Proyecto Energia Mareomotriz SEAGEN

ENERGÍA MAREOMOTRIZ Y SU POSIBLE DESARROLLO EN LA CIUDAD DE MARCONA

INDICE 1.

R E S U M E N ___________________________________________________ ___________________________________________________ 3

2.

P L A N T E A MI E N T O D E L P R O B L E M A _____________________________ 4

3.

H IP I P Ó TE TE S I S D E I NV N V E S T IG IG A C I ÓN Ó N ________________________________ 5

3.1. A NTE NT E S D E L A IN V E S TI G A C IÓ N. _________________________________ 5 3.2.

DUR DUR ANTE ANTE LA INVES INVES TIGA TIGA CIÓN. CIÓN. _________________________________ 5

3.3.

DES PUÉS DE LA INVES INVES TIGA TIGA CIÓN. CIÓN. ______________________________ 6

4.

O B J E T I V O S _________________________________________________ 7

4.1.

O B J E T IV IV O G E N E R A L . _________________________________________ 7

4.2.

O B J E T IV IV O E S P E C Í F IC I C O S . ______________________________________ 7

5.

J US TI F IC A C IÓ N ______________________________________________ 8

6.

IMPORTANCIA IMPORTANCIA DE LA INVES TIGA TIGA CIÓN ___________________________ ___________________________ 9

6.1.

POBLACIÓN BE NEFICIADA. ____________________________________ 9

6.2.

PRIORIDAD. _________________________________________________ 9

6.3.

P L A NE N E S D E D E S A R R O L LO L O . ____________________________________ 9

7.

MA R C O TE ÓR IC O ____________________________________________ 10

7.1.

P R E D IC I C C I ÓN ÓN D E MA M A R E A S ____________________________________ 10

7.2.

FENÓMENOS FENÓMENOS FÍSICOS FÍSICOS DE LAS MAR EA S. ________________________ 10

7.3.

ENE R GÍA MAR EOMOT EOMOTRIZ RIZ.. ____________________________________ 12

7.4.

OBTE NCIÓN DE E NER GÍA MARE OMOT OMOTR R IZ. IZ. ______________________ 13

7.5.

VENTAJA S DE LA ENE R GÍA MAR MAR EOMOT EOMOTRIZ RIZ.. ____________________ 15

7.6.

FUTU FUTUR O DE DE LA E NER GÍA MAR E OMOT OMOTR R IZ. IZ. ______________________ 15

7.7.

E NER GÍA MARE OMOT OMOTR R IZ ALR E DEDOR DE L MUN MUNDO. DO. _____________ 16

8.

MA TE R IA L E S Y MÉ TOD TO D OS ____________________________________ 19

8.1. MA TE R IA L E S . _______________________________________________ 19 8.2. MÉ TOD TO D OS . _________________________________________________ 19 9.

RESULTADOS _______________________________________________ 23

9.1.

RENDIMIENTO. ______________________________________________ 24

10.

CONCLU CONCLUSION SIONES ES Y RE COMENDACION COMENDACIONES ES ________________________ 26

11.

B I B L I O G R A F Í A ______________________________________________ 27

12.

A NE XOS XO S ___________________________________________________ 28 P

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“AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO”

TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN ENE R GÍA MARE OMOT OMOTRIZ RIZ Y S U POSIBLE DE SA RR OLLO OLLO EN LA CIUDAD CIUDAD DE MA R C ON A

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ÁREA

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INTEGRANTES

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PROFESORA

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GRADO Y SECCIÓN

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“AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO”

TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN ENE R GÍA MARE OMOT OMOTRIZ RIZ Y S U POSIBLE DE SA RR OLLO OLLO EN LA CIUDAD CIUDAD DE MA R C ON A

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1. RESUMEN Las energías renovables son fuentes de energía limpia, inagotable y crecientemente competitiva, no producen gases de efecto invernadero – causantes del cambio climático- ni emisiones contaminantes. Además, sus costes evolucionan a la baja de forma sostenida, mientras que la tendencia general de costes de los combustibles fósiles es la opuesta, al margen de su volatilidad coyuntural. Utilizar fuentes de energía renovable es el desafío para el mundo civilizado del siglo XXI. Sin ir muy lejos, en nuestro distrito de San Juan de Marcona, se instaló la primera central eólica del Perú y posee 11 aerogeneradores que en conjunto suman 32 MW de potencia instalada. La obra produce energía limpia, con lo cual se dejarán de emitir a la atmósfera 90,000 Tn de CO2 anualmente. Una fuente que ha sido poco explorada es la energía mareomotriz. Esta fuente depende de factores como el efecto gravitacional de la luna y el sol, fuentes que están aseguradas por muchos millones de años más. En este estudio se investiga acerca del fenómeno de las mareas y se estudia este recurso en el distrito de Marcona, haciendo así un diagnóstico del potencial mareomotriz que existe en nuestro distrito. Además, se analizan los lugares más propicios para el desarrollo de las diversas formas de explotar este recurso. Se exponen distintas tecnologías para aprovechar el potencial energético de las mareas, tanto las que aprovechan su energía potencial c omo las que utilizan la energía cinética generada por las corrientes de mareas. Se pone especial énfasis en esta última debido a que es una forma ambientalmente muy favorable de obtener electricidad. Para analizar la factibilidad económica de la explotación energética de este recurso se estudia la eficiencia energética de las distintas tecnologías analizando su factor de planta y el costo de la energía producida, se analiza la central mareomotriz más emblemática que es la central de La Rance, Francia. Además, se diseña diseña un posible proyecto proyecto en Marcona, utilizando utilizando la tecnología que aprovecha la energía cinética de las mareas y haciendo la evaluación económica de él.

