Análisis de un dispositivo oscilante como medio de captación de energía undimotriz

Abstract

La energía undimotriz es una energía limpia, abundante y promisoria, pero aún no se ha explotado a gran escala. Como consecuencia, existen prototipos que aprovechan de manera distinta las olas incidentes según distintos supuestos de operación. La zona sur y central de Chile aparece con una de las mayores concentraciones de energía undimotriz en el mundo. Esto, sumado a la extensión de su costa, lo hace atractivo para llevar a cabo una evaluación en profundidad de las posibilidades de explotación del recurso. El objetivo del presente trabajo es obtener y analizar la potencia generada por un conversor undimotriz oscilante bajo las condiciones de oleaje de la costa chilena, mediante la simulación en Ansys ® AqwaTM y WEC-Sim de distintas geometrías. El dispositivo corresponde a una placa de grandes dimensiones que se encuentra fija en el fondo marino y que oscila por la incidencia de las olas accionando dos pistones hidráulicos. El circuito hidráulico incluye acumuladores de alta y baja presión, un motor hidráulico y un generador eléctrico. Primero se seleccionaron 5 ubicaciones cercanas a la costa y con distinto recurso con la ayuda del Explorador Marino Undimotriz. La profundidad de los sitios seleccionados fue de 14 metros. Luego se crearon 3 geometrías distintas en SolidWork® para la placa oscilante basadas en un dispositivo existente llamado Oyster ® que fue desarrollado por la empresa Aquamarine Power Ltda.. Después se define el sistema en Ansys ® Hydrodynamic DiffractionTM para obtener, a partir de la simulación, coeficientes hidrodinámicos en un rango de frecuencias. Estos coeficientes son necesarios para el cálculo de las fuerzas de difracción y de radiación presentes en la ecuación de movimiento de la placa. Los datos inerciales de la geometría más los coeficientes hidrodinámicos permiten, mediante la simulación en WEC-Sim, calcular las potencias obtenidas por el dispositivo, esto es, potencia absorbida, mecánica y eléctrica. Para conseguir las potencias se asumieron olas regulares, el flujo del pistón se consideró compresible y se omitieron las distintas variaciones que pueden presentarse en el circuito hidráulico. Los resultados muestran que de las 3 geometrías, la placa basada en Oyster® es la que mejor se comporta alcanzando niveles de potencia de 700 kWe en uno de los sitios cercanos Puerto Montt. Esto además sucede para una ubicación cercana a Puerto Corral y con un factor de captura de 55% a 60% en ambos casos. Con respecto a las ubicaciones estudiadas, para las 3 geometrías se presentó una mejora en su desempeño en Puerto Montt y Puerto Corral, además, todos generan su menor potencia en Puerto San Vicente. De todas maneras la potencia generada no es lo único importante en el estudio de estos dispositivos, sino que también importa la variabilidad del recurso estacional, que para el caso de Chile es baja, permitiendo generar no sólo un buen nivel de potencia, sino que además se mantiene en el tiempo. Por último, se realizó un estudio de la variación de la potencia en función del periodo de ola y su altura, para rangos típicos de las olas chilenas. Analizando las 3 geometrías con el estudio, se observó que el dispositivo con geometría similar a Oyster presenta la mayor estabilidad de funcionamiento con respecto a la variabilidad del recurso.