ENERGIA UNDIMOTRIU: HISTÒRIA, COM FUNCIONA, AVANTATGES, DESAVANTATGES - MEDI AMBIENT - 2025

La energia ones o onamotriu és l'energia mecànica que genera l'onatge i que és transformada en energia elèctrica. Es tracta d'energia cinètica de l'aigua, produïda per l'energia de vent en el seu fricció amb la superfície de cossos d'aigua.

Aquesta energia cinètica és transformada mitjançant turbines en energia elèctrica, sent una energia renovable i neta. Els antecedents de l'ús d'aquesta energia es remunten a el segle XIX, però és a finals de segle XX quan comença a prendre auge.

Poder de les ones. Font: Mostafameraji

Avui dia existeixen gran quantitat de sistemes proposats per aprofitar les formes de l'energia undimotriu. Entre aquests es troben l'oscil·lació de l'ona, xoc de l'onatge o variacions de pressió sota l'onada.

El principi general d'aquests sistemes és similar i consisteix a dissenyar dispositius que transformen l'energia cinètica de l'onatge en energia mecànica i després en elèctrica. No obstant això, el disseny i implementació és molt variable, i pot instal·lar-se a la costa o mar endins.

Els equips poden estar submergits, semisubmergits, flotants o construïts en la línia costanera. Hi ha sistemes com el Pelamis, on el moviment ascendent de l'onatge activa sistemes hidràulics per empenta que activen motors acoblats a generadors elèctrics.

Altres aprofiten la força de l'onatge a l'trencar a la costa, bé sigui empenyent pistons hidràulics o columnes d'aire que mouen turbines (Exemple: sistema OWC, Oscilating Water Column).

En altres dissenys s'aprofita la força de l'onada a l'trencar a la costa per canalitzar-la i omplir dipòsits. Posteriorment s'aprofita l'energia potencial d'l'aigua emmagatzemada per per gravetat moure turbines i generar energia elèctrica.

L'energia onamotriu té indubtables avantatges, ja que és renovable, neta, de font gratuïta i de baix impacte ambiental. No obstant això, implica alguns desavantatges associades a les condicions ambientals en què treballen els equips i les característiques pròpies de l'onatge.

Les condicions de l'ambient marí sotmeten a les estructures a la corrosió de l'salnitre, l'acció de la fauna marina, l'alta radiació solar, el vent i les tempestes. Per tant, depenent de el tipus de sistema les condicions de treball poden ser difícils, especialment en sistemes submergits o ancorats mar endins.

Així mateix, el manteniment és costós especialment en els sistemes a mar obert, ja que els ancoratges han de ser revisats periòdicament. D'altra banda, depenent de el sistema i de l'àrea poden impactar negativament en activitats de navegació, pesca i recreació.

història

Té els seus antecedents en el segle XIX quan l'espanyol José Barrufet va patentar el que va denominar «marmotor». Aquesta màquina produïa electricitat a partir de l'oscil·lació vertical de l'onatge i no es va comercialitzar fins als anys 80 d'el segle XX.

L'aparell de Barrufet consistia en una sèrie de boies que oscil·laven de dalt a baix amb les onades, accionant un generador elèctric. El sistema era poc eficient però, segons el seu inventor, era capaç de generar 0,36 kW.

Avui dia hi ha més de 600 patents per aprofitar la força de l'onatge per tal de generar energia elèctrica. Aquests poden funcionar mitjançant la força produïda per l'oscil·lació vertical o la generada pel xoc de l'onada a la costa.

Com funciona l'energia undimotriu?

Convertidor Pelamis a Peniche, Portugal. Font: Dipl. Eng. Guido Grassow

El funcionament dels sistemes undimotrices depèn de el moviment que es vulgui aprofitar de l'onatge. Hi ha sistemes flotants o ancorats costa endins, que aprofiten l'oscil·lació vertical d'l'aigua, mentre que altres capten la força de xoc de l'onatge a la costa.

Igualment, hi ha aquells que empren la variació de pressió sota la superfície de l'onada. En alguns casos, l'energia cinètica de l'onatge permet emmagatzemar l'aigua marina i aprofitar la seva energia potencial (caiguda per gravetat) per activar turbines elèctriques.

En altres sistemes, l'energia mecànica de l'onatge produeix moviments de pistons hidràulics o de masses d'aire que activen motors hidràulics o turbines per generar l'electricitat.

- Sistemes flotants o ancorats costa endins

Aquests sistemes poden ser semisubmergits o submergits i aprofiten el moviment oscil·lant que provoca l'onatge costa endins. Alguns sistemes utilitzen la força de l'onatge superficial i altres el moviment profund.

onatge superficial

Hi ha sistemes de segments articulats, com el Pelamis o "serp marina", en què l'onatge mou mòduls articulats que activen sistemes de motors hidràulics acoblats a generadors elèctrics.