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2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA a) PROBLEMA A ESTUDIAR. ¿En qué medida el uso de energía mareomotriz ayuda a la población de la ciudad de Marcona a mejorar su calidad de vida sin dañar el medio ambiente? Hoy en día la energía eléctrica es una necesidad de la cual no podemos prescindir y que va en aumento. Por este motivo hay que conseguir generar de una forma sostenible respetuosa con el medio ambiente a largo plazo. La situación energética en el mundo ha cambiado mucho en el último siglo. En los últimos 20 años se ha duplicado la energía consumida, este cambio es debido a la evolución de los países en desarrollo. Los estudios realizados nos indican que esta necesidad de energía eléctrica continuará aumentando a un ritmo similar. Las centrales térmicas generan contaminantes debido a dos causas esencialmente. Por un lado, la quema de combustibles fósiles como el carbón o el fuel generan cenizas y humos entre los cuales encontramos emisiones de CO 2 (dióxido de carbono), SO x (óxidos de azufre) y NO x (óxidos de nitrógeno). Por otro lado, generan un cambio térmico en el agua que utilizan para refrigeración. El CO2 es uno de los gases que favorecen el efecto invernadero. Este efecto es el responsable de que la tierra tenga su temperatura, pero un exceso de CO 2 en la atmósfera puede provocar un exceso de temperatura. El SOx y el NOx son los causantes de la lluvia ácida. La asociación de los óxidos con el oxígeno y el agua forman ácidos nítricos HNO 3 y ácidos sulfúricos H 2SO4. Estos ácidos cambian el pH de la lluvia, esta lluvia acidifica ríos y aguas, matando a los seres vivos que viven en ellos, otro efecto de la lluvia acida es la deposición de protones H+, que arrastran ciertos iones del suelo empobreciendo los nutrientes de los ecosistemas. El presente proyecto, se centra básicamente, en plantear una solución eco eficiente que nos permita la obtención de energía sin generar daños al medio ambiente, evitando sumar residuos que potencialicen el efecto invernadero. Para ello tomaremos datos provenientes de un estudio hidro-oceanográfico realizado en áreas marino costeras de nuestro distrito, de manera que determinemos la posibilidad de implementación en playas de nuestra localidad.

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3. HIPÓTESIS DE INVESTIGACIÓN 3.1.

ANTES DE LA INVESTIGACIÓN.

Nuestra hipótesis es que en la obtención de energía eléctrica debido a la creciente necesidad de consumo de la misma, existe un grave impacto negativo sobre el medio ambiente, ya que su proceso en centrales térmicas da como resultado residuos gaseosos que componen un incremento en los gases de efecto invernadero. Debido a ello nos planteamos las siguientes preguntas: 

¿Qué papel jugamos nosotros en la generación de gases de efecto invernadero mediante el consumo de energía eléctrica?



¿Qué grado de responsabilidad tenemos en el impacto negativo que generan las centrales térmicas en su proceso de obtención de energía eléctrica?

3.2.

DURANTE LA INVESTIGACIÓN.

Conforme se iba desarrollando el presente proyecto, nos íbamos adentrando |en el tema, y por ende, íbamos entendiendo mejor la forma en que se realiza este proceso de obtención y transformación de energía mediante la utilización de combustibles fósiles y quema de los mismos. Respecto a ese punto, surgieron una serie de incógnitas que nos llevó a preguntarnos: 

¿Es posible que estas centrales que realizan el proceso de obtención de energía hayan considerado una alternativa para mitigar los efectos de su contaminación?



¿Cuánta sería la diferencia en las emisiones gaseosas si se implementara una alternativa para la obtención de energía eléctrica?



¿Por qué hasta el momento no se han tomado alternativas ecosustentables además de la energía eólica?



¿Se han considerado alternativas sin mayores limitantes que el clima para obtención de energía?



¿Cuánto significaría para la industria de obtención de energía el poder implementar una alternativa de obtención de la misma sin generar residuos, y a un costo significativamente menor al que representa la implementación de una central de energía eólica? P

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3.3.

DESPUÉS DE LA INVESTIGACIÓN.

Como parte final de nuestra hipótesis, planteamos algunas preguntas que surgieron casi al finalizar nuestro trabajo de investigación. Está referido a las ventajas que el entorno de nuestro distrito nos ofrece para considerar la implementación de una alternativa de solución adicional que beneficie a nuestra comunidad. 

¿Los pobladores de la localidad estarían de acuerdo con la implementación de un sistema nuevo y adicional al parque eólico para la obtención de energía?



¿Cuáles son las ventajas que nuestro proyecto ofrece y que lo distingue de una tecnología ya implementada para obtención de energía eléctrica como el parque eólico?

