Debido a que en la mayoría de los casos tan sólo se conocen las velocidades máximas de pleamar o marea alta, un estudio de EPRI (Bedard, Roger. Survey and Characterization: Tidal In Steam Energy Conversion (TISEC) Decives. S.l: EPRI, 2005. EPRI-TP-004 NA.). Propone un modelo para generar una aproximación de mareas semidiurnas utilizando esta velocidad.
Como este tipo de mareas es formado por la influencia de la luna se considera un mes lunar de 29 días, como el perfil de mareas a utilizar, para lo cual se asumen las siguientes características:
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El promedio de las velocidades máximas de reflujo de pleamar es igual a la velocidad nominal del dispositivo.
El promedio de las velocidades máximas de flujo es un 90% del promedio de las velocidades máximas de reflujo
La segunda gran marea del día es un 80% de la primera.
El promedio de las velocidades en marea muerta son un 60% del promedio de las velocidades que se tienen con pleamar.
Además se debe considerar una velocidad lineal de los valores máximos entre una marea alta y una marea baja, considerando una variación local en forma sinusoidal, como muestra la ecuación (17.12)
(17.12)
Donde t es el tiempo medido desde el momento en que se tiene la máxima velocidad de reflujo de pleamar y T es la mitad del período de marea (6.25 hrs aproximadamente), [la
figura 18 muestra un día lunar convencional de 24 horas 50 minutos] junto con los rangos
de marea y velocidad. En este se pueden apreciar como la velocidad máxima de reflujo y flujo están desplazados 3 1/8 de hora después de marea alta y marea baja, respectivamente. Se aprecia además, que tanto marea alta como marea baja son períodos sin movimiento de corrientes.
Página 57 Para realizar el cálculo de la energía producida en un mes lunar es aplicado el siguiente algoritmo:
1) Se divide un día lunar (24 horas 50 minutos) con perfil semi diurno (2 reflujos y 2 flujos) en intervalos de 15 minutos.
2) Para el primer día de marea alta, se calcula la velocidad cada 15 minutos utilizando la relación sinusoidal, ecuación (17.13).
3) Se calcula la densidad de potencia del agua cada 15 minutos mediante la ecuación (17.14) siguiente:
(17.13)
4) Calcular la densidad de energía del agua en cada intervalo de 15 minutos mediante la multiplicación del promedio de la densidad de potencia superior e inferior por 0.25 horas.
(17.14)
5) Usando el área del dispositivo y su curva de potencia (o su eficiencia), es posible calcular la potencia instantánea de salida cada 15 minutos como muestra la ecuación (17.15). Para esto debe considerarse la velocidad mínima permitida por dispositivo.
(17.15)
6) Calcular la energía eléctrica en cada intervalo de 15 minutos, (tal como se hizo con la densidad de energía en el paso 4)
Página 58 8) Se calcula el total de la producción de energía en un mes lunar (29 días) mediante el promedio del total de energía de pleamar y el total de energía de bajamar multiplicando por 29 días:
(17.16)
9) Por lo que la generación anual de energía se obtiene dividiendo la energía del mes lunar por 29 días y 25 horas, para luego multiplicarlo por las 8760 horas del año:
(17.17)
La [figura No. 19 velocidad de mareas en un día con marea viva y con marea muerta] muestra como varia la velocidad para cuando hay marea viva y marea muerta durante un día lunar, donde se distinguen las dos mareas diarias, los flujos y reflujos.
Y la [figura No. 20 variación de la velocidad de corriente de marea durante un mes] muestra la
variación de la velocidad durante todo un mes, en esta se distinguen los dos periodos Peak debido a marea viva (conjunción y oposición lunar) y los dos periodos valle debido a marea muerta (cuarto creciente y cuarto menguante).
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Figura No.20 Variación de la velocidad de corriente de marea durante un mes
Si se considera un área efectiva del dispositivo de 508,9 m2 es posible realizar el cálculo de potencia y energía mensual. La [figura No.21 Distribución mensual de la potencia para una
velocidad máxima de 2.5 m/s] muestra la distribución de potencia en un mes lunar para las
condiciones antes mencionadas:
Figura No. 21 Distribución mensual de la potencia para una velocidad máxima de 2.5 m/s
También es reconocido que muchas zonas geográficas en el mundo poseen energía marina (mareas, corrientes, gradientes térmicos, oleaje) que podría convertirse en electricidad.
Página 60 Las olas del mar adecuadas para la generación de energía son producto de los vientos en la superficie del mar, los cuales son más pronunciados en las costas occidentales de los continentes, debido a la rotación del planeta, tal como se aprecia en la [Figura No. 22 Potencial
de energía marina en Kw/m].
Figura No. 22 Potencial de energía marina en kw/m
En estudios recientes en costas del Pacifico Mexicano realizados por Empresas privadas, se demuestra que el movimiento de las olas puede generar 30 kw/m. En un frente de ola de 50 km podemos obtener energía de 1.5 Gw [26].
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CAPITULO No. 3
CONVERTIDOR UNDIMOTRÍZ
Normalmente el proceso de conversión de energía de las olas es como se muestra en la [figura
No. 23 Convertidor Undimotríz).
Figura No. 23 Convertidor Undimotríz
El sistema consiste con el acoplamiento de: Boyas con pistones conectados a un grupo de acumuladores de presión, del cual estarán interconectados a un grupo de motores hidráulicos con la finalidad de hacer girar un grupo de generadores de imanes permanentes. En la salida de los generadores se conectaran eléctricamente a una sección de tableros rectificadores y a un grupo de tableros de inversores, de forma que el alternador se mueve, una vez que la boya comienza a incrementar la presión conforme al movimiento de las olas del mar mueven o empujan la boyas, la cuales a su vez moverán el grupo de pistones el cual harán girar el grupo de motores hidráulicos como existe un acoplamiento con el generador en ese mismo tiempo comenzara a producir la energía eléctrica. Este sistema comenzara generar tensiones variables en amplitud y frecuencia así como también un cambio de fase cuando el generador se mueve en sentido contrario. Esto se debe al movimiento aleatorio de las olas. Por consiguiente, se hace necesario el uso de un convertidor CA/CD trifásico (rectificador), lo que permite regular en cierta medida estas tensiones y corrientes variables. Esta tensión rectificada será transmitida a tierra mediante un conductor eléctrico, cuyo calibre evaluarse en función de corriente, tensión de trabajo y caída de tensión producto de la distancia a recorrer. Una vez que el conductor eléctrico llega a tierra, la tensión CD es convertida en tensión CA, mediante un convertidor CD/CA (inversor) trifásico, para alimentar un tablero centralizador el cual contendrá a un grupo
boya
pistón
Motor
hidráulico
Acumulador
de presión
Generadorde
imanes
permanentes
Convertidor
DC/AC
Tablero
centralizador
Tansformador
Página 62 de unidades de generación, de este tablero se interconectara a un transformador elevador para adecuar el nivel estándar 13 Kv, 23 Kv. De la salida del transformador se interconectara a un interruptor de media tensión de operación en vacio con sistemas de medición y protección, el cual a su vez y si el proyecto lo requiriere se conectarían a una sección de tableros metal clad, de tal manera para concentrar la cantidad de transformadores elevadores para alcanzar la capacidad requerida. Y como punto final se realizar la interconexión del interruptor principal de la sección de tableros metal clad al sistema de la red eléctrica existente. Estará determinado el punto de interconexión por el cliente final (CFE), todo el sistema de generación estará interconectado a un sistema de monitoreo con la finalidad de medir, registrar conectar y desconectar la central desde un punto local o un punto remoto [27].