Proyecto Fahemar (sistema Energywave)

Generar energía eléctrica a partir de energía undimotriz

Redacción Interempresas06/08/2014

La Galería de la Innovación de la pasada edición de la feria Genera, espacio que dedica el certamen a dar a conocer las últimas innovaciones en materia de energía, destacó el proyecto Fahemar, basado en un módulo captor denominado Energywave. Éste tiene como fin transformar la energía inicial obtenida de las olas directamente en energía eléctrica sin que previamente haya sido transformada en energía mecánica, consiguiendo así evitar pérdidas, aumentar los rendimientos y disminuir costes de mantenimiento y explotación por ser los equipos modulares, compactos y seguros. Esto se consigue mediante el elemento captor de energía undimotriz, formado por una boya flotante, una barra guía y una cámara de flotabilidad.

¿Qué es?

El sistema Fahermar tiene como objeto la obtención de energía eléctrica a partir del movimiento de las olas, energía eléctrica que posteriormente será inyectada en la red pública o bien utilizada en “isla”, lo que la hace enormemente atractiva para alimentar puntos aislados de tierra situados mar adentro y carentes de infraestructura eléctrica.

Este sistema está destinado al aprovechamiento de la energía potencial contenida en el movimiento ascendente/descendente de las olas marinas, energía renovable y limpia conocida como energía undimotriz y su diferencia, con respecto a los métodos de captación actuales reside tanto en el diseño del módulo captor de esa energía (con su especial y original método de transmisión del movimiento de la boya al generador) como en la concepción del Alternador eléctrico de la máquina.

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Notas:

1. El módulo captor con su singular sistema de transmisión y arrastre del oscilador y de su generador lineal está amparado por la patente de invención ES 2379520 B1.

2. El generador eléctrico de tipo lineal, axilsimétrico y reluctancia conmutable está amparado, además, por la patente de invención ES 2395792 B1.

Precedentes en el aprovechamiento de la energía undimotriz

Este tipo de energía, por su constante presencia en su entorno (con mayor o menor potencia) y bastante previsible (debido al conocimiento que se tiene sobre mareas, efectos del viento, influjo del sol, etc.) ha reclamado, desde siempre, el interés de los investigadores a fin de poder satisfacer las demandas energéticas que el desarrollo de la humanidad está requiriendo, cada vez, en mayor grado. Esta posibilidad de previsión constituye una ventaja respecto a otras energías renovables y limpias, como la fotovoltaica, presente cuando brilla el sol o la eólica, que solo se produce cuando el viento sopla por encima de una determinada velocidad.

Son diversos los países, desde hace más de 30 años, están tratando de obtener un progreso significativo en la tecnología para la conversión en electricidad de este tipo de energía. Modelos de convertidores de olas ya existentes son:

  • Sistema Wavedragon, en Dinamarca.
  • Sistema Tapchan, en Noruega.
  • Portugal tiene en proyecto la construcción de 2 parques de olas, uno utilizando la tecnología Pelamis y el otro, usando un convertidor OWC.
  • Reino Unido comenzó, en 1974, su interés por esta energía, investigando sobre el dispositivo conocido como Pato Selter y, actualmente, se está desarrollando un importante complejo de ensayos en Escocia.
  • Suecia tiene el primer absorbedor puntual conocido como IPS y otro en proyecto, conocido como House Pump.
  • Francia tiene una planta piloto en la isla de Pico, basado en la tecnología OWC.
  • Italia ha desarrollado un nuevo dispositivo utilizando un convertidor giroscópico flotante.
  • Australia, India, Japón, Estados Unidos, etc., se unieron hace mucho tiempo al grupo de países interesados en el aprovechamiento de este tipo de energía.

Proyectos en desarrollo en España

España, consciente de que es uno de los países europeos que posee mayores recursos energéticos marinos disponibles (20 gw, según el atlas del recurso, que figura en el ‘estudio del potencial de energía de las olas en españa’ publicado por el Idae), está tratando de liderar el desarrollo de este tipo de energía, de la misma forma que ha conseguido ser una potencia mundial en otros campos de las energías renovables como la eólica y la termosolar.

Galicia presenta los valores de potencial de energía más elevados, con potencias medias en profundidades indefinidas entre 40 ÷ 45 kW/m. El Mar Cantábrico es, en segundo lugar, la siguiente zona del litoral en cuanto a recurso (alrededor de 30 kW/m disminuyendo de Oeste a Este). El Mediterráneo y el golfo de Cádiz presentan valores medios anuales menores a 10 kW/m. En las Islas Canarias, la fachada Norte (con 20 kW/m) en tercer lugar en cuanto al recurso, mientras que la fachada Sur presenta valores medios anuales menores a 10 kW/m. En España, el primer convertidor de olas fue erigido en Sabón, propiedad de Unión Fenosa, era del tipo de columna de agua oscilante.

