TURBINAS MAREOMOTRICES
TURBINAS MAREOMOTRICES TURBINAS BULBO • Las turbinas en una central eléctrica de mareas deben operar bajo una altura v
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- Ridel Ramos
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TURBINAS MAREOMOTRICES TURBINAS BULBO
• Las turbinas en una central eléctrica de mareas deben operar bajo una altura variable de agua baja. El mayor alcance de la marea mundial, en
la Bahía de Fundy en Canadá, es de 15.8 m y la marea media probablemente alcance la mitad de este rango; La mayoría de las plantas tendrían que operar con cabezas mucho más bajas que esto. Tales cabezales bajos requieren el uso de una turbina de hélice,
que es el tipo de turbina más adecuado para el funcionamiento con cabezales bajos.
Las turbinas Bulbo, como parte fundamental de algunas centrales minihidráulicas y mareomotrices,
no son más que un tipo especial de turbina de hélice, capaces de aprovechar saltos de pequeño
desnivel, pero de gran caudal. Estas turbinas fueron concebidas en un principio para ser
utilizados en cuencas fluviales
de grandes
caudales y posteriormente han sido empleadas
también por las centrales mareomotrices, que como sabemos se caracterizan, por pequeñas
alturas y grandes caudales.
El nacimiento oficial de las turbinas Bulbo, tiene lugar el 27 de diciembre de 1933, adquiriendo el derecho de las mismas Arno Fisher, que en 1936 inaugura los dos primeros grupos de Rostin, sobre el río Persante; la potencia de esta primera central era de 168 kW
POSICIÓN DEL ALTERNADOR
•
En principio, los constructores se encontraron con tres alternativas para la instalación del alternador.
•
Turbinas Bulbo con el alternador en el exterior. nunca se han conseguido grandes resultados a causa de la aparición de vibraciones.
•
Turbinas Bulbo con el alternador en la periferia-Configuración straflo las palas hélice juegan el papel de brazos del rotor lo cual hace que cuando éstas se construyen orientables, Los polos magnéticos inductores del alternador se encuentran unidos solidariamente a la periferia del rodete (problemas mecánicos insalvables)
•
Turbinas Bulbo con el alternador en el interior. Estos Bulbos son básicamente los que se
emplean actualmente y datan de 1933
Características de diseño Rodete
• diámetro de rueda inferior al de las turbinas • Kaplan de la misma potencia
Cavitaciones
• se adoptan las mismas reglas y los mismos parámetros obtenidos a partir de los resultados de explotación de las turbinas Kaplan, obteniéndose un • margen de seguridad suficiente.
Conductos.
• Las pérdidas de carga en los conductos de los grupos Bulbo y Kaplan, son comparables • dimensiones de los conductos aguas arriba del distribuidor de las turbinas Bulbo son más pequeños que los de la Kaplan
Características Principales Saltos pequeños.
Paso del agua axial Variabilidad en el salto y en el caudal. Requisitos para bombeo o para generación bidireccional.
los lugares apropiados para una instalación de este tipo están caracterizados por unos saltos variables entre cero y un máximo de 13 a 14 metros, los funcionamientos a baja altura de carga influyen fuertemente sobre la productividad de las instalaciones mareomotrices
Disposiciones para solucionar este problema
La utilización de un multiplicador de velocidad permite que el alternador no sólo gire más deprisa, sino que también reduzca su diámetro y, por tanto, el tamaño del Bulbo que condiciona en general
convertidores estáticos de frecuencia a potencia total o a potencia nominal, que permitan el desembrague automático del alternador cuando la velocidad pase de un umbral prefijado
Generación de energía Ciclo simple
Doble efecto •
•
Cuando sube la marea se abren las compuertas y el embalse se llena. Cuando comienza a bajar la marea se cierran las compuertas, se hace pasar
•
el agua por las turbinas generando energía eléctrica
•
La generación de energía se efectúa con ambas mareas, lo que exige que las turbinas operen eficazmente con un determinado caudal de agua en cualquier dirección funcionando tanto durante el llenado, como durante el vaciado del embalse. energía utilizable es menor debido a que las diferencias de niveles entre el embalse y el mar son menores
Potencia de salida E=ρARg(R/2)
ρ=densidad A=área R=rango g=gravedad R/2=centro de gravedad T=periodo
E/T=energía potencial media
La ventaja de estas turbinas, en las que el agua desliza axialmente, es muy superior a los tradicionales de eje vertical. •
Auto renovable. No contaminante. Silenciosa.
