Energía de olas
Las olas son energía eólica que el océano ha recogido y transportado durante miles de kilómetros, hay mucha de ella, y sigue llegando por la noche y en invierno. Después de cincuenta años de intentos, nadie ha construido todavía una máquina de olas que sea a la vez resistente y barata.
P123, via Wikimedia Commons
Si te paras en una costa orientada al oeste en invierno, lo sentirás a través de tus pies: cada pocos segundos, un muro de agua que ha recorrido un océano llega y se rompe. Las olas son producidas por el viento que sopla sobre miles de kilómetros de mar abierto, por lo que son una forma concentrada y retardada de energía eólica. Siguen llegando después de que el viento haya bajado, tanto por la noche como durante el día, y con mayor intensidad en invierno, exactamente cuando los paneles solares producen menos.
Esa es la promesa, y es real. Esta página, escrita con la misma honestidad que nuestra investigación de Fan Wall, trata sobre por qué ha sido tan difícil cumplir la promesa. La versión corta: la física funciona y el recurso es grande, pero una máquina de olas debe cosechar mares ordinarios mientras sobrevive a tormentas que llevan cincuenta veces más energía. Después de medio siglo y muchas empresas fallidas, la energía de las olas sigue siendo varias veces más cara que la solar, sin un diseño ganador todavía. Puede ganar primero donde la energía es cara y el mar es el único vecino.
Qué es el ADN
Un convertidor de energía de olas es cualquier máquina que convierte el movimiento de las ondas en electricidad. A diferencia del viento, donde un diseño (la turbina de tres palas) ha ganado, la energía de las olas todavía tiene cientos de ideas en competencia. Se dividen en varias familias:
- Punto absorbentes: boyas que se balancean hacia arriba y abajo y tiran contra un ancla o un flotador pesado. El C4 de CorPower es uno.
- Atenuadores: cadenas largas de flotadores en forma de serpiente que se encuentran a lo largo de la dirección de las olas, doblando en las juntas. Pelamis fue el famoso ejemplo.
- Conversores de onda oscilante: aletas con bisagras en el fondo marino cerca de la costa que se balancean hacia adelante y hacia atrás. El Oyster de Aquamarine Power fue uno.
- Columnas de agua oscilantes: cámaras abiertas al mar por debajo de la línea de flotación. Las olas empujan el agua hacia arriba y hacia abajo, lo que empuja el aire hacia adentro y hacia afuera a través de una turbina. Mutriku en España tiene dieciséis de ellos construidos en un muro del puerto.
- Dispositivos de sobrecarga: rampas que permiten que las olas se derramen en una cuenca elevada, luego drenan el agua a través de turbinas de baja altura.
¿Cómo funciona?
Energía en una onda. La energía de una ola se almacena en parte como agua levantada por encima del nivel medio del mar y en parte como el movimiento del agua. Para un mar irregular descrito por su altura significativa de ola H (aproximadamente la altura media del tercio más alto de las olas), la energía por metro cuadrado de superficie marina es E = ρ g H² / 16, donde ρ es la densidad del agua de mar y g la gravedad. Doblar la altura de la onda cuadruplica la energía.
Potencia, el número que importa. La energía de las olas viaja a la velocidad de grupo g T / 4π en aguas profundas, donde T es el período de onda. Multiplica la energía por la velocidad y la potencia que llega a lo largo de cada metro del frente de onda es P = ρ g² H² T / 64π, que se calcula como aproximadamente 0.49 × H² × T kilovatios por metro. Un mar de 2,5 m con un período de 9 s transporta unos 28 kW por cada metro de costa: durante un año, la electricidad de docenas de hogares por metro, si se pudiera capturar toda. El explicador anterior te permite probar otros mares.