Actualmente, se están desarrollando diversos proyectos relacionados con el aprovechamiento de energías marinas, que se detallan a continuación:

  • El promotor Galicia Mar Renovables está ensayando su Prototipo (J+B) 2B, cuya boya preserie está fondeada en la Ría de Ares (La Coruña).
  • El Consorcio de Portos de Galicia, Sogama, Cetmar, Inega e Igape, está ensayando su prototipo en un emplazamiento offshore y con tecnología Pipo System, un sistema de consta de dos boyas (una en superficie y otra sumergida de volumen variable que transmiten su movimiento lineal y lo convierte en rotativos, que finalmente son convertidos a una sola dirección. Las boyas siempre se mueven en direcciones opuestas, incrementando sus fuerzas y carreras simultáneas. Una tercera boya mantiene una profundidad constante mediante sus amarres al fondo marino. En esta boya de posicionamiento, están alojados los sistemas de control, generación y medición de la potencia. Los sistemas de medición oceanográficos disponen de un habitáculo ubicado en el interior de la boya de superficie y de soportes específicos externos.
  • Norvento experimenta con tecnología Pelamis, en un emplazamiento, también offshore, en las costas de Galicia. El sistema Pelamis consiste en una serie de secciones cilíndricas parcialmente sumergidas, unidas por juntas bisagra. La ola induce un movimiento relativo entre dichas secciones, activando un sistema hidráulico interior que bombea aceite a alta presión a través de un sistema de motores hidráulicos, equilibrándose con el contenido unos acumuladores. Los motores hidráulicos están acoplados a los álabes de una turbina rotatoria que mueve el rotor del generador eléctrico correspondiente.
  • En Santoña (Cantabria) y con tecnología de la norteamericana OPT (Ocean Power Technologia) el Consorcio Waveport e Iberdrola, están ensayando sus equipos. En este sistema de generación, el movimiento de la boya acciona un pistón que comprime un fluido el cual, sumándose a los del resto de las boyas del parque, hacen girar, los álabes de una turbina rotatoria que, como en el caso anterior, mueve el rotor del generador eléctrico.
  • En el País Vasco, en Motrico, y con tecnología OWC, se ensayan diversos tipos de generadores eléctricos, montados Onshore, en el espigón del puerto. En la tecnología OWC, no son las olas las que mueven las turbinas directamente, sino una masa de aire comprimido que estas empujan. Se trata de una estructura generalmente ubicada en un rompeolas, cuya parte superior forma una cámara de aire (de ahí la masa comprimida), y cuya parte inferior está sumergida en el agua.
  • También en el País Vasco y con tecnología Oceantec, Tecnalia ensaya un prototipo para obtención de energía eléctrica. La tecnología por la que se ha apostado es la de aprovechamiento de la energía de las olas offshore, mediante un captador del tipo atenuador (estructura alargada/esbelta), flotante y con principio de captación basado en el movimiento relativo inercial de un volante de inercia. La estructura flotante se somete a un movimiento de cabeceo periódico provocado por las olas. El sistema de fondeo permite que el convertidor siempre se mantenga orientado en la dirección del oleaje. Las principales ventajas de esta tecnología son que el sistema captador (situado en el interior) está totalmente encapsulado y sin contacto con el mar.
  • En Sant Feliu (Girona), Abencis Seapower está promoviendo un captador puntual onshore, consistente en una boya que mediante un brazo rígido a modo de palanca, transmite la energía de la ola a un árbol rotativo que mueve el rotor del generador.
  • En Madrid y promovido por un consorcio formado por Cedex, Elytt y Neures TEC se está desarrollando el proyecto Undigen, cuyo objetivo es el diseño de un generador Wedge, lineal de alta reluctancia, para su posterior aplicación a dispositivos de olas.
  • En la Plataforma Oceánica de Canarias (Plocan) se está ensayando un prototipo basado en la tecnología Pipo Systems ya descrita anteriormente.

Propósito del proyecto Fahemar

El desarrollo de las técnicas para el aprovechamiento de la energía undimotriz y su conversión en energía eléctrica está, en estos momentos, en sus albores y siendo España el país europeo con un mayor potencial de aprovechamiento energético undimotriz, especialmente en el Mar Cantábrico (decreciendo a lo largo de su costa, desde Galicia al País Vasco debería ser forzada y promocionada por las instituciones nacionales la investigación en este campo (como se está promocionando en todos los países desarrollados abiertos a mares y océanos) a la búsqueda de una tecnología nacional, exportable, y que no lleve consigo el pago de “royalties” a otros países.

En estos momentos, los proyectos que se están investigando (excepto el que se hace aprovechando la tecnología Pipo System, de patente nacional) en España, utilizan tecnologías norteamericanas o británicas (OPT, Pelamis, Wedge, etc.).

El propósito del Proyecto Fahemar es el desarrollo de una tecnología nacional que suponga un salto cualitativo tal en las tecnologías y métodos existentes que permita liderar la generación de este tipo de energía renovable, creando una esperanzadora industria nueva, no solo de explotación de este tipo de energía (que también), sino también de la fabricación de todos esos bienes de equipos y de sus componentes (calderería, electrónica de potencia, transformadores, etc.), que pueden suponer una auténtica revolución industrial.

