Esudio de plantas de producción de energías renovables con aprovechamiento de la energía del mar

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El cambio climático y la necesidad de reducir las emisiones a la atmósfera de gases de efecto invernadero, la abrumadora dependencia de los combustibles fósiles, las incertidumbres en torno al abastecimiento energético actual y futuro, y la consiguiente escalada de los precios de la energía, se han erigido en los últimos años en asuntos de honda preocupación política, orientando los objetivos de las políticas climáticas y energéticas de los países de nuestro entorno europeo hacia la consecución de la sostenibilidad ambiental, la seguridad e independencia energéticas y la competitividad económica. Las energías renovables juegan un papel fundamental en este marco, y así se ha reconocido por la Unión Europea, que en 2007 adquirió el compromiso de transformar Europa en una economía de alta eficiencia energética y con bajas emisiones de gases de efecto invernadero, comprometiéndose a la reducción del 20% de este tipo de emisiones, al ahorro de un 20% del consumo de energía, y a la consecución de un objetivo del 20% de energía renovable en el consumo total de energía de la UE en 2020. El compromiso político se ha dotado de garantías legales con la Directiva 2009/28/CE relativa al fomento del uso de energías procedentes de fuentes renovables, obligando a los Estados miembros a la adopción de las medidas necesarias para la consecución del objetivo global del 20% de energías renovables en 2020 en el conjunto de la UE. Constituye un hito en el impulso de las energías renovables, puesto que la fijación de objetivos jurídicamente vinculantes marca una senda de futuro, con continuidad más allá de 2020, y abre un horizonte de oportunidades para el desarrollo de nuevas fuentes y tecnologías de energía renovable, y de sectores económicos ligados a las mismas. En este contexto, el mar representa una inmensa fuente de energía limpia e inagotable, prácticamente sin explotar, y las aguas de nuestras regiones atlánticas atesoran excelentes recursos energéticos marinos. El Arco Atlántico, desde Escocia hasta Portugal es el área con mejores recursos undimotrices de Europa, y sus olas presentan una densidad superior a la media mundial. La energía de corrientes presenta un carácter más localizado dentro del Arco, con ubicaciones con excelentes posibilidades. A su vez, el recurso eólico es intenso y sostenido. De manera introductoria, y para conseguir ubicarnos en nuestro campo de estudio, comenzaremos con la búsqueda de documentación sobre las energías renovables existentes y en aplicación; el contexto energético actual en que nos encontramos; el marco normativo que regula este régimen especial, las distintas políticas de fomento implantadas y el cambio que han sufrido en los últimos años para concienciarnos de la necesidad del vuelco hacia las energías renovables. Además analizaremos de manera global el desarrollo que se ha producido en las llamadas “energías limpias”: los distintos recursos de los que se aprovecharán, las tecnologías existentes, sus características más influyentes, así como las regulaciones que afecten a su crecimiento. Haremos un seguimiento de la emergente evolución que, en los últimos años, han presentado la gran variedad de energías renovables que conocemos. Una vez concienciados con el contexto energético mundial, europeo y nacional, y conocida la situación de las tecnologías renovables vamos a centrarnos en las energías de aprovechamiento del mar y los océanos: las tecnologías actualmente disponibles, las características que presentan, sus ventajas e inconvenientes, la implantación de proyectos actuales, así como las perspectivas futuras. De manera especial analizaremos las instalaciones más importantes que funcionan en la actualidad con el fin de recopilar la mayor información económica posible sobre costes de operación y mantenimiento entre otros. Analizaremos el estado de estas tecnologías marinas en España, los emplazamientos posibles más propicios para instalarse, los proyectos que empiezan a nacer, los planes estratégicos y las barreras que se van a encontrar. Con toda la información recopilada en nuestro proyecto, vamos a realizar un estudio de aplicación práctica que nos proporcione la retribución necesaria que deberían recibir este tipo de instalaciones para ser rentables económicamente. Por último se explicarán las diferentes conclusiones obtenidas del análisis realizado a lo largo de la totalidad del proyecto final de carrera.
Ingeniería Técnica en Electricidad
Publicado el : miércoles, 01 de junio de 2011
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Número de páginas: 151
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Departamento de Electricidad





PROYECTO FIN DE CARRERA





ESTUDIO DE PLANTAS DE
PRODUCCIÓN DE ENERGÍAS
RENOVABLES CON
APROVECHAMIENTO DE LA
ENERGÍA DEL MAR









Autor: Carlos Caballero Santos

Tutor: María Consuelo Gómez Pulido



Leganés, junio de 2011

















































2

Título: Estudio de plantas de producción de energías renovables con aprovechamiento
de la energía del mar.
Autor: Carlos Caballero Santos
Director: María Consuelo Gómez Pulido





EL TRIBUNAL



Presidente: Pablo Ledesma Larrea


Vocal: Manuel García Plaza


Secretario: Juan Ignacio López Ruiz




Realizado el acto de defensa y lectura del Proyecto Fin de Carrera el día 29 de Junio de
2011 en Leganés, en la Escuela Politécnica Superior de la Universidad Carlos III de
Madrid, acuerda otorgarle la CALIFICACIÓN de







