27 May 2020

Mejora de la eficiencia energética en turbinas mareomotrices: Proyecto NEMMO.

         | Materiales , ,

Palas para turbina de energía maremotriz.

Para 2050 las fuentes de energía en Europa deben ser renovables. Conseguir ese objetivo pasa por aprovechar la energía generada por el mar, aumentando la eficiencia energética de las turbinas mediante mejoras del diseño y nuevos materiales. Así de relevante es que la UE ha establecido el ambicioso objetivo de alcanzar los 100 Gigavatios de capacidad instalada en energía mareomotriz y undimotriz para 2050.

El sector energético 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.

Susana Calvo, Departamento de Materiales

¿Por qué pierden eficiencia energética las turbinas marinas?

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 que hacen que las turbinas pierdan su eficiencia energética.

Erosión por cavitación en turbinas maremotrices

Instalación de turbinas para energía maremotriz.
Trabajos bajo el agua en turbinas de generación de energía maremotriz.

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.

Mediante simulación se pueden diseñar nuevos sistemas y componentes para el control activo del flujo que atenuarán la cavitación y aumentarán el rendimiento y eficiencia energética de las turbinas marinas.

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¿Cómo se puede mejorar la eficiencia energética de las turbinas marinas?

En el proyecto NEMMO (Next Evolution in Materials and Models for Ocean energy) se diseñará, modelará y probará prototipos a escala reducida de palas compuestas más grandes, más livianas y más duraderas para turbinas de mareas flotantes de más de 2 MW para reducir el LCoE de energía de mareas a 0,15 € / kWh.

Con instalación de parques mareomotrices que generen 1GW en 2025 y 10GW en 2030, se prevé que en 2050 la capacidad de energía oceánica, procedente de las mareas y las olas, instalada Europa superará los 100GW.

Simulación del flujo de agua para mejorar la eficiencia energética de turbinas.
Simulación multifísica para mejorar la eficiencia energética de turbinas.

Qué desarrollos tecnológicos se necesitan para conseguir ese objetivo y mejorar la eficiencia energética:

  • Nuevas herramientas de simulación para el modelado del funcionamiento de palas de turbina para la generación de energía mareomotriz, incluyendo la definición instantánea de fenómenos de cavitación.
  • Modelos de comportamiento de fatiga, rendimiento hidrodinámico, envejecimiento, ‘bio-fouling’ y desgaste por cavitación.
  • Novedosos equipos y metodología de ensayo para la evaluación de ‘bio-fouling’, envejecimiento, fatiga y erosión por cavitación.
  • Sistema Active Flow Control, superficies biomiméticas y materiales compuestos y recubrimientos nano-mejorados para palas de turbina de marea de alto rendimiento.
  • Metodologías de diseño para desarrollar palas de turbina fabricadas en materiales compuestos avanzados que mejoren el rendimiento hidrodinámico, la durabilidad y la resistencia a ambientes marinos.
  • Fabricación de palas a escala 1:1 en materiales compuestos optimizados de acuerdo a los hallazgos del proyecto NEMMO.
  • Ensayos a escala real para la caracterización y evaluación completas del diseño optimizado, incluyendo una primera prueba del ciclo de mareas en un demostrador a gran escala en alta mar.

En ITAINNOVA realizamos este tipo de proyectos incluyendo los ensayos a fatiga. ¿Quieres más información para mejorar la eficiencia de tus productos?

¿Cuáles son las regiones, costas y países más aptos para la energía maremotriz?

El estrecho de Gribraltar está entre las diez regiones más aptas para la extracción de energía mareomotriz que 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.

Si se cumplen las previsiones para 2050, que energía maremotriz instalada en Europa sobrepase los 100GW, llegaría a ser una industria de 200-300 billones de euros. Actualmente, a pesar de su potencial, la energía mareomotriz todavía no ha generado un gran impacto en el sector de las energías renovables. En 2016, únicamente 14MW de capacidad energética oceánica (mareomotriz y undimotriz) se instalaron en Europa.

ITAINNOVA participa en este proyecto financiado por la Unión Europea, dentro del programa H2020 y con el número de expediente: 815278. El consorcio está integrado por 12 socios de 7 países. Se trata de un equipo multidisciplinar. Así, durante 42 meses van a colaborar institutos de investigación reconocidos (TECHNION, DCU, ITAINNOVA, CANOE y FUNDITEC), los laboratorios de pruebas de mareas y compuestos más avanzados de Europa (TECNALIA, SSPA, BLAEST), un núcleo de innovadores LE industriales y Socios de PYME que representan a la cadena de suministro involucrada (INPRE, SP NANO, MAGALLANES RENOVABLES) y el principal representante de la industria de la energía oceánica y su accionista en Europa, OEE.



AUTOR

L. Buisán y C. Martínez.,
Comunicación y Marketing

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