SEMINARIO NACIONAL DE ECONOMIA
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SEMINARIO NACIONAL DE ECONOMIA VILLAVICENCIO – Mayo de 2011. Potencial de producción de energías marinas en Colombia. Andrés Fernando Osorio Arias Phd. Coinvestigadores Ortega S, Agudelo P, Velez J.I, Montoya R., Mesa J., Otero L., Davis A., Lonin S., Ruiz M., Bernal G.,

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Potencial de producción de energías marinas en Colombia

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Presentation Transcript


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

SEMINARIO NACIONAL DE ECONOMIA

VILLAVICENCIO – Mayo de 2011

Potencial de producción de energías marinas en Colombia

Andrés Fernando Osorio Arias Phd.

Coinvestigadores

Ortega S, Agudelo P, Velez J.I, Montoya R., Mesa J.,

Otero L., Davis A., Lonin S., Ruiz M., Bernal G.,

Grupo de Investigación en Oceanografía e Ingeniería Costera (OCEANICOS).

Escuela de Geociencias y Medio Ambiente.

Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín.


Ndice

ÍNDICE

0. Grupo

Energéticos

Recursos marinos vs Tecnologías

Caracterización de los recursos marinos

Bases de Datos

Metodologías

Caso de Estudio en isla Fuerte

Resultado en Colombia

Indicadores Económicos


Grupo oceanicos

Grupo de Investigación en Oceanografía e Ingeniería Costera

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

GRUPO OCEANICOS


Grupo oceanicos1

Grupo de Investigación en Oceanografía e Ingeniería Costera

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

PhD. Francisco Mauricio Toro Botero - MODELAMIENTO

PhD. Jaime Ignacio Vélez Upegui – HIDROCLIMA Y GESTIÓN

PhD. Germán Poveda Jaramillo - CLIMA

PhD. Gladys Rocío Bernal Franco - OCEANOGRAFÍA

PhD. Ligia Estela Urrego Giraldo – ECOSISTEMAS

PhD. Jaime Henning Polanía Vorenberg – ECOSISTEMAS

PhD. Andrés Fernando Osorio Arias – ING. COSTAS Y PUERTOS

PhD. Evelio Andrés Gómez Giraldo - MODELAMIENTO

PhD. Veronica Botero – TELEDETECCIÓN Y SIG

MSc. Gabriel Awas – ADMINISTRACIÓN PUBLICA

MSc. Pablo Agudelo Restrepo PhD (c) – Energía y Puertos

GRUPO OCEANICOS


Grupo oceanicos2

Grupo de Investigación en Oceanografía e Ingeniería Costera

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

  • PROYECTOS

    • 1. INTERACCIÓN A-O-T CARIBE COLOMBIANO

    • 2. MONITOREO DE COSTAS CON VIDEO: SISTEMA HORUS

    • 3. MANEJO DE MICROCUENCAS COSTERAS

    • 4. ESTUDIO HIDRODINÁMICO DEL GOLFO DE URABÁ

    • 5. BASES PARA DEFINIR COTA DE INUNDACIÓN COSTA CARIBE

    • 6. RECONSTRUCCIÓN DE LA NIÑA EN EL SINÚ

    • 7. ENERGIA BASADA EN OLEAJE – Isla Fuerte

    • 8. ESTUDIO HIDROSEDIMENTOLÓGICO CANAL DEL DIQUE

    • 9. PLAN DE MONITOREO AMBIENTAL DE LOS PUERTOS DE COLOMBIA

    • 10.RESPUESTA DE LOS MANGLARES Y EL MACROBENTOS

    • 11. MANGLARES DEL ANTIGUO DELTA DEL RÍO SINÚ: CISPATA

    • 12. MANGLARES EN EL HOLOCENO: GUAJIRA Y SAN ANDRES

    • 13. TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELECTRICA DESDE COLOMBIA A LA FLORIDA

    • 14. POTENCIAL DE ENERGÍA MARINA EN COLOMBIA - CIIEN

GRUPO OCEANICOS


1 energ ticos

1. ENERGÉTICOS


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

  • Parte I : Generalidades de la energía oceánica

    • Clasificación de tecnologías para la extracción de energía marina

    • Potencial de energía oceánica en el mundo

    • Distribución geográfica del recurso

    • Madurez de las tecnologías

    • Mercados más desarrollados

    • Desarrollo Energía de Olas en Europa

    • Ventajas de la energía oceánica

    • Barreras a la implementación de energía oceánica

    • Ejemplos de proyectos instalados

    • Comparación con otras tecnologías de energía renovable

  • Parte II : Enfoque: energía extraída de las olas del mar

    • Convertidores de energía de olas

    • Principales desarrolladores a nivel mundial


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Los océanos son una gran fuente de energía renovable cuyo potencial puede extraerse aprovechando diferentes tipos de fenómenos físicos:

