María Carreira Bello, Teresa González Moya, Ricardo Alberto Sandoval Pina
MERME
2010
D
ISEÑO Y ESTUDIO DE VIABILIDAD DE
UN BARCO HÍBRIDO EÓLICO
-
SOLAR
2
ÍNDICE:
I. Dedicatoria... 3
II. Introducción ... 4
III. Objetivos ... 5
IV. Alcance del proyecto ... 5
1. Antecedentes ... 6
2. Descripción detallada del proyecto ... 10
2.1.Aspectos medioambientales. ... 10
2.1.1. Localización-Medio Físico ... 10
2.1.2. Clima ... 11
2.1.3. Ecosistemas terrestres ... 13
2.1.4. Ecosistemas marinos ... 13
2.1.5. Comunidades y especies de interés . 13 2.1.6. Reserva marina, descripción, actividades y gestión………...16
2.2. Aspectos sociales, económicos y culturales………..17
2.3. Ruta Marítima. ... 19
2.4. Modelo de barco ... 21
3. Estimación de recursos ... 24
3.1. Recurso solar ... 24
3.2. Recurso eólico ... 25
4. Metodología del diseño ... 30
4.1.Selección de la potencia del motor ... 30
4.2. Estimación de consumos ... 31
4.3. Sistema Fotovoltaico ... 34
4.4. Aerogenerador en barco ... 36
4.5. Aerogenerador en puerto... 37
4.6. Sistema de almacenamiento ... 38
4.7. Regulador de carga ... 42
4.8. Inversor ... 42
4.9. Grupo electrógeno ... 43
5. Estimación de la producción energética y balance energético ... 45
5.1. Método sencillo ... 45
5.2. Método numérico simple: Método de evaluación hycad ... 47
5.3. Método numérico complejo: homer ... 56
6. Esquema Eléctrico ... 66
7. Esquema Físico ... 66
8. Procedimiento administrativo ... 70
9. Análisis económico ... 74
10. Conclusiones ... 79
11. Glosario ... 80
12. Bibliografía ... 81
3
I. DEDICATORIA
Agradecemos la ayuda del tutor del proyecto D. Luis María Arribas por su compromiso de colaboración de este singular proyecto y su dedicación.
4
II. INTRODUCCIÓN
Tradicionalmente las energías renovables han sido consideradas como una fuente reservada exclusivamente a las grandes compañías eléctricas o generadoras. La aparición de las redes inteligentes puede que sea la verdadera revolución hacia el esquema de 100% renovables, al añadir a las grandes instalaciones generadoras, la producción de cada usuario con pequeñas instalaciones, cuyos excedentes van a la red. Un futuro para la universalización y optimización de energías renovables.
El problema del cambio climático y el agotamiento de los derivados del petróleo hacen aumentar el uso de las energías renovables y el desarrollo de nuevas formas de utilización de éstas.
Los automóviles son fuentes de gases de efecto invernadero como el monóxido de carbono y el ozono. Son también uno de los mayores consumidores de combustibles fósiles. La preocupación por el impacto medioambiental de los coches ha llevado a algunos diseñadores, cada vez más, a crear coches verdes que utilizan fuentes de energías renovables. Durante algunos años los coches eléctricos han sido un proyecto y han estado en un segundo plano, pero hoy en día los fabricantes de automóviles están trabajando en ellos para ampliar su alcance y su gama, convirtiéndose en una realidad.
En una menor escala, pero no menos importantes, ocurre con la industria naviera. Actualmente existen prototipos y proyectos a desarrollar de forma que estos utilicen las tecnologías renovables como fuente de energía para la navegación. Siguiendo con esta tendencia nace la idea de este proyecto: “El diseño y estudio de viabilidad de un barco renovable”.
Un barco híbrido eólico-solar, tratando de que sea una embarcación para el transporte marítimo de viajeros y que cubra una ruta de especial interés medioambiental. La ruta escogida cubrirá el trayecto desde el Puerto de Santa Pola hasta la Isla de Tabarca (Alicante, España). El motivo por el que se ha escogido ha sido el especial interés turístico y medioambiental, ya que la Isla de Tabarca es Reserva Marina desde 1.986. Además de que la distancia entre ambas localidades es de 4 millas náuticas.
El uso de tecnologías renovables en este proyecto es de total importancia. Para ello se determinarán los recursos disponibles, tanto eólico como solar y se realizará un predimensionamiento del sistema; se estimarán los consumos de la embarcación (consumos internos del barco y consumo de los motores de propulsión), se calculará la generación eléctrica eólica y fotovoltaica y se especificarán los componentes principales del sistema. Por último, se realizará un dimensionamiento más detallado empleando la herramienta HOMER.
5
III. OBJETIVO
El objetivo de este proyecto consiste en diseñar un barco híbrido que emplee energías renovables para cubrir el 100% del consumo total del barco. Se realizará un estudio de viabilidad tanto técnico como económico, atendiendo principalmente a las limitaciones físicas para la implantación de estas tecnologías en la embarcación elegida.
IV. ALCANCE DEL PROYECTO
Los aspectos fundamentales del proyecto serán la elección del modelo de barco y tipo de motor, la implantación de tecnologías renovables en este tipo de vehículos, las limitaciones físicas y técnicas, así como su viabilidad económica.
Atendiendo a estos factores se analizará el siguiente caso:
Empleo de motor eléctrico en el barco, energías renovables: Energía Solar Fotovoltaica y
Energía Eólica y grupo electrógeno de apoyo. Se instalarán paneles solares fotovoltaicos en la
cubierta del barco y un miniaerogenerador en la popa, estos equipos suministrarán la energía necesaria para satisfacer el consumo interno del barco. Mientras que para cubrir el consumo necesario del motor del barco se le dotará de baterías que se recargarán en el puerto de Santa Pola conectándose a red y con un grupo electrógeno de apoyo. El balance energético del sistema vendrá compensado instalando un aerogenerador en el puerto que vierta a la red energía de forma renovable.
El funcionamiento de este sistema será similar al de una gasolinera convencional. El barco ancla en puerto, recarga el combustible (electricidad) y una vez finalizado el ciclo de carga de las baterías estará listo para iniciar la ruta. (Véase Figura 1)
AEROGENERADOR EN PUERTO RED ELÉCTRICA
Paneles fotovoltaicos
GRUPO ELECTRÓGENO
CORRIENTE CONTINUA BANCO DE BATERÍAS CORRIENTE ALTERNA
ESTACIÓN DE RECARGA DEL BARCO
6
1. ANTECEDENTES
Existen proyectos que utilizan el recurso del sol para generar energía para sus motores. Barcos que recorren pocos kilómetros hasta los que llegan a dar la vuelta al mundo. Barcos para el transporte de pasajeros o pesadas mercancías. Son diversas y muy diferentes las utilidades de estos barcos ecológicos y es aquí donde verdaderamente comienza una nueva concepción de la navegación.
A continuación se muestran algunos de estos ejemplos:
Barcos solares
PlanetSolar es un barco coronado por una gran
variedad de paneles solares fotovoltaicos, construida por Knierim Yacht Club, en Kiel, Alemania. Actualmente está en fase de diseño. Será un barco potente, y sin embargo, será a la vez silencioso y limpio. El objetivo es navegar alrededor del mundo a una velocidad media de 8 nudos, una hazaña para una embarcación conenergía solar.
La forma ideal y el tamaño de la embarcación para la
ruta elegida serán determinados por la investigación a nivel de detalle. Los ingenieros de PlanetSolar deben tener en cuenta una serie de parámetros – la propulsión, el diseño de paneles solares, almacenamiento de energía, los materiales y el ambiente externo. Una serie de estudios deben realizarse en áreas como la energía hidroeléctrica de la embarcación y la aerodinámica, los materiales empleados, la gestión y almacenamiento de la energía y, por último, la central y el encaminamiento óptimo.
Otra embarcación “limpia” es la de la empresa
Seacleaner Trawler S.A., el primer astillero en el
mundo que fabrica barcos de pasajeros 100% autónomos, propulsados única y exclusivamente por la energía solar captada mediante paneles solares instalados en los barcos.
