cámara colectora y las cámaras miden 4,5 m de ancho, 3,1 m de profundidad y 10 m de alto. Esta fue la primera vez que se utilizaron varias turbinas en una planta. [10]
Boya Ocean Energy (OE)
La boya OE, actualmente en desarrollo por OceanEnergy, ha sido probada con éxito en 2006 utilizando un modelo a escala 1: 4 de 28 toneladas anclado en la costa de Irlanda. La boya OE está diseñada para anclarse lejos de la costa en aguas profundas donde las tormentas generan actividad de olas. Está alimentado por una turbina de Wells y, según una prueba de 3 meses, se espera que las boyas de equipo original produzcan aproximadamente 500MW. Las boyas de equipo original se ensamblan en tierra y luego se transportan en bote a ubicaciones óptimas de energía. [11] [12]
Impacto medioambiental
Las columnas de agua oscilantes no tienen partes móviles en el agua y, por lo tanto, representan poco peligro para la vida marina. Los OWC en alta mar pueden incluso sustentar la vida marina mediante la creación de un arrecife artificial. La mayor preocupación es que los OWC causan demasiada contaminación acústica y podrían dañar la belleza natural de un paisaje marino. Ambos problemas podrían solucionarse moviendo los OWC más lejos de la costa. [2]
Referencias
- ^ Falcao, AFde O. (2010). "Utilización de la energía de las olas: una revisión de las tecnologías". Revisiones de energía renovable y energía sostenible . 14 (3): 899–918. doi : 10.1016 / j.rser.2009.11.003 .
- ^ a b "Energía y medio ambiente, una perspectiva costera" .
- ^ a b c Heath, televisión (2012). "Una revisión de las columnas de agua oscilantes" (PDF) . Transacciones filosóficas. Serie A, Ciencias Matemáticas, Físicas e Ingeniería . RSTA. 370 (1959): 235–45. doi : 10.1098 / rsta.2011.0164 . PMID 22184660 . S2CID 11239707 .
- ^ "Rendimiento de una turbina de pozos en un dispositivo OWC en comparación con pruebas de laboratorio" (PDF) .
- ^ Wengenmayr, Roland (2012). Energía renovable: conceptos de energía sostenible para el cambio energético . Alemania: Wiley-Vch Pub. págs. 101-104. ISBN 9783527671373.
- ^ Whittaker, TJT "El proyecto de energía de las olas LIMPET: los primeros años de funcionamiento" (PDF) .
- ^ [1] Archivado 2016-03-05 en la Wayback Machine Islay LIMPET Wave Power Plant - Informe publicable, 1 de noviembre de 1998 al 30 de abril de 2002, The Queen's University of Belfast
- ^ "VOITH" .
- ^ "Definición de" rompeolas " " . Merriam Webster.
- ^ "Planta Mutriku OWC" .
- ^ "Informe resumido final publicable" (PDF) .
- ^ "OceanEnergy" . Archivado desde el original el 15 de noviembre de 2009.
12. Hanna WETGEN (generador de turbina de energía undimotriz)