  • Olas

  • Mareas

  • Salinidad

  • Temperatura

Fuente: IEA NEET WORKSHOP, Brasilia, Nov. 2007


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Olas

Energía tanto potencial como cinética puede ser extraída de las olas mediante dispositivos que aprovechan:

  • Directamente el movimiento en la superficie de la ola

  • Las fluctuaciones de presión

  • bajo la superficie de la ola


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Flujo del agua:

Corrientes

Energía Cinética

Mareas

Elevación del agua:

En Presas

Energía Potencial


Energeticos marinos corrientes mareales

ENERGETICOS MARINOS: CORRIENTES MAREALES*

Pot = (1/2) r A V3

Estimación de los campos de velocidad:

  • Medición directa

  • Estudio de armónicos para estimación de niveles de marea

  • Modelos hidráulicos simplificados

  • Modelos de circulación costera

* Energético similar al eólico pero con dos diferencias escenciales: su densidad es cerca de 1000 veces mayor y los campos de velocidad en magnitud son menores, pero mas predecibles. Tecnica y económicmente viable a partir de 1,5 m/s para campos oscilatorios y de 1,0 para campos no oscilatorios.


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Aguas de gran salinidad

Aguas de baja salinidad

Gradiente Salino

Diferencia de Presión

Aguas Superficiales: Alta Temperatura

Aguas Profundas: Baja Temperatura

Gradiente

Térmico


Potencial de la energ a oce nica en el mundo

Potencial de la energía oceánica en el mundo

Energía Oceánica

Mareas

(Corrientes)

800 + TWh

Gradiente

Térmico

10,000 TWh

Gradiente

Salino

2,000 TWh

Olas

8,000 a 80,000

TWh

Mareas

(Presa)

300 + TWh

Fuente: IEA NEET WORKSHOP, Brasilia, Nov. 2007


Distribuci n geogr fica del recurso oleaje

Distribución geográfica del recurso oleaje


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Número de Sistemas

Grad.Salinidad Mareas (Presa) Gradiente Térmico Mareas (Corrientes) Olas

Fuente: Ocean Energy: Global Technology Development. IEA-OES Doc No. T0104


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Olas Oceánicas

Gradiente de Salinidad

Mareas/corrientes

Térmica

Tecnologías de Energía Oceánica en Desarrollo

Alemania

Grecia

Finlandia

Francia

Italia

Holanda

España

Bélgica

Dinamarca

Corea

Noruega

Suecia

Brasil

Sur África

Japón

Irlanda

Gran Bretaña

Estados Unidos

Nueva Zelanda


Desarrollo energ a de olas en europa

Desarrollo Energía de Olas en Europa

Fuente: International Markets for Wave Energy – Gobierno de Escocia Octubre 2009


Ventajas de la energ a oce nica

Ventajas de la Energía Oceánica

  • Tecnología muy respetuosa con el medio ambiente

  • Potencial de crecimiento enorme

  • Aprovechamiento de fenómenos fácilmente predecibles

  • Baja Intermitencia

  • Grandes concentraciones de población en las costas

  • Posibilidad de integrar comunidades costeras (producción y consumo)

  • No genera problemas estéticos ni de disponibilidad de espacio


Barreras a la implementaci n de energ a oce nica

Barreras a la implementación de energía oceánica

  • Fase de desarrollo temprana

  • Inexistencia de estudios de potencial de recurso (o estudios poco fiables)

  • Incertidumbre/inexistencia de marcos regulatorios

  • Dificultad de acceso para instalación y mantenimiento (dispositivos instalados en altamar o en aguas muy profundas)

  • Accesibilidad a la red eléctrica (en altamar)

  • Riesgos operacionales (oleaje fuerte, corrosión)


Comparaci n con otras renovables

Comparación con otras renovables

Fuente: Green Light for Renewable Energy. Nov 2007

  • Densidades energéticas en un sitio específico:

    • Energía Solar = 0.17kw/m2

    • Energía Eólica= 0.58 kw/m2

    • Energía de Olas= 8.42 kw/m2


2 recursos vs tecnolog as

2. RECURSOS VS TECNOLOGÍAS


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Enfoque: energía extraída

de las olas del mar


Convertidores de energ a de olas

Convertidores de energía de olas

Columna Oscilante de Agua

Sistemas Totalizadores


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Sistemas basculantes Flotantes