Demuestran que existe una solución definitiva para los gastos ingentes de carburante, la contaminación del medio ambiente, los ruidos y las vibraciones de
la navegación tradicional.
Estos barcos ofrecen alta tecnología en propulsión eléctrica y producción de energía solar aplicada a la navegación, estudiada para satisfacer las necesidades del transporte turístico y comercial de pasajeros.
Los motores eléctricos de alto rendimiento remplazan, con prestaciones superiores a los motores tradicionales a combustión térmica y que cuentan con la certificación del "Centro Tecnológico Electrosolar."
Figura 2. Planet Solar
7
Barcos Eólico- Solar
Existen otros ejemplos donde se combinan diferentes técnicas para llegar a la potencia necesaria para desplazar a los barcos de una forma renovable, ya que en ocasiones sólo con el sol no es suficiente, son los llamados barcos híbridos.
A continuación se presentan otros ejemplos que presentan estas características.
Este barco (Figura 3) combina la energía eólica, la solar y también motores diesel de emergencia para su desplazamiento.
Figura 4. Barco eólico-solar
Otro ejemplo es el velero que producirá hidrógeno mediante energía solar y eólica, dará la vuelta al mundo dentro de un proyecto de investigación. Este prototipo, denominado "DESAFIO HIPATIA", es un proyecto español en el que participan diferentes empresas (Repsol, Acciona, etc.) y centros de investigación como el CIEMAT, con él se investigarán problemas medioambientales como el cambio climático.
El velero, con 32 metros de eslora máxima y dos quillas, utilizará la energía solar y eólica para capturar el hidrógeno del agua y transformarlo en energía por electrolisis, con la incorporación de un sistema de almacenaje que evitará al barco tener que repostar en la travesía, según responsables del CIEMAT.
También en fase de investigación tenemos el barco llamado “Voltian”, éste puede ser el principio de los barcos cien por ciento autosuficientes.
Tendrá, como se puede ver en la imagen (Figura 5), velas sólidas, equipadas con paneles solares por los dos lados, se podrá usar tanto energía eólica como energía solar para moverse. Esta hecho de fibra de carbono y resinas epóxicas, por lo que es muy liviano y moverlo no representara mayor reto.
Los dos motores de 220 hp están conectados a una especie de alas que hacen mucho más fácil la maniobrabilidad del barco.
La empresa turca que lo diseñó, Designnobis, explica porqué crearon este concepto: “El objetivo era crear una nueva alternativa de barco que fuera liviano, fácil de manejar y capaz de
8
navegar bajo cualquier clima sin contaminar. Adicionalmente era necesario usar la más nueva tecnología en los materiales, el método de construcción y las energías renovables.”
El barco híbrido solar-eólico de mayores dimensiones ha sido desarrollado por las empresas Nipón Yusen KK y Nipon Oil Corp. Ha costado la cantidad de 1.4 millones de dólares y en principio se utilizará para llevar coches de la marca Toyota.
Proyectos de parques eólicos en puertos
Los puertos industriales y su entorno son emplazamientos privilegiados para la construcción y explotación de parques eólicos. Estos parques se instalan sobre infraestructuras que se adentran en el mar y sobre el entorno inmediato de la zona de servicio del puerto. De esta forma se aprovechan de las condiciones de generación eólica que presenta el mar y de la tecnología ya experimentada con los molinos cimentados en tierra.
Los parques en funcionamiento al sur de Ebeltoft, en la costa este danesa, (Figura7) en el puerto de Rotterdam, a lo largo del Plan Delta en los Países Bajos, en el puerto de Marsella y en el puerto de Bilbao, son pioneros y claros ejemplos de la viabilidad de estos proyectos.
La construcción de parques eólicos en los puertos
españoles ha comenzado. Bilbao inauguró en 2006 el primer parque portuario y en la actualidad un segundo parque se encuentra pendiente de licitación. Valencia estudia la instalación de una planta eólica acompañada de una central fotovoltaica. Santander, de igual forma, comienza a valorar la viabilidad de este tipo de instalaciones. En Gijón, a pesar de que un primer concurso
Figura 2: Barco Hibrido solar-eólico Figura 6. Barco renovable híbrido eólico-solar
9
se ha declarado desierto, no se descarta la construcción en el futuro de un parque eólico en la ampliación de El Musel.
10
2. DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL PROYECTO
Este proyecto consiste en el diseño y estudio de viabilidad técnica-económica de un barco híbrido eólico-solar que cubra la ruta marítima entre el puerto de Santa Pola y la Isla de Tabarca (Alicante). Esta iniciativa pretende incluir el uso de energías renovables para un fin turístico en un entorno de gran interés medioambiental. Así se contribuirá a preservar su estado, sin renunciar al beneficio que para la zona supone esta actividad. A continuación se recogen los aspectos medioambientales, sociales, culturales y económicos más importantes que se han tenido en cuenta a la hora de seleccionar la ruta marítima, así como una descripción detallada de la misma y del barco utilizado para tal fin.
2.1.ASPECTOS MEDIOAMBIENTALES.
2.1.1. LOCALIZACIÓN-MEDIO FÍSICO
La Isla de Tabarca, conocida también como Isla Plana o Nueva Tabarca, es una isla del Mar Mediterráneo que se encuentra a 20km de la ciudad de Alicante (término municipal al cual pertenece), a 6 km del puerto de Santa Pola y a 4km del cabo de Santa Pola. Se trata de la isla más grande de la Comunidad Valenciana y la única habitada. Por otra parte, es Reserva Marina desde 1986 por orden del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, así como Zona de Especial Protección para las aves por la Unión Europea.
Figura 8. Vista aérea de la Isla de Tabarca
11
Figura 9. Ubicación geográfica de la Isla de Tabarca
.
La línea de costa es recortada, está formada por pequeños acantilados y con playas de cantos rodados en su base. En la zona del itsmo se encuentra la única playa de arena. Varias de las mismas fueron galardonadas en diferentes ocasiones con la bandera azul de la UE.
El contexto geológico donde se encuentra localizada la isla de Tabarca es muy particular, situada dentro de las zonas internas y cercanas al límite de las zonas externas de las cordilleras Béticas, marcado por el denominado accidente Cádiz-Alicante. En cuanto a la zonas internas de la cordillera, la isla representa el extremo más oriental del complejo Alpujárride, sobre cuyos materiales, aparecen en discordancia, materiales pertenecientes al Mioceno superior y al Cuaternario. Por otra parte, presenta un umbral fusiforme, emergido parcialmente y limitado por fracturas de dirección NO-E, asociadas al accidente Elche-Jumilla. Los contactos entre los distintos materiales están tectonizados y la fracturación alcanza a todas las rocas, con superficies estriadas y pulimentadas debido a la fricción entre los bloques. Debido a ello, se detectan fallas de mayor o menor importancia, saltos variables y diaclasas.
2.1.2. CLIMA
El clima que presenta la Isla de Tabarca se corresponde con un clima mediterráneo seco. Las temperaturas máximas se alcanzan en el mes de agosto, con máximas que pueden llegar a los 35ºC y mínimas en torno a los 5ºC para el mes de Enero. Resultando una temperatura media en torno a los 17ºC. Las precipitaciones son muy irregulares a lo largo del año, no superando los 300mm/año. Los vientos dominantes durante primavera-verano son el Levante y el Lebeche; mientras que en otoño-invierno predominan los del primer y cuarto cuadrante (Norte, Maestral y Poniente). En cuanto a su velocidad media ésta no es muy alta, situándose en torno a 6m/s.