Características comunes a los sistemas existentes

Todos los sistemas anteriores poseen ciertas características comunes, entre las que se citan las siguientes:

  • Los movimientos lineales de los captadores puntuales (boyas) y de los atenuadores (Pelamis) se convierten mediante la compresión de fluidos líquidos, en movimientos giratorios, gracias a la acción de esos fluidos sobre los álabes de una turbina, normalmente del tipo Pelton, cuyo rendimiento está entre el 85 y el 90%.
  • Dado el bajo régimen de revoluciones que el propio procedimiento conlleva (adecuado al vaivén del oleaje) es necesario elevar el número de las mismas antes de aplicarlas al generador eléctrico rotativo, lo que se consigue mediante un multiplicador de engranajes, cuyo rendimiento, en el caso más favorable, es del 95%.
  • Producción eléctrica exógena a los captadores cuyos fluidos comprimidos confluyen sobre un único grupo turboalternador.
  • Permanencia constante en la superficie marítima de los elementos captores y exposición a las contingencias medioambientales del sistema.

Objetivos el sistema Fahemar

Los objetivos del Sistema Fahemar son los siguientes:

  • Simplificar el sistema de transformación energética, eliminando la conversión de un movimiento lineal en otro rotativo, con lo que desaparecería la turbina y el elemento multiplicador de revoluciones, con lo que se produciría un incremento de la producción entre el 16,96 y el 23,84 %, y se abarataría su mantenimiento (por esta simple razón, el sistema Fahemar que presentamos debe tener, necesariamente, mejor rendimiento que cualquiera de los procedimientos anteriores).
  • Conseguir elementos generadores, modulares, compactos y totalmente autónomos, independientes unos de otros, que produzcan en su interior una corriente eléctrica “exportable”, alterna, trifásica, a 50 Hz, apta para ser directamente inyectada en la red.
  • Conseguir que esos elementos modulares, que se encuentran flotando en la superficie, puedan ser sumergidos y llevados, de una forma totalmente automática, a una profundidad tal en la que el embate de las olas no puedan afectar la integridad del elemento, y que, una vez pasado el peligro, vuelvan a su posición de “trabajo”, también de forma automática.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento del sistema Fahemar es la conversión de la energía mecánica presente en las olas del mar, mediante un elemento motriz (que tiene un movimiento lineal) en energía eléctrica, acoplándolo directamente a un generador de corriente (alternador), cuyo inducido u oscilador, tiene también un movimiento de tipo lineal.

Esencialmente el módulo captor se compone, al menos, de tres partes, 3 cámaras totalmente estancas e independientes entre sí.

  • Cámara 1. Boya (1) o elemento motriz, consistente en una cámara inundable que, en condiciones normales, sigue el perfil de la ola, arrastrando en su movimiento, el oscilador del generador lineal. (En condiciones de olas que excedan las condiciones de diseño, esta boya se sumergirá, de forma automática, hasta depositarse sobre la parte superior de la barra de generación).
  • Cámara 2. Cámara de estabilidad (2) o elemento de soporte de la barra de generación, anclada al fondo marino mediante cadenas de acero (4) amarradas a “muertos de hormigón”. Su altura con respecto a la superficie del mar será tal que el movimiento de la ola de máxima altura registrada en esa zona no suponga esfuerzo alguno a ese nivel. (Según el Prof. Babarit esa zona se encuentra a una profundidad equivalente a 2,5 veces la altura de esa ola).
  • Cámara 3. Barra de generación (3), apoyada en la parte superior de la cámara de estabilidad, que contiene en su interior tanto el generador lineal, como los sistemas de inyección de corriente, el sistema de regulación del generador y el sistema de electrónica de potencia para tratamiento de la corriente de salida del equipo, y que estará situada en la parte superior de la citada barra.
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Otros elementos del módulo captor son:

  • Cadenas (4) de anclaje al fondo marino.
  • Cable (5) de exportación de la energía eléctrica generada.

La corriente así producida será convenientemente tratada a través de un convertidor estático, situado en la propia barra, que la convertirá en corriente alterna, sinusoidal, a 50 ó 60 Hz, y 400 V de tensión nominal.

La corriente generada en cada Alternador será transportada, mediante cable submarino (5) al C. T. montado sobre la plataforma próxima (construida bien sobre pilares, bien en una base flotante, bien en tierra firme) donde junto a la generada en el resto de los elementos captores de la planta, se elevará su tensión para ser transportada, mediante cable submarino al C. T. ya en tierra firme, donde conectará con la red pública o alimentará a la red que se conforme a su alrededor.

Este sistema innovador y revolucionario está destinado a la explotación de la energía potencial contenida en el movimiento ascendente y descendente de las olas del mar y su diferencia con los métodos actuales de captura reside tanto en el diseño del módulo de captor (Patente de invención ES 2379520 B1) con su método especial y original de la transmisión del movimiento de la boya al generador, como en el diseño del alternador eléctrico de la máquina (patente de invención ES 2395792 A1).