Una altra alternativa és el Salter Duck, on unes boies fixes a un eix realitzen un moviment de capcineig amb l'onatge, activant igualment motors hidràulics. D'altra banda, hi ha tot un seguit de propostes basades en boies l'oscil·lació activa igualment sistemes hidràulics.

Moviment oscil·lant profund

El Oscil·lador d'onada de Arquímedes consisteix en dos cilindres muntats en sèrie en una estructura ancorada al fons marí. El cilindre superior disposa d'imants laterals i es desplaça verticalment cap avall amb la pressió de l'onada.

Quan el cilindre baixa, pressiona el cilindre inferior que conté aire i, a l'cedir la pressió de l'ona, la pressió de l'aire impulsa el sistema cap amunt. El moviment oscil·lant en sentit vertical de l'cilindre imantat permet generar electricitat mitjançant una bobina.

Wave Dragon

Consisteix en una plataforma flotant amarrada a fons amb aletes que permeten rebre l'aigua moguda per l'onatge fent que s'inundi l'estructura. L'aigua s'acumula i després es fa circular per una columna central a través d'una turbina.

- Sistemes costaners

Aquests sistemes s'instal·len a la costa i aprofiten l'energia generada a l'trencar les ones. La limitant d'aquests sistemes és que funcionen només en costes de fort onatge.

Un exemple és el sistema dissenyat per l'enginyer basc Iñaki Valle, que consisteix en una plataforma ancorada a la costa en pendent amb un imant sobre rails. L'onatge empeny l'imant cap amunt, descendeix per gravetat i el moviment indueix a una bobina a produir electricitat.

sistema

Consisteix en un sistema de plaques que oscil·len endavant i enrere amb el flux i reflux de l'onatge i aquest moviment, mitjançant una bomba de pistó, activa la turbina elèctrica.

sistema SDE

En aquest cas es tracta d'unes planxes flotants ancorades a la costa que reben la força de l'trencament de l'ona i activen un sistema hidràulic. El motor hidràulic al seu torn impulsa una turbina que genera electricitat.

sistema CETO

Consisteix en una sèrie de boies submergides ancorades a el fons marí i l'oscil·lació activa bombes hidràuliques que porten aigua de mar a la costa. L'aigua bombada activa a una turbina per generar l'electricitat.

Sistemes que aprofiten l'energia potencial

Hi ha una sèrie de sistemes que emmagatzemen l'aigua de mar en tancs i després, per gravetat, poden activar turbines Kaplan i generar electricitat. L'aigua arriba als tancs impulsada pel propi onatge com en el sistema TAPCHAN (Tapered Channel Wave Power System) o el SSG Wave Energy (Sea-wave Slot-cone Generator).

Sistemes de columna d'aigua-aire

En altres casos, la força de l'aigua impulsada per l'onatge es fa servir per desplaçar una columna d'aire que a el passar per una turbina genera electricitat.

Per exemple, en el sistema OWC (Oscilating Water Column) l'aigua en el flux d'onatge penetra per un conducte i impulsa l'aire interior. La columna d'aire ascendeix per una llar de foc i passa a través de la turbina per sortir a l'exterior.

A l'retirar l'aigua al reflux de l'onatge l'aire torna a penetrar a la xemeneia movent novament la turbina. Aquesta té un disseny que la fa moure en el mateix sentit en els dos fluxos.

Un altre sistema similar és el ORECON, on l'oscil·lació de l'aigua dins de la cambra impulsa un flotador que al seu torn pressiona l'aire a passar per la turbina. Aquest sistema funciona igualment mitjançant el moviment de l'aire en les dues direccions.

avantatges

Granja d'onades. Font: P123

energia renovable

Es tracta d'una energia provinent d'una font natural virtualment inesgotable com ho és l'onatge marí.

La font d'energia és gratuïta

La font de l'energia undimotriu és l'onatge marí, sobre el qual no s'exerceix propietat econòmica.

energia neta

L'energia undimotriu no genera residus i els sistemes proposats fins ara per a l'aprofitament de la mateixa tampoc generen deixalles rellevants en el procés.

Baix impacte ambiental

Qualsevol intromissió en el medi aquàtic o costaner genera algun impacte ambiental, però la majoria dels sistemes proposats són de baix impacte.

Associació amb altres fins productius

Alguns sistemes undimotrices permeten extreure aigua marina per a realitzar processos de dessalinització i obtenció d'aigua potable, o per a la producció d'hidrogen.

Per exemple, aquells el funcionament implica captar i emmagatzemar aigua de mar a la costa, com ara l'TAPCHAN i el SSG Wave Energy.

desavantatges

La majoria dels desavantatges no són absolutes, sinó que depenen de sistema ones específic que estiguem avaluant.

Força i regularitat de l'onatge

La taxa de producció d'energia depèn de l'comportament aleatori de l'onatge en regularitat i força. Per tant, les àrees on pot ser efectiu l'aprofitament d'aquesta energia són limitades.

