Energía Mareomotriz
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA DEL ECUADOR ENERGIA MAREOMOTRIZ Pedro Troya
[email protected]
Edison Tacuri
[email protected] Maikol Pupiales
[email protected] Adrian Chanatasig
[email protected]
RESUMEN ABSTRACT El presente artículo aborda el concepto de energía mareomotriz, haciendo una distinción de los tipos de sistemas de aprovechamiento de la energía de las mareas; de la misma manera se muestra el papel que esta tecnología desempeña como fuente de abastecimiento energético en algunos países alrededor del mundo, rol que está asociado al potencial energético disponible de cada región, aspecto que de igual forma se expone en el documento soportado en cifras de GWh/año por superficie embalsada en Km2. Por último, pero no menos me nos importante, está es tá la influencia que ha tenido esta tecnología en el medio ambiente, sus contribuciones y aspectos por mejorar y evaluar desde el punto de vista medioambiental.
This article discusses the concept of tidal power and distinguishes the types of systems to exploitation the tidal energy; the same way; it also shows how this technology serves as a source of energy in some countries around the world, which is a role associated with the energy potential available in each region. This point equally shows through numbers in GWh/ year per km2 reservoir surface. Last but not least, it is the influence that this technology has had on the environment, its contributions for improving and evaluating from an environmental point of view.
Keywords :
Palabras clave:
tidal energy, reservoir, production system, energy potential potential
energía mareomotriz, embalse, sistema de producción, potencial energético
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Energía Mareomotriz
2.2 Objetivos Específicos.
1) Introducción
La energía mareomotriz es la que se obtiene aprovechando las mareas, transformando la energía mareomotriz en energía eléctrica. Con un promedio aproximado de 4 Km de profundidad los océanos cubren las tres cuartas partes de la tierra conformando un enorme depósito de energía siempre en movimiento, el viento es el encargado de formar las olas que pueden alcanzar los 12 metros en condiciones normales, y las temperaturas (entre -2º C a 25º) generan corrientes y por último la conjugación tanto en la superficie como en el fondo, de las atracciones solar y lunar. Las mareas, es decir, el movimiento de las aguas en el mar, producen una energía que se transforma en electricidad en las centrales mareomotrices. Se aprovecha la energía liberada por el agua de mar en sus movimientos de ascenso y descenso de las mareas (flujo y reflujo). El sistema consiste en aprisionar el agua en el momento de la alta marea y liberarla, obligándola a pasar por las turbinas durante la bajamar. Cuando la marea sube, el nivel del mar es superior al del agua del interior. Abriendo las compuertas, el agua pasa de un lado a otro del dique, y sus movimientos hacen que también se muevan las turbinas de unos generadores de corrientes situados junto a los conductos por los que circula el agua. Cuando por el contrario, la marea baja, el nivel dela mar es inferior porque el movimiento del agua es en sentido contrario que el anterior, pero también se aprovecha para producir electricidad
Formas de aprovechamiento de la Energía Mareomotriz Estructuración Mareomotriz Aplicación Mareomotriz
de de
una
Central
la
Energía
Impactos Ambientales que clase de energía produce
esta
3) Marco Teórico 3.1) Formas de aprovechamiento de la Energía Mareomotriz La energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse interponiendo partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje. Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica. Los métodos de generación mediante energía de marea pueden clasificarse en estas: 1. Generador de la corriente de marea 2. Presa de marea
2) Objetivos
3.2) Estructuración de una Central Mareomotriz
2.1 Objetivo General.
3.2.1) Generador de la corriente de marea
Generación de Energía Eléctrica mediante el uso de la energía producida por el mar.
Los generadores de corriente de marea hacen uso de la energía cinética del agua en movimiento a las turbinas de la energía, de manera similar al viento (aire en 2
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movimiento) que utilizan las turbinas eólicas. Este método está ganando popularidad debido a costos más bajos y a un menor impacto ecológico en comparación con las presas de marea.
Fig. 1 Aprovechamiento de la Energía del Mar
3.2.1) Presa de marea Las centrales mareomotrices funcionan como un embalse tradicional de río. Cuando la marea sube, las compuertas del dique se abren y el agua ingresa en el embalse. Al llegar el nivel del agua del embalse a su punto máximo se cierran las compuertas. Durante la bajamar el nivel del mar desciende por debajo del nivel del embalse. Cuando la diferencia entre el nivel del embalse y del mar alcanza su máxima amplitud, se abren las compuertas dejando pasar el agua a través de una red de conductos estrechos, que aumentan la presión. El agua, al pasar por el canal de carga hacia el mar, acciona la hélice de la turbina y ésta, al girar, mueve un generador que produce electricidad. Se puede ver el concepto en los esquemas siguientes.