Aunque el generador lineal es ya más que interesante y potencialmente utilizable por otras tecnologías sustituyendo a las actuales turbinas, ambas patentes, unidas, forman un sistema ligero y simple, modular, escalable, fácilmente reemplazable, de bajo impacto ambiental, que una vez desarrollado, tendrá ante sí un futuro muy prometedor, ya que se basa en el uso y aprovechamiento de un tipo de energía renovable, energía limpia, que no produce CO2 e inagotable 24 horas al día, 7 días a la semana. Su implantación, en cualquier país, abierto al mar, va a limitar su dependencia de los combustibles fósiles, además de aumentar el efecto invernadero sobre nuestro planeta, tienen fecha de caducidad.

Ventajas y mejoras del sistema Fahemar

Mejora de la eficiencia energética

Dado que se trata de tecnologías nuevas y actualmente en proceso de investigación y desarrollo, no existen datos que puedan fijar los parámetros que el dispositivo Fahemar debe superar para justificar el desarrollo del mismo, dispositivo amparado por dos patentes nacionales de invención ya concedidas, una la ES 2379520 B1 y la otra, la ES 2395792 A1 publicadas en el BOPI de la O.E.P.M. (Oficina Española de Patentes y Marcas).

A pesar de eso, si podemos conjeturar lo siguiente:

  • Los sistemas actuales convierten la energía portada por la boya (que posee un movimiento lineal) en energía eléctrica mediante una cadena que une dicha boya con el alternador eléctrico, gracias a una turbina hidráulica y un multiplicador de revoluciones”.

Suponiendo que se utilice una turbina Pelton, cuyo rendimiento está entre el 85 y el 90% y el multiplicador de revoluciones más avanzado (suponemos en el caso más favorable un rendimiento del 95%) ambos equipos producirían una bajada de rendimiento en la transformación energética, en el mejor de los casos, entre el 80,75 y el 85,50%.

  • Solamente esta simple mejora significa un incremento de la producción entre el 16,96 y el 23,84%, que si consideramos una producción anual de 450.000 kWH para una boya OPT, el equipo produciría un incremento entre 76.300 y 107.200 kWh/año, cifras más que considerables y dignas de ser tenidas en cuenta.

Abaratamiento de costos de fabricación y mantenimiento.

Por supuesto, la existencia de esos equipos en la cadena de transformación energética (turbina y caja de engranajes multiplicadora de revoluciones) conlleva extracostos de fabricación, instrumentación de control (revoluciones, temperaturas, niveles de aceite, dispositivos de engrase, etc.), y sus correspondientes costos de explotación y mantenimiento, difíciles de evaluar ahora, pero siempre considerables.

Blindaje frente a ‘criogénesis explosivas’ y otros factores adversos

La inmensa mayoría de las tecnologías de aprovechamiento de energía undimotriz existentes se caracterizan (Pelamis, OPT, Pipo System, etc.) se caracterizan porque, al menos uno de los elementos captores se encuentra permanentemente, en la superficie del mar, sometido las 24 horas del día, 7 días de la semana, a los embates de las olas.

Dados los extremos esfuerzos que el mar puede ejercer (y termina ejerciendo) y más en caso de ‘ciclogénesis explosivas’, la posibilidad de que la boya o el artilugio flotante termine rompiendo sus amarras y acabando en la playa (ya ocurrió en el pasado año en una playa de las Islas Canarias), suceso que fue recogido en la prensa local, de donde proviene la fotografía adjunta.

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El sistema evita los riesgos de las contingencias medioambientales del entorno, dotándole de un dispositivo de autoprotección tal, que lo conduzca a una posición “segura” cuando se presenten situaciones peligrosas y que vuelva a salir de la situación de ‘stand by’ cuando esas condiciones agresivas desaparezcan.

Para ello, la barra generadora se situará, apoyada en la cámara de estabilidad, a una distancia tal de la superficie marina que los esfuerzos del máximo “frente de ola” histórico no supongan riesgo para la integridad del equipo.

De esta forma, cuando se detecten olas que entrañen peligro, se producirá la apertura de dos válvulas neumáticas que están incorporadas en la boya, la válvula de inundación y la válvula de evacuación del aire, con lo que el agua inundará el elemento motriz y se sumergirá lentamente, hasta apoyarse en la parte superior de la barra generadora.

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Una vez restablecidas las condiciones operativas, y pasado el peligro, cerrará la válvula de evacuación de aire y, a través de una tercera válvula neumática, se inyectará aire comprimido a la Boya, lo que provocará la evacuación del agua de su interior a través de la válvula de inundación, que permanecerá abierta hasta que el agua desaparezca de su interior, con lo que la boya ascenderá hasta la superficie del mar, y volverá a moverse siguiendo el ritmo de las olas.

