Estudio de la energía de olas, corrientes y energía cinética de ríos en el Ecuador para generación eléctrica

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estudio de la energía de olas, corrientes y energía cinética de ríos en el Ecuador para generación eléctrica 1. ANTECEDENTES

En los últimos años se ha enfatizado en la importancia del acceso a la energía eléctrica para poblaciones en sectores alejados de las redes de distribucòn, a fin de cumplir con las metas del Plan de Desarrollo del Estado Ecuatoriano, de tal manera y con el propósito de incursionar en el desarrollo de nuevas tecnologías de energía renovable, el Ministerio de Electricidad y Energía Renovable (MEER), el Instituto Nacional de Preinversión (INP) y el Instituto Oceanográfico de la Armada (INOCAR), suscribieron un Convenio Específico de Cooperación Interinstitucional Ppara desarrollar el “ESTUDIO DE LA ENERGÍA DE OLAS, CORRIENTES Y ENERGÍA CINÉTICA DE RÍOS EN EL ECUADOR PARA GENERACIÓN ELÉCTRICA ETAPA 1”. Mediante este convenio el Inocar desarrolló un estudio que permitió caracterizar las olas, ríos, y corrientes marinas y determinar el estado del arte de la tecnología disponible para generación de energía eléctrica. Este trabajo se efectuó mediante el levantamiento de información existente, adquisición de información internacional de las características de olas y corrientes marinas de instituciones especializadas.









studio de la energía de olas, corrientes y energía cinética de ríos en el Ecuador para generación eléctrica

2. Introducción El presente estudio se centra en la caracterización de olas, corrientes marinas y ríos, así como el establecimiento del estado actual de la tecnología disponible para generación eléctrica utilizando información secundaria. Para este propósito se examinaron fuentes nacionales e internacionales y visitas técnicas a los sitios en donde no existía información y así determinar las zonas más prometedoras en las que se se puedan desarrollar proyectos de energía renovable en el perfil costanero e insular. El estudio de las características de las olas se fundamentó en información internacional adquirida al centro Europeo ECMWF, información de altímetros SAR e información in-situ recolectada por el Instituto Oceanográfico. En el componente corrientes marinas, se analizó información de la base de datos disponibles en INOCAR, con la que se realizó un análisis por provincia, tomando como criterio inicial un mínimo de 0.5 m/s en la velocidad, para la selección de posibles sectores para la implementación de las tecnologías.

Mientras, en el componente de hidrología se caracterizaron los ríos Daule, Quevedo-Vinces, Babahoyo, Yaguachi, Milagro, Chimbo y Cañar, para identificar las zonas en las que las características hidrológicas -tales como caudales, velocidades de la corriente, secciones, estacionalidad y otros- permitan definir zonas de mayor potencial para la utilización de equipos hidrocinéticos de generación eléctrica. La documentación recopilada sobre tecnologías aplicables ha sido sintetizada, encontrándose que existen ciertas tecnologías en estado comercial y que podrían ser usadas en el océano y ríos de Ecuador. Dentro de la componente ambiental se analizan los posibles impactos que sufrirían las áreas social, económica, física y biológica, debido a la implementación de turbinas para el aprovechamiento de la energía cinética de corrientes marinas, olas y energía cinética de los ríos.









3. Área de Estudio Se consideraron dos áreas de estudio: la primera, correspondiente al perfil costanero, incluyendo el mar territorial hasta las islas Galápagos, comprendida entre 1°S y 1°N, y -105°W y -75°W; y, la segunda, incluye a los ríos de la Costa.

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4. Caracterización de las condiciones del mar El análisis realizado de las condiciones de las olas, en aguas frente a las provincias de Galápagos, Esmeraldas y Guayas, demuestran la constancia de las alturas y que las posibilidades de obtener energía de olas del mar son positivas, sin embargo, es necesario conocer el compor-

tamiento de las olas se generan más cerca de la Costa del Ecuador, para lo cual, es preciso establecer un programa de monitoreo en ubicaciones clave frente a la zona costera y, de preferencia, entre los veriles de 50 y 100 m de profundidad.