Fig. 3 Estructuración de una Central Mareomotriz La construcción de una central mareomotriz es sólo posible en lugares con una diferencia de al menos 5 metros entre la marea alta y la baja. El lugar ideal para instalar un central mareomotriz es un estuario, una bahía o una ría donde el agua de mar penetre.
Aplicación Mareomotriz
3.3)
de
la
Energía
Construyendo centrales mareomotrices se puede obtener energía de las mareas en lugares donde el mar se une con los ríos.Su aprovechamiento se da mediante la inyección de agua fría a una profundidad, donde el calor terrestre eleva su temperatura y su utilización a un intercambio de calor. También se puede aprovechar el vapor o agua ya caliente procedente de un manantial subterráneo. La construcción de compuertas en áreas con mareas muy intensas permitirán represas gigantescas de volúmenes de agua que podrían liberarse a voluntad y aprovecharse de manera análoga de la misma manera como sucede en los pantanos de los ríos. Esta naturaleza provocaría un cambio en el ecosistema costero, por lo que tiene grandes inconvenientes.
Fig. 2 Central Mareomotriz
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3.4) Impactos ambientales 3.4.1) Impactos ambientales positivos que esta clase de energía produce
Auto renovable
No concentra población
No contaminante
Con una capacidad de producción eléctrica de 254 MW, la planta de energía mareomotriz Sihwa Lake localizada en el Lago Sihwa a unos 4 km de la ciudad de Siheung, en la provincia de Gyeonggi de Corea del Sur, es la planta de energía mareomotriz más grande del mundo. El proyecto, propiedad de la Corporación de Recursos Hídricos de Corea, fue inaugurada en agosto de 2011 contando con un malecón de 12,5 kilómetros de longitud construido en 1994, con el objetivo de prevenir inundaciones y para cumplir con propósitos agrícolas.
Disponible en cualquier clima y época del año
Silenciosa
Bajo costo de materia prima
La energía de la planta es generada en las entradas de marea en la cuenca de 30 km² con la ayuda de 10 turbinas de bulbo sumergidas de 25,4 MW, utilizándose ocho tipos de compuertas de esclusa para la salida de agua desde el dique. El proyecto de energía mareomotriz fue construido entre 2003 y 2010 con un presupuesto de 256,8 millones de euros, siendo la compañía Daewoo Engineering & Construction la responsable de la ingeniería, suministro y construcción (EPC) para el proyecto. En la actualidad, la capacidad de generación anual de las instalaciones se sitúan en los 552,7 GWh
3.4.2) Impactos ambientales negativos que
esta clase de energía produce
Impacto visual y estructural sobre el paisaje
Localización puntual
Dependiente de la amplitud de mareas
Traslado de energía muy costoso
Efecto negativo sobre la flora y fauna
Limitada
Requiere grandes inversiones y dura varios
años
en
construir
todas
3.5.2) Planta Mareomotriz La Rance, Francia
las
instalaciones
La relación entre coste y rendimiento son muy elevados. Es viable en zonas muy concretas del planeta debido a que la amplitud de las mareas no es la misma
Fig. 5 Planta Mareomotriz, La Rance La planta de energía mareomotriz de La Rance de 240 MW situada en el estuario del río Rance, en Bretaña, Francia, ha estado en funcionamiento desde el año 1966 siendo por tanto la estación de energía mareomotriz más antigua y la segunda más grande del mundo. La planta de energía renovable, actualmente operada por Electricité de France (EDF), tiene una capacidad de generación anual de 540 GWh.
