8. Energia Del Oceano

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8. Energía del océano. 8.1. La energía de las mareas (energía mareomotriz). Es probablemente el más conocido de los sistemas de conversión energética de los océanos. Aprovecha la amplitud de las mareas mediante sistema de endicamiento (Barrages) y turbinas bulbo reversibles, para el cual son muy aptos ciertos puntos de las costas patagónicas como las rías de Gallegos, Coyle, Deseado, la bahía de San Julián o los golfos Nuevo y San José (aún cuando en estos dos últimos afectaría a los procesos de apareamiento y cría de la ballena Franca Austral). Ilustración 151: Turbina de tipo bulbo. La instalación de una central mareomotriz es solo posible en lugares con una diferencia de al menos 5 metros entre la marea alta y baja. Hay pocos puntos en el globo donde ocurre este fenómeno. Estos son los principales: Mapa 5: Lugares potenciales para el aprovechamiento de la energía de las mareas.

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  • 8. Energa del ocano. 8.1. La energa de las mareas (energa mareomotriz). Es probablemente el ms conocido de los sistemas de conversin energtica de

    los ocanos. Aprovecha la amplitud de las mareas mediante sistema de

    endicamiento (Barrages) y turbinas bulbo reversibles, para el cual son muy

    aptos ciertos puntos de las costas patagnicas como las ras de Gallegos, Coyle,

    Deseado, la baha de San Julin o los golfos Nuevo y San Jos (an cuando en

    estos dos ltimos afectara a los procesos de apareamiento y cra de la ballena

    Franca Austral).

    Ilustracin 151: Turbina de tipo bulbo.

    La instalacin de una central mareomotriz es solo posible en lugares con una

    diferencia de al menos 5 metros entre la marea alta y baja. Hay pocos puntos

    en el globo donde ocurre este fenmeno. Estos son los principales:

    Mapa 5: Lugares potenciales para el aprovechamiento de la energa de las mareas.

  • Cuando la corriente de pleamar impulsa el agua hacia la costa, pasa por un

    ducto del dique y acciona la turbina. Luego de la estoa (perodo de calma)

    comienza la bajamar y el agua endicada circula en sentido contrario, siendo

    nuevamente turbinada y as sucesivamente.

    Ilustracin 152: Funcionamiento de una central mareomotriz.

    Existen varias tecnologas: de Movimiento Rotatorio, de Movimiento Oscilante y

    de Columna Oscilante de Agua (Oscillating Water Column-OWC-).

    La potencia energtica de la ola est dada por la expresin:

    21P= h T2 (40)

    Donde:

    h : es la altura de la ola.

    T : es la frecuencia.

    El sistema ms desarrollado es el de OWC que consiste en aprovechar en una

    cmara (generalmente de hormign armado) las variaciones de presin del

    impulso ascendente de la cresta de la ola y la succin que crea el posterior valle

    de la ola al retirarse. Esto genera en la cmara corrientes de aire expulsado o

    succionado, que ponen en funcionamiento una turbina Wells reversible,

    acoplada a un generador elctrico.

  • En 1965 Japn instal centenares de boyas energizadas por un sistema OWC,

    all denominado Matsuda. El primer emprendimiento de mayor potencia fue de

    350 kW en Toftestallen (Bergen, Noruega, 1985). Posteriormente la Queens

    University (Belfast, Irlanda) instal un sistema de 75 kW en Islay y actualmente

    est construyendo otro de 500 kW. China ha instalado un pequeo sistema

    demostrativo de 3 kW y en la India, el National Institute of Ocean technology

    (NIOT) instal en 1991 un sistema demostrativo de 150 kW en Vizhinjam

    (Kerala).

    En Inglaterra se ha desarrollado el sistema OSPREY (Ocean Swell Powered

    Renewable Energy), diseado por Applied Research and Tecnoligy (ART),

    inicialmente de 1 MW de potencia. En 1995 instalaron en Dounrey (Escocia) un

    sistema de 2 MW.

    En la Facultad de Ingeniera de la Universidad Nacional de La Plata se ha

    diseado y actualmente ensaya un sistema OWC denominado TAFRE.

    La energa estimada que se disipa por las mareas es del orden de 22000 TWh.

    De esta energa se considera recuperable una cantidad que ronda los 200 TWh.

    El obstculo principal para la explotacin de esta fuente es el econmico. Los

    costes de inversin tienden a ser altos con respecto al rendimiento, debido a las

    bajas y variadas cargas hidrulicas disponibles. Estas bajas cargas exigen la

    utilizacin de grandes equipos para manejar las enormes cantidades de agua

    puestas en movimiento. Por ello, esta fuente de energa es slo aprovechable en

    caso de mareas altas y en lugares en los que el cierre no suponga

    construcciones demasiado costosas.