•
No concentra población.
•
Disponible en cualquier clima y época del año.
•
se produce una mejor distribución de velocidades del agua sobre las palas, lo que permite disminuir el diámetro de las mismas, para una misma potencia en comparación con las de eje vertical; se ha comprobado que para una
caída y consumo dados se obtiene la misma potencia, por ejemplo, con una rueda de 6,10 m de diámetro en deslizamiento axial, a una velocidad de 87 rpm, que con una rueda Kaplan de 7 m girando a 71 rpm.
•
Disminución de las pérdidas de carga, tanto a la entrada como a la salida de la turbina lo que implica una mejora
del rendimiento, presentando al tiempo mejores condiciones a la cavitación, lo que origina una disminución del coste de la obra civil.
Entre otros tipos de turbinas Bulbos hay que señalar aquellos que por su concepción están dedicados a aprovechar saltos pequeños con caudales relativamente pequeños; entre estos son de destacar las turbinas en sifón, que se emplean para saltos de 1,5 m a 3 m con caudales del orden de 15 m3/seg, siendo sus potencias del orden de 50 a 300 kW.
Otro tipo lo constituyen las turbinas en depósito de agua, para consumos del orden de 10 a c 15 m3/seg, aunque pueden alcanzar consumos mayores siendo las alturas del salto generalmente superiores a las de sifón.
Otro modelo de mayor caída, lo constituye los Bulbos en conducción, cuya principal característica es su sencillez, pues se confunden la presa y la central en una única obra.
Centrales Mareomotrices Destacadas
La planta de mareas de La Rance (al norte de Francia) emplea 24 turbinas de bulbo y cada una con un generador de 10 MW.
Las turbinas en La Rance fueron diseñadas para bombear agua desde el mar hacia el depósito detrás de la presa durante la marea alta para aumentar la eficiencia.
La planta de marea Sihwa Lake en Corea del Sur también utiliza turbinas de bulbo . En este caso, la planta está equipada con diez turbinas de bulbo de 26 MW con unidades de hélice de pala variable.
Esta central eléctrica fue inaugurada en agosto de 2011 contando con un malecón de 12,5 kilómetros de longitud construido en 1994
Turbinas funcionamiento que describen algunas de sus características de mayor consideración Año
1980
1980
1980
1982
1983
País
Bélgica
Bélgica
Suiza
Austria
Canadá
Localidad
Andenne
Lixhe
Högg
Weizöde
Annapólis
Unidades
3
4
1
2
1
Diámetro Rodete (m)
3.5
3.55
3
3.7
7.6
Salto (m)
5.5
5.5
3.5
11
7.1
Potencia (MW)
3.5
3.5
1.5
8
20
turbina de corriente marina horizontal • Turbinas de flujo libre. Estas turbinas se despliegan en aguas abiertas y aprovechan la energía cinética como un molino de viento. Hammerfest Strøm y Hydra Tidal Energy Technology son ejemplos noruegos en este tipo de avances
Funcionamiento •
Estas turbinas debe poder girar 180 grados para acomodar el reflujo Y el flujo de las mareas.
Las turbinas de corriente marina funcionan con los mismos principios de uso de aerogeneradores. Un flujo de agua mueve un conjunto de cuchillas. creando energía mecánica que luego se convierte
en Energía eléctrica por el generador. Generadores de corriente de marea (o TSGs) hacen uso de la
energía cinética del agua en movimiento para turbinas de potencia, de forma similar a las turbinas eólicas que utilizan Viento para alimentar turbinas
•
Consideraciones
•
Este diseño tiene que enfrentar problemas que no ocurren cuando se opera un sistema de este tipo en el aire, y como resultado, la topografía de la pala diferirá de las utilizadas en una turbina eólica de eje horizontal Debido a las diferencias en la densidad del fluido.
Potencia La Potencia extraída de la energía cinética del agua que fluye:
P = ½ ρAU^3 •
Las Aguas marinas son hasta 800 veces más densa que el aire.