3.5) Centrales Mareomotriz Existentes 3.5.1) Planta Mareomotriz Sihwa Lake, Corea del Sur
La planta de energía mareomotriz de La Rance, consistió en la construcción de una presa de 145,1 m de longitud con seis
Fig.4 Planta Mareomotriz, Sihwa Lake 4
Energía Mareomotriz
compuertas de ruedas fijas y un dique de 163,6 m de largo, siendo el área de la cuenca abarcada por la planta de 22,2 km². El lugar donde se sitúa las instalaciones cuenta con un rango de marea media de 8,2 m, el más alto de Francia, permitiendo producir energía a través de 24 turbinas de bulbo reversible con una potencia nominal de 10 MW cada una. La electricidad producida se envía a la red nacional de transmisión de 225kV, cubriendo las necesidades de aproximadamente 130.000 hogares cada año
Fig. 7 Planta Mareomotriz Meygen El Proyecto de Energía Mareomotriz MeyGen situado en el Inner Sound de Pentland Firth en la costa norte de Caithness, Escocia, es actualmente el proyecto de energía basado en turbinas mareomotrices más grande del mundo en fase de desarrollo. Los permisos del Gobierno de Escocia para la construcción en alta mar de la primera fase de las instalaciones con una capacidad instalada de 86 MW, fueron aprobados a finales de 2013. No obstante y aunque todavía no sea oficial se espera que, si los resultados son satisfactorios, la segunda fase de desarrollo del proyecto permita aumentar la capacidad instalada a un total de 398 MW en 2020.
3.5.3) Planta Mareomotriz Tidal Lagoon, Reino Unido
Fig. 6 Planta Mareomotriz Tidal Lagoon La planta Tidal Lagoon de 240 MW que se construirá en la bahía de Swansea en el Reino Unido, es uno de los proyectos de energía mareomotriz más grandes del mundo que igualará en capacidad a La Rance cuando quede completado. Con un presupuesto de 850 millones de libras (1.028 millones de euros), la planificación para su construcción fue aprobada en marzo de 2013.
El proyecto MyGen fue iniciado en 2006 por la compañía escocesa MeyGen, una empresa conjunta entre la compañía de tecnología mareomotriz Atlantis Resources y Morgan Stanley, adquiriendo finalmente ésta primera la propiedad total del proyecto en diciembre de 2013. Se espera que la construcción permita demostrar inicialmente la funcionalidad de hasta seis turbinas mareomotrices AR1000 mono-rotor en 2014, siendo estimada la puesta en marcha definitiva de la planta en 2015. El primer prototipo de turbina mareomotriz AR1000 de 1 MW, alcanza una altura de 22,5 m y un diámetro de rotor de 18 m, puesta ya a prueba por el Centro Europeo de Energía Marina en 2011.
La planta estará ubicada en un área con un rango de marea media de 8,5 m, construyéndose un dique de 9,5 km de longitud para crear una laguna acordonando 11,5 km² de mar. La planta utilizará turbinas de bulbo reversibles para generar energía cuando el agua entre y salga de la laguna a través de la subida y bajada de las mareas. El innovador proyecto de energía mareomotriz está programado para comenzar en 2015, mientras que su puesta en marcha completa está prevista para el 2018. La planta, con una capacidad de generación de energía estimada en 400 GWh anuales, proveerá de energía a más de 120.000 hogares durante un período de 120 años.
3.5.5) Planta Mareomotriz Annapolis Royal, Canadá
Fig. 8 Planta Mareomotriz Annapolis Royal
3.5.4) Proyecto de Energía Mareomotriz MeyGen, Escocia 5
Energía Mareomotriz
3.5.7) Planta de Energía Mareomotriz, Chile
La planta de energía mareomotriz Annapolis Royal ubicada en la Cuenca de Annapolis, en la Bahía de Fundy en Canadá, cuenta con una capacidad instalada de 20 MW posicionándose como la tercera planta de energía mareomotriz más grande del mundo actualmente en servicio, generando 50 GWh de electricidad al año cubriendo las necesidades de energía de unos 4.000 hogares. La planta, operada por Nova Scotia Power, entró en funcionamiento en 1984, después de cuatro años de construcción. La central consta de turbinas de cuatro palas y compuertas de esclusa, las cuales permanecen cerradas con las mareas entrantes para crear un estanque en la parte baja del río Annapolis. Cuando las compuertas se abren el agua se desplaza hacia el mar impulsando la turbina para generar energía, siempre que la diferencia de altura se sitúe en 1,6 m o más entre el estanque y el mar con la bajada de la marea
Un estudio encargado a Garrad Hassan a través del Banco Interamericano de Desarrollo demostró que Chile tiene un potencial bruto en energía mareomotriz sólo a través del oleaje- de unos 164 GW, una potencia “única en el mundo”. Señala también que de sólo aprovechar un 10% de la energía mareomotriz disponible, podríamos igualar la capacidad instalada de todo el Sistema Interconectado Central, haciendo innecesaria la construcción de otro tipo de centrales contaminantes e inseguras como las centrales a carbón o la energía nuclear, o bien tan resistidas actualmente como las centrales hidroeléctricas.