Tratamiento “ola a ola” por el generador

La utilización en el generador de bobinas de excitación en lugar de imanes permanentes nos permite eliminar la aparición de picos de sobretensiones peligrosas tanto para los bobinados del estator como para los sistemas de electrónica de potencia como para los sistemas de inyección. Mediante la inyección de la adecuada intensidad de corriente lograremos obtener la máxima potencia que una determinada ola pueda transvasarnos.

Dimensiones y tamaños de los sistemas actualmente en ensayos avanzados

Los actuales sistemas se caracterizan, en su mayoría, por su extraordinario tamaño (si tienen una potencia elevada) lo que los hace tremendamente complicados y de difícil mantenimiento, además de elevados costos de fabricación. Para hacernos una idea de los tamaños de los sistemas que actualmente se están desarrollando se exponen una serie de fotografías de las que aparecen en las redes especializadas.

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Como ejemplo podemos ver la fotografía (Autor Dipl. Ing. Guido Grassow) de un artilugio del tipo Pelamis, situado en el Puerto de Peniche, en Portugal compuesto por 4 módulos, ensamblados. Otro ejemplo lo podemos ver en la siguiente fotografía que muestra un dispositivo del Sistema AWS, situado en Viana Do Castello (Portugal), antes de ser sumergido.

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Finalmente se muestra otro de los sistemas considerados y se ve en la siguiente fotografía, que corresponde a un absorbedor puntual, tipo OPT, en la que podemos hacernos una idea del tamaño del equipo y de los problemas que pueden representar su mantenimiento (el tamaño del hombre que figura en la cabecera de la góndola de transporte es más que expresivo, con todo y ser éste sistema, el OPT el menor de todos los sistemas que actualmente se están probando).

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Prototipo PowerBuoy.

Consecución de módulos de menor tamaño, independientes y compactos

Las características del sistema Fahemar permitirán reducir, más del 50% el tamaño de este último tipo, con las ventajas, no solo económicas, que ello puede suponer. Se describen a continuación los distintos elementos que componen la tecnología Fahemar.

En el sistema Fahemar, cada módulo captor está formado, como ya se ha dicho, por tres partes independientes entre sí.

La primera de ellas es la cámara de estabilidad, que permanece fija, anclada al fondo marino, durante toda la vida del módulo captor (excepto cuando haya de ser llevada al exterior de la columna de agua para reparar su pintura).

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En la figura adjunta se refleja, esquemáticamente, esa cámara de estabilidad (1), anclada al fondo marino mediante cadenas de amarre (2) y el cable de exportación (3) de la energía captada por la boya, transformada ya en energía eléctrica.

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La segunda de ellas la constituye la boya, cuyas labores de mantenimiento se circunscribirán al mantenimiento de la pintura y de sus válvulas neumáticas, labores que pueden realizarse sobre la misma barcaza del servicio.

Finalmente, la tercera de estas cámaras la forma la barra generadora, subdividida, a su vez, en dos zonas:

  • Zona de generación (1), donde se encuentran localizados el estator y el oscilador del generador lineal, por una parte, así como el sistema de inyección de corriente a los electroimanes del oscilador.
  • Cámara de tratamiento (2) de la corriente eléctrica generada, donde se recoge la energía producida en el estator y mediante el equipo de electrónica de potencia se la dota de los parámetros (tensión y frecuencia) adecuados.

Si es necesario, bien porque la potencia generada sea elevada, bien porque la distancia hasta la subestación eléctrica que recoge la corriente producida en cada módulo captor sea considerable, en esta cámara de tratamiento se situará el transformador elevador. La barra de generación atraviesa limpiamente la cámara de estabilidad a través de su hueco central y está apoyada, como se muestra en la figura precedente, en la parte superior de la misma (por supuesto sujetas ambas de tal forma que soporten los esfuerzos de tracción que la boya realizará sobre la barra de generación).

Con esta configuración compacta se logran equipos incluso para potencias de 227 kW. Infinitamente más manejables que los “monstruos” de las fotografías precedentes y se facilita el mantenimiento de estos equipos, ya que en caso de avería en uno de ellos, bastará que la barcaza del servicio lleve una nueva barra generadora que sustituya a la averiada y regrese a puerto llevando el equipo averiado para proceder a su reparación.

Aumento de la fiabilidad del equipo

Como consecuencia de la supresión de la turbina y de su caja de engranajes, multiplicadora sus revoluciones, se eliminan dos elementos muy sensibles, no solo intrínsicamente por lo que son en la cadena de generación, sino que también por los elementos de control que llevan asociados, que llevan como consecuencia la parada de producción del módulo, ante el más mínimo fallo de cualquiera de ellos.

Aumento de la fiabilidad de la central undimotriz

El conjunto de módulos captores envían, de forma individualizada, la energía que producen a la subestación eléctrica, difiriendo de otros procedimientos actualmente en desarrollo, en los que diversas boyas, transmiten sus esfuerzos de forma conjunta y que convergen sobre una única turbina, que se convierte en “elemento único e imprescindible” y el riego de que cualquier avería que en ella se produzca ocasione la parada de toda la planta.