Sin duda, son importantes preguntas que se irán resolviendo poco a poco al término de esta investigación. Sin embargo, por parte de nuestro grupo creemos que la mejor forma de combatir esta creciente necesidad de utilización de energía eléctrica, es contemplando la posibilidad de implementar un sistema nuevo y autosustentable que además no se limita a la variación climática, sino que por el contrario tiene múltiples beneficios no solo para el medio ambiente sino para la población.

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4. OBJETIVOS 4.1.

OBJETIVO GENERAL.

Demostrar que, mediante un estudio general de la potencialidad que tiene la energía Mareomotriz en el distrito de San Juan de Marcona, y sobre todo poniendo énfasis en el análisis del recurso, el método de generación de energía eléctrica a través de las mareas, es sostenible y amigable al ambiente.

4.2.

OBJETIVO ESPECÍFICOS.



Identificar los elementos que intervienen en la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía mareomotriz.



Conocer las etapas de la generación de energía eléctrica mediante la energía mareomotriz.

 Evaluar

aspectos de eficiencia de producción eléctrica y dar a conocer la utilidad que se le da a la energía producida por el movimiento de las mareas.



Comprender como se transforma la energía mareomotriz en energía eléctrica.



Analizar en forma general el efecto ambiental de la utilización de éstas tecnologías y promover el cuidado del medio ambiente, de nuestra flora, fauna y en general de todo nuestro ecosistema, para que estos no se vean seriamente afectados.

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5. JUSTIFICACIÓN Es sabido que, el Perú, como muchos países, está sufriendo actualmente una crisis energética. Además, existe la creciente demanda por las energías renovables tanto en el Perú como en el mundo. Esto ha provocado la necesidad de cambios drásticos en la forma de generar energía, y, por lo tanto, en la búsqueda de nuevas formas de solucionar el problema de cómo desarrollar nuevas tecnologías para el aprovechamiento de energías renovables. Los recursos marinos de energía renovable como es la energía mareomotriz, eran técnicamente difíciles y caros de desarrollar hasta hace poco tiempo atrás, pero la situación actual los ha convertido cada vez en una solución más interesante. Es importante destacar también otros incentivos actuales para la generación eléctrica proveniente de los recursos marinos. El cambio climático ha llevado a la necesidad de disminuir las emisiones de gases invernaderos, imponiendo metas importantes para limitar sus efectos. Para esto se han creado incentivos económicos importantes, como son los bonos de carbono, que pueden hacer estos proyectos más rentables. Además, la tendencia en aumento de los precios de los combustibles fósiles hace que la producción eléctrica sea cada vez más costosa, y, por lo tanto, provoca distorsiones en los costos de las fuentes de energías, haciendo que aquellas que antes no eran económicamente competitivas, ahora o en un futuro cercano lo sean. Debido a todos estos incentivos, en este momento existen muchas instituciones y empresas que están desarrollando nuevas tecnologías para aprovechar las mareas en generación eléctrica y en forma más económica. Dos veces al día, gracias al efecto gravitacional que produce la luna y el sol en la tierra, el océano produce grandes corrientes inducidas por las subidas y bajadas de marea. Estas tienen un potencial energético importante. Este potencial se puede predecir perfectamente, lo cual hace que este tipo de energía sea más segura que otras fuentes como la eólica o la solar. Por otra parte, es importante mejorar la independencia energética del país y aumentar la seguridad frente a la aleatoriedad del suministro foráneo.

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6. IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN 6.1.

POBLACIÓN BENEFICIADA.

El presente proyecto busca beneficiar en primer lugar al medio ambiente donde vivimos; pues si bien se han planteado anteriormente en nuestro distrito alternativas de uso de energía renovable, aun se generan impactos tanto sobre el paisaje como sobre la fauna (aves marinas). Y también busca informar a la población sobre los beneficios del reaprovechamiento de recursos propios de nuestro distrito de Marcona, como en este caso son las mareas, obteniendo así un ingreso de energía eléctrica adicional al parque eólico ya existente.

6.2.

PRIORIDAD.

Promover el cuidado del medio ambiente, de nuestra flora y fauna, ya que son los más afectados por los procesos de obtención de energía eléctrica que se dan en las centrales térmicas, buscando preservar nuestras reservas naturales que están siendo dañadas por el impacto que se genera con el consumo de combustibles fósiles para la generación de energía.

6.3.

PLANES DE DESARROLLO.

Con la información brindada a través de nuestra investigación, lograremos crear mayor toma de conciencia en la población sobre el impacto del cambio climático no solo en nuestro distrito, sino también en el mundo, de este modo se acrecentará el nivel de importancia que las personas le dan al medio ambiente en búsqueda de alternativas de extracción y generación de productos. Cosas tan simples como el apagar las luces que no utilizamos e incentivar investigaciones para optar por energías limpias son lo que se requiere para ir mejorando el distrito y sobre todo para contribuir en una disminución de los efectos nosivos de los gases de efecto invernadero causantes del cambio climático.

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7. MARCO TEÓRICO 7.1.

PREDICCIÓN DE MAREAS

Para este estudio es importante la predicción de las mareas, pero es importante sólo en las zonas costeras. Para esto hay dos métodos que son los más usados, que son los que utilizan mediciones pasadas obtenidas por los mareógrafos. Pero sólo permiten predecir las mareas en la zona de la estación mareográfica. El primero de éstos es el Método Armónico, y el otro es el Método Respuesta. 

