Energía del Mar Energía Térmica Oceánica
Nacimiento
A pesar de ser una técnica muy avanzada, la obtención de energía térmica oceánica se comenzó a estudiar en 1881 por un físico francés llamado Jacques Arsene d'Arsonval que propuso usar la energía térmica del mar en un ciclo cerrado de dióxido de azufre que funcionase entre dos corrientes de agua de temperaturas no muy distintas. Fueron dos científicos posteriores ( Georges Claude y Paul Boucherot) quienes lo estudiaron más detalladamente en 1926, utilizando el agua del mar como fluido de trabajo en un ciclo abierto. El primero de ellos comprobó la validez de sus estudios en Ougrée (Bélgica) usando una máquina de 60 kW, la cual usaba el agua de refrigeración de un alto horno, hor no, a 33ºC y el agua del río Meuse, a 12ºC. En 1930 se inaguró la primera planta creada para el aprovechamiento de la energía térmica oceánica, construida por Georges Claude, usó la misma máquina que unos años atrás utilizó en Ougrée, necesitó un tubo de 1,6m de diámetro y de 2km de longitud, los colocó en la bahía de Matanzas (Cuba). Consiguió hacerla funcionar con un gradiente térmico de 14ºC y en ciclo abierto utilizando una turbina de baja presión que hacía funcionar un alternador eléctrico de 22kW. Tenía un rendimiento de tan solo el 1%. Solo funcionó durante once días, debido a las inclemencias incl emencias del tiempo. Se siguió investigando y se realizaron proyectos en años posteriores. Su rendimiento nunca fue alto y fueron muy costosos los que se llevaron a cabo, cabo , comparando con la obtención de otras energías no era rentable, así que, siempre se abandonaron. En la actualidad se sigue investigando sobre la eficiencia de proyectos similares. Funcionamiento
La energía térmica oceánica (Ocean Thermal Energy Conversion, Conversion, OTEC) o termooceánica, está basada en la explotación de la l a diferencia de temperaturas en los océanos . La diferencia de temperatura en ciertas partes del océano como las zonas tropicales, oscila en torno a los 20 grados entre la superficie y los lo s 100 metros de profundidad. En zonas árticas y antárticas estas diferencias pueden llegar a ser mayores, pero se necesitan instalaciones que intercambien el agua a mayor profundidad, llegando a alcanzar los 1000 metros. Una diferencia de temperatura de unos 20ºC es suficiente para que sea eficaz este método de obtención de energía. De este modo se puede aprovechar la energía oceánica
gracias a la diferencia de temperatura que se puede dar entre la superficie del océano (de unos 30º) y el y el fondo (4 ºC) en lugares cercanos al trópico.
La energía térmica oceánica en su totalidad es uno o dos órdenes de magnitud más alta que otras fuentes de energía oceánica (es decir podemos obtener más energía), como la energía de mareas, pero las pequeñas diferencias de temperatura hacen que la extracción de energía sea más difícil y costosa pero aun así, podría ser muy rentable, debido a que se puede obtener energía día y noche, en cualquier estación del año, algo que con otras formas de energía no es posible, y las plantas necesarias para su obtención podrían tener otros usos añadidos como por ejemplo, producir agua potable. En los inicios, la energía que se obtenía tenía una eficiencia de máximo el 3% muy por debajo del entre 5% y 7% que en teoría se puede obtener hoy en día. Obtención
Para la obtención de energía son necesarias las plantas maremotérmicas, en las cuales se utiliza el ciclo Rankine (ciclo más predominante). Se diferencian dos tipos dentro de éste; a) el ciclo abierto, en dónde el fluido que hace rotar la turbina es el propio H2O del mar, el agua tibia del mar es introducida en una cámara a baja presión para que entre en ebullición, este vapor es el que hacer girar la turbina, tras ello, este vapor es condensado nuevamente gracias al H2O fría de las profundidades, al evaporarse, el H2O pierde todas las sales que lleva disueltas, por lo que el H2O resultante es dulce y puede enviarse a tierra firme para ser reutilizarse en otros usos. b) El ciclo cerrado es aquel donde se utiliza un fluido de baja temperatura de ebullición como el amoniaco o el propano, para que en contacto con el agua caliente de la superficie se evapore. En estado gaseoso mueve una turbina, y vuelve a las profundidades donde se enfría y se licua para luego volver a subir y evaporarse
a)
b)
Principio básico de planta maremotérmica
.1. Evaporador (o caldera): Es la parte del sistema que se calienta y evapora el fluido del circuito y aumenta su presión. En este caso el evaporador es calentado mediante el agua caliente de la superficie del mar........ .2. Turbina: Después de que el fluido sea evaporado y haya aumentado la presión, éste pasa a través de la turbina, haciéndola girar, obteniéndose energía gracias al generador que ésta lleva incorporado......... 3. Condensador: Tras pasar por la turbina, el fluido (ahora vapor) pasa por este tramo, enfriado en este caso por el agua de las profundidades marinas, enfriando y condensando el vapor y haciéndolo volver a estado líquido, para volver a empezar el ciclo. Además del ciclo Rankine existen dos ciclos menos conocidos:
El ciclo Kalina es un ciclo Rankine mejorado que usa como fluido una mezcla de
amoníaco y agua (60% NH3 y 40% H2O). Al tener el amoníaco un punto de ebullición más bajo, éste tiene mayor eficiencia a temperaturas más bajas, como las que representan las temperaturas de la superficie y profundidad del mar. De este modo, la elevación de temperatura puede ser más alta y se minimiza la cantidad de agua de las profundidades necesaria para el condensador, reduciendo las dimensiones de la tubería de entrada y por tanto el capital invertido en la central, mientras aumenta la potencia energética de salida.