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Dado que como se representa en la figura adjunta, cada uno de los módulos envía la energía que produce directamente a la subestación, en caso de que el sistema de control incorporado en cada elemento detecte alguna anomalía, dará la orden de que se detenga, se ponga en posición segura y que espere hasta que el equipo de mantenimiento lleve otra barra generadora, substituya la averiada, conecte la de repuesto y la ponga en marcha. En toda esta operación solo habrá dejado de producir el elemento afectado.

Tecnologías más significativas incorporadas o previstas desarrollar en el proyecto

Durante el desarrollo del proyecto Energywave se realizará la investigación y ensayo de distintas tecnologías, unas totalmente nuevas y ya patentadas y otras, ya conocidas pero que deberán ser adaptadas al proyecto que nos ocupa. Se investigará y desarrollarán los siguientes sistemas:

a) En relación con el generador eléctrico propiamente dicho:

  • Sistema de generación eléctrica, sustituyendo el habitual alternador rotativo por el generador lineal de reluctancia conmutable de la patente, que permitirá acoplar la boya (con movimiento lineal) directamente al oscilador (elemento que porta los electroimanes) cuyo movimiento es también, rectilíneo y alineado con el de la boya.
  • Sistema de tratamiento de la corriente eléctrica generada, adaptando los sistemas habituales de electrónica de potencia a la tipología de las ondas generadas en este atípico generador lineal.
  • Sistema de control de la inyección de corriente en las bobinas del oscilador.
  • Estudio y optimización de los circuitos magnéticos del oscilador y del estator.
  • Sistema de detección de la velocidad del oscilador.

b) En relación con el módulo captor:

  • Sistema captor de la energía de la ola, diseñando una boya, con los perfiles hidrodinámicos tales que favorezca su flotabilidad y optimice el efecto antena en este tipo de captador puntual.
  • Sistema de transmisión del movimiento de la boya al oscilador.
  • Sistema de flotabilidad del módulo captor.
  • Sistema de estabilidad y anclaje al fondo marino del módulo captor.
  • Sistema de autoprotección del módulo.
  • Sistema de Eestanqueidad de las diversas cámaras del módulo.

Estado de desarrollo de las tecnologías de la competencia

Todos los sistemas anteriores poseen ciertas características comunes, entre las que se citan las siguientes:

  • Los movimientos lineales de los captadores puntuales (boyas) y de los atenuadores (Pelamis) se convierten mediante la compresión de fluidos líquidos, en movimientos giratorios, gracias a la acción de esos fluidos sobre los álabes de una turbina, normalmente del tipo Pelton, cuyo rendimiento está entre el 85 y el 90%.
  • Dado el bajo régimen de revoluciones que el propio procedimiento conlleva (adecuado al vaivén del oleaje) es necesario elevar el número de las mismas antes de aplicarlas al generador eléctrico rotativo, lo que se consigue mediante un multiplicador de engranajes, cuyo rendimiento, en el caso más favorable, es del 95%.
  • Adicionalmente, y en el caso de los captadores puntuales (Pontoon) para optimizar sus costos, se agrupa la acción de todos ellos para mover una única turbina, que pasa a convertirse en elemento único de la cadena de generación con lo que ello significa de fragilidad del sistema, ya que un fallo en ella o en cualquiera de sus elementos de protección y control produciría un “black out” de toda la central.
  • Producción eléctrica exógena a los captadores cuyos fluidos comprimidos confluyen sobre un único grupo turboalternador.
  • Otra característica de los actuales captadores OPT como la de los atenuadores Pelamis es que, al estar flotando, siempre, en la superficie marina, se encuentran indefensos ante los embates de las olas, creándoles una enorme fragilidad, que han producido rotura de sus amarres, con la aparición de boyas en playas en las Islas Canarias, o de Pelamis flotando en medio del océano, con el peligro que ello supone para la navegación, además del costo económico que su pérdida puede suponer.
  • En cuanto al sistema Undigen que elimina la turbina y utiliza un enorme generador lineal de alta reluctancia tipo Wedge, basta solo mirar los documentos fotográficos que sus promotores han difundido para hacerse una idea, dado su tamaño, de lo que puede suponer en costos de fabricación y mantenimiento.

Diferenciación entre la tecnología Fahemar y otras patentes

Las ventajas del sistema Fahemar, en líneas generales, son las siguientes:

  • Simplificación del sistema de transformación energética, eliminando la conversión de un movimiento lineal en otro rotativo, con lo que desaparecería la turbina y el elemento multiplicador de revoluciones, con lo que se produciría un Incremento de la producción entre el 16,96 y el 23,84%.
  • Consecución de elementos generadores, modulares, compactos y totalmente autónomos, independientes unos de otros, que producen en su interior una corriente eléctrica “exportable”, alterna, trifásica, a 50 Hz, apta para ser directamente inyectada en la red.
  • Conseguir que esos elementos modulares, que se encuentran flotando en la superficie, puedan ser sumergidos y llevados, de una forma totalmente automática, a una profundidad tal en la que el embate de las olas no puedan afectar la integridad del elemento, y que, una vez pasado el peligro, vuelvan a su posición de “trabajo”, también de forma automática.
  • Tratamiento “ola a ola” de la energía que cada una de ella porta, para optimizar costos de fabricación y de mantenimiento.
  • Equipos más ligeros y menos pesados y más fáciles de transportar y manipular.