    La limitacin para la construccin de estas centrales, no solamente se centra en

    el mayor coste de la energa producida, si no, en el impacto ambiental que

    generan.

    La mayor central mareomotriz se encuentra en el estuario del Rance (Francia).

    Los primeros molinos de marea aparecieron en Francia, en las costas bretonas,

    a partir del siglo XII. El molino se instalaba en el centro de un dique que cerraba

  • una ensenada. Se creaba as un embalse que se llenaba durante el flujo a

    travs de unas compuertas, y que se vaciaba en el reflujo, durante el cual, la

    salida del agua accionaba la rueda de paletas.

    La energa slo se obtena una vez por marea. Si se ha tardado tanto tiempo en

    pasar de los sistemas rudimentarios a los que hoy en da conocemos, es porque,

    la construccin de una central mareomotriz plantea problemas importantes,

    requiriendo sistemas tecnolgicos avanzados.

    Se eligi el estuario del Rance debido a estar sujeto a fuertes mareas. El

    embalse creado por las obras que represan el Rance tiene un volumen de

    184000000 m3 entre los niveles de pleamar y bajamar. Se extiende por una

    veintena de kilmetros, que se alarga hasta la orilla del Rance, situada junto a

    la parte ms profunda del ro. Para un visitante la central no es ms que un

    tnel de hormign armado, con una longitud de 386 m.

    Ilustracin 153: Central mareomotriz del Rance.

    La innovacin est constituida por la instalacin de grupos del tipo "bulbo", que

    permiten aprovechar la corriente en ambos sentidos, de flujo y de reflujo, de

    esta forma se utiliza al mximo las posibilidades que ofrecen las mareas.

    Cada grupo est formado por una turbina, cuya rueda motriz tiene cuatro palas

    orientables y va acoplada directamente a un alternador. Funcionan ambos

    dentro de un crter metlico en forma de ojiva.

  • Ilustracin 154: Turbina Bulbo y sus partes. Esta es la turbina utilizada en la Centrla de RANCE.

    La central mareomotriz, con un conjunto de 24 grupos bulbo tiene una potencia

    de 220 megavatios, adems del aporte de energa elctrica, representa un

    importante centro de desarrollo e investigacin, y que gracias a ella se deben

    avances tecnolgicos en la construccin de estructuras de hormign dentro del

    mar, estudios de resistencia de los metales a la corrosin marina y evolucin de

    los grupo bulbo.Pero el impulso, en el aprovechamiento de esta fuente de

    energa, se consigui con la turbina "Straflo", en experimentacin desde 1984 en

    la baha de Fundy, en Canad (donde se dan las mayores mareas del mundo,

    llegando a alcanzar casi 16 metros de desnivel) ah existe una central de 18

    MW. La innovacin de este sistema radica en que el generador elctrico circunda

    los labes de la turbina, en lugar de ir instalado a continuacin del eje de la

    misma. De este modo se consigue un aumento de rendimiento, ya que el

    generador no se interpone en el flujo del agua.

    Ilustracin 155: turbina Straflo instalada en la baha de Fundy.

  • Tambin Gran Bretaa proyect construir una central mareomotriz, en el

    estuario de del ro Severn, habiendo estudiado dos posibles ubicaciones, la que

    pareca ms favorable (denominada Cardiff-Weston), supona construir un dique

    de 16.3 kilmetros para emplazar 192 turbogrupos, con una produccin prevista

    de 14.4 TWh/ao, pero este proyecto un rechazo social por el impacto al

    ecosistema.

    8.1.1. Ventajas y desventajas de la energa mareomotriz. 8.1.1.1. Ventajas:

    Auto renovable.

    No contaminante.

    Silenciosa.

    Bajo costo de materia prima.

    No concentra poblacin.

    Disponible en cualquier clima y poca del ao. 8.1.1.2. Desventajas:

    Impacto visual y estructural sobre el paisaje costero.

    Localizacin puntual.

    Dependiente de la amplitud de mareas.

    Traslado de energa muy costoso.

    Efecto negativo sobre la flora y la fauna.

    Limitada.

  • 8.2. Energa del mar.

    Los mares y los ocanos son inmensos colectores solares, de los cuales se

    puede extraer energa de orgenes diversos.

    La radiacin solar incidente sobre los ocanos, en determinadas condiciones

    atmosfricas, da lugar a los gradientes trmicos ocenicos (diferencia de

    temperaturas) a bajas latitudes y profundidades menores de 1000 metros.

    La iteracin de los vientos y las aguas son responsables del oleaje y de las

    corrientes marinas.

    La influencia gravitacional de los cuerpos celestes sobre las masas ocenicas

    provoca mareas.