4.1 Caracterizacion de Olas

Las condiciones de las olas en sitios específicos de aguas profundas (más de 2000m), frente a las costas de Galápagos, sur Esmeraldas y Guayas, muestran que las alturas se mantienen constantes, por lo que las posibilidades de obtener energía de olas son favorables. Sin embargo, es necesario conocer el comportamiento de las olas frente a las costas del Ecuador, en aguas someras, en profundidades inferiores a 150m.

Con respecto al contenido energético del oleaje en una gran parte del mar territorial ecuatoriano, el valor está alrededor de los 14Kw/m, en promedio. En la zona del noroeste de Esmeraldas y noreste del archipiélago, los valores se muestran algo más bajos, mientras que en la zona del suroeste de Galápagos, el contenido energético es, en general, más alto.











La variación energética de las olas es relativamente baja. Esta cualidad es un aspecto importante y debe ser considerado como una característica especifica de la zona, pues la actividad

de las olas en casi cualquier otra región del globo es una variable con características estacionales bien marcadas.

4.2 Caracterizacion re corrientes marinas

El análisis inicial se lo realizó con información

del Ecuador están en la longitud 82°30´ al










En lo referente a los datos nacionales existe información a lo largo del perfil costero, en las provincias de Esmeraldas, Manabí, Santa Elena, Guayas, El Oro y en la región insular insular en las Islas Baltra y San Cristóbal, principalmente. De la información disponible se ha determinado que las zonas con mayores velocidades son: el Estero Salado, canales entre Posorja y Puná y el Canal entre Puná y la Puntilla de Jambelí (en

las provincia del Guayas y El Oro), con registros máximos entre 3 y 4 m/s. En la zona del Puerto de Esmeraldas, también a nivel superficial, se han detectado velocidades medias mayores a 1 m/s y velocidades máximas que superan los 2 m/s. En general, las velocidades mayores se van a encontrar dentro de canales, entre islas o estuarios.









4.2.1 Mapas de potencia La máxima densidad de potencia teórica es de 2.98 kW/m2, correspondiente a una velocidad promedio de 1.89 m/s en sectores de la provincia del Guayas. Guayas. Los cálculos cálculos fueron hechos asumiendo un radio de paleta de generador de

5 metros, así como el valor de densidad del agua de mar igual a 1027 Kg/m3 y se utilizó la velocidad promedio de todo el registro de datos de cada sector, diferenciando para flujo y reflujo.










5. Caracterización de los Ríos de la Costa Para el análisis de los ríos de la Costa se analizaron parámetros de las características geomorfológicas de las cuencas de drenaje y, y, dependiendo de la altitud que tenga la cuenca, se identificaron tres zonas a lo largo del cauce del río: • Zona Baja, relativamente plana, conocida comúnmente como llanuras de inundación. • Zona Media, los ríos en esta zona, como característica general, tienden a ser encañonados. • Zona Alta, donde nacen los ríos.

Para cada uno de los ríos del estudio se consideraron los caudales en los sitios indicados, los mismos que han sido estimados en base a los caudales específicos y con ayuda de la metodología propuesta por Eagleson en 1970. Como parte del estudio se realizó la medición en campo de la velocidad superficial de la corriente de los ríos con caudal permanente, lo

que se efectuó durante la estación seca, cuando el caudal de los ríos es el menor. Estos resultados, aunque puntuales, permiten obtener información de las velocidades mínimas posibles en los sitios evaluados.









En general, las mejores zonas para el aprovechamiento hidroenergético se ubican en los tramos de las cuencas altas y medias. En la parte alta de la cuenca se dan las mayores velocidades, sin embargo, en esta zona los ríos no son adecuados para los equipos de generación objeto de este estudio debido al flujo turbulento, altas velocidades, poca profundidad del lecho y el arrastre de rocas. En la zona media de la cuenca de los ríos estudiados se dan las mejores condiciones para

generación. En campo se registraron velocidades entre 0,5 m/ s y 1,70 m/s, estos valores corresponden a la estación seca cuando los caudales y velocidades de la corriente están en sus valores más bajos, por lo que dichas velocidades pueden ser mayores aún. Esto se corrobora con los valores promedios obtenidos mediante la modelación de los ríos en la cuenca media, que están en el orden de los 3, 5 m/s a 6 m/s.