El ciclo Uehara es sin duda el más complejo de todos, ideado por científicos
japoneses. Todas las plantas requieren de una tubería telescópica de entrada de gran diámetro, sumergida a unos 2km de profundidad, para conducir la mayor cantidad de agua fría de la profundidad al condensador, por lo que los costes de implantación son enormes; las plantas de este tipo son poco competitivas.
Plantas en el mundo
La planta meremotérmica más grande del mundo fue completada el 21 de Agosto de 2015, la cual se encuentra en la costa de Kona, en Hawai, Estados Unidos. Esta planta de aprovechamiento de la energía térmica oceánica será la primera, de este tipo, que se conecta a la red eléctrica de Estados Unidos y genera de forma continua 100 kilovatios de energía eléctrica. El objetivo final es que la planta crezca hasta ser capaz de producir 100 megavatios para el año 2020, lo que podría costar más de 1.000 millones de dólares. Se prevé construir nuevas plantas en islas como Bahamas, Las Islas Marshall, Nuaru, Diego García o la isla de Guam .
En Bahamas se han proyectado dos plantas de energía térmica oceánica de 5 y 10 MW que serían construidas y posteriormente explotadas en modo de concesión por la compañía americana Ocean Thermal Energy Corporation, en las islas Marshall se ha presentado al gobierno un proyecto de central maremotérmica de 10MW de potencia y que prevé obtener como sub-producto de la instalación aparte de electricidad, 7.5 millones de litros de agua potable al día. Otro proyecto en consideración es el estudiado para la base naval americana en la isla de Diego García en el Océano Índico, donde se construiría una planta de 13MW con la finalidad de sustituir los actuales generadores de diésel. Esta planta de energía maremotérmica proporcionaría también 5 millones de litros de agua potable cada día. Otra compañía privada americana está estudiando la posibilidad de construir una planta de energía térmica del mar de 10MW de potencia en la isla de Guam . Por su parte India construyó una planta piloto de 1MW de cerca de Tamil Nadu y también tienen proyectos para seguir invirtiendo en esta tecnología. Las empresas Lockheed Martin y Reignwood Group desarrollarán una planta eléctrica a partir de la conversión de energía térmica oceánica, en el Mar del Sur de la China. La planta offshore de 10 megavatios, que será diseñada por Lockheed Martin, se constituirá en el mayor proyecto OTEC, que se haya desarrollado hasta el momento, y será capaz de proveer a la totalidad de las necesidades energéticas de un complejo recreativo “v erde”,
que será construido por Reignwood Group.
El impacto ambiental de la energía maremotérmica • Una planta de energía maremotérmica de 100 MW utiliza entre 10 y 20 billones de
galones de agua por día. Cuando esta agua se descarga nuevamente en el mar, contiene más nutrientes como nitrógeno y fósforo, este cambio en la calidad del agua puede afectar directamente al ecosistema marino. • El campo electromagnético del cable que lleva la electricidad a la orilla puede afectar la
navegación y comportamiento de los animales marinos. • La presencia de la planta maremotérmica puede atraer o asustar a algunos animales y
poner en peligro su supervivencia. • El ruido generado por una planta maremotérmica puede afectar a los animales marinos.
Aunque no genera emisiones de CO2 las plantas de energía maremotérmica pueden representar un grave riesgo para la vida marina.
Comparándola con otras energías renovables como la solar o la eólica que, aunque sí tienen un impacto ambiental no amenazan seriamente la vida de varias especies, la energía maremotérmica resulta ser menos ecológica de lo que pensamos.
