Energía mareomotriz

Energía mareomotriz 

La energía mareomotriz es la que se obtiene aprovechando las mareas, mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para lageneración de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable. Es un tipo de energía renovable y limpia.

La energía marítima tiene la cualidad de ser renovable, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y es limpia, ya que en la transformación energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos. Sin embargo, la relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el costo económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una proliferación notable de este tipo de energía.

Otras formas de extraer energía del mar son: las olas (energía undimotriz), de la diferencia de temperatura entre la superficie y las aguas profundas del océano, el gradiente térmico oceánico; de la salinidad, de las corrientes marinas o la energía eólica marina.

Las mareas de los océanos constituyen una fuente gratuita, limpia e inagotable de energía, que al contrario que otras energías renovables, como la eólica o la solar, no depende de otros factores.

Esta energía pese a sus potenciales ventajas no ha sido de las más estudiadas y sólamente Francia y la ex Unión Soviética tienen experiencia práctica en centrales eléctricas accionadas por mareas. Es, sin embargo, un recurso hidráulico que tiene analogía con la hidroelectricidad, la energía mareomotriz podría aportar unos 635.000 gigavatios/hora (GW/h) anuales equivalentes:

1.045.000.000 barriles de petróleo ó 392.000.000 toneladas de carbón/año.

A partir del año 1973, cuando el mundo tomó conciencia de la finitud de los combustibles convencionales no renovables, se intensificaron los estudios de todos los tipos disponibles de energías renovables no convencionales: solar, eólicas, geotérmica, mareomotriz, etc.

  Características de la energía mareomotriz

La explotación de la energía potencial correspondiente a la sobreelevación del nivel del mar aparece en teoría como muy simple: se construye un dique cerrando una bahía, estuario o golfo aislándolo del mar exterior, se colocan en él los equipos adecuados (turbinas, generadores, esclusas) y luego, aprovechando el desnivel que se producirá como consecuencia de la marea, se genera energía entre el embalse así formado y el mar exterior.

Esta energía es, sin embargo, limitada; la potencia disipada por las mareas del globo terrestre es del orden de 3 TW, de los cuales sólo un tercio se pierde en mareas litorales. Además, para efectividad la explotación, la amplitud de marea debe ser superior a los 4 metros, y el sitio geográfico adecuado, lo que elimina prácticamente el 80% de la energía teóricamente disponible, dejando aprovechables unos 350 TW-h por año (Bonefille, 1976).

Los avances actuales de la técnica, el acelerado crecimiento de la demanda energética mundial y el siempre latente incremento en el precio de los combustibles son factores primordiales que disminuyen cada vez más la brecha entre los costos de generación mareomotriz y los de las fuentes

convencionales de energía. Así lo entienden países como Canadá e Inglaterra, donde se incorpora la misma a los planes energéticos como solución a plazo medio en el proceso de sustitución de plantas termales.

Respecto a la forma de funcionamiento y construcción de las plantas, actualmente se aceptan ciertas premisas básicas como por ejemplo:

·         Se asume el sistema de embalse único y efecto simple como el más apropiado desde el punto de vista económico.

·         En lo que respecta al diseño constructivo, se adopta, en la mayor parte de la obra, el uso de cajones prefabricados (caissons), incluso en reemplazo de los diques complementarios de relleno (éstos se reservan solamente para las zonas intertidales).

·         La importancia de la organización constructiva se hace evidente en la necesidad de reducir el tiempo de cierre y aceleración, de éste modo, el instante de puesta en marcha.

Para ello, se cree conveniente colocar las turbomáquinas con posterioridad al cierre de la obra.

·         Las turbinas Bulbo y strafflo se usan indistintamente para los estudios comparativos de costos, aunque este último tipo reduce en un 20% el peso muerto (hormigón y balasto) de la obra civil. Sin embargo, todavía no hay en el mercado unidades Strafflo de gran diámetro suficientemente probadas. En Annapolis Royal (Canadá), se puso en funcionamiento una unidad experimental (d= 7.6 m) que servirá para probar las características de funcionamiento en condiciones reales (Whitaker, 1982).