Lo que hace el agua. En aguas profundas, el agua en una ola no viaja con ella: cada partícula se mueve en un círculo y regresa casi a donde comenzó. Los círculos se encogen rápidamente con la profundidad; media longitud de onda hacia abajo, el movimiento es solo alrededor del 4% de lo que ocurre en la superficie. Las olas de aguas profundas son largas: la longitud de onda es de unos 1.56 × T² metros, por lo que una ola de 9 s mide 126 m de cresta a cresta. Es por eso que la mayor parte de la energía de las olas está cerca de la superficie y por qué las máquinas flotan o se sientan en aguas poco profundas.
Para absorber una ola, haz una onda. Una máquina de ondas toma energía moviéndose de una manera que cancela parte de la onda entrante. Para una boya flotante que solo se mueve hacia arriba y hacia abajo, esto establece un famoso límite: por más grande que sea, no puede capturar más de la potencia que llega a través de un ancho de λ / 2π, una longitud de onda dividida por 2π, unos 20 m para una onda de 9 s (Falnes, 2002). Para lograrlo, el movimiento de la boya debe mantenerse al ritmo de las olas, por lo que los sistemas de control que sintonizan una máquina con cada ola que pasa son tan importantes. En la práctica, las máquinas medidas y modeladas capturan típicamente entre una décima y un tercio de la potencia que llega a través de su propia anchura (El babero, 2015).
Lentas, fuerzas enormes. Una ola empuja con una fuerza enorme pero se mueve lentamente, un metro o dos cada pocos segundos. Los generadores prefieren movimiento rápido y suave, por lo que cada máquina de olas necesita un Toma de fuerza El motor es un elemento que convierte uno en otro: cilindros y motores hidráulicos, turbinas de aire, generadores lineales de accionamiento directo o reductores mecánicos. Gran parte de la ingeniería, y gran parte del fracaso, ocurre aquí.
Los límites: teóricos y prácticos
El recurso. En promedio, alrededor de 2.1 TW de energía oceánica llega a las costas del mundo, del mismo orden que el uso medio mundial de electricidad de unos 3.4 TW (Gunn y Stock-Williams, 2012). Solo se puede extraer una fracción: las máquinas no pueden bordear todas las costas, la energía se pierde cuando las olas llegan a aguas poco profundas y gran parte del recurso está en remotos océanos australes. Las costas más ricas se enfrentan a los vientos dominantes del oeste entre unos 40 y 60 grados de latitud: Irlanda, Escocia, Portugal, Chile, el sur de Australia, Nueva Zelanda, el Pacífico noroeste de Estados Unidos. Los mares cerrados, como el Mediterráneo, reciben solo unos pocos kilovatios por metro.
El problema de la tormenta. El botón de tormenta del explicador hace visible la dificultad central. Una máquina está diseñada para hacer la mayor parte de su dinero en mares de 1 a 4 m, sin embargo debe sobrevivir a mares de 10 a 15 m, llevando cincuenta o más veces la potencia y olas individuales aún más altas. Diseñar una estructura para la tormenta la hace pesada y costosa; diseñarla para el mar promedio la hace frágil. Las turbinas eólicas resuelven esto girando sus palas hacia el viento. Una máquina de olas no puede salir del mar.
Fatiga. Con un período de 8 segundos, una máquina se encuentra Cuatro millones de olas al año, cada uno doblando, empujando y torciendo sus juntas, sellos y amarres. En veinte años, eso es alrededor de ochenta millones de ciclos de carga en agua salada.
Acceso y amarres. Como toda energía marina, las máquinas de olas solo se pueden instalar y reparar en tiempo calmado, y están situadas precisamente donde el clima es peor. Los amarres deben sostener un cuerpo en movimiento en mares agitados sin que se rompan ni arrastren.