•
Las turbinas son similares a los diseños utilizados para las turbinas eólicas, pero debido a la mayor densidad del agua, las aspas son más pequeñas y giran más lentamente que las turbinas eólicas.
•
Tienen que soportar mayores fuerzas y movimientos que las turbinas eólica
La tecnología consiste en rotores montados sobre pilotes de acero. (columnas tubulares de acero) colocadas en una cavidad perforada en el fondo marino. Un requisito clave para los dispositivos de corriente de marea es el soporte que
la estructura para mantenerlos en su lugar. Actualmente hay tres opciones bajo consideración: Estructura de gravedad, estructura apilada y estructura flotante
Estructura de gravedad
• Son estructuras de acero u hormigón masivo unidos a la base de las unidades para lograr estabilidad por sus Inercia propia.
Estructura apilada
• Se fijan al fondo del mar por uno o más Pilotes de acero u hormigón. Las pilas están fijadas al fondo marino por martillado o por perforación
Estructura flotante
• La unidad de la turbina está montada en una orientación hacia abajo fijada a una lancha. La lancha es entonces fijada al fondo marino por cadenas o cables
Turbinas de eje horizontal Prototipos Un prototipo de una turbina de eje horizontal de 300 KW fue instalado al sur de Ha mmerfe, Noruega y conectado a la red el 13 de noviembre de 2003.
Se instalo un prototipo de 300 KW en la costa de Lynmouth, Dxevon, Inglaterra, en 2
003.
Se instaló un prototipo de proyecto en el este. Río entre Queens y Roosevelt Island en Nueva York en abril de 2007 Un prototipo, llamado SeaGen, fue instalado en Stangford Lough en Irlanda del Nort e en abril de 2008
Turbina de eje vertical •
Usa el mismo principio que el turbinas de eje horizontal solo con una dirección diferente de rotación. El proyecto Enermar desarrolló las turbinas Kobold. Estan ubicadas en el estrecho de Messina, cerca del Costa siciliana en Italia, en una corriente de marea media de aproximadamente 2 m / seg
.
Dispositivos reciprocantes (hidro alas oscilantes)
Estos tienen hidroplano que se mueven hacia adelante y hacia atrás en un Plano normal a la corriente de marea, en lugar de palas giratorias.
Dispositivos de corriente de marea de efecto Venturi
El flujo de marea se dirige a través de un conducto, que Concentra el flujo y produce una
diferencia de presión. Esto provoca un flujo de fluido secundario a través de una turbina. los El flujo resultante puede impulsar una turbina
directamente.
Este tipo de turbina se probo en la costa de oro, Queensland (Estado australiano) en 2002.
•
Otro
aspecto
técnico
para
las
tecnologías de corriente de marea
es su despliegue en forma de matrices las unidades generadoras
individuales tienen una capacidad limitada, por lo que se deben construir matrices de múltiples filas de turbinas de marea para capturar todo el potencial de las corrientes
de marea.
• La configuración en la que se ubican las turbinas es el factor crítico para determinar el rendimiento y producción potencial de energía
.
Ventajas Debido a que el agua es mucho más densa que el aire, las cuchillas giratorias pueden potencialmente ser más productivo que los aerogeneradores marinos
Las turbinas mareomotrices a diferencia de otras fuentes de energí a renovable cuenta con tablas de mareas predecible
Las turbinas de marea son inaudibles desde la Superficie
Desventajas La tecnología se enfrenta durante la vida activa a la contaminación química del área marina debido a los revestimientos y lubricaciones nec esarios
La pesca tiene que estar restringida en el Áreas de la central eléctrica.
Un problema perteneciente a la salud del ecosistema circundante es el Nivel de ruido que las turbinas producen debajo del océano.
Conexión a la red • Las turbinas deben conectarse entre sí mediante cables de red (típicamente 33 kV). • El arreglo se conecta entonces típicamente a una subestación costa afuera, que se conecta a través de un cable de exportación (típicamente 150 kV) a una subestación en tierra • Con el desarrollo de parques eólicos marinos, ahora hay una experiencia considerable en el desarrollo de infraestructuras de redes de CA y CC en alta mar. • La conexión a la red sigue siendo uno de los aspectos críticos para el despliegue de la energía de las mareas, ya que los retrasos y los costos de la conexión a la red