El método armónico es el más utilizado en el mundo. Este necesita datos de mareógrafos de 18,6 años por lo menos para así poder resolver la modulación de las mareas lunares. Estos datos tienen que tener la amplitud y fase de cada elemento constituyente de las mareas.

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El método respuesta fue desarrollado en 1966 por Munk y Cartwright. Éste calcula la relación que existe entre la marea observada en algún punto y el potencial de marea. La ventaja de este método es que se requieren sólo unos pocos meses de datos, pero sólo funciona si la onda propagativa se comporta como onda lineal.

Mareógrafo para el registro de las mareas

7.2.

FENÓMENOS FÍSICOS DE LAS MAREAS.

Para una mayor comprensión de la energía mareomotriz, primero se debe entender la fuente de energía, es decir las mareas. En este capítulo se pretende dar una descripción general del fenómeno, que permita entender el comportamiento de las mareas en el tiempo y su forma cíclica, además de mostrar la influencia que tiene la geografía local sobre las mareas. P

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Pugh (1987) realizó una clara explicación de las fuerzas que producen este fenómeno. Con la finalidad de simplificar el problema se tomará en cuenta a la tierra como si no existieran los continentes, y que sólo está rodeada por mar. Además, se ignorarán la influencia de las corrientes oceánicas y la inercia. En base a estas simplificaciones se realizará el análisis de la influencia gravitacional de distintos cuerpos celestes en la generación de mareas.

A. MAREAS SICIGIAS También son llamadas mareas vivas o de primavera y se producen cuando el sol y la luna están alineados, (luna nueva o luna llena). En este caso los efectos de ambos astros se suman, provocando mareas más altas y más bajas que las mareas promedio.

Marea viva de conjunción

Marea viva de oposición

B. MAREAS DE CUADRATURA Son llamadas también mareas muertas, y se producen cuando la luna y el sol forman un ángulo de 90º con centro en la tierra, la luna se encuentra en cuarto creciente o menguante (en el caso de creciente se asemeja a la letra C y cuando parece una D cuarto menguante. En este caso las fuerzas de atracción se restan por lo que la mayor atracción de la luna se ve disminuida por efecto de la del sol y se producen mareas de menor magnitud a las mareas promedio. En consecuencia, las corrientes serán también menores por ser menor el volumen de agua a trasladarse en el mismo tiempo. P

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Mareas muertas o de cuadratura

7.3.

ENERGÍA MAREOMOTRIZ.

La energía se define como mayor o menor capacidad de realizar un trabajo o producir un efecto en forma de movimiento, luz, calor, etc. Es la capacidad para producir transformaciones. Se aprovecha la energía liberada por el agua de mar en sus movimientos de ascenso y descenso. Ésta es una de las nuevas formas de producir energía eléctrica. La energía mareomotriz ha sido utilizada por siglos. En la antigüedad, en algunos lugares de Europa, se utilizaban los molinos de mareas para aprovechar este recurso para moler el trigo y hacer harina. Estos eran bastante sofisticados, muchas veces incluían una pequeña represa, y hasta la casa del molinero a cargo. Pese a esto, sólo en el año 1967 se construyó la primera central mareomotriz utilizable para abastecer a un sistema interconectado, esta es La Rance, en la región francesa de Bretaña.

Molino de mareas en Isla Cristina, Huelva, España

En la actualidad, existen principalmente dos formas de producir energía con las mareas. La primera de ellas consiste en embalsar un fiordo. El movimiento de las mareas provoca una diferencia de altura, y así genera energía potencial. Este sistema funciona igual que una central hidroeléctrica de embalse. Otra forma de producción es aprovechar la energía cinética de las mareas, es decir, utilizar sus corrientes, lo cual se hace mediante una hélice que funcione para flujos en ambas direcciones.

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Tres cuartas partes de la superficie terrestre está cubierta por mares y océanos que constituyen un enorme depósito de energía renovable, limpia y no contaminante, pero los grandes costes que suponen la instalación de centrales mareomotrices, frenan la proliferación de su explotación energética. En la superficie los vientos provocan las olas que pueden alcanzar hasta 12 metros de altura, 20 metros debajo de la superficie, las diferencias de temperatura engendran corrientes; por último, tanto en la superficie como en el fondo, la conjugación de las atracciones solar y lunar. Las mareas, es decir, el movimiento de las aguas del mar, producen una energía que se transforma en electricidad en las centrales mareomotrices. 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.

7.4.

OBTENCIÓN DE ENERGÍA MAREOMOTRIZ.

La electricidad que se consigue a partir de la energía mareomotriz requiere grandes proyectos de ingeniería. Estamos hablando de turbinas gigantescas, cuyo movimiento transfiere su potencia a generadores eléctricos a través de los que se distribuye al exterior. Sin embargo, aunque éste es el concepto general, existen tres métodos diferentes para obtener energía mareomotriz que ya se utilizan en diferentes partes del mundo. Son los siguientes:

A. ENERGIA MAREOMOTRIZ DINÁMICA El más empleado consiste en construir un dique en las entradas de mar, como las bahías, fiordos o estuarios, que retiene el agua mediante un sistema de compuertas. En periodos de bajamar en los que existe una diferencia de altura entre un lado y otro del dique, el agua se libera a través de las turbinas, cuya rotación crea energía.

