Fuente: “EuropeWaves. Bridging the Gap to Commercialization of Wave Energy Technology using Pre-commercial Procurement” by Peter Dennis. The Journal of Ocean Technology, Vol. 18, No. 1, 2023 53
En un contexto de seguridad energética, preocupaciones, objetivos de emisión neta cero de dióxido de carbono e instabilidad económica, los gobiernos de todo el mundo están tomando decisiones políticas audaces relacionadas a las fuentes de energía teniendo en cuenta las tecnologías verdes que incluyen las renovables.
Los objetivos climáticos y las iniciativas políticas han alentado a los países integrantes de la UE a establecer sus propias y ambiciosas metas nacionales en relación con las renovables. Es tal vez natural que lo hagan los países y las regiones que dan al Atlántico y aquellas que bordean el Mar del Norte, con la existencia de un importante recurso de energía undimotriz ven al sector de las energías marinas como de interés estratégico en el cumplimiento de estos objetivos.
Los sectores energéticos en los países de la UE se expresan de manera contundente para brindar apoyo para el desarrollo de la energía oceánica industrial. Este apoyo se manifiesta en el sector académico en la investigación, desarrollo e innovación (I+D+i) para crear la infraestructura de apoyo en el desarrollo de esta naciente tecnología de energía oceánica.
Las prioridades que emergen de las agendas de la ruta tecnológicas de investigación estratégica se enfocan en aspectos tecnológicos, se resumen mejor como “aprender haciendo a una escala significativa”. Esta prioridad es compatible con el alto nivel prioridades nacionales y regionales.
El resumen de 2019 de la Plataforma para la Energía Oceánica revela el estado del arte de las tecnologías para la captación de la energía oceánica y destacaron la necesidad de propulsar las tecnologías de energía undimotriz más prometedoras, se tendrá en cuenta aquella que se encuentren en un nivel de preparación tecnológica del orden TRL 6-8 y así cerrar la brecha entre I+D+i con la inversión y financiación pública y comercial. Para lograr esto se requiere la instalación de prototipos a escala lo más representativo del diseño final dentro de un clima de olas operacionales.
El Plan Tecnológico de la UE ha fijado objetivos ambiciosos para las tecnologías de energía oceánica dirigidas a la generación de energía eléctrica para el mercado de servicios públicos, esto representa un gran desafío al sector de la energía undimotriz para reducir su costo nivelado de energía
Para 2025 debe alcanzar el LCOE al equivalente de € 0,20/kWh, en 2030 a € 0,15/kWh y para 2035 a € 0,10/kWh.
La innovación tecnológica está impulsando a las industrias marinas a un gran crecimiento, incluidas la acuicultura marina, el turismo submarino, la robótica marina, los biocombustibles y la extracción de minerales en el mar. La tecnología de energía undimotriz puede desempeñar un papel único en estos sectores, proporcionando energía en lugares en alta mar fuera de la red, sin conexión a las redes eléctricas terrestres.
¿Qué es EuropeWave?
EuropeWave es un programa de I+D+i para promover los diseños más prometedores de los convertidores de energía undimotriz hasta el punto en que puedan ser explotados comercialmente a través de programas nacionales/regionales y/o privados del sector.
Estos diseños deberán haber sido validados a través de pruebas en múltiples fases del programa, desde el modelado físico a pequeña escala en un tanque de prueba hasta la instalación de prototipos de una escala casi real en las instalaciones de ensayos en aguas abiertas de la Plataforma de Energías Marinas de Bizkaia (BiMEP) en el País Vasco o en el Centro Europeo de Energía Marina (EMEC) en Escocia.
En esta etapa pre comercial el programa EuropeWave cuenta con un presupuesto de €19,6 millones para la contratación transnacional de servicios de I+D+i. Estos desarrollos se van a llevar a cabo en los centros de Energía de olas en Escocia (WES) y la Agencia Vasca de la Energía. La agencia ha creado un sistema para realizar las compras en conjunto, la intención es reducir costos mediante un único proceso de adquisición conjunta.