Proyectos reales, medidos
| Proyecto | Dónde | Tipo y tamaño | Lo que pasó |
|---|---|---|---|
| Pelamis | Aguçadoura, Portugal, luego EMEC, Orkney | Atenuador, 750 kW, longitud de 120 a 180 m | La primera granja de olas multi-máquina: tres máquinas, 2.25 MW, comenzó a exportar en julio de 2008 y estaban fuera de servicio en noviembre de 2008 cuando el propietario del proyecto tuvo problemas financieros.La máquina P2-001 más tarde completó más de 15.000 horas de operación en EMEC. Pelamis Wave Power entró en administración en noviembre de 2014 (Pelamis). |
| Oyster | EMEC, Orkney | Nearshore flap, 315 kW y luego 800 kW | Primera máquina instalada en 2009, la segunda generación probada de 2012 a 2015.Aquamarine Power llamó a los administradores en octubre de 2015 (Aquamarine Power). |
| Mutriku | País Vasco, España | 16 columnas de agua oscilantes en un dique portuario, 296 kW | Operating since July 2011. Over 3 GWh in total by the end of 2023; 266 MWh in 2023, a capacity factor of about 10%. Its Wells turbines convert about 30% of the air power into electricity. Cost €6.4 million (Mutriku; Tethys, PNNL). |
| Wave Hub | Alrededores de Cornwall, Inglaterra | Toma de prueba conectada a la red para máquinas de hasta 20 MW | Instalado en 2010 con dinero público, para 2018 no se había producido electricidad allí; el sitio más tarde se convirtió en eólica marina flotante (Wave Hub). |
| CorPower C4 | Hoteles en Aguçadoura, Portugal | Boya de absorción puntual, 300 kW nominal, 9 m de ancho, 19 m de alto | Exportación desde octubre de 2023; sobrevivió a olas de 18,5 m en la tormenta Domingos en noviembre de 2023; reportó picos de hasta 600 kW; certificación de tipo por DNV en 2026.Se planea una pequeña serie de boyas adicionales en el mismo sitio (CorPower Ocean; CorPower, 2026). |
El patrón es sobrio. Las máquinas más conocidas de los años 2000, Pelamis y Oyster, ambas trabajaron en el mar, y ambas compañías fracasaron antes de llegar a las matrices comerciales, en gran parte porque el siguiente paso costaba más de lo que los inversores se arriesgarían. La central más antigua, Mutriku, es pequeña y se construyó en un rompeolas que era necesario de todos modos. La nueva generación, liderada por diseños como el de CorPower, ha puesto la supervivencia y el control primero y solo ahora se está moviendo de una máquina a un primer pequeño arreglo.
Lo que cuesta
Todavía no hay una granja de olas comercial, por lo que cada cifra de costo es una estimación de prototipos y modelos.
| Fuente | Qué es el ADN | Precio |
|---|---|---|
| Mutriku, nuestro cálculo a partir de cifras publicadas | 6,4 millones de euros por 266 MWh en 2023, 20 años al 7% real, antes de cualquier coste de funcionamiento | Más de 2 € por kWh |
| Sistemas de Energía Oceánica (2015) | Arrays de segunda ola, datos promedio del desarrollador | $0.21 to $0,67 por kWh |
| Sistemas de Energía Oceánica (2015) | Primeras granjas de olas a escala comercial: estimaciones de los desarrolladores / estudios de referencia independientes | $0.12 to $0,28 / $0.28 to $0,48 por kWh |
| Sistemas de Energía Oceánica (2015) | Costo de instalación de los primeros arreglos | $4,000 to $18.100 por kW |
| Nuestro punto de referencia | Solar en techo de un edificio, modelo Fan Wall; Lazard 2026 solar comercial y comunitario | $0.19 por kWh; $0.09 to $0.20 |
| Lazard (junio de 2026) | Nuevas utilidades solares / eólica terrestre / eólica marina | $0.04 to $0,10 / $0.04 to $0,10 / $0.11 to $0,17 por kWh |
Mutriku no es una prueba justa de coste, fue una demostración, con pequeñas turbinas elegidas por su fiabilidad. Pero muestra lo lejos que está el hardware real de las estimaciones en papel. El rango honesto para una primera matriz pequeña hoy en día es aproximadamente $0.30 to $0,70 por kWh, dos a cuatro veces solar del tejado. Los propios estudios de la industria dicen que las granjas comerciales podrían alcanzar $0.12 to $0.28, si las máquinas sobreviven, la disponibilidad es alta y los costos caen con el volumen. Ninguna de esas condiciones se ha demostrado todavía en el mar.