12
Tabla 1. Valores Climatológicos Normales. Alicante. Fuente: Agencia Estatal de Meteorología (AEMET)
Mes T TM Tm R H DR DN DT DF DH DD I
Enero 11,5 16,8 6.2 22 67 4 0 0 0 0 8 177
Febrero 12,4 17,8 7.0 26 64 3 0 0 0 0 6 180
Marzo 13,7 19,2 8.2 26 64 4 0 1 1 0 7 230
Abril 15,5 20,9 10.1 30 62 4 0 2 0 0 6 246
Mayo 18,4 23,6 13.3 33 65 4 0 2 0 0 5 278
Junio 22,2 27,2 17.1 17 64 2 0 2 0 0 10 300
Julio 24,9 30,1 19.7 6 64 1 0 1 0 0 16 333
Agosto 25,5 30,6 20.4 8 67 1 0 1 0 0 13 304
Septiembre 23,1 28,4 17.8 47 68 3 0 2 0 0 8 255
Octubre 19,1 24,4 13.7 52 69 4 0 2 0 0 6 220
Noviembre 15,2 20,4 10.0 42 68 4 0 1 0 0 6 179
Diciembre 12,5 17,6 7.3 26 68 4 0 0 0 0 7 163
Año 17,8 23,1 12.6 336 66 37 0 14 2 1 97 2864
Leyenda:
T Temperatura media mensual/anual (ºC)
TM Temperatura media mensual/anual de las temperaturas máximas diarias (ºC)
Tm Temperatura media mensual/anual de las temperaturas mínimas diarias (ºC)
R Precipitación mensual/anual media (mm)
H Humedad relativa media (%)
DR Número medio mensual anual de días de precipitación superior o igual a 1mm
DN Número medio mensual/anual de días de nieve
DT Número medio mensual/anual de días de tormenta
DF Número medio mensual/anual de días de niebla
DH Número medio mensual/anual de días de helada
DD Número medio mensual/anual de días despejados
I Número medio mensual/anual de horas de sol
Si se comparan estos datos con la descripción genérica del clima de Tabarca se puede concluir que en la isla se presenta una condiciones climatológicas más extremas que en el continente, dentro del característico clima mediterráneo propio de la zona.
2.1.3. ECOSISTEMAS TERRESTRES
La principal característica de los ecosistemas terrestres presentes en la isla es su simplicidad, esto es debido principalmente a su reducida extensión y a las condiciones climáticas. Sin embargo, la insularidad hace que los mismos sean diferentes a los correspondientes en regiones más extensas.
La vegetación de la isla está muy influenciada por la presencia humana. Actualmente está recuperándose progresivamente, de manera que el espinar alicantino, el matorral esclerófilo y el caducifolio estival van desplazando a los antiguos cultivos de la isla.
13
diversificación. Las cadenas tróficas son muy sencillas, presentando pocos depredadores. Por otro lado, la competencia determina en algunos casos la ampliación del espectro alimentario de muchas especies.
2.1.4. ECOSISTEMAS MARINOS
Las comunidades marinas del litoral están condicionadas por dos factores básicos: la intensidad luminosa (transparencia del agua) y el tipo de sustrato. En Tabarca las aguas son muy transparentes, con un espesor iluminado entre 22,5 y 47,5m de profundidad. Este hecho permite que las plantas puedan vivir a mayores profundidades y por tanto que las comunidades biológicas sean de una gran riqueza. En función del tipo de sustrato se distinguen básicamente dos comunidades:
Las de sustrato blando, dominadas por la pradera de Posidonia oceánica, especie muy importante por la gran cantidad de oxígeno que produce y por ser la base de las cadenas alimentarias. Ésta estabiliza los fondos arenosos evitando la erosión. Su función es comparable a la de los bosques en el medio terrestre.
Las de sustrato duro o rocoso, donde viven diferentes especies de algas. Éstas se adaptan en función de la cantidad de luz que reciben. Así pues, las más superficiales son las algas verdes, ricas en clorofila. Mientras que las más profundas son las algas rojas, que poseen otros pigmentos más eficaces para captar menor intensidad luminosa.
Por otra parte, la zona es una importante área de cría de numerosas especies pelágicas de interés pesquero.
En cuanto a los animales, éstos dependen en su alimentación directa o indirectamente de las plantas, viviendo asociados a una comunidad vegetal determinada. En otros casos, su dependencia es función del tipo de sustrato. Por ejemplo, los filtradores (corales, actinias y ascidias) se alimentan de la materia orgánica en suspensión y ya que viven fijos sobre el sustrato compiten con los vegetales por el espacio.
2.1.5. COMUNIDADES Y ESPECIES DE INTERÉS
Medio terrestre
Flora
La vegetación de Tabarca es similar a la presente en las zonas litorales cercanas a la isla, aunque algo más pobre en especies. Presenta un marcado carácter nitrófilo y nitrohalófilo, debido a la influencia humana en el uso del territorio (especies propias de suelos ricos en materia orgánica y sal).
14
Figura 10. Vista de la vegetación de la Isla de Tabarca
Otra especie interesante en la flora de la isla son los líquenes (Caloplaca, Rocela,...) que abundan bordeando el litoral en el norte de la isla.
Fauna
La fauna de la isla, tanto en artrópodos como en vertebrados, se caracteriza por la pobreza en especies en comparación con el litoral peninsular. Sin embargo, algunas especies como el Eslizón ibérico (Chalcides bedriagai) están densamente representadas. Por otra parte, también destaca la presencia del dermáptero Anisolabis marítima, restringida a pequeñas playas y única muestra de esta especie en toda la provincia de Alicante. Otras especies exclusivas de la isla son el Cryptocefalus espagnoli y Brachynema espagnoli. Por último, destacar la presencia de aves marinas, como la gaviota Audouin, el cormorán moñudo, el alcatraz común y el paiño común.
Medio marino
Tabarca presenta unos fondos marinos excelentes para el desarrollo de comunidades y especies dignas de protección. Esto es debido a su protección desde 1986 y su escasa o nula contaminación por aguas residuales.
Flora
Las principales especies de algas que aparecen son: feofíceas del género Cystoseira (especie indicadora de aguas limpias) y Anadyomene stellata, Hypnea cervicornis y Penicillus capitatus (especies de carácter tropical).
15
Figura 11.Galería en las aguas que rodean la Isla de Tabarca
Fauna
Los peces representan el elemento más importante de la fauna marina y que más se ha recuperado con el establecimiento de la reserva marina. Principalmente son: los grandes serránidos como el mero, el dot, el cherne, el gitano y los grandes espáridos como el dentón, la dorada y el pargo.
Figura 12.Banco de peces en el litoral de Tabarca
Dentro de los invertebrados destacan los moluscos vermétidos, las nacras, las gorgonias, erizos de mar, estrellas de mar, cangrejos, caracolas y esponjas.
En relación a la pradera de Posidonia resaltar que presenta una gran fauna vágil, destacando los erizos de mar, crustáceos, moluscos y peces como la salpa, la oblada, etc. Además, las poblaciones de grandes crustáceos reptadores como la cigarra de mar y la langosta están aumentando significativamente. Otra especie frecuente en la zona es la tortuga boba (Caretta caretta), representada por ejemplares adultos de la misma.
2.1.6. RESERVA MARINA, DESCRIPCIÓN, ACTIVIDADES Y GESTIÓN
16
pesquero. Tiene forma rectangular con una superficie de 1400ha. El 60% de la reserva está en aguas exteriores que son competencia de la Administración del Estado, mientras que el 40% restante corresponde a aguas interiores gestionadas por la Generalitat Valenciana.
Los fondos de la Reserva Marina oscilan entre los 0 y 40m de profundidad, encontrándose sustratos rocosos y arenoso-fangosos en los que crece la planta marina Posidonia oceánica. Cuyas características se han detallado en el apartado anterior.
En cuanto a la distribución de la reserva, existe una zona de máxima protección (reserva integral) en el extremo oriental de la Reserva. En el resto se autorizan las pescas profesionales al curricán. Mientras que en aguas interiores se permiten igualmente con chambel y caña. Por otro lado, se permiten pescas artesanales con las morunas (trampas de red típicas de la zona).
Figura 13.Mapa de la Reserva Marina de Tabarca
En la figura anterior se puede observar el límite de la Reserva Marina, determinado por la línea amarilla. Las zonas coloreadas en salmón son las ocupadas por la Pradera de Posidonia, mientras que las verdes se corresponden con las zonas de retroceso.
En lo referente a actividades de recreo, el buceo autónomo requiere autorización mientras que la pesca submarina está prohibida.