VOCAL







SECRETARIO PRESIDENTE




3


















































4
































“Realmente, no fracasé ni una sola vez, inventé la bombilla de luz, sólo que fue un
proceso de dos mil pasos”

Thomas Alva Edison














5

















































6
Índice
OBJETIVO 12
INTRODUCCIÓN 14
2.1Contexto energético 14
2.1.1 Introducción al contexto energético 14
2.1.2 Situación energética mundial 15
2.1.2.1 Gas Natural 16
2.1.2.2 Petróleo 17
2.1.2.3 Carbón 17
2.1.2.4 Energía nuclear 18
2.1.2.5 Hidroelectricidad y fuentes renovables 19
2.1.3 Situación energética europea 20
2.1.3.1 Petróleo 20
2.1.3.2 Gas Natural 21
2.1.3.3 Carbón 21
2.1.3.4 Energía Nuclear 21
2.1.3.5 Energías Renovables 21
2.1.4 Situación energética en España 23
2.2 Las Energías Renovables: fomento y marco normativo 26
2.2.1 Estrategia europea de desarrollo sostenible 26
2.2.2 Estrategia nacional 30
2.2.2.1 Objetivos y trayectorias de la energía renovable 30
2.2.2.2 Medidas para alcanzar los objetivos marcados 32
2.2.2.3 Medidas específicas para el sector de energías renovables 34
2.2.2.4 Tarifas y primas para instalaciones de régimen especial 34
2.3 Evolución de las Energías Renovables 36
2.3.1 Mundial 36
2.3.2 Europa 37
2.3.3 España 38
2.3.3.1 Eólica 39
2.3.3.2 Solar 42
2.3.3.2.1 Fotovoltaica 42
2.3.3.2.2 Termoeléctrica 43
2.3.3.3 Biocarburantes 44
2.3.3.4 Biomasa 45
2.3.3.5 Geotérmica 47
2.3.3.6 Hidráulica 48
2.3.3.7 Marina 50
APROVECHAMIENTO DE LAS ENERGÍAS DE MAR 53
3.1 Tecnologías disponibles 53
3.1.1 Introducción 53
3.1.2 Conceptos, características y clasificación 54
3.1.3 Energías renovables marinas u oceánicas 56
3.1.3.1 Energía de las olas 56
3.1.3.1.1 Introducción a la energía undimotriz 56
3.1.3.1.2 Registros 56
3.1.3.1.3 Parámetros a considerar 57
7
3.1.3.1.3.1 Parámetros energéticos 57 2 Parámetros climáticos 58
3.1.3.1.3.3 Parámetros geográficos 58
3.1.3.1.4 Clasificación de los dispositivos 59
3.1.3.1.4.1 Según la ubicación 59 2 Según el tamaño y orientación 60
3.1.3.1.4.3 Según la extracción de energía 61 4 Según el principio de captación 62
3.1.3.1.4.5 Según la posición relativa al agua 62
3.1.3.2 Energías de las mareas 63
3.1.3.2.1 Introducción a la energía mareomotriz 63
3.1.3.2.2 Clasificación de las mareas 64
3.1.3.2.2.1 Según el periodo 64 2 Según la posición de la Tierra y los astros 64
3.1.3.2.3 Aprovechamiento de las mareas: Clasificación de los ciclos 65
3.1.3.2.3.1 Ciclo de simple efecto 65 2 Ciclo de doble efecto 66
3.1.3.2.3.3 Ciclo de acumulación por bombeo 66 4 Ciclos múltiples 67
3.1.3.3 Energía de las corrientes marinas 67
3.1.3.4 Energia de los gradientes térmicos 68
3.1.3.4.1 Introduccón a la energía termomarina 68
3.1.3.4.2 Evolución histórica 68
3.1.3.5 Energía de gradiente salino 70
3.2 Características de las energías marinas 72
3.2.1 Energía undimotriz 72
3.2.1.1 Generalidades 72
3.2.1.2 Tecnologías y patentes 72
3.2.1.2.1 Columna de agua oscilante (OWC) 72
3.2.1.2.2 Convertidor KVAERNER 73
3.2.1.2.3 Canal cónico (TAPCHAN: TAPERED CHANEL) 73
3.2.1.2.4 OSPREY (Ocean swell powered renewable energy) 74
3.2.1.2.5 PATO SALTER 74
3.2.1.2.6 SEAREV 75
3.2.1.2.7 PELAMIS 76
3.2.1.2.8 MIGHT WALE 76
3.2.1.2.9 BALSA DE COCKERELL 77
3.2.1.2.10 WAVE PLANE 77 1 WAVE DRAGON 78
3.2.1.2.12 Plataforma flotante en forma de cuna (FWPV) 78 3 Bomba flotante MCCABE 78
3.2.1.2.14 AQUABUOY 79 5 POWERBUOY 79
3.2.1.2.16 BRISTOL 80 7 Arquímedes Wave Swing (AWS) 80
