LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE LAS MAREAS EN "ALBÚFERA"

ARTIFICIAL EN LA PROVINCIA DE RÍO NEGRO, ARGENTINA

Mg.Ing. Orlando Audisio1 -

Ing. Ariel Marchegiani1

PhD. Luis Bertani2- MSc. Carlos Labriola

3 –

1Departamento de Mecánica Aplicada - Facultad de Ingeniería

2Departamento de Geografía - Facultad de Ciencias Humanas

3Departamento de Electrotecnia - Facultad de Ingeniería

Universidad Nacional del Comahue - Buenos Aires 1400, Neuquén (CP: 8300) – Argentina

ariel.marchegiani@fain.uncoma.edu.ar

orlando.audisio@fain.uncoma.edu.ar - bertani8300@gmail.com - carloslabriola54@yahoo.com.ar

RESUMEN

El trabajo analiza y estudia el potencial energético que presentaría la utilización de una depresión

natural. El objetivo es la generación de energía eléctrica por medio de una conexión con el mar en

el Golfo de San Matías, situada a unos 25 km al Este del mismo. Esto permitiría la formación de un

gran lago que crearía una "albúfera artificial" y cubriría una superficie de unos 1.234 km2. Es decir,

se trata de un desarrollo energético a través de la utilización de mareas combinadas con las

depresiones existentes en los "Bajo del Gualicho" (- 72 m), Provincia de Río Negro, Argentina.-

Este lago artificial estará expuesto a las mareas por medio de una combinación de canales y

túneles situados entre el mar y el lago. Tomando la referencia del Puerto San Antonio Este (Río

Negro), la amplitud de la marea media alcanza 6.73m, de modo que cada marea alta (con una

duración de 6 horas. 20 minutos) sería el que aportaría el flujo de agua hacia el lago; el volumen de

agua desde la albufera hacia el mar se haría durante la etapa de marea baja. Se trata de explorar

la potencialidad de estos proyectos para dar respuesta a la creciente demanda de energía, a través

de sistemas ambientalmente sustentable, y que desarrolle otros proyectos como ser la localización

de ciudades con perfil turístico (en particular Gualicho) y de aprovechamientos pesqueros.

La tecnología más apropiada es utilizar canales de 100 m de ancho, profundidad de 25 m y 10 km

de longitud con recubrimiento de hormigón, túneles de 15 km de largo, y turbinas tipo Bulbo de 8

MW cada una.

Palabras Clave: mareas, energía renovable, turbinas hidráulicas, albufera.

Área Temática: Energía y Medio Ambiente.

1. INTRODUCCION

El fenómeno de las mareas, a pesar de ser conocida y relevante para la humanidad desde la

época de los primeros navegantes, y la explicación de su problemáticas, sus cálculos y

previsiones, se desarrollaron en los últimos siglos.

La morfología de la Tierra es, aproximadamente, una esfera, donde la Luna y el Sol con sus

movimiento continuos, producen distintos movimientos de las corrientes marinas en mares y

océanos. También es posible añadir los efectos de la rotación de la Tierra sobre su eje y

variaciones en la profundidad del fondo marino que afectan a la dirección y la intensidad de estos

flujos.

La figura Nº 01 (a) y (b) muestran la acción de la Luna y el Sol en función de la posición de ellos

con respecto la Tierra. El efecto más importante aparece en las zonas donde la Luna está cerca

del horizonte, porque la brecha entre la atracción y la fuerza centrípeta que actúa producen

corrientes que afectan a todo el volumen de agua en profundidad; diferente es el efecto de los

vientos, que sólo lo hacen sobre la masa superficial.

Figura 1 (a) Luna y Sol a 90º; (b) Luna y Sol a 0º

Asumiendo que la profundidad del mar se eleva por la proximidad del continente, la altura de la ola

aumenta con el cuadrado de la relación de profundidades, tomando en cuenta la fricción con el

fondo del mar. En consecuencia, las costas, especialmente los que están en el este, aumentan el

nivel de la marea dos veces al día, como es el caso de las costas de la Patagonia Argentina.

Es importante considerar que la órbita de la luna, en ciertos momentos, es superior o inferior a la

eclíptica, por lo tanto, los movimientos del mar cambian continuamente en forma compleja en una

Bajo del

Gualicho

secuencia que se repite cada 19 años, y también la distancia entre la Tierra y la Luna varía en un

10% cada 28 días.

El Sol solo produciría una amplitud menor y equivalente a la mitad de las mareas de la luna. En

realidad, los efectos de la Luna y el Sol se superponen y esto complica las acciones ya que la

posición relativa entre ellos cambia cada 29 días ( Figura 1 (a) y (b)).