Ríos

Provincia de la costa

Daule Babahoyo Catarama Chimbo Cañar Bulubulu Vinces Pula Quevedo Baba Chone Mongoya Pescadillo Chila Pupusa

Guayas, Manabí, Guayas, Los Ríos Los Ríos Guayas Guayas Guayas Los Ríos Los Ríos Los Ríos Los Ríos Manabí Manabí Manabí Manabí Manabí












6. Geomorfológica y batimetría de la costa Ecuatoriana Se realizó una caracterización del tipo de geomorfología a lo largo de la costa, dividiéndolos por sectores, desde el Archipiélago de San Lorenzo, al Norte en la provincia de Esmeraldas hasta el Archipiélago de Jambelí, en el Sur, en la provincia de El Oro,

La información batimétrica abarca los veriles de 10 - 20 - 30 - 50 y 100 m en el mar ecuatoriano, en donde se detalla los puntos donde el veril de 10 m varía de distancia corta a larga.

GEOMORFOLOGÍA

Río Mataje- Las Peñas Las Peñas-Río Verde Río Verde-Tachina Ensenada de Atacames Atacames-Sua Atacames-S ua

Manglar Acantilados bajos Cordones litorales Acantilados altos Cordones litorales

Sua-San Francisco San Francisco-Cañaveral

Acantilados bajos Cordones litorales Acantilados bajos Cordones litorales Acantilados altos inestables inestables

Cañaveral-Pedernales Sur de Pedernales-Canoa

PROVINCIA

Esmeraldas









7. Tecnologia disponible para generacion de electricidad con energía de olas, corrientes marinas y energia cinetica de rios.

TECNOLOGÍA PARA OLAS

El oleaje generado por el viento es el que contiene la mayor parte de la energía y es entendido como un derivado de la energía solar; al calentarse la superficie terrestre, de manera no homogénea, se producen desplazamientos de aire por gradiente de densidad. El viento resultante interacciona por rozamiento con la superficie libre del agua y crea oleaje capaz de viajar miles de kilómetros con escasas pérdidas de energía. Conforme las olas van acercándose a la costa, experimentan una

pérdida de energía asociada a la interacción con el lecho marino. La energía que un dispositivo sea capaz de extraer vendrá sujeta a limitaciones de tipo tecnológico, que harán imposible el aprovechamiento íntegro de todo el flujo de energía del oleaje existente. La matriz energética de salida de un mecanismo está condicionada, fundamentalmente, por las características del prototipo que se analice y por el clima de oleaje de la zona.










7.2 Tecnologia para corrientes marinas

El flujo relativamente constante de las corrientes oceánicas lleva grandes cantidades de energía que puede ser capturada y convertida en una forma útil. Mientras las corrientes oceánicas se mueven lentamente en relación con la velocidad del viento, viento, logran llevar una gran cantidad cantidad de energía por la densidad del agua. El agua es 800 veces más densa que el aire; así, para la misma área, una masa de agua moviéndose a 12 millas por hora, ejerce casi la misma cantidad de fuerza que una velocidad constante de 110mph de viento.

Muchos países, a nivel mundial, están buscando obtener energía de las corrientes oceánicas, sin embargo, ésta se encuentra en un desarrollo temprano. No hay turbinas conectadas en red a nivel comercial que estén operando actualmente. En la actualidad solamente hay prototipos pequeños y unidades de demostración que han sido probadas. Algunas de estas tecnologías han sido desarrolladas para ser usadas en corrientes de marea en ambientes cercanos a la costa.