Recapitulación de las características y ventajas del sistema Fahemar

El sistema Fahemar ofrece importantes diferencias frente a otros sistemas de aprovechamiento de energía Undimotriz, figurando entre ellas:

  • La generación se produce en el mismo elemento captor, transformando el movimiento alternativo rectilíneo directamente en energía eléctrica, sin necesidad de establecer otros pasos intermedios (brazos articulados que transmitan el movimiento a generadores rotativos, cámaras de aire o pistones que accionen fluidos que muevan palas de turbinas, etc.) que disminuyan los rendimientos del sistema y que introduzcan elementos susceptibles además de ser objeto de mantenimiento.
  • Superior rendimiento que las máquinas que se están ensayando y poniendo en marcha en España.
  • La utilización de corrientes de inducción, en vez de imanes permanentes permite regular la corriente y potencia que da cada máquina, optimizando el sistema a la altura y frecuencia de las olas, e incluso situarla en posición de ‘stand by’ si las condiciones medioambientales son adversas.
  • Gracias al procedimiento Fahemar se puede lograr un elemento captor compacto y totalmente estanco, evitando que el agua pueda introducirse en el interior de su zona sensible, la barra generadora.
  • Total adaptación del elemento captor a la altura de cada ola y a su frecuencia.
  • Reducido volumen del equipo captor, lo que permite situarlos a una corta distancia unos de otros y lo que significa que en unos pocos cientos de metros cuadrados de superficie marítima ocupada, obtener un alto rendimiento energético.
  • Reducida dimensión de la barra generadora (un máximo de 16 metros de longitud total y hasta 227 kW de potencia), lo que permite situarlos a una corta distancia de la línea costera, prácticamente en la misma línea de playa y situar la sala eléctrica, en muchos casos, en tierra firme.
  • Fácil extracción del elemento captor (al estar simplemente apoyado en la cámara de estabilidad), lo que facilita su substitución por otro equipo similar y su traslado a tierra para su reparación.
  • Bajos costos de mantenimiento, ya que, al estar todos los elementos al nivel del mar, podrá efectuarse mediante barcazas dotadas de grúas, evitando la utilización de costosos elementos de transporte.
  • Eliminación del riesgo de paro total de la producción de la central, ya que al producirse, en cada generador la transformación energética, eliminamos la posibilidad de que una avería en la turbina general utilizada en otros procesos provoque el black out de toda la instalación.
  • Tecnología simple y conocida, lo que abarata los costes de fabricación.
  • Patente española, carente de royalties.
  • Amplias posibilidades de control y automatismo sobre el sistema, que permiten obtener una central totalmente autónoma y desatendida.
  • Posibilidad de trabajar “en isla”.
  • Un corto período de retorno de la inversión, dado que no son necesarias grandes obras de infraestructura.

Parque de boyas Fahemar

El elemento captor descrito podemos utilizarlo, como una de las aplicaciones favoritas de esta invención, en un parque de boyas Fahemar, una central Undimotriz formada por un conjunto de elementos regularmente distribuidos (que por su tamaño pueden estar relativamente próximos unos a otros) pudiendo lograrse una elevada potencia en un espacio muy inferior a los que ocupan los sistemas actuales.

El esquema de una de estas centrales undimotrices se muestra en la figura adjunta.

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Todo el equipo eléctrico de control (Scada), como también el de tratamiento de la energía recogida en las barras generadoras, así como los elementos de protección y transformación se encontrarán en un edificio (6) montado bien en la línea costera (la pequeña longitud de las barras permiten colocarlas en auténticas instalaciones ‘on shore’ junto a la línea costera) o bien sobre una plataforma elevada (7), situada en el centro de gravedad del Parque en países que, a diferencia de España, tengan una plataforma litoral que lo permita.

Sistema de seguridad

Además del sistema de control, se dispondrá también de un sistema de protección activa que permita llevar a las boyas de los elementos captores a una posición segura, en la que no pueda afectarle las eventuales acciones peligrosas del embate de las olas, cuando éstas superen el límite admisible por los referidos elementos captores. Para ello se dispondrá un sistema de distribución de aire comprimido que se hará llegar a todas y cada una de las boyas.

Este sistema de aire comprimido nos permitirá, en similitud con un buque submarino, hacer que la boya se sumerja si las condiciones son adversas, abriendo una válvula de inundación. Cuando esas condiciones adversas desaparezcan el sistema de aire comprimido hará entrar aire que desplazará el agua que la inunda y se incorporará a su posición de trabajo.