·         La forma de regulación más conveniente es la incorporación de la producción a sistemas o redes de interconexión (cuya capacidad debe ser por lo menos 10 veces superior a la magnitud de la instalación); o en su defecto una conexión optimizada con centrales de acumulación por bombeo (Gibson y Wilson, 1979) o hidroeléctrica (Bernshtein, 1965, Godin, 1974).

·         Una de las ventajas más importantes de estas centrales es que tienen las características principales de cualquier central hidroeléctrica convencional, permitiendo responder en forma rápida y eficiente a las fluctuaciones de carga del sistema interconectado, generando energía libre de contaminación, externa de variaciones estacionales o anuales, a un costo de mantenimiento bajo y con una vida útil prácticamente ilimitada.

·         Dentro de las desventajas se encuentran: la necesidad de una alta inversión inicial (por otra parte características de cualquier obra de explotación energética)

  Proyectos en el mundo

Los principales y potenciales sitios de generación mareomotriz por su condición geográfica son:

1. Siberia
2. Inchon, Korea
3. Hangchow, China
4. Hall's Point, Australia
5. Nueva Zelanda
6. Anchorage, Alaska
7. Panamá
8. Chile
9. Punta Loyola, Argentina
10. Brasil
11. Bahía de Fundy

12. Frobisher Bay, Canadá

13. England
14. Antwerp, Bélgica
15. LeHavre, Francia
16. Guinea

17. Gujarat, India
18. Burma
19. Río Semzha, Rusia
20. Río Colorado, México
21. Madagascar

Los equipos generadores fijos, que están montados ya sea al fondo del mar o a la costa tienen algunas ventajas importantes sobre los sistemas flotantes, particularmente en el área de mantenimiento. De todos modos, el número de lugares adecuados disponibles para equipos fijos es limitado.

1) Canal resonante (TAPCHAN):

El concepto de TAPCHAN es una adaptación de la producción tradicional de energía hidroeléctrica.

El agua se recolecta por si sola dentro del acumulador debido a la energía que adquiere con la ola, la cual hace que se eleve por la rampa de carga llenando de esta forma la reserva. Una vez que la reserva dispone de una cierta cantidad de fluido el mismo circula a través de una turbina hidráulica generando de esta manera energía eléctrica.

Con muy pocas partes móviles, todas están contenidas en la generación del sistema, pero los sistemas TAPCHAN tienen bajos costos de mantenimiento y una gran confiabilidad con respecto a otros complejos sistemas que aprovechan la energía de las olas. Además su instalación es mucho más simple y segura ante posibles tormentas y olas de tormenta,

Este sistema supera el problema de la demanda de la energía ya que el embalse es capaz de almacenar la energía hasta que la misma es requerida, aunque no genera grandes cantidades de energía.

Desafortunadamente, no son apropiados para todas las regiones costeras, los lugares apropiados deben tener olas consistentes con un buen promedio de energía en las olas y una gama en la marea de menos de 1m, el relieve de estas costas debe incluir aguas profundas cercanas a la costa y un lugar apropiado para un embalse.

El sistema desarrollado y todavía en prueba se ubica en Noruega generando alrededor de 350 Kw.

2) Colector y columna de agua oscilante

Los dispositivos Wavegen son comprendidos de dos elementos básicos, un colector para capturar la energía de las olas y un turbo generador para convertir la energía de la ola en energía eléctrica.

a) Colector:

Los colectores de energía de olas usados en módulos Wavegen están en forma de un casco, parcialmente sumergidos los cuales el agua de mar es libre para entrar y salir. Como el agua entra o sale, el nivel de agua en la cámara asciende o desciende. Una columna de aire, contenida por arriba del nivel de agua es alternativamente comprimida y descomprimida por este movimiento para generar una corriente alternativa de aire de alta velocidad entrando y saliendo la masa de aire.