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Energía mareomotriz dinámica

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B. GENERADOR DE LA CORRIENTE DE MAREA Otra forma de producción es el uso de generadores de corriente con hélices situadas bajo el agua, que giran debido al e mpuje de las corrientes marinas, haciendo uso de la energía cinética del agua en movimiento a las turbinas de la energía, de manera similar al viento (aire en 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.

Turbinas de corriente de marea

C. PRESA DE MAREA Por último, se obtiene energía mareomotriz a través de presas de gran longitud en las que se disponen gran cantidad de turbinas. En este caso, no se crean aglomeraciones de agua para después liberarla, como en los diques, sino que se aprovecha el paso de corrientes en un sentido y otro para mover las hélices de los generadores. Las presas de marea hacen uso de la energía potencial que existe en la diferencia de altura (o pérdida de carga) entre las mareas altas y bajas. Además, sufren los altos costes de la infraestructura civil, la escasez mundial de sitios viables y las cuestiones ambientales.

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Presa de marea P

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7.5.

VENTAJAS DE LA ENERGÍA MAREOMOTRIZ.

Aunque la explotación de energía alternativa no se encuentra tan extendida como otras, los proyectos que ya existen han demostrado algunas ventajas de la energía mareomotriz significativas, como: 

Se trata de una energía renovable, puesto que las mareas no se acabarán nunca. Además, está disponible durante todo el año, si bien es cíclica, por lo que no se genera la misma potencia de manera constante.



No contamina, es limpia y silenciosa. Esto la convierte en una alternativa a tener en cuenta para sustituir a los combustibles fósiles que contaminan, o a la energía nuclear.



Una vez que se han construido las infraestructuras necesarias, la producción de energía mareomotriz es relativamente barata en cuanto que la fuente energética proviene de la naturaleza.



Ya sean diques, barreras, o generadores con hélices, las instalaciones que aprovechan la energía mareomotriz son duraderas y no requieren inversiones desorbitadas para su mantenimiento.



La energía de las mareas no es peligrosa para la población como pueden ser las emisiones de combustibles fósiles, o los escapes de energía nuclear

7.6.

FUTURO DE LA ENERGÍA MAREOMOTRIZ.

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 achican 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 medianos plazos en el proceso de sustitución de plantas térmicas. 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. P

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7.7.

ENERGÍA MAREOMOTRIZ ALREDEDOR DEL MUNDO.

Actualmente hay algunas barreras de gran escala en operación alrededor del mundo, incluyendo la turbina de bulbo de 240 MW en La Rance, Bretaña (ver Figuras 12 y 13), Francia y la planta de Anápolis Royal, Nueva Escocia, Canadá de 20 MW. El proyecto experimental de energía de mareas de La Rance (Bretaña, Francia) de 240 MW fue comisionado en 1966. Esta planta (operada por Electricite de Francia) está equipada con 24 generadores de turbina del tipo de bulbo. Las turbinas miden 5.35 mt de diámetro con generadores de 10 MW. Estos equipos están diseñados para generar energía ya sea con la marea de entrada, como con la de salida, así como también para bombear agua dentro o fuera de la cuenca durante períodos de mareas bajas, y para servir como orificios, permitiendo que el agua pase dentro o fuera de la cuenca. La planta, por lo tanto, puede, y muchas veces lo hace, operar como una planta de cuenca alta individual, generando energía con la marea de reflujo. Contando con la gran versatilidad de este equipo de generación de turbina, la planta también puede operar perfectamente como una planta de cuenca baja individual, generando energía durante la marea de entrada. Además, puede operar como una planta de doble efecto de cuenca individual, generando energía tanto con las mareas de entrada como con las de salida (flujo y reflujo). (Wilmington Media Ltd, 2004). La planta de energía de mareas piloto de Annapolis en la Bahía de Fundy en la costa de Nueva Escocia sobre el Atlántico en Canáda, utiliza generadores de turbina del tipo de borde (Straflo) con un diámetro de 7.6 mt y un generador de 20 MW de capacidad. Es una versión moderna de la turbina de flujo axial con el generador de tipo de borde, patentada por Leroy Harza en 1919. Esta planta de cuenca alta individual fue inaugurada en 1984 y ha estado funcionado exitosamente desde ese momento (Wilmington Media Ltd, 2004). Hacia el fin de 1984, existían ocho plantas de energía de mareas en China. Desde 1984, cuatro de estas plantas fueron cerradas. La planta de energía de mareas experimental de Jiangxia está ubicada en la provincia de Zhejiang, a aproximadamente 200 km al sur de Hangzhou. Esta planta fue construida durante la estación seca sobre el terraplén derecho, detrás de los cofferdams, y opera con doble efecto, generando energía tanto con las mareas de entrada como con las de salida. La primera unidad de bulbo de 500 kW fue comisionada en mayo de 1980, y la segunda, una unidad de 600 kW, en junio de 1984. Hacia el fin de 1985, cinco unidades estaban operando. La tercera, cuarta y quinta unidades tienen una capacidad calculada de 700 kW. La capacidad instalada con las cinco unidades asciende a 3200 kW. P

