Tercer Milenio
En colaboración con ITA
Proyecto Nemmo
Energía oceánica, aprovechando las mareas
El mar está cargado de energía. Ese tipo de renovable transportada por las olas, las mareas, la salinidad y las diferencias de temperatura del océano tiene nombre: energía oceánica. Itainnova participa en el proyecto europeo Nemmo, donde socios de siete países diseñarán, modelarán y probarán prototipos a escala reducida de palas compuestas más grandes, livianas y duraderas para turbinas de marea flotantes.
Rítmicamente, cada día, la marea sube y baja. En algunas zonas del mundo, las corrientes generadas por este movimiento superan los 9 metros por segundo de intensidad. Una mina de energía renovable. La Agencia Internacional de la Energía estima que de las mareas podrían obtenerse al menos 1,2 millones de MWh al año: un 7,5% de toda la energía mundial. La Unión Europea ha establecido el ambicioso objetivo de alcanzar los 100 gigavatios de capacidad instalada en energía mareomotriz (generada por las mareas) y undimotriz (por las olas) para 2050, por lo que hace falta optimizar y reducir los costes de las tecnologías.
En ello está el Instituto Tecnológico de Aragón, que trabaja en el proyecto europeo Nemmo (acrónimo en inglés de ‘Próxima evolución en materiales y modelos para la energía oceánica’) hasta 2022. Su objetivo es "generar los modelos, conocimiento, diseños y procedimientos de ensayo necesarios para desarrollar palas de turbinas mareomotrices más grandes, más eficientes y más resistentes", explica Susana Calvo, responsable de Análisis de la integridad estructural, la fatiga y la durabilidad en el Laboratorio de Estructuras y Sistemas Inteligentes de Itainnova.
La integración de estos diseños de palas optimizadas "incrementará en un 20% el rendimiento en la generación de energía mareomotriz, alargará su vida útil por encima de 20 años y será posible alcanzar una potencia mayor de 20 megavatios", reduciendo los costes operacionales un 50%.
¿Cómo se obtiene esa energía generada por las mareas? Diversos tipos de generadores de energía se encargan de ello, principalmente anclados sobre el fondo marítimo y en plataformas flotantes, pero también hay presas de marea y otros están montados sobre pilares.
Calvo explica que "una aproximación prometedora es desarrollar turbinas más potentes sobre plataformas flotantes que generen más energía que las ancladas al fondo marino". Este tipo de estructuras reduce los costes de instalación y mantenimiento, "ya que pueden ser remolcadas hasta el puerto y el mantenimiento se puede realizar una vez que la maquinaria se ha posicionado por encima de la línea de flotación". Las turbinas flotantes –asegura– "son perfectas incluso en aguas de hasta 150 metros de profundidad".
Itainnova se centrará en el desarrollo de "modelos de comportamiento realizados a partir de los datos obtenidos tanto en ensayos experimentales como en los bancos de pruebas desarrollados durante la ejecución del proyecto sobre componentes en escala real", señala Calvo. Para ello, aplicarán "técnicas de reducción de orden, que transforman simulaciones complejas y costosas desde el punto de vista computacional en funciones matemáticas menos complejas".
En el marco del proyecto europeo Nemmo, Itainnova también desarrollará una metodología que permita el diseño integral de palas de generador para conseguir estructuras con mayor vida útil y alta resistencia en ambientes marinos. En este procedimiento "se integrarán los ciclos de carga y las condiciones hidrodinámicas resultantes de la simulación numérica a escala real".
Malditas burbujas
Las palas de las turbinas mareomotrices sufren los efectos del envejecimiento, la fatiga, el ‘bio-fouling’ –acumulación de microorganismos, plantas, algas, o animales sobre superficies mojadas– y la erosión por cavitación. Cuando las turbinas funcionan a su máxima potencia, padecen especialmente el fenómeno hidrodinámico de la cavitación: cuando el agua pasa a gran velocidad por las afiladas aristas de las palas, puede variar tanto la presión que cambie inmediatamente a estado vapor. Las burbujas (cavidades) que se forman viajan a zonas de mayor presión e implosionan: el vapor regresa al estado líquido de repente. Las burbujas se ‘aplastan’ bruscamente y producen una estela de gas tan fuerte que, en el choque, puede resquebrajar la pala. Nemmo desarrollará sistemas para el control activo del flujo que atenuarán la cavitación y aumentarán el rendimiento.
Retos tecnológicos de un horizonte renovable
Las diez regiones más aptas para la extracción de energía mareomotriz son la costa norte de Australia, el mar de Japón, el mar Amarillo en Corea, la costa de Chile, la costa argentina en la Patagonia, la costa noroeste de Estados Unidos, el estrecho de Hudson en Canadá, la costa norte de Escocia, la costa noroccidental de Francia y el estrecho de Gibraltar. La UE ha establecido un ambicioso objetivo de alcanzar los 100 Gigavatios de capacidad instalada en energía mareomotriz y undimotriz para 2050. Susana Calvo explica que, para alcanzar estos objetivos, "el sector debe reducir drásticamente el coste de las tecnologías para conseguir paridad de red y con el objetivo de alcanzar un coste energético nivelado de 0,15 euros/kWh en 2025 y 0,10 euros/kWh en 2030 para energía mareomotriz".
Y hay un plan trazado. Se estima que para alcanzar estos objetivos "será necesaria la instalación de parques mareomotrices que generen 1GW en 2025 y 10GW en 2030". Las previsiones contemplan que, en 2050, la capacidad de energía oceánica procedente de las mareas y las olas instalada en Europa sobrepasará los 100GW. Calvo apunta que "si esto se cumple, se correspondería con una industria de 200-300 billones de euros". Pero la realidad, a día de hoy, es que, "a pesar de tener un potencial tan elevado, la energía mareomotriz todavía no ha generado un gran impacto en el sector de las energías renovables". La energía mareomotriz avanza a un ritmo más lento de lo esperado: "En 2016, únicamente 14MW de capacidad energética oceánica (mareomotriz y undimotriz) se instalaron en Europa. Desde el punto de vista tecnológico, "el cumplimiento de los objetivos relativos a la energía oceánica está en peligro debido a la falta de metodologías de ensayo y diseño precisas y eficientes, lo que trae consigo unos procesos de desarrollo, optimización, escalado y validación lentos para los generadores de energía mareomotriz".
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