3.6) Lugares propicios o adecuados para la construcción de generadores de Energía Mareomotriz En lo que respecta a los recursos naturales la información es prácticamente nula. No existen estudios ni registros de mediciones acerca de gradiente térmico, olas o mareas. La única información existente es la que proporciona el Instituto Oceanográfico de la Armada (INOCAR). , el único posible proyecto de evaluación de potencial de este tipo fue planteado por la SENPLADES dentro de su planificación para el sector de Manglaralto provincia de Santa Elena en el actual gobierno. En el Ecuador el INOCAR mantiene una tabla de mareas de los principales puertos, dentro del control marítimo nacional. Por ejemplo en Guayaquil-Rio encontramos un promedio de Pleamar de 3,74 metros y una bajamar de 0,74 metros lo que nos da una diferencia de caída de 3 metros, lo cual plantea un interés a futuro.
3.5.6) Planta de Energía Mareomotriz, México
Fig. 9 Planta Mareommotriz Mexico En México se han realizado estudios para calcular la potencia de una central mareomotriz en el Golfo de California, pero será necesario realizar un análisis de impacto ambiental para evaluar la factibilidad económica, ya que hasta el día de hoy, la inversión para construir una central mareomotriz es muy alta, por lo que se requiere mayor investigación y desarrollo de nuevas tecnologías que permitan disminuir estos costos
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Energía Mareomotriz
Fig. 10 Mareas del golfo de Guayaquil.
Como se puede apreciar no existen estudios detallados que permitan concluir si existe la factibilidad de realización de proyectos pilotos en este campo.
4) Conclusiones
Las energías renovables son aquellas que utilizan recursos capaces de renovarse ilimitadamente. Hablamos del sol, el agua, el viento que vienen De manera directa o indirecta Lo primero que hay que considerar, es que podemos fomentar el uso de la energía mareomotriz, como así también contar con el uso de todas las energías limpias o alternativas; lo más importante de este punto es terminar de una vez por todas con el uso de combustibles fósiles. El aprovechamiento del agua como recurso natural, implica tener en cuenta los factores que participan; entre los que podemos citar, la influencia de los astros que producen los movimientos en el mar, o también la presencia de los vientos que producen el oleaje, entre otros; lo más saliente de este uso del mar, es que no contamina. si bien la inversión de capitales que hay que realizar es grande y que, en nuestro país, es difícil invertir, el uso de energías limpias, es una fuente de ahorro. Podría indicarse que la energía mareomotriz es una excelente
alternativa para la producción de energía eléctrica con un moderado impacto ambiental dentro del medio de instalación, que por supuesto debe controlarse para poder garantizar su condición de sostenibilidad En la mayoría de los sitios que cuentan con sistemas de energía mareomotriz se ha determinado que ningún proceso de extracción energética es seguro para el ambiente, pues aunque la explotación mareomotriz es un sistema óptimo y confiable, produce un cambio en la naturaleza del ecosistema en el cual se instale su infraestructura, pues para su construcción es inevitable realizar cambios en el componente natural del medio: perturbación del hábitat durante la construcción, afectación de los ecosistemas costeros, posible contaminación del agua, y efectos en la hidrodinámica y los procesos de transporte, entre otros.
5) Referencias. [1] “ebrary ProQuest Reader.” [Online]. Available: http://bibliotecavirtual.ups.edu.ec:2051/lib/b ibliotecaupssp/reader.action?docID=104727 33. [Accessed: 08-Jul-2017]. [2] Batten, W.M.J., Bahaj, A.S., Molland, A. F. y Chaplin, J.R. 2007. “Experimentally validated numerical method for the hydrodynamic design of horizontal axis tidal turbines”. Ocean Engineering 34(7): 10131020. [Accessed: 07-Jul-2017] [3] Gómez, L. y Burgos, W. 2008. Actualización del Inventario de Posibilidades de Generación de Energía Mareomotriz en Colombia. Trabajo para optar al título de Ingeniero Electricista. Universidad de la Salle, Facultad de Ingeniería Eléctrica. Bogotá, Colombia. [Accessed: 09-Jul-2017] [4] López, J., Hiriart Le Bert, G. y Silva, R. 2010. “Cuantificación de energía de una 7
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