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La estructura de represa, originalmente construida como parte de un proyecto de avance de tierras, tiene cinco aberturas de 4.2 mt de altura y 3.3 mt de ancho, que se controlan con compuestas de hormigón reforzado. El nivel más alto de la cuenca está limitado a 1.2 mt. Aproximadamente 3.8 km2 de terreno fueron recuperados en la cuenca sobre 1.2 mt, y fueron utilizado para plantar árboles naranjeros, caña de azúcar, algodón y arroz. La zona inter – marea de la cuenca con un área de 1.2 km2 se utiliza para el cultivo de ostras y la pesca de almejas. El área de la cuenca con el menor nivel de agua es de 0.8 km2. Esta planta está todavía en servicio, produciendo 6 GWh de energía por año (Wilmington Media Ltd, 2004). La planta de energía de mareas de Shashan comenzó como una planta de cuenca alta individual. Comenzando con una turbina de madera, la planta proveía energía mecánica para el molido de granos. En 1964, la turbina de madera fue reemplazada por un runner de acero con un generador de 40 kW. La planta produjo 0.1 GWh en 1984, que fueron utilizados para irrigación. Después fue cerrada. (Wilmington Media Ltd, 2004). La planta de energía Asían es la única planta con cuencas conectadas en existencia en el mundo, similar a la que se propuso para la región de Derby en Australia. Esta planta posee cuencas altas y bajas, con la planta de energía entre las dos cuencas, generando energía del agua que fluye de la cuenca alta hacia la cuenca baja. La plata está ubicada en la Isla Maoyan en la provincia de Zheijiang, proveyendo de energía a una comunidad aislada de 760 familias. La planta fue diseñada para dos unidades de 75 kW de las que sólo se instaló una, y fue comisionada en 1975. Esta unidad opera actualmente. La energía es utilizada en parte para bombear agua fresca en la reserva comunitaria, tanto para uso doméstico como para irrigación. La planta ha sido mejorada, y tiene una capacidad instalada de 0.25 MW, produciendo 0.34 GWh por año (Wilmington Media Ltd, 2004). El 6 de enero de 2006, comenzó a operar la planta de energía de mareas más reciente de China, en la región de Daishan en la provincia de Zhejiang. La estación de energía de mareas de 40 kW fue desarrollada por Harbin Engineering University y tuvo la asistencia de la Oficina de Tecnología de Daishan (Power Engineering Internacional, 2006). La Federación Rusa también ha construido plantas de generación de energía por mareas experimentales desde los años ’30. Una pequeña planta piloto con

una capacidad de 400 kW fue construida en Kislogubsk cerca de Murmansk hacia 1968.

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El éxito de esta instalación llevó a una serie de estudios de diseño para plantas de mareas más extensas en otras regiones del país: Lumbov (67 MW) y la bahía de Mezen (15000 MW) en el Mar Blanco, Bahía Penzhinsk (87400 MW) y Bahía de Tugur (6800 MW) en el Mar de Okhotsk. Finalmente la estación de Tugur fue el único proyecto a gran escala viable (World Energy Council, 2001. Un estudio de viabilidad de la estación de energía de mareas de Tugur en la región de Khabarovsk estimó su volumen de generación en alrededor de 16.200 millones de kWh por año. Parece improbable que se produzca una demanda de este tipo de proyectos en el Lejano Este de Rusia antes del año 2020 y su desarrollo sólo podrá ser posible dentro de un programa de cooperación internacional con los países vecinos, interesados en importar energía desde Rusia (Minakov, 2005).

Estructuras de sistemas de obtención de energía mareomotriz

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8. MATERIALES Y MÉTODOS 8.1.

MATERIALES.

A. Para medir los niveles de las mareas con el propósito de estimar su potencial se ha de tener en cuenta que el océano está sometido a diversas fuerzas, como las influencias gravitatorias de los astros, los vientos predominantes, la densidad variable de las masas de agua, etc. Además, se ha de considerar que el nivel del mar es diferente en los distintos océanos: es más alto en la costa del Océano Pacífico que en la del Atlántico, diferencia que puede deberse a la menor densidad del agua del Pacífico, e influye en la intensidad de las mareas.

B. La información y el análisis de los distintos mareogeneradores fueron obtenidos de la EPRI, según la información obtenida por esta institución el año 2017 entre los meses de marzo y julio, información enviada por los propios fabricantes y de la página web de los fabricantes

8.2.

MÉTODOS.

A. ELECCIÓN DEL LUGAR Para escoger a priori el lugar adecuado para una central mareomotriz se debe tomar en cuenta tres parámetros fundamentales, estos son la amplitud de marea, el largo de la barrera y el área de la bahía. Si bien la altura mínima en que funcionan las turbinas utilizadas para este tipo de centrales es de 0,5 metros esto no significa que con una amplitud de marea de esa altura sea suficiente para operar una central mareomotriz. Con esta amplitud sólo se podría generar energía unos pocos minutos en un ciclo de marea (12 horas 25minutos), estimándose que por lo menos hay una pérdida de 20cm al comienzo y al final de cada ciclo, es decir al llenar y al vaciar la bahía.