    8.2.1. Energa de las olas.

    Las olas del mar son un derivado terciario de la energa solar. El calentamiento

    de la superficie terrestre genera viento, y el viento genera las olas. nicamente

    el 0.01% del flujo de la energa solar se transforma en energa de las olas.

    Una de las propiedades caractersticas de las olas es su capacidad de

    desplazarse a grandes distancias sin apenas prdida de energa. Por ello, la

    energa generada en cualquier parte del ocano acaba en el borde continental.

    De este modo la energa de las olas se concentra en las costas, que totalizan

    336000 Km. de longitud.

    La densidad media de energa es del orden de 8 kW/m de costa. En

    comparacin, las densidades de la energa solar son del orden de 300 W/m2.

    Por tanto, la densidad de energa de las olas es, en un orden de magnitud,

    mayor que la que los procesos que la generan.

    Las distribuciones geogrficas y temporales de los recursos energticos de las

    olas estn controladas por los sistemas de viento que las generan (tormentas,

    alisios, monzones).

  • Ilustracin 156: La energa de las olas.

    La densidad de energa disponible vara desde las ms altas del mundo, entre

    50-60 kW/m en Nueva Zelanda, hasta el valor medio de 8 kW/m.

    Los diseos actuales de mayor potencia se hallan a 1 Mwe de media, aunque

    en estado de desarrollo.

    Ilustracin 157: Partes de una central para aprovechamiento de la energa de las olas.

    La tecnologa de conversin de movimiento oscilatorio de las olas en energa

    elctrica se fundamenta en que la ola incidente crea un movimiento relativo

    entre un absorbedor y un punto de reaccin que impulsa un fluido a travs del

    generador.

  • Ilustracin 158: Funcionamiento de una central para aprovechamiento de la energa de las olas.

    La potencia instalada en operacin en el mundo apenas llega a l MWe. La

    mayor parte de las instalaciones lo son de tierra. Los costes fuera de la costa

    son considerablemente mayores. En el momento actual, la potencia instalada de

    los diseos ms modernos vara entre 1 y 2 MW. Pero todos los diseos deben

    considerarse experimentales.

    De los sistemas propuestos, para aprovechar la energa de las olas, se puede

    hacer una clasificacin, los que se fijan a la plataforma continental y los

    flotantes, que se instalan en el mar.

    Uno de los primeros fue el convertidor noruego Kvaerner, cuyo primer prototipo se construy en Bergen en 1985. Consistente en un tubo hueco de

    hormign, de diez metros de largo, dispuesto verticalmente en el hueco de un

    acantilado. Las olas penetran por la parte inferior del cilindro y desplazan hacia

    arriba la columna de aire, lo que impulsa una turbina instalada en el extremo

    superior del tubo. Esta central tiene una potencia de 500 kW y abastece a una

    aldea de cincuenta casas.

  • El pato de Salter, que consiste en un flotador alargado cuya seccin tiene forma de pato. La parte ms estrecha del flotador se enfrenta a la ola con el fin

    de absorber su movimiento lo mejor posible. Los flotadores giran bajo la accin

    de las olas alrededor de un eje cuyo movimiento de rotacin acciona una bomba

    de aceite que se encarga de mover una turbina.

    La dificultad que presenta este sistema es la generacin de electricidad con los

    lentos movimientos que se producen.

    Balsa de Cockerell, que consta de un conjunto de plataformas articuladas que reciben el impacto de las crestas de las olas. Las balsas ascienden y

    descienden impulsando un fluido hasta un motor que mueve un generador por

    medio de un sistema hidrulico instalado en cada articulacin.

    Rectificador de Russell, formado por mdulos que se instalan en el fondo del mar, paralelos al avance de las olas. Cada mdulo consta de dos cajas

    rectangulares, una encima de la otra. El agua pasa de la superior a la inferior a

    travs de una turbina.

    8.2.2. Energa trmica ocenica.

    Una gran parte de la energa solar que incide sobre la Tierra es almacenada en

    forma de calor en la superficie del ocano. En la zona situada entre los Trpicos,

    que representa casi un tercio de la extensin ocenica, la superficie del mar

    presenta una diferencia de temperatura respecto al fondo (1000 m) superior a

    los 18 C, gradiente que constituye, sin duda alguna, una enorme fuente de

    energa (unos 4000 millones de MW explotables), aunque el rendimiento del

    proceso de aprovechamiento sea muy bajo (alrededor del 2%).

