Proyecto Lysekil

El proyecto Lysekil es un proyecto de energía undimotriz en curso , gestionado por el Centro de Conversión de Energía Eléctrica Renovable de la Universidad de Uppsala en Suecia. Está ubicado al sur de Lysekil , en el condado de Västra Götaland , en la costa oeste, aproximadamente a 100 km (62 millas) al norte de Gotemburgo . A partir de febrero de 2024   En el sitio había 11 convertidores de energía undimotriz (WEC, por sus siglas en inglés), con una capacidad total de 260  kW. ^{[ 1 ]}

La característica principal de la interacción entre las olas y un convertidor de energía undimotriz (WEC) es que la energía se convierte a grandes fuerzas y bajas velocidades debido a las características de las olas oceánicas. Dado que los generadores convencionales están diseñados para movimientos rotacionales de alta velocidad, los sistemas tradicionales de aprovechamiento de la energía undimotriz utilizan una serie de pasos intermedios, como sistemas hidráulicos o turbinas , para convertir este movimiento de olas lento, haciéndolo adecuado para dichos generadores. ^{[ 2 ]}

Otra forma de abordar el problema, en lugar de adaptar las olas al sistema de toma de fuerza, es adaptar el sistema a las olas. Esto se puede lograr utilizando un convertidor de energía undimotriz (WEC) de accionamiento directo con un generador lineal . La ventaja de esta configuración es un sistema mecánico menos complejo con una menor necesidad de mantenimiento. Una desventaja de este tipo de sistema es la transmisión más compleja de la energía a la red. Esto se debe a las características de la tensión generada , que variará tanto en amplitud como en frecuencia . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

En el proyecto Lysekil, uno de los objetivos era desarrollar un sistema de energía undimotriz sencillo y robusto que requiriera poco mantenimiento. El enfoque consistió en encontrar un sistema con pocas piezas móviles y el menor número posible de etapas de conversión de energía. Debido a estos requisitos, se optó por un concepto con un generador lineal de imanes permanentes de accionamiento directo , impulsado por una boya que sigue el movimiento de la superficie del mar.[1]

El proyecto de investigación Lysekil se estableció con el propósito de evaluar el concepto elegido. Se estudia el comportamiento del convertidor de energía undimotriz (WEC) tanto cuando funciona como una unidad individual como junto con otros WEC formando parte de un clúster. Otros aspectos importantes son el diseño del sistema de transmisión, es decir, cómo se transporta la energía a la red y cómo esto afecta a otras partes del sistema, como la absorción de la boya . Otro objetivo del proyecto es determinar el impacto ambiental del WEC, centrándose en los organismos marinos, desde pequeños organismos bentónicos que viven en el lecho marino, hasta organismos involucrados en la bioincrustación y vertebrados . ^{[ 2 ]}

El sitio de pruebas está ubicado en la costa oeste de Suecia, a unos 100 km al norte de Gotemburgo, cerca de Lysekil. Se encuentra a 2 km de la costa y abarca una superficie de 40 000 m² . El lecho marino presenta una superficie plana con una ligera inclinación hacia el oeste y una profundidad que varía entre ²⁴ m en la parte oriental y 25 m ^{en la} occidental . El lecho marino se compone principalmente de limo arenoso , aunque algunas zonas más pequeñas también están cubiertas de material más áspero. El área contará con diez boyas conectadas a generadores y otras boyas adicionales para estudios de impacto ambiental. Los permisos autorizan la realización de los estudios hasta finales de 2013.          , entonces se debe retirar todo el equipo a menos que se solicite y apruebe una prórroga. ^{[ 2 ]}

El flujo energético promedio en el sitio de investigación durante 2007, excluyendo agosto, fue de 3,4  kW/m. El estado del mar más frecuente se caracteriza por un período energético , T _E , de alrededor de 4 segundos y una altura de ola significativa H _s menor a 0,5 m (1,6 pies) . La principal contribución energética proviene de los estados del mar más energéticos (pero no tan frecuentes). ^{[ 2 ]}  

El concepto de energía undimotriz del proyecto Lysekil se basa en un generador lineal trifásico de imanes permanentes ubicado en el lecho marino. El generador está conectado a una boya de absorción puntual en la superficie mediante un cable. Cuando las olas se mueven, la acción hidrodinámica fuerza a la boya a realizar un movimiento vertical. Estos movimientos de la boya impulsan el transductor del generador, induciendo así una corriente en los devanados del estator. El transductor está conectado a la base del generador mediante resortes que lo retraen en los valles de las olas. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

Se supone que la tecnología del generador lineal es relativamente independiente de la profundidad y que la potencia de 10  kW corresponde a una altura de ola significativa de aproximadamente 2 m (6,6 pies) . Sin embargo, tanto el generador como la estructura mecánica que lo rodea están diseñados para soportar grandes sobrecargas eléctricas y mecánicas. En la tabla 1 se muestran los datos de potencia nominal y geométricos del primer convertidor de energía undimotriz experimental. ^{[ 2 ]}  

Debido a que la tensión inducida varía tanto en amplitud como en frecuencia, la energía generada no puede transmitirse directamente a la red. Por lo tanto, varios convertidores de energía undimotriz (WEC) se conectarán a una subestación marina , donde la tensión de cada WEC se rectificará y la salida combinada se alternará y transformará antes de la conexión a la red. El cable submarino utilizado es un cable de 1 kV con 4 conductores de cobre de 95 mm² con una resistencia de 0,5 ohmios por fase. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