Además existen una serie de proyectos e iniciativas para controlar las actividades que se llevan a cabo y conocer el estado de la reserva. Éstas son:
1- Monitorización de la pesca marítima profesional
2- Red de control de la pradera de Posidonia oceánica en la Reserva Marina de la Isla de Tabarca.
3- Monitorización de las actividades subacuáticas.
4- Estudio del impacto socioeconómico derivado de la creación de la Reserva Marina de Tabarca.
17
2.2.ASPECTOS SOCIALES, ECONÓMICOS Y CULTURALES
La Isla de Tabarca pertenece a la ciudad de Alicante, siendo considerada como una partida rural. Sin embargo, administrativamente es parte del distrito sur de barrios que abarca también el Palmeral, Aguamarga y Urbanova. Según el censo del municipio de Alicante correspondiente al año 2009, cuenta con 73 habitantes. La población se encuentra en la parte oeste de la isla, geográficamente una pequeña península de la misma.
Las principales fuentes de ingresos son el turismo y la pesca. En este sentido, resaltar que la Isla de Tabarca es un importante centro receptor de turismo. Durante los meses de verano, se llegan a registrar una media de 3.000 visitas diarias. Principalmente gracias a las líneas marítimas que unen el continente con la isla; desde Alicante, Santa Pola, Guardamar y Torrevieja. Se trata de minicruceros de paseo de frecuencia variable según la temporada. La ruta es un cómodo paseo que apenas dura 60 minutos cuando parte desde el puerto de Alicante y 30 minutos cuando el origen es Santa Pola. Habitualmente la visita típica suele ser un día, los visitantes pueden disfrutar de calas y playas de aguas transparentes y de un pintoresco puerto marinero. Además se recomienda pasear por el núcleo urbano y visitar el museo de la isla. Si se toma la decisión de quedarse, actualmente la isla dispone de diferentes instalaciones donde alojarse, dos hoteles, dos pensiones y dos casas rurales. En cuanto a la oferta gastronómica, en el lugar se encuentran once restaurantes donde poder degustar el tradicional caldero tabarquí, plato típico de la isla. Otro de los reclamos más importantes de la isla, dadas las condiciones que presenta, es la práctica de cualquier deporte náutico (desde la vela hasta el windsurf).
Figura 14.Vista del puerto pesquero de la Isla de Tabarca
18
surgió una plaza militar que fue habitada por los esclavos liberados, los cuales la bautizaron con el nombre de Nueva Tabarca en recuerdo de su Tabargah natal.
El conjunto del archipiélago de Tabarca reúne una serie de condiciones que le confieren un especial interés. Por un lado presenta unas características geológicas, biológicas y ecológicas que favorecen la existencia de ecosistemas terrestres y marinos muy interesantes. Por otro, su condición de conjunto urbano fortificado, uno de los escasos ejemplos actuales de arquitectura militar en el litoral de España y la existencia de abundantes yacimientos arqueológicos. Por estas razones la isla fue declarada conjunto histórico-artístico el 27 de Agosto de 1964.
La ciudad amurallada se construyó con materiales extraídos del islote denominado la Cantera, situado en el lado oeste de la isla, resultando un monumento destacable. El acceso estaba formado por tres grandes puertas: las de San Rafael, San Gabriel y San Miguel. En su interior Tabarca encierra un patrimonio arquitectónico de interés, destacando la Iglesia de San Pedro y San Pablo, de estilo barroco y aspecto fortificado. Otro monumento importante es la Casa del Gobernador, construida en el centro del poblado como sede del gobierno y actualmente restaurada para ser convertida en hotel. Al sur de la isla se encuentra la Cueva del Llop Marí, una gruta con estalactitas de 100m de longitud, donde penetra el agua del mar. En una zona alejada del núcleo se levantó la Torre de San José, de 27,5m de altura, situada estratégicamente para cumplir las funciones de vigilancia de la isla.
Figura 15.Vista de la Torre de San José (derecha) y Cueva del Llop Marí (izquierda)
Por último, otro de los reclamos turísticos es el Museo Nueva Tabarca que abrió sus puertas en 2002 bajo la tutela del Exmo. Ayuntamiento de Alicante, a través de su concejalía de Medio Ambiente. La ausencia de cualquier dotación cultural en Nueva Tabarca, siendo un enclave tan turístico convirtió este proyecto en una auténtica necesidad. El Museo presenta un planteamiento interdisciplinar que se centra en el estudio y difusión de las relaciones que las poblaciones costeras han establecido con su entorno natural. Así el visitante adquiere los conocimientos previos para visitar, comprender y disfrutar en su recorrido por la Isla. Por otra parte, el espacio físico donde se sitúa el museo es el antiguo edificio de la Almadraba. Éste fue durante muchos años el almacén asociado a la importante actividad pesquera del atún. Resultando el entorno adecuado para reflejar la relación de las gentes del lugar con su entorno y actividades principales.
2.3.RUTA MARÍTIMA
19
la de menor duración, factor esencial para el dimensionamiento del banco de baterías del barco híbrido eólico-solar.
Actualmente la compañía Cruceros Baeza Parodi cubre este servicio y su flota hace el recorrido en aproximadamente 30 minutos. En el caso del barco híbrido, la duración del trayecto pasa a ser de 40 minutos resultando una velocidad media de 6 nudos. Se considera que este aumento de la duración del trayecto no es significativo ya que los usuarios de este servicio son principalmente turistas para los cuales este factor no es crucial.
El barco cubrirá este servicio durante todo el año, diferenciando dos horarios. El denominado horario de invierno que cubrirá los meses de octubre, noviembre, diciembre, enero, febrero y marzo. Mientras que el horario de verano se corresponde con abril, mayo, junio, julio, agosto y septiembre. La frecuencia del servicio según la temporada es la siguiente:
Tabla 2.Horarios del barco híbrido eólico-solar
Horario Invierno (desde Octubre a Marzo)
Horario Verano (desde Abril a Septiembre)
10.00h-11.00h Santa Pola-Tabarca Santa Pola-Tabarca 11.00h-12.00h Tabarca-Santa Pola Tabarca-Santa Pola 12.00h-13.00h
Recarga Baterías (Puerto Santa Pola)
Recarga Baterías (Puerto Santa Pola) 13.00h-14.00h
14.00h-15.00h Santa Pola-Tabarca
15.00h-16.00h Tabarca-Santa Pola
16.00h-17.00h Santa Pola-Tabarca
Recarga Baterías (Puerto Santa Pola) 17.00h-18.00h Tabarca-Santa Pola
18.00h-19.00h
Recarga Baterías (Puerto Santa Pola)
19.00h-20.00h Santa Pola-Tabarca
20.00h-21.00h Tabarca-Santa Pola
21.00h-10.00h Recarga Baterías (Puerto Santa Pola)
Según la tabla anterior, durante la temporada de invierno se realizarán dos trayectos completos (ida y vuelta). Entre uno y otro, el barco permanecerá amarrado en el puerto de Santa Pola donde se recargarán las baterías durante 4 horas. Dado que el tiempo de recarga total es de 8 horas, se estima que las baterías se recargarán un 50%. Por otra parte, en la temporada de verano el tiempo de recarga entre cada trayecto de i/v es de 2 horas. De la misma forma que en el caso anterior, el porcentaje de recarga será de un 25%.Además, la frecuencia del servicio será mayor (un trayecto de i/v más).
20
El puerto base desde donde se inicia y se termina la ruta cada día será el puerto de Santa Pola, situado 38º11’09’’N y 00º33’07’’O, en la provincia de Alicante. La zona en la que se encuentra es la llamada Bahía de Santa Pola, limitada al norte por el Cabo de Santa Pola y al sur por el Cabo Cervera.
El puerto, perteneciente a la red de puertos de la Generalitat Valenciana, está dividido en dos partes: la dársena pesquera, a resguardo del muelle de levante, con una longitud de más de 700m y el Club Náutico en el muelle de poniente. Siendo este último uno de los más importantes de la provincia de Alicante en cuanto a número de amarres 510, con un total 850 socios.