Absorbedores

Atenuadores


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Sistemas Basculantes Sumergidos

Convertidor sumergido

basculante (horizontal)

Absorbedor puntual sumergido diferencia de presión


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Sistemas híbridos

El Sistema creado por Nova Oceanic Energy inc. combina:

Absorbedor basculante flotante: Extracción de energía potencial

Dispositivo sumergido basculante horizontal: Extracción de energía cinética


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Ejemplos de proyectos instalados

Wave dragon:

Sistema Totalizador

Pelamis: Atenuador

AWS: Absorbedor Sumergido Diferencial de Presión

Powerbuoy: Absorbedor

Oyster: Sumergido Basculante

AquaBuoy: Absorbedor


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Ejemplos de proyectos instalados

  • 5 desarrolladores han firmado un contrato para la instalación de equipos para extracción de energía de olas y mareas en 10 emplazamientos en Escocia. El proyecto tendrá 1.2GW de capacidad instalada para 2020 y será suficiente para cubrir las necesidades eléctricas de hasta 750.000 hogares. Equipos mayoritariamente de Oyster y Pelamis

  • En el primer emestre de 2011, la compañía Ocean Power Technologies instalará 19MW en aguas australianas, un proyecto utilizando su convertidor de energía de olas Powerbuoy

  • En febrero de 2010 ha comenzado la construcción de lo que será el primer parque de generación eléctrica utilizando las olas del mar en Estados Unidos. El proyecto usará convertidores Powerbuoy y tendrá una capacidad de1.5MW


Tecnolog a corrientes problemas por solucionar

TECNOLOGÍA: CorrientesProblemas por solucionar

  • Materiales en ambiente hostil

  • Mecanismos que mejoren la eficiencia del movimiento

  • Necesidad de sistemas de arranque (Power Take Off System)


Tecnolog a oleaje problemas por solucionar

TECNOLOGÍA: OleajeProblemas por solucionar

  • Eficiencia de los sistemas de arranque (Power Take Off Systems)

  • Sincronización frecuencial

  • Sincronización direccional

  • Forma de entrega de energía a la red

  • Materiales

    • Estructurales

    • Amarres

  • Necesidad de turbinas neumáticas más eficientes

  • Necesidad de turbinas de baja cabeza más eficientes

  • Sistemas de parada (end stop) para equipos flotantes


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

3. CARACTERIZACIÓN


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

NIVEL DEL MAR

VIENTOS

Cartagena: 6 mm/a 1950 - 1993

Andrade, 1999

Andrade (2003),

Ruiz-Ochoa (2006)

CORRIENTES

TEMPERATURA SUPERFICIAL DEL MAR

Joanna Gyory, Arthur J. Mariano, Edward H. Ryan. "The Caribbean Current." Ocean Surface Currents. (2007). http://oceancurrents.rsmas.miami.edu/caribbean/caribbean.html.


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Variabilidad de la cuenca Colombia (Mar Caribe) asociada con El Niño-Oscilación del Sur, vientos Alisios y procesos locales

Entender

Variables

Bases de datos

Análisis de datos

Reanálisis NCEP/NCAR

Estadístico

Vientos

ICOADS

Series de tiempo

Flujos de calor

Boyas

Reynolds

Aportes

TSM

Termómetro Islas del Rosario

Entendimiento de los fenómenos climáticos tropicales.

NODC

SSM

TOPEX/POSEIDON-JASON

Conocimiento de la respuesta de la región.

Universidad de Hawaii

Nivel del mar

Mejoramiento de los modelos predictivos de variabilidad.