El proyecto Lysekil se inició en 2002 en la División de Electricidad de la Universidad de Uppsala. Las simulaciones indicaron que existía potencial para el aprovechamiento de la energía mediante un parque de energía undimotriz compuesto por varias unidades WEC más pequeñas en zonas costeras. Las simulaciones también señalaron la posibilidad de generar energía eléctrica en lugares con mares moderadamente tranquilos. Dado que estas simulaciones se basaban en modelos simplificados de interacción boya-ola, se requirieron simulaciones adicionales y verificaciones experimentales. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

Durante 2003 y 2004 se obtuvieron los permisos para establecer el sitio de investigación de Lysekil y la primera boya de medición de olas se desplegó en 2004. El primer montaje experimental se desplegó en marzo de 2005 con el propósito de medir la fuerza máxima de línea de una boya con un diámetro de 3 m (9,8 pies) y una altura de 0,8 m (2,6 pies) . Este montaje simulaba un generador desconectado de la red eléctrica y, por lo tanto, operando sin amortiguación en el sistema. Los resultados de estos experimentos se utilizaron como datos de entrada para el primer generador de olas y para verificar los cálculos de la dinámica de sistemas sin amortiguación. ^{[ 2 ] [ 4 ]}    

Desde el despliegue del primer WEC en 2006, ha estado en funcionamiento en mares reales durante varios meses en tres periodos de tiempo diferentes. Durante estos periodos, se han realizado y analizado mediciones de potencia eléctrica , movimiento de boyas y fuerzas de amarre para mejorar el conocimiento sobre la dinámica del WEC con generador lineal de accionamiento directo. En el primer periodo de prueba, toda la potencia eléctrica se convirtió en calor a través de una carga resistiva trifásica conectada en delta . Para investigar el impacto de una carga no lineal en el sistema WEC, durante el segundo periodo de prueba, el generador se conectó a una carga no lineal compuesta por un rectificador de diodos, condensadores y resistencias. El sistema de control, carga y medición del WEC se ha ampliado sucesivamente y ahora existe un sistema de medición y control operado remotamente. ^{[ 2 ]}

Los resultados de los estudios demuestran la eficacia de la conversión de energía undimotriz con este concepto, tanto en mares en calma como agitados. Los experimentos con cargas no lineales han ampliado el conocimiento sobre el diseño del sistema de transmisión. Los resultados también muestran el funcionamiento del convertidor de energía undimotriz (WEC) al conectarse a una carga no lineal, lo cual ocurre cuando se rectifica la tensión generada. ^{[ 2 ]}

El proyecto Lysekil se ha ampliado con dos convertidores de energía undimotriz (WEC) adicionales que se han puesto en marcha en el sitio de pruebas junto con una subestación marina. Estos tres WEC se han interconectado recientemente (junio de 2009) con la subestación. ^{[ 2 ] [ 5 ]}

En noviembre de 2015, el sitio de prueba se conectó a la red eléctrica. ^{[ 6 ]} Posteriormente, en 2017, se instalaron otros dos convertidores de energía undimotriz (WEC). ^{[ 7 ]}

El sitio de investigación fue estudiado al inicio del proyecto y en 2004 se tomaron muestras de sedimento antes de la instalación del convertidor de energía undimotriz (WEC). Esto se hizo para investigar y analizar la infauna marina dentro del área de investigación y el área de control, y obtener información sobre la composición de especies y la biodiversidad . La riqueza de la biodiversidad se utiliza a menudo para medir la salud de los sistemas biológicos. Los organismos se identificaron hasta el nivel de familia o especie cuando fue posible. En el área de investigación de Lysekil se encontraron 68 especies diferentes. Solo se encontraron organismos juveniles pequeños y ninguna especie en peligro de extinción . Desde 2004, se toman muestras de sedimento anualmente para monitorear el desarrollo tanto en el área de control como en el área de investigación. A través de los estudios iniciales, quedó claro que había una mayor riqueza de especies y biodiversidad en el área de investigación que en el área de control. Esto se explica por la variedad del sustrato sedimentario. El sedimento en el área de control consiste principalmente en limo, que en su mayoría es relativamente deficiente en oxígeno y menos especies están adaptadas a tales condiciones extremas. En general, el sitio de investigación de Lysekil no es un entorno único y no había preocupación por la extinción de especies locales sensibles. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

La primera configuración experimental para estudios ecológicos marinos de energía undimotriz consistió en 4 boyas biológicas que se desplegaron en 2005. El propósito de las boyas es estudiar los efectos que puede tener el establecimiento de un parque de energía undimotriz. Al colocar estructuras sólidas sobre un fondo arenoso que, de otro modo, estaría prácticamente vacío, las condiciones de vida en el sitio cambian, y las consecuencias de esto se estudian con la ayuda de las boyas. En 2007, el tamaño y la complejidad del estudio aumentaron con la instalación de boyas adicionales. Las boyas se dividieron en dos áreas diferentes dentro del área de investigación, con 200 m (660 pies) de separación entre los grupos. Dentro de los grupos, las boyas se colocaron a una distancia de 15 a 20 m (49 a 66 pies) . La mitad de las bases se diseñaron con varios orificios y la otra mitad sin ellos. Los orificios en las bases se hicieron para estudiar la diferencia en la colonización entre las bases con y sin orificios y cómo los diferentes tipos de orificios afectan el patrón de colonización. ^{[ 2 ] [ 4 ]}    

Las boyas biológicas también se utilizan para estudiar la bioincrustación y su impacto en la absorción de energía. Algunos estudios preliminares sugieren que el efecto de la bioincrustación en la absorción de energía puede despreciarse, pero esto debe investigarse más a fondo. ^{[ 4 ]}