Donde puede ganar, y donde no puede
Puede ganar:
- En el mar, donde no hay red. Los sensores oceánicos, las boyas de navegación, los corrales acuícolas, los vehículos submarinos que necesitan recargarse y las plataformas marinas ahora funcionan con baterías, diesel o paneles solares que hacen poco en invierno. Aquí una máquina de olas pequeñas compite con energía cara, no con solar barata.
- Islas en costas energéticas, desde las Hébridas hasta las Azores y el Pacífico, donde la energía ya proviene del diesel importado.
- Se construyen rompeolas y muros de mar de todos modos, como en Mutriku, donde la estructura ya está pagada.
- Junto a los parques eólicos marinos, compartiendo cables, conexiones de red y buques de mantenimiento, y produciendo cuando el viento ha bajado pero la marejada no.
- Como energía invernal en altas latitudes, donde las olas son más fuertes cuando los paneles solares hacen menos.
No puede ganar:
- Como electricidad a granel barata, donde se puedan construir parques solares y eólicos.
- En costas protegidas y mares cerrados, donde el recurso medio es de unos pocos kilovatios por metro.
- Sin probar primero la supervivencia. Un diseño que no ha pasado un invierno en el mar sigue siendo un modelo, por buenos que sean sus resultados de tanque.
Lo que está probado, plausible y especulativo
Probado: la física de la energía oceánica y el flujo de potencia; los límites de captura para cuerpos oscilantes; que las máquinas de ola pueden generar electricidad en el mar y exportarla a la red; que una columna de agua oscilante en un rompeolas puede funcionar durante más de una década (Mutriku); que el recurso es más fuerte en invierno en costas orientadas al oeste en latitudes medias.
Plausible: que los nuevos métodos de control y las estructuras más ligeras pueden aumentar la captura y el acero cortado por kilovatio; que las boyas de absorción puntual pueden sobrevivir a tormentas del tipo que C4 de CorPower encontró en 2023; que los arreglos que comparten amarres y cables pueden reducir el costo; que los mercados de observación oceánica y acuicultura pagarán por máquinas pequeñas antes que la red.
Especulativo: La energía de las olas a costa del viento marino; un solo diseño ganando como la turbina de tres palas ganó para el viento; grandes arreglos de cientos de megavatios en la próxima década.
Preguntas de investigación abiertas
- Supervivencia y control juntos. Cómo afinar una máquina para capturar la mayor parte de las olas ordinarias mientras se desafina con seguridad en una tormenta, de manera confiable, durante veinte años.
- Tomada de fuerza. Conversión eficiente y duradera de fuerzas lentas e inmensas: hidráulica, engranajes magnéticos, generadores lineales, materiales flexibles que son ellos mismos generadores.
- Amarres y estructura. Menos acero por kilovatio, y amarres que no fallan.
- Matrices. Cómo las máquinas se sombrean o se ayudan entre sí en grupos, y cómo compartir infraestructura.
- Convergencia. Cuál de las familias anteriores, si alguna, es fundamentalmente más barata. Existen programas públicos como Wave Energy Scotland para responder a esta pregunta con datos compartidos.
- Medio ambiente. Ruido submarino, riesgo de enredo para los mamíferos marinos en amarres y efectos sobre el sedimento costero cuando grandes arreglos toman energía de las olas.
Lo que necesitaría un prototipo de trabajo
La energía de las olas tiene un camino bien trillado desde la idea hasta el mar, precisamente porque tantas ideas han fracasado a lo largo de él. Los costos a continuación son nuestras estimaciones aproximadas para un equipo pequeño.
