Energía de las olas
La energía de las olas es otra tecnología renovable que espera abrirse paso. Un desafío principal es que alrededor del 35% al 50% de los costos de WEC (convertidores de energía de las olas) se pueden atribuir solo a la estructura del dispositivo .
Los investigadores de NREL están experimentando con geometría variable, cambiando la forma del WEC para que en mares más energéticos se controlen las cargas estructurales . En mares turbulentos, el exceso de carga se puede desprender fácilmente, mientras que cuando los mares están tranquilos se convierte la máxima energía.
Los componentes van desde piezas rígidas que se pueden abrir o cerrar hasta bolsas flexibles llenas de aire o agua que se pueden inflar o desinflar. Han ido más allá para modelar WEC de aguas profundas para aprovechar los picos y valles más altos, así como para ampliar su distribución geográfica. También se están aprendiendo lecciones valiosas sobre cimentaciones en aguas profundas de la creciente industria eólica marina .
La energía de las olas es particularmente atractiva para los Estados Unidos, donde el 50% de la población vive a 50 millas (80 km) de la costa. Y no solo Estados Unidos: alrededor del 40% de la población mundial vive a menos de 100 km de la costa.
La energía de las olas sostenible y abundante tiene un gran potencial para impulsar la vida de millones de estadounidenses, con 50% de la población de Estados Unidos que vive a 50 millas de la costa ; sin embargo,Los convertidores de energía undimotriz (WEC) aún se encuentran en las primeras etapas de desarrollo tecnológico en relación con las alternativas de energía renovable más maduras.
Un desafío importante que enfrenta actualmente la tecnología es el logro de la competitividad de precios. Debido a que deben estar diseñados para ser lo suficientemente robustos para soportar grandes cargas de olas y estados del mar implacables,entre el 35% y el 50% de los costos de WEC pueden atribuirse únicamente a los costos estructurales del dispositivo . Reducir el costo estructural de los WEC y aumentar la captura de energía son dos caminos para reducir el costo nivelado de energía (LCOE) de la energía de las olas, aumentando así su atractivo como una importante fuente de energía renovable.
Los investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) están reconsiderando los diseños del WEC para proporcionar una nueva vía para el desarrollo de sistemas de próxima generación de costos competitivos. La incorporación de componentes de geometría variable puede ser la clave para la elusiva combinación de mayor captura de energía y reducción de costos estructurales . Usandogeometría variable, la forma del WEC se puede cambiar para que en estados de mar más enérgicos se controlen las cargas estructurales, lo que permite una producción de energía extendida.
Geometría variable, control confiable
¿Qué diferencia a los WEC de geometría variable de otros tipos de dispositivos de energía undimotriz? En una palabra, control.
La mayoría de los diseños tradicionales de WEC consisten en un casco de geometría fija y generalmente poseen un medio singular de control operativo: el generador o toma de fuerza. La introducción de geometría variable en los diseños de WEC agregaría una segunda perilla de control al sistema, similar al control de paso de pala en una turbina eólica .
Este medio de control secundario permitiría el ajuste operativo en una variedad de estados del mar, por lo que el dispositivo puede ajustarse para reducir la carga en estados del mar grandes a extremos o aumentar la absorción de energía en estados del mar de bajos a moderados . Estos componentes de geometría variable podrían brindar la oportunidad de controlar la hidrodinámica del dispositivo.
Debido al control adicional que ofrecen, los WEC de geometría variable se pueden optimizar para una mayor captura de energía , una mayor eficiencia de operación y, en última instancia, una energía de las olas más competitiva en costos .
Evaluación de tres tipos de WEC
Para evaluar elinvestigador de NREL Nathan Tom y su equipo exploraron las posibilidades de incorporar la metodología de diseño en tres tipos de WEC: el control de absorción de potencia y deslastre de carga de dispositivos habilitados para geometría variable:
- Un diseño de placa de diferencial de presión sumergida.
- Un atenuador de balsa con bisagras de dos cuerpos.
- Un absorbedor de dos cuerpos con un diseño de placa de elevación de geometría variable.
Los componentes de geometría variable incorporados en los dispositivos WEC anteriores consistían en piezas rígidas que se pueden abrir o cerrar mediante actuadores mecánicos o bolsas flexibles llenas de aire o agua que pueden inflarse o desinflarse según el estado del mar.