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Espectro de Oleaje

Efecto Huracanes – Condiciones Extremas

Boya 42058 –

Coor: 75.06W,15.06N

RMSE =0.50

MAD =0.33

RMSE = 0.62

MAD = 0.48


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

Espectro de Oleaje

BASE DE DATOS OCEANOGRÁFICA PARA

EL CARIBE COLOMBIANO

1968-2007 - 40 AÑOS


Caso de estudio isla fuerte

CASO DE ESTUDIOIsla Fuerte


Isla fuerte

Isla Fuerte

Comunidad no-interconectada al STN

Potencial en el norte de la Isla

Actualmente el abastecimiento energético es con combustibles fósiles y madera

2000- 6000 personas


Metodolog a de caracterizaci n

Metodología de Caracterización

Vientos de Reanálisis

Modelo SWAN

Batimetrías

Ejecuciones Anidadas del Modelo

Series de Oleaje

Probabilidad Conjunta

Análisis y correcciones de las series

Mapas Energéticos

Registros Existentes

Percentiles de Potencia

Algoritmo k-means

Series de oleaje corregidas en el sitio escogido

Escogencia del sitio de generación

Restricciones sociales, ambientales y geográficas


Mallas computacionales cluster computacional

Mallas ComputacionalesCLUSTER COMPUTACIONAL


Mapas energ ticos

Mapas Energéticos


Ciclo anual del ciclo diurno

Ciclo Anual del Ciclo Diurno


Probabilidad conjunta y potencial de energ a

Probabilidad Conjunta y Potencial de Energía


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

IDENTIFICACIÓN DEL POTENCIAL ENERGÉTICO DEL MAR EN COLOMBIA Y ANÁLISIS DE LAS TECNOLOGÍAS DE MEDICIÓN Y DE APROVECHAMIENTO PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A NIVEL COMERCIAL

CENTRO DE INVESTIGACIÓN

E INNOVACIÓN EN ENERGÍA CIIEN

Universidad Nacional de Colombia

Universidad Pontificia Bolivariana

Dirección General Marítima


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

4. INDICADORES ECONÓMICOS(extractado de un estudio económico realizado por el Carbon Trust durante el desarrollo del Marine EnergyChallenge, UK)


Costo de la energ a

COSTO DE LA ENERGÍA

  • Factores que afectan el costo de la energía:

  • Costos de Capital

  • Costos de Operación y Mantenimiento (O&M)

  • Cantidad de enegía producida (“performance”)

  • NO HAY COSTOS POR EL ENERGÉTICO!!!

La evaluación económica cosiste entonces en sopesar los costos de capital y AO&M contra los beneficios por el “performance”, estimando un indicador como el Costo de la Energía Generada... la cual para efectos decisorios debe compararse (combinada con otros criterios) con la alternativa energética más barata


Costo de la energ a1

COSTO DE LA ENERGÍA

  • Costos de Capital

    • Equipo de generación

    • Costos de la estructura

    • Costos de instalación

    • Costos de los amarres

    • Costos de conexión a la red

    • Gerencia del proyecto

Costos de Capital = f (experiencia que se gane en fabricación e instalación, sitio del emplazamiento... )


Costo de la energ a2

COSTO DE LA ENERGÍA

  • Costos de O&M

    • Mantenimientos Pl y uPl

    • Repuestos

    • Permisos y seguros

    • Monitoreo del energético

Hoy en día resulta bastante complicado estimar estos costos debido a la escacez de proyectos en operación...


Costo de la energ a3

COSTO DE LA ENERGÍA

  • “Performance” (cantidad de energía generada)

    • Disponibilidad del recurso

    • Eficiencia del elemento motriz primario (PM)

    • Eficiencia del sistema Power Take Off

    • Disponibilidad de los equipos

    • Amplitud del sistema que “caza” el energético

El “Performace” varía ampliamente de acuerdo al tipo de energético aprovechado (olas o corrientes) y al subtipo tecnológico usado (absorbedor puntal, atenuador, etc... eje horizonta, eje vertical, etc.)


Costo de la energ a4

COSTO DE LA ENERGÍA

Cálculo del costo de la energía:

CE = (C.Cap + VP(C.O&M))

VP(BPE)

  • Elementos a tener en cuenta:

  • Costos de capital estimados con base en prototipos en escala real → sobrestimación de costos

    • No se consideran economías de escala

    • No se consideran mejoras en el diseños por pruebas en prototipos

  • El “performance” de un prototipo a escala real es probablemente menor que el de “en servicio” ya que estos son usados primariamente para obtener datos que mejoren la “ingeniería”...


Costo de la energ a5

COSTO DE LA ENERGÍA

  • cont, Elementos a tener en cuenta:

  • Debido a la diversidad de tecnologías y estados de desarrollo para el aprovechamiento de enegéticos, se escogieron para la evaluación las tecnologías mas promisorias (subjetivas con base en criterios de ingeniería)

  • Se presentarán bandas muy anchas de los estimadores debido a la diversidad de diseños tecnológicos y a la incertidumbre en el “performance” y en O&M

  • Se asume para la evaluación económica:

  • Equipos instalados en aprovechamientos de 10MW

  • Tasa Interna de Retorno: 15% (basada en discusiones con los inversores acerca de su percepción del riesgo vs esperanza de ganacias) → se espera que caiga debido a reducción de costos futuros por “aprendizaje” y, por lo tanto, reducción del riesgo...