El presupuesto está cofinanciado a través de la Unión Europea con el Programa de Investigación e innovación de Horizonte 2020 bajo el acuerdo de subvención N° 883751. El programa se lleva a cabo en colaboración con Ocean Energy Europe, que proporciona experiencia y orientación en la difusión de los productos del proyecto y un vínculo directo con los sectores relacionados con la energía oceánica.
La motivación es apoyar los objetivos de la política de energías renovables de la UE y entregar beneficios económicos en el suministro de energía a comunidades de zonas costeras o insulares económicamente frágiles. El grupo de asistencia en la compra está comprometido para obtener las mejores soluciones desde cualquier lugar en Europa con la condición de que los ensayos se lleven a cabo en Escocia y el País Vasco.
Estos sitios ocupan un lugar destacado para recoger los beneficios de un sector de la energía undimotriz en proceso de maduración. Ambos sitios cuentan con las siguientes ventajas:
- Importante recurso undimotriz en la región
- Capacidad propia de I+D+i
- Tecnología de energía undimotriz generada por desarrolladores locales
- Oportunidades de la cadena de suministro
Los principales retos técnicos a abordar por los diseñadores de tecnología de energía undimotriz
desarrollado a través de EuropeWave:
- Desempeño: abordado mediante la obtención de la evidencia cuantitativa del potencial del recurso y de la capacidad de captura y conversión de la energía y un aumento asociado en la confianza en las predicciones de rendimiento del modelo numérico
- Capacidad de supervivencia: demostrando estrategias efectivas para la supervivencia del equipo ante eventos catastróficos
- Disponibilidad: demostrando los niveles de disponibilidad a través del funcionamiento del prototipo.
- Asequibilidad: aumentando la confianza en la estimación de los costos de la tecnología (capital y operativos) y determinar una ruta hacia la reducción de costos para lograr un LCOE competitivo.
La Agencia Internacional de Energía (AIE) establece un marco de referencia para la evaluación y orientación del uso de la tecnología de energía oceánica. El marco de la AIE establece que el proceso de desarrollo de tecnología se realice en seis etapas, desde la creación del concepto hasta comercialización.
El marco de la AIE establece que el proceso de desarrollo de tecnología se realice en seis etapas, desde la creación del concepto hasta comercialización.
Las tres fases del PCP de EuropeWave cubren la Etapa 2 y la Etapa 3 del Marco IEA. En cada etapa, se proponen una serie de actividades técnicas relacionadas a nueve áreas clave de evaluación.
Power capture: captura de la energía. Power convertion: conversión de la energía. Controllability: facilidad de operación. Reliability: confiabilidad. Survivability: capacidad de supervivencia. Mainteinability: facilidad en el mantenimiento. Installability: facilidad de instalación. Manufacturability: facilidad en la fabricación. Affordability: facilidad en la adquisición.
¿Qué es la contratación pre comercial?
La contratación pre comercial –Pre-Commercial Procurement (PCP)- es un esquema de la operatoria del sector público en los desarrollos de innovación. Un comprador identifica una necesidad para un dispositivo que aún no ha sido probado comercialmente o que esté cerca de hacerlo para ello. PCP es un enfoque específico para contratar los servicios en estos casos ya que permite al comprador comparar los pros y los contras de soluciones alternativas competidoras.
Este proceso de desarrollo industrial crea un “embudo” a través de un programa de financiación de varias fases. Al principio, los desarrolladores pueden solicitar soporte a través de una convocatoria abierta. En la fase posterior, los proyectos más prometedores se seleccionan a través de un proceso competitivo para continuar con la próxima fase, concentrando la financiación restante en las tecnologías de mejor desempeño (Fig. 3).