2. PROYECTO BAJO DEL GUALICHO

El objetivo de este proyecto está centrado en la estimación de la Potencia Instalada y Energía con

la tecnología actual, determinar el Retorno del Capital a través del mecanismo de “Bonos Verdes”,

y la Estimación de Costos de las Obras a realizar.

La palabra albúfera se refiere a lagos o lagunas asociados al litoral marino a través de un canal de

conexión, como es el caso de la laguna de Mar Chiquita en la costa atlántica de la provincia de

Buenos Aires. El presente proyecto propone la creación de una “albúfera artificial” utilizando el gran

bajo del Gualicho (depresión natural del terreno del orden de – 70 m) en la Provincia de Río Negro.

Para ello se analizan distintas variantes que se presentan para la generación eléctrica mareomotriz

a partir de la creación de una albúfera artificial, teniendo en cuenta las ventajas que brinda la

combinación de buenas amplitudes de mareas en proximidades con depresiones absolutas (por

debajo del nivel del mar) a una distancia relativamente cercana (25/30 km). Para ello se contempla

la conexión mar – lago – mar en el sector nororiental de la provincia de Río Negro, en la depresión

natural denominada “Bajo del Gualicho” (Figura Nº 2).

Figura 2: Ubicación geográfica de el “Bajo del Gualicho” – Prov. de Río Negro

En el nivel 0, las futuras fronteras del lago de la Albufera tiene más de 20 km de longitud y 80 km

de ancho. Este lago estará conectado con el mar, en el Golfo de San Matías, a través de canales

(primer tramo de 10 km) y luego túneles (vínculo entre canal y albufera de 15 km). En la presente

propuesta se ha previsto canales que cubren un longitud estimada de 10 a 15 km de longitud; una

vez alcanzada la misma, la conectividad con el lago se llevará a cabo a través de túneles de unos

20 a 25 km de extensión.La tecnología a utilizar está en la construcción de Canales de 100m de

ancho, profundidad de 25 metros y 10 km de longitud con recubrimiento de hormigón, Tuneles de

15 metros de diámetro y 15 km de largo y turbinas hidráulicas tipo Bulbo de potencia nominal

unitaria de 8 MW.

La Figura 3 muestra el lago en la cota 0 con respecto al nivel del mar; se trata de 1234 km2, 1,5

veces el área del lago Ramos Mexía de la estación de energía hidroeléctrica El Chocón, y la Figura

4 muestra, además, la distribución de algunos tuneles y canales de la albúfera al mar cerca de la

ciudad de San Antonio, en la provincia de Río Negro.

Figura 3: Lago Albufera en Bajo del Gualicho

Figura 4: Tuneles y Canales desde la Albufera hasta el Océano Atlantico.

3. TECNOLOGÍA PROPUESTA

El esquema que se muestra en la Figura 5 resume el diseño propuesto. Las medidas de cada

tramo dependerán de la localización del/los canales y túneles previstos. Más abajo (Tabla Nº 1) se

detalla las dimensiones de tres transectas propuestas aunque existen otras opciones posibles.

Sector TRANSECTA 1 TRANSECTA 2 TRANSECTA 3

Canal mar - cota 20 m 12.8 12.7 11.8

Tunel (entre cotas 20 m) 18.7 17.9 18.9

Canal cota 20 m int - lago 0.95 1.41 1.41

Distancia total 32.45 32.01 32.11

MEDIDAS DE DISTINTAS TRANSECTAS MAR - ALBÚFERA (en km.)

Figura. 5: Modelo general propuesto

Se han evaluado tres localizaciones de canal – túnel – canal que se muestran en el siguiente

cuadro y en las figuras de más abajo.

Tabla Nº 1. Dimensiones de transectas

Figura 6. Lago a nivel cota 0: Superficie de 1234 km2

Figura 7. Diseño de canales a cielo abierto y túneles

El modelo de aprovechamiento prevé la utilización de turbinas hidráulicas tipo bulbo a la entrada

del canal y/o al ingreso de cada uno de los túneles. Esta distribución de equipamiento hidráulico no

debe considerarse definitivo dado que se están analizando otras opciones que puedan maximizar

el aprovechamiento de este sistema. Además es factible incorporar turbinas hidrocinéticas como

así también, equipos eólicas en la cumbre de la meseta que rodea al perilago, pero esto no es de

análisis en esta etapa.

3.1. Turbinas Hidráulicas Tipo Bulbo

En el caso de las turbinas bulbo (Figura 8) se tiene previsto su localización al inicio de los canales

a los efectos de disminuir la velocidad de ingreso a los mismos del agua desde 4,5 m/s a 2,5 m/s.

Luego en los túneles se pueden instalar otras turbinas bulbo para 2,5 m/s.