El barco a estudio estará amarrado en la parte correspondiente al club Náutico. A la entrada del mismo se venderá el billete para el pasaje. En la actualidad su precio es de 14€ i/v para adultos y de 10€ i/v para niños de 4 a 8 años.
En este puerto será donde se instale el aerogenerador principal del proyecto. Como ya se ha explicado en la introducción del proyecto, éste verterá a la red energía eléctrica de forma renovable y las baterías se recargarán conectándose directamente a la red. De esta forma se pretende alcanzar un balance energético equilibrado.
Figura 17.Vista aérea del puerto de Santa Pola
El puerto de destino está situado en la Isla de Tabarca, a 38º11’N y 00º29’. Se trata de un pequeño puerto que ofrece todas las atracciones de un enclave privilegiado en una pequeña isla. Sus fondos marinos y sus transparentes aguas poseen un gran atractivo que le confieren a este enclave la categoría de visita obligada para los turistas que se acercan a la Costa Blanca. Destacar que el único acceso posible a esta zona es el transporte marítimo.
21
A continuación se presentan las características y servicios principales de los puertos de Santa Pola y la Isla de Tabarca:
Tabla 3. Características generales de los puertos de Santa Pola y la Isla de Tabarca
Características generales
Superficies (m2) Calado en la bocana (m)
Puerto de Santa-Pola Tierra 119.152m2 7
Agua abrigada 272.912m2 Puerto de la Isla de
Tabarca
Tierra 6.497m2 3
Agua abrigada 10.900m2
Tabla 4. Servicios a la embarcación ofrecidos por los puertos de Santa Pola y la Isla de Tabarca
Servicios a la embarcación
Varada Combustible
Grúa (Tn) Rampa Gasolina Gasoil (A/B)
Puerto de Santa-Pola Sí (10) No Sí Sí (B)
Puerto de la Isla de Tabarca
No No No No
2.4. MODELO DE BARCO
El modelo de barco empleado para este trayecto es una embarcación de recreo para el transporte marítimo de viajeros. En este sentido se ha intentado adecuar el modelo al tipo de barcos que actualmente cubren el recorrido Santa Pola-Isla de Tabarca. Sin embargo, la selección final ha sido condicionada por la información disponible acerca de estas embarcaciones. Se han tenido en cuenta factores limitantes para el desarrollo de este proyecto como son:
1. Espacio en cubierta para la disposición de los paneles fotovoltaicos.
2. Espacio en la sala de máquinas para el emplazamiento de baterías, inversores y reguladores.
3. Peso del barco, para la reducción de la potencia necesaria del motor. 4. Disponibilidad de planos.
5. Cantidad de pasajeros permitidos.
22
Figura 19.PAX 550 (Dean Catamarans)
Sin embargo, los motores de propulsión actuales del barco eran demasiado potentes y tenían consumos elevados. Por tanto, se investiga acerca de cómo reducir este importante consumo para alcanzar la viabilidad del proyecto.
Para lograr este objetivo se determinan, en primer lugar, los factores que influyen en el tamaño de motor, siendo éstos:
1. Peso del barco
2. Velocidad de navegación 3. Dimensiones del barco 4. Cantidad de pasajeros
5. Tipo de motor. (intraborda o en borda)
Para la reducción del peso del barco se aplicará una nueva tecnología desarrollada por una compañía especializada en catamaranes llamada “African Cats”. Según sus resultados podían bajar el peso de los materiales de construcción desde 8.900 kg hasta los 5.000kg utilizando fibra de twaron (fibra ligera de para-amida de alto módulo, térmicamente estable y de gran resitencia química y al impacto) para sustituir la fibra de vidrio, pinturas de rociador sustituyendo a la pintura de gel normal, inyección al vacío para construir todos sus componentes internos y además se utiliza resina de epoxi en vez de la resina de polyester comúnmente utilizada en estas aplicaciones.
Por tanto, tomando estos parámetros de partida se decide trasladar linealmente los datos obtenidos de la empresa “African cats” al barco en estudio. Así se obtiene un barco de 14,4m de eslora mojada con un peso sin pasajeros de 10 ton, dato de partida para los cálculos del dimensionamiento de nuestro sistema.
A continuación se presentan las principales características del barco:
Tabla 5. Características principales del barco
Descripción Tamaño
LOA Eslora en cubierta 16,5 m
LWL Eslora mojada 14,9 m
Altura del barco 7,1 m
Peso sin pasajeros 10 ton
Calado 1,3m
23
24
3. ESTIMACIÓN DE RECURSOS
3.1.RECURSO SOLAR
Los datos del recurso solar se toman de la base de datos de PVGIS, donde se muestran las medias de la producción diaria dada por el sistema (kWh), (Ed), las medias de la producción mensual dada por el sistema (kWh), (Em), la irradiación global diaria que reciben los módulos (kWh/m2), (Hd) y la irradiación global que reciben los módulos (kWh/m2), (Hm).
Estas medidas son tomadas a una latitud de 38°11'32" Norte, 0°33'18" Oeste. El sistema fotovoltaico se situará de forma horizontal (inclinación 0º).
Tabla 6. Datos de radiación solar. Fuente: PVGIS
Mes Ed
(kWh)
Em (kWh)
Hd
(kWh/m2)
Hm
(kWh/m2)
Ene 16,1 500 2,35 73
Feb 21,9 613 3,16 88,4
Mar 30,1 932 4,40 136
Abr 36,0 1080 5,33 160
May 42,5 1320 6,41 199
Jun 45,2 1360 6,95 209
Jul 44,8 1390 6,96 216
Ago 39,5 1220 6,12 190
Sep 32,8 984 4,98 149
Oct 24,8 769 3,71 115
Nov 16,3 490 2,41 72,2
Dic 14,3 442 2,11 65,4
Año 30,4 924 4,58 139
El recurso solar se considera constante a lo largo del recorrido del barco, desde su salida del Puerto de Santa Pola hasta su llegada a la isla de Tabarca. Ya que se ha comprobado que la irradiación no varía, ya que la exactitud de la fuente no logra hacer diferencia entre ambas localidades.
25
3.2.RECURSO EÓLICO
La velocidad del viento es el factor determinante para definir la instalación de un sistema eólico, sea éste para la generación a grande o pequeña escala.
La evaluación del potencial aprovechable en una zona específica, comprende una fase de exploración, con estudio de datos e información previa de registros de estaciones cercanas, reconocimiento de la geografía del terreno, estimaciones de potencial, acceso para un estudio más detallado de mediciones y registro, evaluación de los datos y aplicación de técnicas estadísticas necesarias, y análisis de los datos obtenidos.
Medir la velocidad del viento puede ser una tarea difícil, hacerlo requiere instalar estaciones de medición (anemómetros), por largos periodos de tiempo y correlacionarlos con los datos meteorológicos disponibles de varios años de estaciones cercanas.
Sin embargo para la instalación de mini aerogeneradores no es factible hacer estudios complejos y costosos, lo adecuado es buscar datos existentes de estaciones cercanas.
En este caso se han utilizado mapas de viento, que proporcionan una primera aproximación del recurso eólico del puerto de Santa Pola. (Fuente IDAE).
La velocidad media mensual con mayor precisión se obtiene gracias a la información cedida por la NASA, mostrada en la tabla siguiente. El anemómetro está situado a una altura de 50m, con estos datos se extrapolará las velocidades a la altura del aerogenerador elegido para el puerto de Santa Pola.
26
Tabla 7. Velocidades de viento de Santa Pola (Lat 38,18, Lon -0,56) a 50m. Fuente: NASA
El siguiente histograma de velocidades muestra la frecuencia en la que aparecen distintas velocidades de viento en el emplazamiento elegido, el puerto de Santa Pola. Correspondiendo con la distribución de Weibull. Siendo Weibull K = 1,855 y Weibull C (m/s) = 6,1.
Por otro lado, para mostrar la información sobre las distribuciones de velocidades del viento (Línea roja) y la frecuencia de variación de las direcciones del viento (Línea azul), puede dibujarse la llamada rosa de los vientos basándose en observaciones meteorológicas de las velocidades y direcciones del viento.