Ventajas: Es una energía limpia y renovable. La diferencia de temperatura entre los
distintos puntos del mar varía según las estaciones pero, dentro de esas alteraciones, no cambia significativamente cada año, por lo que es exageradamente fácil prever los beneficios que se obtendrán. Además, en los lugares donde la diferencia térmica entre las distintas zonas del mar es de 20 grados centígrados se consigue una gran productividad. Por si fuera poco, en el ciclo se produce una gran cantidad de agua dulce (de la que también se pueden obtener beneficios) y el agua de las profundidades que se emplea para refrigerar el vapor y que se condense sale de la instalación a 16 grados centígrados, por lo que podría ser utilizada en ciertas industrias como sistema de refrigeración. Desventajas: 1. Las plantas maremotérmicas producen electricidad actualmente a un
costo superior al que se obtiene mediante el empleo de combustibles fósiles. Los costos de la electricidad podrían reducirse significativamente si la planta operase sin importantes revisiones en 30 años o más, pero no se disponen de datos sobre los ciclos de vida de estas plantas. 2. Las plantas maremotérmicas deben instalarse donde existan diferencias de temperatura a lo largo del año de 20ºC. Las profundidades del océano deben estar disponibles muy cerca de la costa para economizar las operaciones 3. Aunque se han realizado numerosos ensayos de plantas maremotérmicas de pequeña escala, se precisa de la construcción de una planta piloto o de demostración de tamaño comercial para obtener una mayor información de su viabilidad. 4. La construcción de plantas maremotérmicas y la colocación de tuberías en las aguas costeras pueden causar un daño localizado a los arrecifes y ecosistemas marinos cercanos. 5. Son necesarios algunos desarrollos adicionales de componentes claves para que las futuras plantas maremotermicas tengan éxito (Por ejemplo, que las tuberías para extracción del agua de las profundidades marinas sean menos costosas; construcción de turbinas de menor presión y condensadores más apropiados para los sistemas de ciclo abierto, etc .)
Actualidad y Futuro
En la actualidad la energía térmica oceánica no puede competir en rentabilidad con las plantas de combustibles fósiles o nucleares, y que ya solo la instalación de una de estas centrales cuesta en torno a 100,000,000 de euros, por ello la investigación y puesta en marcha de esta tecnología depende sobre todo de capitales públicos, ya que los privados
prefieren invertir en combustibles fósiles más baratos. Aún así, se esta investigando sobre el uso de nuevos materiales para su construcción que abaratarían los precios, teniendo además en cuenta que el alto coste de las centrales OTEC sería compensado debido a la posibilidad de que estas generen agua desalinizada para su uso en poblaciones, llegando a satisfacer las necesidades de unas 4,500 a 100,000 personas por día. También se puede llevar a cabo en estas centrales la producción de hidrógeno y aluminio por hidrólisis “muy útil teniendo en cuenta las nuevas tecnologías que se están desarrollando a partir del hidrógeno.”
Otra de las grandes ventajas de las OTEC, es la utilización del agua profunda usada para la refrigeración, que contiene numerosos nutrientes ideales para la explotación de piscifactorías, algo sin duda a tener en cuenta debido al gran problema global de la disminución de los caladeros. Cabe destacar que ésta energía y su posible evolución está siendo estudiada a nivel mundial para que sea visible como una alternativa de futuro, ya que puede llegar a ser una energía limpia y sin residuos, que puede llegar a alimentar las necesidades de todo el planeta, pues según estudios recientes, si se aprovecharan los 60 millones de kilómetros cuadrados de los mares tropicales se obtendría en un solo día el equivalente a 250000 millones de barriles de petróleo, y bastaría con el 0,001% de la energía producida para cumplir las necesidades energéticas de EE.UU. en un día más de 20 veces. Además, en las mismas plantas OTEC, se pueden instalar otros tipos de energías alternativas, como la mareomotriz, e incluso la eólica o fotovoltaica, consiguiendo así una mayor rentabilización de éstas. Actualmente, el país que más en serio apuesta por este tipo de energía es EE.UU. en donde se encuentra numerosas plantas de investigación, destacando Hawai. A este le sigue Cuba, quien ha mostrado su reciente interés por explotar esta energía, apostando por ella como una fuente continúa y fiable para su autoabastecimiento. Otra de las propuestas para mejorar esta energía es la de hacer pasar el agua de la superficie del mar por un estanque de fondo negro que la calentara más por la acción del sol, o la investigación para que las improbables, aunque posibles fugas de fluido que pueden causar efectos perjudiciales en el medio ambiente, no se produzcan. Actualmente la NASA ha creado un robot que basa su funcionamiento a partir de esta energía. Llamado SOLO-TREC, este robot es capaz de aprovechar al máximo la energía térmica oceánica, siendo capaz de sumergirse o navegar aprovechando el gradiente de temperatura de los océanos. La clave para su funcionamiento son unas sustancias cerosas conocidas como materiales de cambio de fase, alojadas en 10 tubos externos hechos de un material que permite la generación de energía. Cuando está flotando en la superficie y se encuentra en temperaturas cálidas el material se derrite y expande, mientras que
cuando lo hace en aguas más frías se solidifica y se contrae. La expansión de la cera presuriza aceite almacenado en el interior del flotador, y este aceite mueve periódicamente un motor hidráulico que genera electricidad y recarga las baterías del vehículo. La energía de las baterías alimenta el motor hidráulico del flotador que cambia su volumen (y por tanto la flotabilidad) lo que le permite moverse. Esto deja abierto innumerables posibilidades del uso de esta energía para la investigación del fondo marino y el transporte, ya sea de personas o de mercancías.
Se encuentra también un prototipo de ciudades flotantes conocidas como LILYPAD que funcionan “entre otras” con este tipo de energía, siendo capaz de albergar en ellas a personas y plantas, lo que es importante porque parte de las emisiones de CO2 podrían ser reducidas.