Figura 8: Turbinas bulbo disponibles en el Mercosur1

1 DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA Y ENERGETICA UNIVERSIDAD DE CANTABRIA - TURBINAS HIDRÁULICAS - Pedro Fernández Díez -

http://personales.ya.com/universal/TermoWeb/Turbinas/Hidraulicas/index.html [24/07/2003 0:03:12]

Estas turbinas se desarrollan en el MERCOSUR por empresas de Argentina y de Brasil. Se han

mejorado los diseños respecto de las primeras (La Rance, Francia, 1966) con mejores

rendimientos y menos relación Peso/Potencia.

Tabla 2: Parámetros característicos

DATOS

PARAMETRO VALOR

ALTURA [m] 4,5

RENDIMIENTO 0,85

CAUDAL [m3/s] 500

POTENCIA [kW] 18761,63

PARÁMETROS CALCULADOS

nsp 1.263,40

Velocidad de rotación [r.p.m.] 60,454

Nº pares de polos 49,0

Velocidad de rotación sincrónica [r.p.m.] 61,224

Nuevo nsp (sincrónico) 1.279,51

Ku 2,586

Diámetro DR [m] 7,58

Sigma 3,458

Sumergencia hs -5,411

Tabla 3: Dimensiones principales del bulbo

Diámetro DR [m] 7,579 m

DB 9,474 m

DC 3,244 m

DR 7,579 m

HG 3,790 m

Figura 9 : Dimensiones principales del bulbo

4. OBJETIVOS:

4.1. Objetivo General

Establecer un modelo general de funcionamiento para un proyecto ejecutivo para la generación de

energía mareomotriz a través de una albúfera artificial en el Bajo del Gualicho.

4.2. Objetivos Particulares

Estimar la potencia instalada y la energía a producir a través del modelo tecnológico propuesto.

Calcular el retorno de capital mediante Bonos Verdes.

Analizar el Costo Global de la Instalación.

Analizar las opciones de uso del suelo a partir de la creación del lago artificial (proyecto

multipropósito), en particular los emprendimientos turísticos-inmobiliarios-ictícolas.

Evaluar la vulnerabilidad del entorno.

5. ESTIMACIÓN DE ENERGÍA Y BONOS VERDES

En el caso de la energía suministrada, las siguientes consideraciones deben hacerse:

1. El lago artificial tendrá dos mareas diarias, de las cuales solo serán consideradas 4 horas para la

generación eléctrica. El comienzo (1 h.) y el extremo (1 h.) de la marea, el nivel para el

almacenamiento de agua es despreciable.

2. La potencia instalada se estima con el tamaño y número de canales y túneles.

3. Esta energía es normal, todos los días se puede obtener cuatro tiempos generación: (16hs total

de la generación eléctrica en promedio) dos de 4hs correspondiente a la marea alta y dos de 4hs

correspondiente a la marea baja.

4. Es predecible porque se conoce en qué momento se producen las mareas (marea alta y baja)

por día, por lo que es fácil integrar las unidades de generación al Sistema Eléctrico Argentino .

5. El combustible fósil con más emisiones se toma como referencia para los gases de efecto

invernadero evitadas utilizados para la estimación de los huesos verdes. Las turbinas de vapor en

AES utilizan fuel-oil como combustible, la Tabla 4 muestra la comparación de las emisiones.

6. Como valor de referencia de bonos verdes se toma U$S 6,6 CO2/tn, a diciembre de 2013 [8].

Tabla 4: Factores de Conversión y Emisión

Fuel Factor de Conversión Factor de Emisión Ton CO2/MWh

Fuel oil 11,16 KWh/Kg 3,05 KgCO2/Kg 0.273

Gas oil 11,78 KWh/Kg 3,10 KgCO2/Kg 0.263

Nat. gas 10,65 KWh/m3 2,15 KgCO2/m

3 0.202

Carbon 7,09 KWh/Kg 2,53 KgCO2/Kg 0.357

En el caso de las turbinas Tipo Bulbo de 18 MW cada una, habrá 4 túneles por canal, lo que

resulta, a proyecto final, emplazar 400 turbinas. La potencia total instalada de turbinas bulbo será

de 4000 MW.- La Tabla 5 muestra la estimación de la potencia total instalada y la generación de

energía por año.-

Tabla 5: Potencia Instalada y Energía/año

Turbina Potencia

(MW) Hs/día (h)

Energía/día (MWh)

Energía/Año (TWh)

Bulbo 4000 16 64000 23,36

Teniendo en cuenta la Tabla 4, el FuelOil es un combustible importado para turbinas de vapor y el

carbón mineral se utiliza para una sola estación de energía con la producción local (Río Turbio,

provincia de Santa Cruz). Combustible fosiles debe ser sustituida por la energía renovable para

reducir la dependencia externa de la misma. De esta manera, el cálculo de bonos verdes está en la

tabla 3:

6. PREVISIÓN DEL COSTE TOTAL

La tabla 6 muestra una estimación de los costos, teniendo en cuenta el último costo de instalación

de dispositivos de energía renovables en Argentina:

Tabla 6: Costos del proyecto

Instalación y Construcción Valor

Especifico U$S

Nº Maquina Potencia

kW Costo x 10

6.