Unos adecuados presostatos vigilarán que las presiones a las que se van a someter las boyas no superen los límites correctos y puedan dañarlas. Este mismo sistema de inundación será aplicado a la cámara de estabilidad, cuando la profundidad del lecho marino lo permita.

Entrevista a Fabian Herreros Hidalgo, responsable de Fahemar Energy, s.l.u e ingeniero diseñador del proyecto

Su proyecto cuenta con dos patentes de invención. ¿En qué consisten?

Sí, he diseñado y obtenido de la Oficina Española de Patentes y Marcas dos patentes de invención, que si ya son interesantes y potentes separadamente (una de ellas, un generador de corriente eléctrica, lineal axilsimétrico, de reluctancia conmutable que puede ser incluso vendido a la competencia), unidas constituyen un procedimiento totalmente novedoso que permite convertir la energía presente en las olas del mar (undimotriz) en energía eléctrica, transformando el movimiento alternativo de una boya en electricidad, directamente, y sin necesidad de transformar ese movimiento lineal en otro rotatorio, que evidentemente disminuirá de forma considerable el rendimiento de la transformación.

Entonces, el sistema está basado en el movimiento ascendente/ descendente de una boyas...

En síntesis, así es. La boya arrastra un conjunto de elementos electromagnéticos que crean un campo magnético y que, al moverse en las proximidades de unas espiras de material conductor, inducen sobre ellas una corriente eléctrica que, convenientemente tratada, puede introducirse en la red de la misma manera que se hace con la corriente eléctrica producida en un aerogenerador o en las placas solares. Las boyas son absorbedores puntuales modulares, cuya potencia individual dependerá de las condiciones medioambientales del entorno en donde se ubiquen, que se pueden situar formando un “parque de boyas” de potencias considerables. 

Dado que la boya es el elemento motriz que para producir electricidad debe mantenerse en la superficie marina, ¿cómo se defiende el sistema frente a episodios de ciclogénesis explosivas como las vividas el pasado invierno en la costa cantábrica?

Una de las características que diferencian al sistema Fahemar del resto de sus competidores es su sistema de autoprotección, que permite a su componente superficial (la boya) sumergirse hasta una profundidad donde el oleaje no le afecte y retornar a su posición de trabajo una vez que la galerna ha pasado

¿Ha contactado con las empresas productoras para ofrecerles su proyecto?

He mantenido reuniones con los responsables de energías renovables de Endesa, Fenosa, Acciona, catedráticos de la Escuela de Ingenieros de Caminos, etc., a los que sorprendió la sencillez del invento. Las citadas empresas generadoras de las 3 patas (I+D+i) me ofrecen participar en la última fase, en la construcción y explotación de esas centrales, una vez que yo haya ensayado el prototipo.

¿Ha explorado las posibilidades en las Comunidades Autónomas?

He tratado de ponerme en contacto con distintas Autonomías que poseen litoral marítimo, intentando que se interesen en el desarrollo de esta idea, dado el potencial que supondría en creación de puestos de trabajo la instalación de una fábrica dedicada a producir estos elementos —sería una revolución similar a lo que ha significado la fabricación de aerogeneradores—, así como el conjunto de puestos indirectos originados por la creación de las infraestructuras dedicadas al mantenimiento de las futuras centrales. A pesar de todas las buenas palabras no he podido encontrar forma de rentabilizar mi invento.

¿En qué estadio se encuentra el proyecto en este momento?

Llevo ya un dilatado período de tiempo intentando inútilmente recabar apoyo financiero (CDTI, Comunidades Autónomas, etc.) que me permita construir un modelo a escala ensayable en un tanque de olas, precursor del prototipo que sería ensayado en la plataforma oceánica.

Respondiendo a su pregunta, le diré que el proyecto se encuentra totalmente paralizado, y a la búsqueda de un 'sponsor' que quiera participar conmigo en lo que yo no quiero calificar de aventura puesto que estoy seguro de la bondad de mis patentes y que el éxito está garantizado.

Entonces, ¿qué cree que ocurrirá?

Sin necesidad de mirar en ninguna bola de cristal, es fácil predecir que si quiero ver el sistema Fahemar produciendo energía eléctrica, no me va a quedar otra salida que contactar con las embajadas de aquellos países interesados en este tipo de energía y ofrecerles mis patentes a cambio de su apoyo para el desarrollo y ensayo de mi prototipo. Una vez más, y desafortunadamente, España dejará pasar una ocasión innovadora y se hará realidad el '¡¡Qué inventen ellos!!' de Miguel de Unamuno.

 

 

Comentarios al artículo/noticia

#1 - Jorge Angarita Guevara
08/11/2015 21:12:43
Específicamente sobre el sistema undimotriz Fahemar me parece sencillamente maravilloso y a países como Colombia que poseen una amplia área marítima y en los dos océanos debía convertirse en pionero para el desarrollo de esta tecnología, de verdad felicito a su creador y si en algo pudiera participar seria para mi un gran honor como técnico electricista con énfasis en generación que soy.

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