En este caso, la rosa de los vientos muestra como la variabilidad de velocidades es mayor en la dirección Este-Noreste. Y como las mayores velocidades, en torno a los 3,5 m/s son en la dirección Noreste y Este.
Análisis del emplazamiento
El aerogenerador se coloca en el saliente sur del puerto de Santa Pola, evitando así efecto estela con grandes obstáculos, ya que lo único por lo que está rodeado el emplazamiento es por el mar. Por tanto, sólo se considera la rugosidad del mar para la evaluación del emplazamiento.
La colocación en este punto del puerto es estratégica, se intenta evitar molestias a los usuarios del puerto, y causar los menores impactos visuales.
Los accesos al lugar de instalación son viables, la plataforma de montaje del aerogenerador y la zapata son realizables accediendo al emplazamiento a través del puerto marítimo de Santa Pola minimizándose los costes de instalación por este motivo.
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Media Anual v media
(m/s) 5,65 5,86 5,78 5,64 5,13 5,08 5,29 5,12 4,8 4,95 5,43 5,71 5,36
Figura 23. Histograma de frecuencias de velocidades de viento. Fuente:CENER
27
Figura 25. Situación del aerogenerador en el puerto de Santa Pola
Impacto ambiental
Los impactos de los parques eólicos, se pueden agrupar dependiendo de la fase del parque en el que se encuentran.
En la fase de construcción se concentran numerosas afecciones debido a las obras, movimiento de maquinaria, desmonte, aperturas de viales y pasos, etc., acciones de las que derivan efectos como la parada estacional de una parte del puerto de Santa Pola. Dicha parada no sería de larga duración al tratarse de un aerogenerador de baja potencia, cuyas dimensiones no causarían grandes problemas de transporte y montaje en el puerto, ya que el Puerto de Santa Pola es un puerto con características industriales.
En la fase de explotación el aerogenerador causaría un impacto visual, minimizado por la industria pesquera que se haya en el puerto, grandes grúas de hasta 15 toneladas y una gran nave de pintado para hasta 40m de eslora. La explotación también genera emisión de ruidos y el movimiento de las palas conlleva la posible colisión de aves. Se trata de los impactos de mayor magnitud y permanencia.
Además debemos tener en cuenta los residuos producidos por el aerogenerador, principalmente a los aceites usados en los engranajes mecánicos que se cambian cada 6 meses.
Por último, la fase de abandono causa un efecto negativo sobre el paisaje. Los aspectos ambientales objeto de evaluación serán:
Biodiversidad
Cercano al Puerto de Santa Pola, donde se instalará el aerogenerador se encuentra gran diversidad de habitats. Esto se debe a la existencia del parque natural de las Salinas de Santa Pola.
28
En cuanto a la vegetación, el impacto es mínimo. Los daños que se causen habrán de ser solventados a través del cuidado de las especies, o en caso extremo reposición de las mismas especies, y del estudio de su evolución.
Suelos
La instalación del aerogenerador en el saliente sur del puerto supondrá movimiento de tierras, y rocas procedentes de la precedente construcción del saliente.
Una vez realizada la instalación, el suelo quedará en perfecto estado y condiciones.
Paisaje
La instalación del aerogenerador supondrá efectos en el impacto visual. Sin embargo, al tratarse de la instalación de un sólo aerogenerador de baja potencia y cuya altura de buje no excederá los 35m, el impacto visual será minimizado.
Factores Climatológicos
El clima no se verá afectado por la instalación del aerogenerador.
Agua y aire
En la fase de instalación del aerogenerador podrían producirse vertidos al agua del mar, debido al lavado de materiales o vertidos contaminantes de las máquinas utilizadas en la construcción. En esta fase se precisan continuos análisis del estado del agua del mar, tanto en la inmediata proximidad a la instalación como a mayores distancias.
En la fase de funcionamiento del aerogenerador, pudrían producirse vertidos por el lavado de materiales, así como por la reparación y mantenimiento de la máquina.
El medio marino deberá tratarse con especial sensibilidad por la existencia del parque natural de las Salinas de Santa Pola, donde la fauna es de vital importancia.
Las distancias entre dicho parque y el lugar de la instalación, al no ser excesivamente grandes, será necesario un continuo seguimiento de las especies marinas y de la calidad del agua.
Salud Humana
La instalación de aerogenerador no será en ningún momento perjudicial para la salud humana
Patrimonio
El núcleo de la población se desarrolla teniendo el puerto y el castillo como centro, pero limitado por dos parajes naturales que lo flanquean. Al oeste, se encuentra el Parque Natural de las Salinas de Santa Pola, y al este, se encuentran la Sierra y el Cabo de Santa Pola. Además, Santa Pola cuenta con más de 11 km de playas.
29
Son las salinas tradicionales en activo más importantes de la Comunidad Valenciana y probablemente del litoral mediterráneo español.
Ruidos
La instalación del aerogenerador, las obras de cimentación y montaje de este causarán ruidos que podrían alterar la tranquilidad de la playa y sus alrededores. Estos tan sólo ocurrirán en la primera fase de instalación.
Durante la fase de explotación, el ruido del generador se haya dentro de la normalidad, al encontrarse en un puerto pesquero. La potencia no elevada del aerogenerador hace que el ruido sea más limitado. Pero aún así, sería conveniente la realización de una serie de medidas de ruido en la zona de estudio.
30
4. METODOLOGÍA DEL DISEÑO
La metodología seguida para dimensionar los componentes del sistema ha tenido en consideración diferentes factores clave que se resumen en los siguientes puntos:
4.1.SELECCIÓN DE LA POTENCIA DEL MOTOR Y CÁLCULO DEL PESO MÁXIMO
ADMISIBLE
La potencia del motor se selecciona investigando acerca de barcos con motores de este tipo. En este sentido, se encuentra un barco con las mismas dimensiones que el pax550 con dos motores de 23kW cada uno que demuestran un buen rendimiento. Una vez decidida la potencia deseada, se analiza el caso para verificar que elementos se deben corregir en el barco para cumplir con esta potencia de motor. Además, se considera que para un barco de pasajeros es aceptable una potencia de 3CV por tonelada, este valor proporciona el dato de partida para iniciar el dimensionamiento ya que teniendo en cuenta estas especificaciones se calcula el peso máximo que puede tener el barco.
Peso barco= Potencia/3CV=(46 kW /0,735kW)/3CV= 20,9ton
Según este resultado, se optó por elegir dos motores de 23kW del fabricante Kräutler Elektromaschinen, obteniéndose así una potencia total de 46kW en hélice.
Por otra parte, se muestra un posible desglose del peso final (20,9ton) en función de los diferentes elementos.
Paneles fotovoltaicos: Si se ocupase toda el área disponible (45m2) para colocar
paneles fotovoltaicos. Se obtendría un peso adicional de los mismo en torno a 0,7 ton
Pasajeros: La cantidad total de personas que tienen cabida en el barco es de 50 (45
pasajeros y 5 tripulantes), suponiendo un peso promedio de 70 kg se alcanza un peso total de 3,5ton
Aerogenerador en popa: El peso del aerogenerador del barco es de 500g, en
comparación con el resto de componentes éste es despreciable.
Componentes adicionales: El promedio de componentes eléctricos y del grupo
electrógeno de apoyo asciende a un total de 1,5 ton.
Banco de baterías: El peso máximo admisible para el banco de baterías se calcula a
partir del peso máximo admisible por el barco (20,9ton) y el peso de los componentes citados anteriormente, resultando un valor máximo de 5 ton.
4.2.ESTIMACIÓN DE CONSUMOS
El consumo del barco se divide en dos grupos según su aplicación: el consumo eléctrico interno (iluminación, equipos de navegación etc.) y el consumo de los motores de propulsión. Para obtener la energía requerida por cada uno de estos sistemas se determinan las horas de funcionamiento del barco según los horarios de utilización.