U$S

T. Bulbo 3000/kW 400 10000 12.000

Canal 100x15000x20m 2/m3 100 --- 4.500

Tunel :15mx15000m 5/m3 --- --- 5.300

Concreto 9.000

TOTAL 30.800

7. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

La potencia instalada estimada es similar a la mitad de la demanda de Argentina en 2014 y el costo

total estimado incluyendo obra civil, es de aproximadamente U$S 5000 por kW instalado. La

energía media necesaria para la Argentina y por año es del orden de los 170 TWh. La energía

producida por el aprovechamiento El Gualicho representa, aproximadamente, el 17% del país.

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

8.1. Conclusiones:

Este proyecto es de gran envergadura y tendrá una duración de más de 10 años, por lo que éste

debería estar incluido en el contexto de la política nacional energética.

Este tipo de proyectos permite disponer de una capacidad instalada de acuerdo al crecimiento de

la demanda (800 MW/año). Tal energía puede ser aumentada o disminuida de acuerdo con las

variaciones de crecimiento de la demanda.

Argentina importó combustibles fósiles, en particular el petróleo combustible vale U$S 8000. 106

/año. Dicha cifra permite construir hasta 20 combinaciones de canal/tunel con máquinas instalada y

por año.

8.2. Recomendaciones:

Este trabajo toma en cuenta sólo los bussines de energía, sino que también hay uno turístico, en

las orillas del lago, con anchura de al menos 3 km, lo que nos da una superficie de 600km2, tres

veces el área de la ciudad de Buenos Aires. El capital obtenido por la venta de dichos terrenos

debe ser estimado como parte de la rentabilidad del capital para el proyecto.

9. REFERENCIAS

[1] Subsecretaría de Recursos Hídricos de la Nación (2010). Inventario de Presas y Centrales

Hidroeléctricas de la República Argentina. Ed. Ministerio de Planificación Federal, Inversión Pública

y Servicios. Buenos Aires.

[2] Página Web del Servicio de Hidrografía Naval: http://www.hidro.gov.ar/

[3] Chingotto M.R. (2006). Energía Mareomotriz. Boletín 813 del Centro Naval. Buenos Aires.

[4] Lizuain. A. (1983). Descripción Geológica de la Hoja 38 J, Salinas del Gualicho. Servicio

Geológico Nacional. Buenos Aires.

[5] Martínez H. et al. (2001). Hoja Geológica 4166 – II “San Antonio Oeste” Bol.254. Servicio

Geológico Minero Argentino. Buenos Aires.

[6] Masera R. y Guarido J. (2003). Bajo del Gualicho: una planicie patagónica bajo el nivel del mar.

Min. de Salud y Desarrollo Social. Secretaría de Estado de Acción Social de Rio Negro.

[7] Servín S. (2012). Argentina y los Desafíos del Escenario Energético Global. Ed. ISEN. Buenos

Aires.

[8] Dracksler, S. 2013, Final Work of Renewable Energy lecture “Anteproyecto de Cenral

mareomotriz en bajo del Gualicho”, Faculty of Engineering, National University of Comahue,

Neuquen, Argentina.

[9] CREE: Centro Regional de Energía Eólica del Chubut, a cargo del Dr. Mattio, ente de energía

renovable que ha realizado el mapa eólico de la Argentina.

[10] COPIME, 2013: Presentation of Green Bones on Seminar of Renewable Energy and

Environment organized by Professional Council of Mechanical and Electrical Engineers, Buenos

Aires, Argentina.

[11] CAMMESA, 2013: Data from Annual Report 2013 by Whole Sale Market Administration

Company, Rosario, Santa Fé, Argentina.

[12] GEN-REN, 2010: Mean value of kw/instaled foor Renewable energy sources fron Nacional

Parchase of Renewable Energy Projects, Buenso Aires, Argentina.

[13] De Siervo,F. and De Leva, F., "Modern Trends in Selecting and Designing kaplan Turbines",

Water Power & Dam Construction, 1976.

[14] A. Lugaresi and A.Massa, "Kaplan turbines:Design Trends in Last Decade", Water Power &

Dam Construction , November 1987.

[15] E.C. Cruz, “Turbinas Bulbo: Pré-dimensionamento para Projeto Básico”, 3º Workshop Turbinas

Hidráulicas e Hidromecánica IARH, Mendoza, Octubre 1995.