Tecnologías que avanzan pasarán a la fase final del programa en aguas abiertas en la región vasca o Escocia. Este modelo fue implementado por primera vez en Escocia por WES (Wave Energy from Scotland), es un enfoque alternativo para financiación convencional de I+D+i. Optimiza el gasto público en innovación de energía undimotriz brindando hasta el 100% de financiación en áreas que necesitan soluciones mejoradas.
En EuropeWave, el foco está en la demostración de prototipos adecuadamente escalados en un
entorno operativo. El proceso crea atracción de mercado para la mayoría de las tecnologías prometedoras (a través de una competencia) y su “puerta de entrada” para concentrar la mayoría de la financiación en proyectos exitosos.
Los proyectos que puedan completar con éxito todas las fases del programa PCP van a demostrar que su tecnología ha satisfecho el rendimiento y la fiabilidad necesarios para proceder a la calificación para una temprana comercialización.
Etapas del PCP para EuropeWave
Etapa 0: Creación conceptual
Etapa1: Desarrollo conceptual
Etapa 2: Optimización del diseño
Etapa 3: Demostración con un prototipo en tamaño reducido
Etapa 4: Demostración con un equipo en escala comercial
Etapa5: Demostración de una red de equipos en escala comercial
Reseña del programa
El programa PCP de EuropeWave consta de tres fases (Fig. 4).
Fase 1
Un total de 35 oferentes fueron recibidas por el programa EuropeWave y después del proceso de evaluación siete de los contratistas fueron aceptados en la Fase 1 del PCP.
Esta primera fase permitió a los postulantes seleccionados, avanzar en su concepto de diseños de ingeniería y llevar a cabo los modelados físicos y numéricos según sean las características de la tecnología (por ejemplo, teniendo en cuenta su rendimiento y capacidad de supervivencia).
Los ensayos en pileta a pequeña escala se realizaron según las condiciones ambientales que caracterizan al sitio de su instalación.
Los objetivos centrales de la Fase 1 del EuropeWave PCP:
- Optimizar el diseño de ingeniería de concepto solicitados como requisitos de EuropeWave.
- Rendimiento de referencia.
- Estimar el rendimiento energético de la Fase 3.
- Evidencia de que el sistema WEC puede llegar a tener un buen rendimiento comercial.
Fase 2
Se seleccionaron cinco proyectos para avanzar a la Fase 2. Actualmente están completando esta fase a través del diseño de ingeniería del tipo front-end (FEED) de un prototipo a escala destinado a pruebas en aguas abiertas durante la Fase 3. El trabajo se apoya en el diseño por modelado numérico y las campañas en el mar de los ensayos del WEC y de los subsistemas que lo componen.
A continuación, se suministra información de cada una de las cinco tecnologías en la Fase 2.
El Trimarán de Arrecife (Fig. 5) es una plataforma flotante donde se instalan una serie de turbinas, cada una de las cuales está conectada a un generador eléctrico, se utiliza para capturar la energía de las olas y producir electricidad.
El diseño de la turbina pretende imitar el comportamiento de los arrecifes de coral cuando rompen las olas para extraer su energía. El objetivo futuro de esta tecnología WEC es desarrollar unidades de 0,3 MW de potencia.
La tecnología del WEC SeaSaw de AMOG (Fig. 6) implica una doble bisagra con doble casco, el dispositivo se basa en un efecto combinado de oscilación y cabeceo con dos tomas de fuerza (PTO) de masa rodante ubicados en pistas curvas. Los cascos son articulados y cuentan con tomas de fuerza independientes.
El proyecto ACHIEVE ofrece una variante del diseño de la tecnología CETO (Fig. 7), es una boya sumergida amarrada al fondo del mar. El proyecto integra nuevas innovaciones y está soportada con socios experimentados, se enfoca en optimizar el rendimiento y el costo mientras aprovecha los aprendizajes del diseño anterior.
Su funcionamiento totalmente sumergido, minimiza el impacto visual y ofrece protección inherente a la violencia producida durante las tormentas y al rompimiento de las ondas.