Estimación del consumo interno
31
Tabla 8. Elementos eléctricos disponibles en el barco
Primera Planta
Radar y GPS Sistema de control
contra incendios
Radio VHF Instrumentación de
navegación
Parabrisas Iluminación general
Bocina Tomacorriente
Terraza
Iluminación Escaleras (LEDS)
Tomacorriente
Iluminación General (Fluorescente)
Segunda Planta
Iluminación general Tomacorriente Iluminación escaleras Baño eléctrico
Planta Baja
Iluminación escaleras Bombas de recirculación Iluminación general
A continuación se muestra una tabla resumen con una descripción de elementos eléctricos presentes en el barco, la potencia de cada uno de ellos, las horas de funcionamiento y finalmente la energía diaria requerida:
Tabla 9. Consumos internos del barco
ENTRADAS Energía
Potencia
Requerida
Horas Diaria
Carga Por Diseño
No. Descripción Unids (W) Día (AC kWh)
1 Motor de anclas 1 1200 0 0,1
2 Equipo eléctricos de control 1 200 6 1,2
3 Motor Parabrisas 2 60 0,1 0,0
4 GPS 1 6 6 0,0
5 Radar 1 47 6 0,3
6 Iluminación 10 20 2 0,4
7 Baño eléctrico 1 340 1 0,3
8 Radio 1 697 1 0,7
9 Bocina 1 200 0,1 0,0
10 Equipo de detección contra incendios
1 50 24 1,2
11 Bombas 4 96 2 0,8
12 LED 26 10 6 1,6
13
32
Figura 27.Desglose del consumo interno del barco
Estimación del consumo de los motores de propulsión
Según las especificaciones técnicas del modelo WA 96/23 112M 23,0 4 W (véase tabla 10) se puede observar que cada uno de los motores necesita una potencia de 26,7kW. Por tanto, el consumo de los motores de propulsión asciende a un total de 240,3 kWh diarios sin tomar en consideración los consumos adicionales que provocan los equipos eléctricos del sistema.
Tabla 10. Especificaciones técnicas de los motores eléctricos Kräutler Elektromaschinen
Tabla 11. Consumo de los motores eléctricos
A partir de los horarios y de la potencia de los equipos eléctricos se obtienen los datos de consumo de cada uno de ellos. Se debe tener en cuenta que el consumo diario del motor del barco se calcula para 5 horas que se corresponden con el caso más desfavorable (horario de verano3 trayectos de i/v). Para el horario de invierno las horas de funcionamiento del motor se reducirían a 3,5h ya que el sólo tienen lugar dos trayectos de i/v. A continuación se calcula la
2% 28% 0% 1% 7% 6% 5% 11% 0% 4% 12% 24%
0% 0% 0% Motor de anclas
Equipo electricos de control Motor Parabrisas Gps Radar Iluminacion Baño electrico Radio Bocina
Equipo de deteccion contra in… Bombas
LED
ENTRADAS Energía
Potencia
Requerida
Horas Diaria
Carga Por Diseño
No. Descripción Unids (W) Día (AC kWh)
1 Motor barco 2 26.700 5 267,0
33
energía requerida por el sistema que asciende a 246kWh en corriente alterna, a 220 voltios y a 50Hz.
Pequipos·N° de equipos·Horas de funcionamiento = Erequerida
Por otra parte, a la energía requerida calculada anteriormente se le debe sumar el consumo adicional que provocan las pérdidas por eficiencias de los equipos eléctricos. Para calcular la energía real requerida por el sistema, L (Wh), se utilizan las siguientes fórmulas:
El consumo total teniendo en cuenta la eficiencia de los equipos eléctricos es el siguiente:
=
+
=
,
/
í
=
·
·
=
,
/
í
Donde:
L Consumo total
Lt Consumo con las eficiencias del regulador e inversor Lac Consumo en corriente alterna
Ldc Consumo en corriente continua ɳreg Eficiencia del regulador ɳinv Eficiencia del inversor ɳbat Eficiencia de la batería ɳcable Eficiencia del cable
4.3.SISTEMA FOTOVOLTAICO
La instalación del sistema fotovoltaico está restringida por las limitaciones de espacio en cubierta, el criterio tomado es colocar la mayor cantidad de paneles posibles. Con un área disponible de 45 m2 se obtiene una potencia instalada de 12 kW (50 paneles de 240W cada uno) y un peso total 0,7ton.
Paneles fotovoltaicos
Los módulos fotovoltaicos se situan en diferentes partes del barco, divididas en cuatro secciones: la primera sección sobre la cubierta de la terraza, la segunda sobre la cubierta de la primera planta, la tercera sobre la proa y para la cuarta sección se utilizan las barandillas. (ver figura 60).
Para escoger los paneles fotovoltaicos se utiliza un método cualitativo por puntos que consiste en seleccionar varios parámetros o criterios de selección a los que se les asigna una ponderación según su importancia para el proyecto.
34
1. Potencia del generador…………0,20
2. Peso………..0,20
3. Eficiencia……….0,20 4. Dimensiones………0,15 5. Materiales del marco…………...0,05
6. Precio………...0,25
Se analizan cinco marcas reconocidas en el mundo fotovoltaico como son Bosch Solar, Scott Solar, Sanyo, Kyocera y Suntech. Para continuar con el análisis se especifican cada uno de los parámetros considerados importantes de sus respectivos catálogos.
Tabla 12. Paneles fotovoltaicos y parámetros principales
MARCA Potencia Peso Eficiencia Dimensiones Materiales del marco Precio
Wp/€
Bosch 180Wp 16Kg 13 1,343·0,988·0,40 aluminio anodizado 1,8
Scott Solar
300Wp 41,5kg 13,54 1,685·1,313·0,50 aluminio anodizado 7,0
Sanyo 240Wp 16,5Kg 17,33 1,600·0,860·0,35 aluminio anodizado 2,8
Kyocera 235Wp 21Kg 14,3 1,662·0,990·0,46 aluminio anodizado
negro
4,6
Suntech 280Wp 27Kg 14,46 1,956·0,992·0,50 aluminio anodizado 1,9
Una vez determinada cada una de las características en mención se procede a la valorar cada característica utilizando una escala del 1 al 10 siendo éste el de mayor valor.
Tabla 13. Puntuación características más importantes de los diferentes modelos de paneles FV
0,2 0,2 0,2 0,1 0,05 0,25
MARCA Potencia Peso Eficiencia Dimensiones Materiales del marco Precio
Bosch 5 10 8 10 10 9,0
Scott Solar 10 3 8.5 8 10 3,0
Sanyo 7 9.5 10 9 10 7,0
Kyocera 6,5 6 9 8,5 10 5,0
Suntech 9 7 9 6 10 8,8
35
Tabla 14. Puntuación final de los diferentes modelos de paneles FV
MARCA Potencia Peso Eficiencia Dimensiones Materiales
del marco
Total
Bosch 1 2 1,6 1 0,5 8,35
Scott Solar 2 0,6 1,7 0,8 0,5 6,35
Sanyo 1,4 1,9 2 0,9 0,5 8,45
Kyocera 1,3 1,2 1,8 0,85 0,5 6,90
Suntech 1,8 1,4 1,8 0,6 0,5 8,30
Tabla 15. Especificaciones técnicas del modelo de panel fotovoltaico Sanyo HIT-240 HDE4
Especificaciones Técnicas Sanyo HIT-240HDE4
Potencia nominal Wp 240
Corriente máxima potencia A 6,77
Tensión de máxima potencia V 35,5
Corriente de cortocircuito A 7,37
Tensión de circuito abierto V 43,6
Ancho mm 1620
Largo mm 861
Grosor mm 35
Grosor con caja de aluminio mm 35
Peso kg 16,5
Por último se presenta el modelo del soporte empleado para colocar los paneles sobre las barandillas del barco, tal y como se detalló anteriormente.
En cuanto al mantenimiento de los módulos fotovoltaicos no se requiere una atención especial por estar situados en un barco. La limpieza se realizará semanalmente por los encargados de limpieza propios del barco.
36
4.4.AEROGENERADOR EN BARCO
Los aerogeneradores han sido utilizados en veleros para suministrar la energía necesaria para los consumos internos del barco. En base a esto, se ha seleccionado un mini aerogenerador de 300W que se colocará en la parte trasera del barco (popa), de forma que ayude al sistema fotovoltaico a cumplir con los requerimientos energéticos del barco.