Si esta corriente de aire se deja fluir desde la cámara hacia la atmósfera y viceversa por medio de una turbina neumática, la energía puede ser extraída desde el sistema y usada para generar electricidad.

b)Turbo generador:

Las turbinas son utilizadas para potenciar a los generadores eléctricos, es decir transmitirles energía mecánica, las turbinas tienen un único sentido de giro en la misma dirección prescindiendo de cual camino este el aire fluyendo por las aspas de la turbina. Sin embargo, las turbinas continúan girando en ambos sentidos de ascenso o descenso de los niveles de agua en la cámara del colector

3) Pato de Selter:

Este dispositivo aprovecha la energía de una forma muy simple debido a que las olas golpean contra las palas colectores, de esta forma la misma realizan un medio giro.

En el siguiente gráfico observamos que en el punto 1, las palas colectoras se encuentran en reposo, en cambio en el punto dos han absorbido la energía de las olas:

El movimiento realizado permite generar aire a presión el cual será almacenado en reservas, para luego conectarse a una turbina neumática y generar energía.

Equipos flotantes:

1) Balsa de Cokrel

·         Generador de electricidad:

El movimiento de balanceo producido por las balsas es utilizado para comprimir fluido hidráulico, el mismo será enviado a una turbina hidráulica la cual generará energía eléctrica.

En la unión de las balsas se ubican los pisones hidráulicos, cuando se produce una diferencia de altura entre las mismas (dada por el paso de la ola) se produce una compresión de fluido. Los pistones son de doble efecto, es decir comprimen el fluido en ambos sentidos logrando así un aprovechamiento muy significativo.

Ventajas de este sistema:

·         No se requiere una base fija para su montaje

·         No hace falta orientarlo en el sentido de las olas , ya que lo hace automáticamente

·         Resulta fácil hermetizar su interior, facilitando la operación del generador eléctrico.

2) Barco flotante ¨Kaimei¨

La instalación consta de 11 turbogeneradores neumáticos iguales de 125 KW cada uno, la potencia sumaria de proyecto es de 1,375 MW. La instalación está montada en una barcaza de unos 8cm de longitud y 12m de anchura, donde cada grupo está formado de dos cámaras de aire para captar la energía de las olas, una turbina y generador eléctrico montado en un mismo árbol con la turbina. (1.4m de diámetro y con 60 paletas).El fondo de la barcaza tiene 22 orificios para la entrada de las olas a las cámaras de aire.

El principio por el que funciona el convertidor de cámaras se explica en la en las siguientes figuras:

Al pasar las crestas de las olas superficiales, asciende el nivel del agua en las cámaras de aire I y II, gracias a lo cual se produce la compresión del aire. Por esta razón, la válvula 1 se cierra y la 2 se abre. Las flechas indican la dirección del flujo de aire. Se ve que el flujo de aire pasa de la cámara I a través de la turbina transmitiendo a ésta la energía obtenida de la cresta de la ola. Luego de realizar el trabajo en la turbina, el aire sale por la válvula 2 a la atmósfera.

La velocidad máxima del flujo de aire al aproximarse a la turbina alcanza 100m/s o un poco más, como lo señalan los oscilogramas. Cuando pasa la depresión de la ola, es decir, cuando desciende el nivel del agua, en las cámaras I y II se produce rarefacción de aire. Por eso el aire de la atmósfera entra a las cámaras a través de la válvula 1, permaneciendo cerrada en este semiperíodo.

  Boya de señalización:

En la actualidad, en el mundo existen cerca de 700 boyas de navegación, cuyas necesidades en energía se satisfacen por medio de convertidores neumáticos de pequeña potencia. Fueron éstos los primeros dispositivos con los que empezaron a utilizar la energía de las olas en alta mar con el objeto de garantizar la seguridad de navegación. La potencia de la instalación energética de cada boya de navegación no supera 2-30w.

El extremo superior del tubo está abierto y se encuentra debajo del agua, el superior, también abierto, da a la cámara del turbogenerador neumático.

Cuando la boya sube y baja junto con las olas, las oscilaciones del nivel de agua dentro del tubo crean un tiro (corriente) de aire. En este momento, antes de que cambie el nivel de agua dentro del tubo, en él se produce rarefacción, debido a la cual el aire de la atmósfera penetrará en el tubo por las válvulas de la cámara.Cuando a la boya se acerca la depresión de la ola, ella baja por su propio peso.

En este semiperíodo el agua expulsa aire del tubo central a través de las válvulas de salida de la cámara del turbogenerador.