Se estima que el diseño CETO desarrollado en EuropeWave captura casi el doble de energía que los sistemas anteriores, esto se debe a un amarre mejorado, un nuevo diseño de toma de fuerza eléctrica y una avanzada estrategia de control que optimiza la captura de energía en cada onda y puede modificar la posición en la columna de agua para mejorar la captura de energía y aumentar su supervivencia.
El prototipo Marmok de IDOM (Fig. 8) está basado en el sistema WEC conocido como columna de agua oscilante (OWC). El concepto básico del dispositivo puede ser descrito como un recipiente cilíndrico dentro de una estructura de hormigón armado que contiene una columna de agua en su interior que está conectada con el agua de mar. Al compás del movimiento ondular del agua de mar se produce un desplazamiento relativo entre la columna de agua interior del cilindro y el exterior. Esto hace que el agua de la columna actúe como un pistón que comprime y expande la cámara de aire generando en la parte superior un flujo de aire alternativo que al pasar por una turbina de aire del tipo Wells genera energía eléctrica.
La firma Mocean Energy está desarrollando el prototipo Blue Horizon 250 (Fig. 9), es el último
diseño de su conocida arquitectura WEC, se basa en los éxitos y lecciones aprendidas a menor escala con la arquitectura BlueX en el programa WES.
Este WEC está constituido por una plataforma con bisagras y canales de olas en la popa. El equipo cuenta además con un sistema hibrido Vernier de toma de fuerza. Dentro de EuropaWave, Mocean propone construir una primera versión de un equipo WEC de 250 kW.
Los objetivos centrales de los cinco contratistas en la Fase 2 son las de completar un FEED para un
dispositivo prototipo para ser construido y probado en la Fase 3. La fase se cerrará con cada tecnología en proceso de diseño crítico y la revisión completa del sistema. Permitirá a los investigadores comenzar a trabajar con los proveedores para obtener cotizaciones detalladas para la construcción en la Fase 3. Además, el trabajo de la Fase 2 consiste tanto en realizar simulaciones numéricas como modelado financiero y también el desarrollo de planes para el despliegue de la Fase 3.
Tanto el diseño junto con la instalación, operación y planes de mantenimiento serán revisados por un tercero independiente, para dar a los compradores confianza en la calidad y veracidad de las propuestas tecnológicas. El resultado de la Fase 2 se correlaciona con la Etapa 2 del Marco solicitado por la AIE.
Fase 3
En la Fase 3 del PCP EuropeWave, los prototipos representativos de tres diseños serán desplegados en las instalaciones de ensayos en aguas abiertas de BiMEP en el País Vasco o en EMEC en Escocia para demostración y la realización de un programa de pruebas operativas de al menos 12 meses de duración. La fase inicial de prueba se anticipa que incluirá un programa de trabajo para poner en marcha el sistema y los subsistemas, la intención es demostrar el comportamiento en períodos sostenidos de operación para entregar electricidad y la capacidad de supervivencia en condiciones ambientales extremas.
Los principales objetivos del programa de las pruebas de Fase 3:
- Validar la captura de energía y la capacidad de conversión de energía del equipo a través de los datos registrados durante períodos prolongados de operación en el mar.
- Demostrar la eficacia de estrategias de supervivencia.
- Demostrar la capacidad del equipo para alcanzar los niveles comerciales en el futuro.
Finalización exitosa de EuropeWave
El programa PCP corresponde la finalización de la Etapa 3 del Marco de la EAI, el equivalente a lograr un TRL 6.
Dr. Peter Dennis es el Gerente de Proyectos de Wave Energy Escocia (WES) desde 2005.
Ha dirigido diferentes proyectos dentro del programa, incluyendo el desarrollo del prototipo AWS.
Previo a esto, el Dr. Dennis trabajó en la gestión de proyectos de energías renovables en los sectores público, privado y académico. Es licenciado y doctor en derecho civil e Ingeniería estructural.