El aerogenerador de AQUASOLAR AQ300 es el elegido ya que está diseñando para cargar baterías en sistemas de 24/48V DC y está equipado con un regulador de carga y comienza a producir energía desde vientos de 3,13 m/s. Este aerogenerador es ideal para producciones pequeñas y su construcción en aluminio le permite actuar en cualquier tipo de terreno sin importar las condiciones climáticas, ya que no se corroe, por tanto es indicado para su instalación en embarcaciones.
Figura 29. Curva de potencia del aerogenerador AQ300
4.5.AEROGENERADOR EN PUERTO
El aerogenerador situado en puerto debe suministrar la energía eléctrica necesaria para que junto con la que producen el generador fotovoltaico y el mini aerogenerador del barco se obtenga un balance energético favorable. Es decir; el aerogenerador debe producir, al menos, lo que obtenga de la red.
Datos técnicos
Diámetro de rotor 1150mm Velocidad de arranque 3,13 m/s Rango de voltaje 12/24/48 V DC Salida de potencia 400W (12,5 m/s) Capacidad diaria de carga/día 12 kWh (5,4 m/s) Potencia Máxima 600W
Peso 5,85 kg
Generador de magnetos permanentes
37
En este sentido, se presentan aerogeneradores de diferentes potencias (40, 50, 80, 100 y 150kW) y sus principales características. Éstos, salvo el aerogenerador de 150kW, han sido elegidos de una lista de aerogeneradores de baja potencia facilitada por el IDAE. En ella se citan los fabricantes más importantes y representativos de aerogeneradores de este tipo. Los principales criterios tenidos en cuenta para la elección de los mismos han sido:
La curva de potencia (véase tabla 29). En este caso, dadas las bajas velocidades de viento características del puerto de Santa Pola, interesan aerogeneradores que comiencen a producir a bajas velocidades.
La altura de la torre. Al igual que en el caso anterior, el que el aerogenerador se instale en el puerto requiere que la altura del mismo no sea muy elevada. De esta forma el impacto visual es menor.
Tabla 16. Especificaciones técnicas de los diferentes tipos de aerogeneradores
MARCA Potencia
(kW)
Diámetro rotor (m)
Altura torre (m)
vel. arranque (m/s)
vel. potencia nominal (W)
vel.frenado (m/s)
Enwia 40 11,6 18 3,5 14 20
Atlantic Orient Canada Inc.
50 15 25 4,6 13 22,4
Windenergy Solutions
80 15,6 32 2,7 12,5 25
Fuhrländer 100 21 25 3 12 25
Repowering Solutions
150 28 35 2,5 10,4 20
Figura 30. Vista de los aerogeneradores Emwia 40kW (dcha) y Windenergy 80kW (izqda)
A partir de las características técnicas de estos aerogeneradores se realiza un estudio de la producción de cada uno de estos aerogeneradores. Los valores obtenidos se comparan con los datos de la demanda del barco y de esta forma se puede elegir el más recomendable, sin olvidar que debe proporcionar un balance energético favorable.
4.6. S ISTEMA DE ALMACENAMIENTO
38 Baterías
Las baterías más conocidas y usadas actualmente son las de base de plomo; con ácido líquido, las AGM (Absorbed Glass Mat), gel o las más avanzadas y por último las de ión litio.
Baterías ácido-plomo
Las baterías inundadas de plomo-ácido tienen la más larga trayectoria y todavía se usan en la mayoría de los sistemas autónomos. Presentan una larga vida útil y menos coste por A/hora que cualquiera de las otras opciones. Además requieren un mantenimiento sencillo que consiste en recargarlas con agua destilada, ecualizarlas y mantenerlas limpias y desulfatadas. Su principal inconveniente para una aplicación móvil de este tipo es su elevado peso.
Baterías AGM
Completamente selladas no se derrama su acido y no es necesario su rellenado periódico. No emiten gases nocivos, el electrolito no se estratifica y no hay que ecualizarlas durante su carga. Se utiliza mucho en equipos de poca frecuencia de uso pues tienen menos de un 2% de autodescarga. Pueden ser transportadas fácilmente y de forma segura por vía aérea. Puede montarse de lado o boca abajo y son buenas resistentes a las vibraciones. Pueden ser descargadas más profundamente, sin que se estropeen y sin reducir su vida útil. Admiten mayor entrega de su energía en menos tiempo. Su densidad energética es mayor que las de gel o ácido lo que implica menor peso y volumen a igualdad de capacidad. La duración es mucho mayor, tanto en ciclos como en tiempo, por lo que la única desventaja – su precio – queda anulada, si consideramos el coste por Kw de energía disponible y cuándo tienen que ser remplazadas.
Baterías de gel
Estas baterías superan a las AGM en el mercado. Tienen muchas de las ventajas que las AGM, incluyendo la facilidad de transporte, excepto que en las baterías de gelatina su electrolito es de muy alta viscosidad y la recombinación de los gases que se producen mientras se cargan sube muy lento a la superficie. Por ende deben ser cargadas más lentas que las AGM o las inundadas Plomo Ácido. Otro problema es que de acelerar la intensidad de carga puede deteriorar las baterías ya que las burbujas de gas que salen pueden interponerse entre la placa y el electrolito viscoso formando una barrera entre los dos reduciendo la efectividad de la batería hasta que el gas abra su camino hasta la superficie.
Baterías Ión Litio
A pesar de que su precio inicial es alto, las ventajas que tienen sobre las de base de plomo en cuanto a densidad energética y duración, compensan bastante la diferencia de precio.
Ventajas:
Las baterías del Litio-ion se pueden formar en una variedad amplia de formas y de tamaños para llenar eficientemente el espacio disponible en los dispositivos que accionan.
Las baterías del Li-ion son más ligeras que otra equivalente.
39
Las baterías del Li-ion no sufren de efecto de la memoria. También tienen un índice bajo de la autodescarga de el aproximadamente 5% por mes, comparado con sobre el 30% por mes en campo común hidruro del metal del níquel baterías.
Las baterías “elegantes” del Li-ion hacen la autodescarga, debido al dren constante pequeño del circuito incorporado de monitor de voltaje. Este dren es la fuente más importante de la autodescarga en estas baterías.
Desventajas:
Su vida es dependiente sobre envejecer a partir de la época de la fabricación (vida útil) sin importar si fue cargada, y no apenas en el número de la carga/de la descarga completa un ciclo.
Bajo ciertas condiciones de temperatura, las baterías tienen una tendencia a dañarse y pueden recargar a veces nunca completamente otra vez.
Mientras que las baterías envejecen, su resistencia interna se levanta. Esto causa el voltaje en los terminales a la gota bajo carga, reduciendo la corriente máxima que se puede dibujar de ellos. Alcanzan eventual un punto en el cual la batería pueda funcionar no más el equipo que está instalado adentro por un período adecuado.
Pilas de combustible
A diferencia de las baterías convencionales, nunca se descarga, pero debe ser “alimentada” continuamente con un combustible y un oxidante para lograr que funcione. El proceso que tiene lugar es una especie de “combustión controlada” a temperaturas relativamente bajas, donde parte de la energía que usualmente se disipa en forma de calor se logra aprovechar al transformarse directamente energía eléctrica.
Ventajas:
Tienen alta eficiencia, en cualquier caso superior al 40%.
Modularidad, pueden ser cubiertas ensamblando nuevas unidades Presentan nula emisión de contaminantes, permiten trabajar con H2.
Presentan nula contaminación acústica, al no existir partes móviles el nivel de ruido es muy bajo e inferior al de equipos inferiores
Permiten su emplazamiento en cualquier parte debido a las características anteriores Desventajas:
Alto coste, su demanda actual no es competitiva frente a otros dispositivos convencionales de energía eléctrica
Falta de experiencia en el campo, faltan retos tecnológicos e ingenieriles por resolver Disminución de la vida útil de la pila en el caso de impurezas en gases de los que se