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La bahía de San Juan se localiza entre los paralelos 15° 17’ 24” y 15° 21’ 36” de

latitud sur, presenta una longitud de 9,3 km en dirección noroeste y sureste, y una anchura de unos 5,5 km en sentido este a oeste, con una línea de costa de aproximadamente 19,5 kilómetros. Alcanza profundidades que llegan hasta los 70 y 75 metros. La costa noroeste de esta bahía, comprendida desde la punta La Salina hasta la zona sureste del cerro El Huevo o Acarí, está constituida por una serie de elevaciones de poca altura que conforman una especie de altiplanicie que remata en el mar sobre acantilados rocosos cortados a pique, con desprendimientos de rocas y piedras próximas a la costa, en donde rompe el mar con fuerza. Desde este lugar hasta punta San Juan se da paso a pequeñas playas pedregosas y orillas rocosas, así como la presencia de acantilados abruptos de hasta 30 m de altura.

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B. ELECCIÓN DEL MÉTODO DE OBTENCIÓN Actualmente existen diferentes tipos de turbinas, las cuales operan de formas muy variadas y están diseñadas para funcionar bajo diversas circunstancias, continuación describimos el método de obtención que emplearemos:

Turbinas de mareas – Mareogeneradores SEAGEN A pesar de que fueron propuestas poco después de la crisis de petróleo de los ’70, las turbinas de mareas sólo se convirtieron en una realidad en los últimos cinco años, cuando una turbina de “prueba de concepto” de 15kW fue operada

en el Lago Linnhe, Escocia. Similar a una turbina de viento de eje horizontal, las turbinas ofrecen ventajas significantes sobre los sistemas de barrera y de vallas, incluyendo menores efectos nocivos sobre el medio ambiente, ya que no impacta el paisaje visualmente, ni evita el paso de la fauna que habita el ecosistema.

Esquema de turbinas de marea

Las turbinas de mareas utilizan las corrientes de mareas que se mueven con velocidades entre 2 y 3 m/s (4 a 6 nudos) generando entre 4 y 13 kW/m2. Las turbinas de prototipo Turbinas de Corriente Marinas (MCT’s) de 300 kW “SeaFlow” existente, que es la primera turbina de marea offshore, instalada en

Lynmouth, Devon en mayo del 2003. Se ha informado de la instalación de otra turbina de mareas experimental en Kvalsundet, al sur de Hammerfest en Noruega, que comenzó a operar en noviembre del 2003. Según información suministrada, la turbina de energía de mareas instalada generaría un máximo de 300 kW a la velocidad máxima de la corriente de 2.5 m/s (Hammerfest STRØM AS, 2002). El SeaGen consiste en un pilote el cual se funda en el fondo oceánico enterrando una parte de este. En el pilote se montan unas vigas que salen en voladizo a cada lado, de los extremos de cada una de estas vigas hay una turbina, paralelas entre ellas, con un rotor de dos aspas. P

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Estas vigas pueden deslizarse por el pilote hacia arriba y hacia abajo, en forma conjunta, con la posibilidad de sacar las turbinas sobre la superficie del mar para su mantención. Los generadores y las excitatrices están en carcasas sumergibles, exponiéndose así directamente en contacto con el agua de mar, haciendo su sistema de refrigeración más eficiente. La información para el diseño del mareogenerador SeaGen se basó en el prototipo de 300 kW, con un rotor de 11 metros de diámetro, instalado en el año 2003 que funcionó

C. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL MAREOGENERADOR SEAGEN: Diámetro del Rotor: 18m Potencia de Diseño: 2,5 MW con una velocidad de diseño de 3m/s. Velocidad de Conexión: 0,7m/s Conexión a la transmisión: Es opcional. El prototipo comercial que se está construyendo generará a frecuencia variable con corriente alterna con un voltaje nominal de 600V y del transformador va a salir en 11kV a 50Hz en 3 fases en forma sincrónica con el interconectado. Fundación: Pilote enterrado en el fondo oceánico. Profundidad del Mar: < 50m Turbina: La turbina es simple, cuenta con dos palas, las que pueden rotar en 180º para una mayor eficiencia al funcionar con las corrientes en ambos sentidos. Además, según ha mostrado la experiencia con los aerogeneradores, este es uno de los más simples, y eficientes sistemas para extraer energía cinética de un flujo. Generador: El generador es sumergible, al igual que la caja de engranajes, es un generador de inducción de dos polos que funciona nominalmente a 1000rpm +-20%. La caja de engranajes está diseñada basándose en los aerogeneradores, con la diferencia en la carcasa y los sellos que están hechos para funcionar bajo el agua. No requiere un sistema de refrigeración debido que, al funcionar sumergido, el flujo de agua refrigera lo suficiente. El conjunto completo de máquinas electromagnéticas (rotor, buje, caja de cambio, generador) están estructuralmente montados sobre esta viga de manera tal que puedan ser tanto montados como desmontados en forma rápida y fácil. La eficiencia de la caja de engranajes es de aproximadamente un 94% y la eficiencia del generador y el proceso de acondicionar la potencia es de un 96%.