7.3 Tecnología para Ríos

La idea de utilizar la fuerza de la corriente de los ríos no es nueva. Existen muchas propuestas de diseño de turbinas para aprovechar este recurso a pequeña y gran escala. Sin embargo, poco se conoce sobre experiencias de aplicación masiva más allá de algunos modelos artesanales de aplicación muy restringida. La experiencia más destacable conocida por su largo esfuerzo de desarrollo ha sido el caso de la Turbina Garman diseñada por el Británico Peter Garman. Las Turbinas de Río -o de Garman- son turbinas eólicas que funcionan dentro del agua, por lo que en el diseño de las aspas se utilizan todos los principios de una turbina eólica y en lo único que se diferencia es en la materia de trabajo. La turbina de río es un

aerogenerador subacuático con un rotor de dos o tres palas. El rotor se suspende desde un pontón flotante, con la transmisión, generador, generador, etc. por encima de la cubierta. A diferencia de un esquema convencional, su instalación no requiere un trabajo de ingeniera civil aparte de un poste de amarre. Esta flexibilidad hace que la turbina sea conveniente para el uso en las corrientes de las mareas y estuarios. La turbina de río convierte la fuerza del agua en energía rotatoria del eje, una transmisión que utiliza faja y poleas aumenta la velocidad y un generador transforma la energía mecánica del eje en energía eléctrica.










8. Diagnóstico de Impacto Ambiental Se evaluaron los posibles impactos que podrían provocar las instalaciones de nuevas centrales de energía en el mar y ríos porque actualmente, a excepción de las turbinas de río (modelo axial), las tecnologías para olas y corrientes aún no cumple su función de producir electricidad de manera comercial, por la complejidad y el reto que representa mantener un equipo hidrocinético en ese tipo de condiciones condiciones físicas, fuertes y cambiantes.

8.1 Descripción de impactos en el medio marino 8.1.1 Tecnologia para Olas Agua Los dispositivos pueden sufrir daños estructurales debido a la carga que deben soportar en temporales donde la carga estructural llega a ser 100 veces la carga media, lo que puede provocar la falla del equipo y exista la posibilidad de un derrame de fluidos, impactando directamente en el ambiente marino.

Suelo Marino











Vegetación V egetación y Fauna Fauna Podría tener el potencial de modificar las condiciones del microclima y el transporte de sedimentos en aguas bajas, además de promover la formación de arrecifes artificiales, lo que implica la migración migración y anidación anidación de organismos. organismos. Las emisiones de ruido bajo el agua, las vibraciones y la turbidez generada alrededor de los dispositivos afectan a los mamíferos acuáticos en su reproducción, aunque no a mayor escala. Los dispositivos hidrocinéticos que se encuentran en estado comercial no han demostrado tener un efecto negativo significativo sobre los peces o mamíferos marinos. Paisaje










9. CONCLUSIONES

Las condiciones de oleaje en el Mar Territorial Ecuatoriano son muy favorables para el aprovechamiento de su energía. Los cálculos preliminares indican que la energía del oleaje en la zona es interesante, tanto en cantidad como en calidad. En cuanto al contenido energético del oleaje, en una gran parte de los puntos más cercanos al continente (próximos a los puntos del contorno), se puede decir que está alrededor de los 14kW/m, en promedio. En esta primera etapa de estudio del oleaje se

Esmeraldas, a la altura del puerto, así como en el Golfo de Guayaquil, en el Canal del Morro, Canal de Jambelí y Estero Salado. Las tecnologías que se usan actualmente a nivel mundial para la generación de electricidad aprovechando la energía cinética, tanto en mares como en ríos, no pueden ser implementadas en los estuarios de Ecuador, debido a que la tecnología está diseñada para velocidades mayores a las registradas en los estudios (0,5 m/s) y, además, las velocidades son de corta duración. Asímismo, estas tecnologías no









10. RECOMENDACIONES

Dadas las condiciones favorables existentes en la región del Mar Territorial Ecuatoriano y considerando que el tema de la conversión de la energía del oleaje aún no se ha resuelto técnicamente a nivel global, es recomendable proseguir con su investigación, con metas económicas a largo plazo. Partiendo del análisis y de todas las consideraciones expuestas a lo largo del estudio, es preciso iniciar un programa de mediciones de oleaje a lo largo del borde costero, que al

Se sugiere que los equipos se instalen frente a las poblaciones de Playas, Manta y Sur de Esmeraldas, sin descartar una boya en la zona insular, en la parte suroccidental del Archipiélago. Para futura investigaciones es recomendable enfatizar en los lugares donde ya se han desarrollado o probado tecnologías, para notar fortalezas y debilidades a las que puedan estar expuestas, frente a la dinámica social y ambiental del sitio bene-









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