    A pesar de todo ello, el generar energa aprovechando los gradientes trmicos

    ocanicos (energa maremotrmica) no es nuevo, y en la actualidad se estn

    llevando a cabo numerosos proyectos, ya que los bajos rendimientos no

    constituyen un problema demasiado serio, en tanto que el yacimiento energtico

    (el agua marina superficial) es de un volumen considerable y est siendo

    contnuamente renovado por la radiacin solar. Aunque existen algunos

    problemas tcnicos asociados al gran volumen de agua que ha de ser

  • manipulado, el concepto de la energa maremotrmica es muy prometedor,

    porque su influencia sobre el medio ambiente es baja y sus posibilidades de

    integracin en una amplia gama de operaciones industriales son bastante

    grandes.

    Por su parte, las zonas trmicamente favorables se encuentran en las regiones

    ecuatoriales y subtropicales. Aunque las zonas sealadas en el siguiente mapa

    se han establecido tanto con datos oceanogrficos como econmicos de cada

    zona, an son necesarios estudios ms detallados para la evaluacin real de

    las posibilidades maremotrmicas de las mismas.

    Mapa 6: Lugares con posibilidades de aprovechamiento maremotrmico.

    La explotacin de las diferencias de temperatura de los ocanos ha sido

    propuesta multitud de veces, desde que dArsonval lo insinuara en el ao 1881,

    pero el ms conocido pionero de esta tcnica fue el cientfico francs George

    Claudi, que invirti toda su fortuna, obtenida por la invencin del tubo de nen,

    en una central de conversin trmica que demostraba la posibilidad de

    aprovechar prcticamente esta energa.

    El agua superficial se introduca continuamente en un estanque cerrado en el

    que se haba practicado un vaco suficiente para llevar el agua a la ebullicin; el

    vapor producido condensaba cuando entraba en contacto con la pared

    refrigerada con el agua de las profundidades, aspirada mediante una

    conduccin.

  • La corriente de vapor que continuamente se formaba mova una turbina

    conectada a un generador, produciendo as energa elctrica (ver ilustracin

    156)

    Ilustracin 159: Mquina de Claudi.

    La conversin de energa trmica ocenica es un mtodo de convertir en energa

    til la diferencia de temperatura entre el agua de la superficie y el agua que se

    encuentra a 100 m de profundidad.

    En las zonas tropicales esta diferencia vara entre 20 y 24 C. Para el

    aprovechamiento es suficiente una diferencia de 20C.

    Las ventajas de esta fuente de energa se asocian a que es un salto trmico

    permanente y benigno desde el punto de vista medioambiental. Puede tener

    ventajas secundarias, tales como alimentos y agua potable, debido a que el

    agua fra profunda es rica en sustancias nutritivas y sin agentes patgenos.

    Las posibilidades de esta tcnica se han potenciado debido a la transferencia

    de tecnologa asociada a las explotaciones petrolferas fuera de costa. El

    desarrollo tecnolgico de instalacin de plataformas profundas, la utilizacin de

    materiales compuestos y nuevas tcnicas de unin harn posible el diseo de

    una plataforma, pero el mximo inconveniente es el econmico.

    8.2.2.1. Tipos de sistemas mareotrmicos.

    Existen dos sistemas para el aprovechamiento de esta fuente de energa:

  • El primero consiste en utilizar directamente el agua de mar en un circuito abierto, evaporando el agua a baja presin y as mover una turbina. El

    departamento de energa americano (DOE) est construyendo un

    prototipo de 165 Kw en las islas Hawaii, con l se pretende alcanzar la

    experiencia necesaria para construir plantas de 2 a 15 MW.

    El segundo consiste en emplear un circuito cerrado y un fluido de baja temperatura de ebullicin (amoniaco, fren, propano)que se evaporan en

    contacto con el agua caliente de la superficie. Este vapor mueve un

    turbogenerador, se condensa con agua fra de las profundidades y el

    fluido queda dispuesto de nuevo para su evaporacin.

    El rendimiento de este sistema es su bajo rendimiento, sobre un 7%, esto es

    debido a la baja temperatura del foco caliente y la poca diferencia de

    temperatura entre el foco fro y caliente.

    Adems es preciso realizar un coste extra de energa, empleado para el bombeo

    de agua fra de las profundidades para el condensado de los fluidos.Se

    instalaron dos prototipos de este sistema en las islas Hawaii, en 1979, uno de

    50 kW y otro de 15 kW. En 1981 el DOE ensay el denominado OTEC-1 (Ocean

    Thermic Energy Converter), con una potencia de 1MW, que aunque no produca

    electricidad, sirvi de laboratorio para probar intercambiadores de calor, donde

    el fluido caloportador fuese amoniaco.

    Ilusrtracin 160: Esquema de la central mareotrmica OTEC 1.

  • Ilustracin 161: Boya de Nasuda, consistente en un dispositivo flotante donde el movimiento de las olas se aprovecha para aspirar e impulsar aire a travs de una turbina de baja presin que mueve un generador de electricidad.