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9. RESULTADOS Debido a la gran escala de los medios para la obtención de energía mareomotriz se reunieron datos sobre diversos estudios y pruebas de prototipos existentes para así proporcionar un sustento práctico a nuestra propuesta. En primer lugar, se presentan algunas de las pruebas de prototipos de algunos de los sistemas descritos anteriormente: La más significativa de todas es la central mareomotriz de La Rance, ubicada en el mismo río desde 1966, la cual produce 600 GWh cada año con sus 24 turbinas, capaces de generar en conjunto 240 MW. La Rance es la central más grande de toda Europa en su tipo. Sus 750 metros de longitud abarcan todo el largo del río donde se encuentra y cubre aproximadamente el 60% de las necesidades energéticas de Bretaña. Actualmente la planta sigue trabajando y está a cargo de la empresa Electricité de France EDF, genera un turismo de 70000 visitantes promedio cada año. Los puntos a favor de la Rance son que demuestra ser una fuente de energía de alto costo, pero con una tasa de recuperación a futuro sumamente alta, así como un abaratamiento de costos por energía eléctrica mayores que los vistos por la energía nuclear misma.

El sistema SeaGen, cuya capacidad es de1,2 MW, se desplegó por primera vez en 2008 y fue la primera planta a escala comercial conectada a la red electrica en el mundo. SeaGen, que funciona como un " molino de viento bajo el agua ", en la actualidad tiene la capacidad de generar energía para el equivalente de unos 1.500 hogares. Los dos proyectos de matriz de marea iniciales, el proyecto Kyle Rhea de 8 MW en Escocia y el proyecto Anglesey Skerries de 10 MW en el País de Gales, se encuentran ahora en una fase avanzada de desarrollo.

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9.1.

RENDIMIENTO.

Los valores de diseño óptimo son determinados en base a modelos económicos, y con restricciones tecnológicas. Para determinar este óptimo se deben tomar en cuenta diversos factores, pero el más importante es la variación temporal de la velocidad de la corriente. MCT dice que el óptimo en costo sería tener rotores de entre 20 y 22 m de diámetro, pero la empresa prefiere hacerlos después de perfeccionar una turbina con un rotor menor. Para observar mejor el rendimiento del SeaGen a continuación se muestra una curva entre la potencia disponible por la corriente y la potencia efectivamente generada.

Esta curva se obtuvo de un SeaGen de diámetro de 18 m, al tener dos rotores el área de barrido del rotor es de 509 m2.

Los valores presentados a continuación son sólo estimaciones basadas en los resultados del prototipo SeaFlow, debido a que el SeaGen todavía no se ha construido, por lo tanto no se tienen valores de pruebas reales de un SeaGen. Construyendo la onda de corrientes como una onda sinusoidal de una marea semi-diurna, considerando como velocidad máxima de la corriente 2,5 m/s, y asumiendo una variación lineal de las corrientes entre mareas vivas y muertas se tiene una producción de 2431,4 MWh al año con un factor de planta de un 13,9%. En la tabla se muestra la relación entre la velocidad superficial, la potencia disponible en la profundidad del eje de la turbina, y la potencia generada por el SeaGen diseñada para una velocidad de 3 m/s.

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10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Concluimos que en nuestro distrito San Juan de Marcona somos privilegiados al tener una zona de mar en la que se pueda usar esta tecnología. Sería conveniente que tanto empresas privadas como públicas invirtieran en el desarrollo, mejora e implementación de sistemas para la generación de energía mareomotriz y en la realización de estudios más completos considerando los efectos en el ambiente y aspectos socioeconómicos que conllevaría su uso. También resultan evidentes las ventajas energéticas y económicas que se generarían si esta tecnología se implementara, además de que pondría no solo a nuestro distrito sino a nuestro país en un buen nivel mundial respecto a los demás países con energías renovables.

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11. BIBLIOGRAFÍA https://www.acciona.com/es/energias-renovables/# http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/el-uso-de-laelectricidad/xxv.-la-energia-electrica-y-el-medio-ambiente http://hrudnick.sitios.ing.uc.cl/alumno12/costosernc/D._Mare.html https://www.dhn.mil.pe/secciones/departamentos/oceanografia/apps/est_mareograficas/esta disticas/iframe.php?est=san-juan&db=1 https://energiamaremotrizblog.wordpress.com/2017/05/05/generador-de-la-corriente-demarea/ https://www.dhn.mil.pe/oceanografia https://www.dhn.mil.pe/secciones/departamentos/oceanografia/apps/est_mareograficas/ https://www.textoscientificos.com/energia/mareomotriz/generacion-electricidad-mareas

Cuenca N. (2002) “Mini Centrales Hidroeléctricas Flotantes de Aprovechamiento Cinético” Universidad Politécnica de Madrid. Fernández P. (2005) “Energía Mareomotriz” Departamento de Ingeniería Eléctrica

y Energética, Universidad de Cantabria. Fraenkel P. L. (2007) “Marine Current Turbines: Moving from Experimental Test Rigs to a Commercial Technology” Fraenkel P. L. (2007) “Marine Current Turbines: Pioneering the Development of Marine Kinetic Energy Converters”

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12. ANEXOS

CUADRO DE MODELOS DE MAREOGENERADORES Y GENERACIÓN DE ENERGÍA

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DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA MAREOMOTRIZ PLANTEADO

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CUADRO DE NIVEL MEDIO DEL MAR EN LOS PUERTOS DEL PERÚ

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Proyecto Energia Mareomotriz SEAGEN

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