3.2.1.2.18 Bomba de manguera sueca 81 9 Bomba flotante sueca 81
3.2.1.2.20 Rectificado RUSSELL 81 1 OYSTER 82
3.2.1.3 Ventajas e inconvenientes 82
3.2.2 Energía mareomotriz 85
3.2.2.1 Sistemas generadores clasificación de turbinas 85
3.2.2.1.1 Turbinas bulbo axial 85
3.2.2.1.2 Turbinas tipo Straflo de rotor anular 85
3.2.2.1.3 Turbinas tubulares 85
3.2.2.2 Ventajas e inconvenientes 85
8
3.2.3 Energía de las corrientes marinas 87
3.2.3.1 Tecnología de aprovechamiento de las corrientes 87
3.2.3.2 Ventajas e inconvenientes 88
3.2.4 Energía de los gradientes térmicos 90
3.2.4.1 Aprovechamiento térmico marino 90
3.2.4.1.1 Sistema de ciclo abierto 90
3.2.4.1.2 Sistema de ciclo cerrado 91
3.2.4.1.3 Sistemas híbridos 93
3.2.4.1.4 Ventajas e inconvenientes de los distintos ciclos 93
3.2.4.2 Ventajas e inconvenientes 94
3.2.5 Energía de gradiente salino 95
3.3 Proyectos de energías marinas a nivel internacional 96
3.3.1 Instalaciones de tecnologías undimotrices 96
3.3.1.1 Portugal 96
3.3.1.2 Escocia 97
3.3.1.3 Australia 98
3.3.1.4 Noruega 98
3.3.1.5 Indonesia 99
3.3.1.6 Japón 99
3.3.1.7 Inglaterra 99
3.3.1.8 Gales 100
3.3.1.9 Dinamarca 100
3.3.1.10 Suecia 100
3.3.1.11 Irlanda 100
3.3.1.12 Estados Unidos 100
3.3.2 Instalaciones de tecnologías mareomotrices 101
3.3.2.1 Francia 101
3.3.2.2 Rusia 102
3.3.2.3 Estados Unidos 102
3.3.2.4 China 102
3.3.2.5 Instalaciones en proyecto 102
3.3.2.5.1 Proyecto de las Islas Chausey 102
3.3.2.5.2 Proyecto de la bahía Lumbovsky 102
3.3.2.5.3 Proyecto de la Bahía Mezem 103
3.3.2.5.4 Proyecto de la Bahía de Tugur 103
3.3.2.5.5 Proyecto de la Bahía de Penzhinsk 103
3.3.2.5.6 Proyecto de la Bahía de Fundy 103
3.3.2.5.7 Proyecto en el estuario del Severn 104
3.3.2.5.8 Proyecto del Golfo de San José 104
3.3.2.5.9 Otros proyectos internacionales 104
3.3.3 Instalaciones de tecnologías de corrientes marinas 105
3.3.4 Instalaciones de tecnologías termomarinas 107
3.3.5 Evaluación del uso y potencial de las distintas energías 108
3.3.5.1 Situación en Europa de la energía undimotriz 108
3.3.5.2 Situación en Europa de la energía mareomotriz 110
3.3.5.3 Situación en Europa de la energía de las corrientes marinas 110
3.3.5.4 Situación mundial de la energía maremotérmica 110
ANÁLISIS DEL ESTADO DE LAS TECNOLOGÍAS DE APROVECHAMIENTO DE LA
ENERGÍA DEL MAR EN ESPAÑA 111
4.1 Planes estratégicos 111
4.1.1 Planes nacionales 111
4.1.1.1 CENIT-E OCEAN LIDER 112
4.1.2 Planes de las principales regiones en la energía marina 113
9
4.1.2.1 País Vasco 113
4.1.2.2 Cantabria 114
4.1.2.3 Galicia 114
4.2 Emplazamientos disponibles 115
4.3 Barreras medioambientales, técnicas y económicas 120
4.3.1 Barreras medioambientales 120
4.3.2 Barreras técnicas 121
4.3.3 Barreras económicas 123
4.4 Tecnologías y patentes españolas 124
4.4.1 Pipo Systems 124
4.4.2 Boya ARLA INVEST 124
4.4.3 Hidroflot 125
4.4.4 CEFLOT 125
4.5 Proyectos 126
4.5.1 Proyecto Mutriku (País Vasco) 126
4.5.1.1 Selección de la tecnología 126
4.5.1.2 Prediseño y diseño de la planta 127
4.5.1.3 Proyecto de la infraestructura de la central 130
4.5.1.4 Descripción del proyecto constructivo de la central 130
4.5.2 Proyecto de Santoña (Cantabria) 133
4.5.3 Proyecto BIMEP (País Vasco) 135
4.5.4 Proyecto de Pasai (Guipuzcoa) 138
APLICACIÓN PRÁCTICA 139
5.1 Coste de instalación 139
5.2 Coste de mantenimiento 141
5.3 Coste de la energía 142
5.4 Precio de venta 143
5.5 Aplicación práctica 144
CONCLUSIONES 147
BIBLIOGRAFÍA 150












10

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