Costo de la energ a6

COSTO DE LA ENERGÍA

  • Estimación de Costos de Capital

  • Oleaje

  • Primeros prototipos: 7.000 – 16.000 US$/kW

  • Primeros aprovechamientos*: 3.000 – 7.000 US$/kW

  • Corrientes

  • Primeros prototipos: 7.000 – 14.000 US$/kW

  • Primeros aprovechamientos*: 2.500 – 5.500 US$/kW

  • (caso especial)

  • Oleaje (OWC near-shore)

  • Primeros prototipos: 5.500 – 16.000 US$/kW

  • Primeros aprovechamientos*: 2.000 – 5.000 US$/kW

  • * : se asumen pequeñas economías de escala y un factor de aprendizaje


Costo de la energ a7

COSTO DE LA ENERGÍA

  • Costo Energía de los primeros aprovechamientos:

  • Oleaje

  • Bandas de incertidumbre: 20 – 80 cUS$/kWh

  • Estimados centrales: 40 – 45 cUS$/kWh

  • Corrientes

  • Bandas de incertidumbre : 15 – 35 cUS$/kWh

  • Estimados centrales: 20 – 30 cUS$/kWh

  • (caso especial)

  • Oleaje (OWC near-shore)

  • Estimados centrales: 25 – 50 cUS$/kWh


Costo de la energ a8

COSTO DE LA ENERGÍA

Comparación en UK de los CE obtenidos para Renovables Marinas vs el CE de una Termica de Ciclo Combinado(la alternativa más barata)


Costo de la energ a el futuro

COSTO DE LA ENERGÍA¿El Futuro?

Con base en el conocimiento que se tiene hoy en día de la tecnología de equipos para aprovechamiento de energía marina y... que hay evidencia empírica a partir de la generación de energía de otras renovables como las celdas fotovoltáicas y turbinas de viento, se espera en futuro:

  • Mejoras en los diseños conceptuales

  • Optimización de los diseños detallados

  • Economías de escala y

  • “Aprendizaje” en la producción, construcción, instalación y O&M


Costo de la energ a el futuro1

COSTO DE LA ENERGÍA¿El Futuro?

Estimación de costos futuros:

Se asumen 2 escenarios para la Tasa de Aprendizaje, tanto para la tecnología del oleaje como para la de las corrientes:

  • Tecnología Oleaje: 10% y 15%

  • Tecnología Corrientes: 5% y 10%


Costo de la energ a el futuro2

COSTO DE LA ENERGÍA¿El Futuro?

Oleaje

Reducción del CE por Tasa de Aprendizaje del 10% y 15% y arrancando en los estimador central superior e inferior del CE_act:


Costo de la energ a el futuro3

COSTO DE LA ENERGÍA¿El Futuro?

Corrientes

Reducción del CE por Tasa de Aprendizaje del 5% y 10% y arrancando en el CE de la banda de incertidumbre inferior (15 cUS$/kWh ≈ 8 p/kWh


Conclusiones

Conclusiones

  • Hay elementos de juicio para pensar que la energía marina se tornará, en el futuro, en un alternativa competitiva

  • Se necesita acelerar las tasas de aprendizaje para hacer de este energético una alternativa competitiva → INVERSIÓN en I+D y apoyo económico a empresas de innovación y desarrollo tecnológico

  • El desarrollo tecnológico de este tipo de equipos para aprovechamiento de energía marina NO beneficia sólo a los países presionados por los altos costos del petróleo y los costos de emisión de carbono... es una tecnología que puede ser aprovechada (¿o codesarrollada?) en países del 3er mundo como herramienta para el desarrollo... Siempre y cuando haya disponibilidad del energético


Conclusiones1

Conclusiones

  • Existe mucha actividad en el mundo, sin embargo todavía hay muy pocos proyectos comerciales operativos.

  • Existen todavía varios conceptos de extracción y las opciones tecnológicas están abiertas

  • Las costas de Colombia, Latino América y el Caribe tienen un potencial gigante y totalmente inexplotado: hay que evaluar este potencial y encontrar la manera de explotarlo de forma sostenible.

  • No hay tantas tecnologías de energía alternativa con tanto potencial de desarrollo: El momento de actuar es ahora.


Potencial de producci n de energ as marinas en colombia

h t t p : / / o c e a n i c o s . u n a l m e d . e d u . c o

Email: [email protected]

GRACIAS!!!


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