| Etapa | Trabajo | Lo que demuestra | Costo aproximado | Tiempo |
|---|---|---|---|---|
| 1. Modelo numérico | Modelos de dominio de frecuencia y dominio de tiempo de la máquina en estados reales del mar (existen herramientas abiertas como WEC-Sim) | Ancho de captura en teoría, cargas en tormentas | $10k to $40k | 2 a 4 meses |
| 2. Tanque de la onda | Un modelo de 1:50 a 1:20 en una cuenca de olas universitaria, olas regulares e irregulares, luego olas extremas, con una toma de potencia simulada medida en instrumentos | Relación de ancho de captura y cargas de supervivencia medidas | $30k to $150k | 3 a 6 meses |
| 3. Ensayo en mar protegido | Una máquina de 1:4 a 1:10 en un sitio de cultivo como Scapa Flow o BiMEP de EMEC en España, exportando a un banco de carga | Potencia real, amarres, mantenimiento, un invierno en el mar | $0.5 million to $3 millones | 1 a 2 años |
| 4. Escala completa | Una máquina en un amarre conectado a la red de alta mar | Datos de rendimiento y supervivencia bancarios | $10 millones y más | Varios años |
La etapa 2 es donde un pitch comienza a ser creíble: un modelo en un tanque de olas con una toma de potencia medida, mostrando tanto lo que atrapa como lo que sobrevive.
A quién necesitamos
- Ingenieros oceánicos e hidrodinámicos Con la interacción de la onda-estructura y experiencia del control.
- Instalaciones de tanques de ola en universidades y laboratorios nacionales.
- Especialistas en tomas de fuerza: hidráulica, generadores lineales, engranajes magnéticos.
- Ingenieros estructurales de amarre y offshore.
- Operaciones marinas personas que han instalado y recuperado equipos en el mar.
- Ecólogos marinos Para la monitorización de ruido y enredos.
- Usuarios en el mar: piscifactorías, observatorios oceánicos y empresas de servicios públicos insulares que comprarían las primeras máquinas.
¿Tiene una mejor idea?
Algunos miembros de la Fundación pueden tener contactos que podrían escuchar un pitch. Para ser lanzada, una idea necesita un Un modelo de trabajo, real que realmente produce energía, con su salida medida en un instrumento, no reclamado: un modelo en un tanque de olas con una toma de fuerza registrada dice más que cualquier animación. Las ideas en papel también son bienvenidas: si la física y los números son sólidos, podemos publicarlas aquí en el sitio web. Pero recaudar capital sin un modelo de trabajo es muy difícil, y nada aquí es una promesa de financiamiento, retornos o introducciones.
Envía tu idea a través del formulario de contribución, eligiendo la Iniciativa Verde. Cuéntanos para qué olas está diseñado, el ancho de captura que esperas y por qué, cómo sobrevive a una tormenta, un costo aproximado por kWh y la prueba más barata que podría probar que está equivocado. The Fuentes de energía Compara la energía de las olas con otras once ideas.
Fuentes
- Gunn, K. y Stock-Williams, C. (2012). Cuantificación del recurso de energía oceánica global. Energía Renovable 44, 296-304.
- Falnes, J. (2002). Olas oceánicas y sistemas oscilantes: interacciones lineales incluyendo la extracción de energía de ola. Universidad de Cambridge.
- Babarit, A. (2015). Una base de datos de la relación de ancho de captura de convertidores de energía de ola. Energía Renovable 80, 610-628.
- Sistemas de energía oceánica (2015). Coste nivelado internacional de la energía para las tecnologías de energía oceánica.
- Potencia de ola, Wikipedia: la fórmula del flujo de potencia en aguas profundas.
- Convertidor de energía de onda Pelamis, Wikipedia.
- Aquamarine Power, Wikipedia.
- Mutriku Breakwater Wave Plant, Wikipedia, y Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, Tethys, Mutriku wave power plant.
- Wave Hub, Wikipedia.
- CorPower Ocean, Wikipedia, y CorPower Ocean (2026), primera certificación DNV del mundo para tecnología de energía de olas.
- Wave Energy Scotland. Biblioteca pública de informes del programa.
- Lazard (junio de 2026). Coste de Energía+, versión 19.
- Local Solar System Fundación. El Fan Wall: modelo abierto y referencia, solar en el techo a $ 0.19 por kWh.