L'amplitud i la direcció de l'ona tendeix a ser irregular per la qual cosa la potència entrant és aleatòria. Això dificulta que l'aparell obtingui el màxim rendiment en tot l'interval de freqüències i l'eficiència de conversió energètica no és alta.

manteniment

El manteniment de les estructures involucrades comporta certes dificultats i costos, atesos els efectes corrosius de l'salnitre marí i el mateix impacte de l'onatge. En el cas de les instal·lacions mar endins i submergides, el cost de manteniment s'incrementa per les dificultats d'accés i la necessitat de supervisió periòdica.

Condicions climàtiques i ambientals en general

Les estructures per a la captació de l'energia de l'onatge i la seva conversió en energia elèctrica, es veuen sotmeses a condicions extremes en l'ambient marí. Aquestes inclouen humitat, salnitre, vents, pluges, tempestes, huracans, entre d'altres.

Les tempestes impliquen que l'aparell hagi de suportar càrregues 100 vegades majors a la nominal, el que pot produir desperfectes o danys totals dels equips.

vida marina

La vida marina també és un factor que pot afectar la funcionalitat dels equips com animals d'envergadura (taurons, cetacis). D'altra banda, els bivalves i algues s'adhereixen a la superfície dels equips causant un deteriorament important.

Inversió inicial

La inversió econòmica inicial és alta, a causa dels equips requerits i les dificultats de la seva instal·lació. Els equips necessiten materials i recobriments especials, hermètics i sistemes ancoratges.

Impacte en activitats antròpiques

Depenent de el tipus de sistema emprat, aquests poden afectar la navegació, la pesca i l'atractiu turístic a l'àrea.

Països que utilitzen energia ones

Central undimotriu de Motrico (Espanya). Font: Txo

Espanya

Si bé el potencial de la mar Mediterrània és baix pel que fa a energia undimotriu, al mar Cantàbric ia l'oceà Atlàntic si resulta molt alt. A la localitat basca de Mutriku ha una central construïda en 2011 amb 16 turbines (potència de 300kW).

En Santoña (Cantàbria) hi ha una altra central ones que utilitza 10 boies submergides per aprofitar l'energia d'oscil·lació vertical de les ones i generar electricitat. A les Illes Canàries existeixen diversos projectes per tal d'impulsar l'energia undimotriu causa de les condicions favorables de les seves costes.

Portugal

L'any 2008, l'empresa Ocean Power Delivery (OPD) va instal·lar tres màquines Pelamis P-750 situades a 5 km de la costa portuguesa. Aquestes es troben a prop de Póvoa de Varim, amb una capacitat instal·lada de 2,25 MW.

Escòcia (Regne Unit)

La tecnologia OWC s'està utilitzant a l'illa d'Orkney, on hi ha un sistema instal·lat des de l'any 2000 anomenat LIMPET. Aquest sistema té una producció màxima de 500 kW.

Dinamarca

L'any 2004 es va instal·lar un projecte pilot de l'tipus Wave Dragon a Dinamarca, sent les seves dimensions de 58 x 33 mi amb una potència màxima de 20 KW.

Noruega

Està en progrés la instal·lació d'una planta de sistema SSG Wave Energy a Svaaheia (Noruega).

Estats Units

L'any 2002 es va instal·lar un projecte pilot d'un dispositiu Power Buoy a New Jersey, amb una boia mar endins de 5 m de diàmetre, 14m de longitud i una potència màxima de 50 kW.

A Oregon es va instal·lar una planta pilot de SSG Wave Energy al port de Garibaldi. Així mateix, a Hawaii impulsen les fonts d'energia renovable i, en el cas de l'illa Maui, la font renovable principal és l'energia undimotriu.

referències

1. Amundarain M (2012). L'energia renovable procedent de les onades. Ikastorratza. E-Revista de Didàctica 8. Revisada 2019.08.03 de ehu.eus
2. Coves T i Ulloa A (2015). Energia ones. Seminari Mercat d'Energia Convencional i Renovable per a Enginyers Civils. Facultat de Ciències Físiques i Matemàtiques, Universitat de Xile. 13 pàg.
3. Falcão AF d'O (2010). Wave energy utilization: A review of the technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews 14: 899-918.
4. Rodríguez R i Chimbo M (2017). Aprofitament de l'energia undimotriu en l'Equador. Ingenius 17: 23-28.
5. Suárez-Quijano I (2017). Dependència energètica i energia ones a Espanya: el gran potencial de la mar. Grau en Geografia i Ordenació de el Territori, Facultat de Filosofia i Lletres, Universitat de Cantàbria. 52 pàg.
6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP and Buccino M (2012). The SSG Wave Energy Converter: Performance, Status and Recent Developments. Energies 5: 193-226.

   Weebly. En línia: taperedchannelwaveenergy.weebly.com