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Mientras el mundo sigue enfrentándose a la crisis del petróleo, Japón explora alternativas que podrían reforzar su independencia energética. En este contexto, Takahito Iida, un investigador de la Universidad de Osaka ha desarrollado un convertidor giroscópico de energía undimotriz bautizado como GWEC (Gyroscopic Wave Energy Converter) para extraer energía del océano. Se trata de un volante de inercia situado dentro de una boya flotante que puede captar hasta el 50 % de la energía de cada ola, el máximo que permite la física.
El elemento clave del sistema es la capacidad de ajustar en tiempo real la velocidad de rotación del volante, lo que permite que el dispositivo se adapte continuamente a las condiciones del océano. Como explica el autor del estudio, «los dispositivos de energía de las olas lo tienen difícil porque el océano cambia continuamente», pero el sistema giroscópico se puede ajustar para mantener una alta absorción. Para llegar a esta conclusión, Takahito Iida ha utilizado la teoría lineal de ondas y ha resuelto el problema acoplado entre el comportamiento del mar, la estructura flotante y el propio sistema giroscópico. Luego, contrastó los resultados mediante simulaciones numéricas que incluyen también efectos no lineales.
El nuevo sistema para extraer energía del océano
La energía undimotriz sigue siendo una de las grandes promesas del sector energético. Los océanos cubren aproximadamente el 71% de la superficie terrestre y almacenan una enorme cantidad de energía potencial. Sin embargo, la mayoría de los sistemas tradicionales solo funcionan de forma eficiente en condiciones muy concretas de frecuencia de ola, alcanzando su máximo rendimiento en un punto específico y limitado.
Una de las principales ventajas que ofrece es que no genera emisiones de gases de efecto invernadero, ni vierte restos de contaminantes al mar. Asimismo, el agua es más densa que el aire, por lo que genera más energía; se calcula que por cada metro de altura de las olas se pueden obtener entre 20 y 40 kW. Respecto a la relación al espacio/rendimiento de las instalaciones, con una superficie de poco más de dos kilómetros se podría producir energía para proveer a 20.000 hogares aproximadamente.
En la práctica, sin embargo, todavía queda un largo recorrido para extraer energía del océano. El propio estudio reconoce que el análisis se basa en condiciones idealizadas, por lo que será necesario realizar ensayos en tanques de pruebas y posteriormente en mar abierto para evaluar la resistencia estructural, los costes de mantenimiento y la posible pérdida de eficiencia. Incluso instalaciones pioneras como la planta de Mutriku han alcanzado factores de capacidad relativamente modestos, en torno al 11 %.
Dispositivos
La energía undimotriz se puede aprovecharse mediante distintas tecnologías:
- La columna de agua oscilante se utiliza en zonas con oleaje intenso. Su funcionamiento se basa en una cámara donde el agua de las olas comprime y descomprime el aire. Cuando la ola entra, empuja el aire hacia arriba a través de una turbina que genera electricidad. Al retirarse la ola, el aire vuelve a entrar, moviendo de nuevo la turbina.
- La boya de punto de absorción consiste en boyas ancladas al fondo marino mediante sistemas de gran peso. El movimiento vertical de las olas activa un sistema hidráulico interno que comprime agua o fluido, accionando un generador eléctrico.
- El columpio de olas de Arquímedes combina una parte fija anclada al fondo marino con una estructura móvil que se desplaza verticalmente con el oleaje. El movimiento relativo entre ambas partes comprime aire o fluido, que posteriormente acciona un sistema hidráulico conectado a un generador eléctrico.
- Los convertidores flotantes funcionan con el principio del movimiento ascendente y descendente de las olas, pero permanecen en superficie. Su principal ventaja es que el mantenimiento y la reparación son más sencillos al no estar sumergidos.
- Los convertidores sumergidos de presión diferencial utilizan membranas o estructuras flexibles que separan zonas de distinta presión bajo el agua. Esta diferencia, generada por el paso de las olas, se aprovecha para producir energía eléctrica.
«El problema de interacción acoplada entre las olas, el cuerpo flotante y el giroscopio se formula bajo la suposición de ondas lineales y de movimientos igualmente lineales tanto del cuerpo como del sistema giroscópico. Dentro de este marco, se identifican los parámetros de control óptimos que maximizan la eficiencia de absorción de energía. El análisis muestra que el GWEC puede alcanzar teóricamente una eficiencia máxima de absorción de energía de 1/2 en cualquier frecuencia de ola, mediante un ajuste adecuado de la velocidad de rotación del volante y de los parámetros del generador.
La teoría desarrollada se valida mediante simulaciones numéricas tanto en el dominio de la frecuencia como en el del tiempo. Además, se realizan simulaciones temporales que incorporan la respuesta giroscópica no lineal para evaluar las limitaciones del modelo lineal. Estos resultados proporcionan información valiosa para el futuro diseño de tecnologías de aprovechamiento de la energía de las olas», concluye Takahito Iida en el estudio publicado en la revista Journal of Fluid Mechanics.
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