Para cada tipo de WEC, el equipo de investigación analizó la integridad del diseño estructural ; producción de energía anual proyectada ; y completó un análisis tecnoeconómico preliminar para comprender la viabilidad desde el punto de vista de los costos.
Este estudio de caso inicial encontró que los componentes de geometría variable tuvieron éxito en la mejora de cada uno de los tres diseños de WEC probados, mostrando beneficios de reducción de costos y de carga en todas las tecnologías evaluadas.
WEC de aguas profundas
El equipo no se quedó con la evaluación de tres dispositivos WEC. Gracias a una subvención del Fondo de Comercialización de Tecnología recientemente otorgada, el equipo de NREL también está colaborando con la Universidad de Massachusetts en Amherst (UMA) para desarrollar una cuarta tecnología: un convertidor de energía de ondas de sobretensión oscilante de geometría variable (OSWEC) colocado sobre una base elevada.
Inspirado por los avances en las técnicas de fabricación aditiva a gran escala, el OSWEC elevado de geometría variable, o VG-OSWEC , podría tener el potencial de reducir drásticamente el costo de las cimentaciones submarinas.
El diseño del dispositivo también ofrece oportunidades para reducir los costos de instalación , mejorar la producción de energía y una mayor flexibilidad de las ubicaciones de implementación en comparación con los diseños fijos en la parte inferior.
El VG-OSWEC podría permitir el despliegue en aguas más profundas , por ejemplo, aumentando potencialmente la captura de energía debido a su capacidad para operar dentro de las olas más energéticas que se encuentran más lejos de la costa. La estructura elevada única podría evitar la erosión del fondo en la región cercana a la costa, sensible al medio ambiente.
Aprendiendo del diseño de cimientos de energía eólica marina
Este avanzado diseño modular de cimientos de hormigóntiene una deuda de gratitud con los trabajos de aerogeneradores marinos que actualmente realiza RCAM Technologies. Una puesta en marcha liderada por el ex investigador de NREL Jason Cotrell, el innovador trabajo de cimientos y pilotes de turbinas eólicas marinas de RCAM podría ser transferible a la comunidad de energía oceánica a medida que nuevas estructuras de bajo costo y fáciles de implementar estén disponibles ( RCAM Technologies, 2020 ).
Al unir el VG-OSWEC y la base de hormigón rentable, la comunidad de la energía de las olas puede obtener lo mejor de lo que ambas tecnologías tienen para ofrecer. La novedad del diseño premiado por TCF radica en la amalgama de varias características clave:
- Elevar el OSWEC del lecho marino mientras permanece referenciado en el fondo para mantener una eficiencia de absorción mejorada.
- Emplear una estructura económica para mantener bajos los costos generales a nivel del sistema.
- Incorporar capacidades de geometría variable en el WEC para hacer frente a las fuerzas y cargas que tanto el WEC como la base de soporte deben soportar durante la operación.
Investigaciones recientes sugieren que OSWEC es prometedora como tecnología WEC porque puede obtener algunas de las eficiencias de conversión de energía más altas ; sin embargo, para mantener una alta captura de energía, el dispositivo también debe estar diseñado para soportar cargas de olas extremas. Al incorporar componentes de geometría variable en el OSWEC, las cargas máximas se pueden reducir mientras se mantiene, o incluso aumenta, la captura de energía.
Del modelo al mercado
NREL y UMA están trabajando juntos para diseñar, construir y probar un modelo a escala del concepto.
“La incorporación de controles de geometría variable en un WEC es varios grados de complejidad, más allá de las tecnologías de energía de las olas de vanguardia actual ”, dijo Nathan Tom. “Esperamos demostrar este sistema de próxima generación para ayudar a eliminar el riesgo de la tecnología y fomentar la adopción de la industria”.
El equipo tiene como objetivo demostrar la viabilidad del dispositivo y en última instancia, trasladarlo del modelo al mercado.
Los componentes de geometría variable podrían ayudar a la comunidad de energía undimotriz aromper la barrera del LCOE, elevando la viabilidad y la promesa de esta tecnología de energía renovable.
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