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Energía marina: el océano como fuente de energía limpia.

energía marina

Existen métodos únicos que se pueden utilizar en la energía marina.
Se llevó a cabo un seminario en MITEI sobre las ventajas económicas del uso de las tecnologías de energía Marina según información expresada por Alejandro Moreno, Director de la oficina de eficiencia energética y energías renovables de Water Power Technologies del Departamento de Energía de EE. UU.

Compartimos con ustedes nuestro episodio de podcast sobre el articulo

 

En el seminario se explicaron los desafíos a los que se enfrenta la energía Marina y la importancia de las políticas para dar forma a la investigación y la Innovación.

¿Cuáles son las formas en que la energía Marina puede ser utilizada ?

Actualmente el océano se ve cada vez más como una fuente de energía ya que ha sido utilizado durante muchísimo tiempo como fuente de alimento y agua.

Generar energía Marina es una clase de tecnologías de energía renovable la cual permite extraer y convertir la energía contenida en energía mecánica o eléctrica útil. Estas con la finalidad de bombear agua o alimentar una red por ejemplo.

La energía que se puede obtener del océano es mediante las olas, las mareas, las corrientes oceánicas o incluso los gradientes térmicos y de salinidad.

Por ejemplo, para la energía de las olas, hay 7 tipos de dispositivos genéricos que utilizan todo, desde turbinas de aire comprimido, submarinos oscilantes, barcazas de flexión y pistones de boyas de movimiento alternativo.

Los dispositivos de mareas, corrientes oceánicas y fluviales, denominados colectivamente como corrientes, tienen una serie de diseños genéricos, los cuales hacen recordar a la industria eólica, como por ejemplo: Turbinas de ejes horizontales y verticales, aletas y tornillos de Arquímedes.

Aunque no exista un diseño único para cada tipo de recurso se espera ver una convergencia en términos de costo, rendimiento y confiabilidad así como la que ocurrió para la industria eólica.

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¿ Cuales son los desafíos a los que se enfrenta el desarrollo de energía marina?

Los retos técnicos y de diseño son numerosos cuando se habla de trabajar en el océano, ya que es una tarea difícil y muy dura.

Los sistemas de energía Marina están constantemente a merced del medio ambiente tan pronto hacen contacto con el agua. Puesto que los ingenieros deben idear formas de proteger su sistema contra:

  • La corrosión.
  • El crecimiento biológico.
  • Los eventos extremos.
  • El desgaste de los cimientos.

Sin embargo, se alberga la expectativa de que duren años, décadas, y al mismo tiempo proporcionen energía limpia.

Uno de los frenos para el desarrollo de la energía Marina es que introducir dispositivos en el agua además de requerir un esfuerzo se necesitan numerosos permisos que deben ser revisados en relación a los diseños de ingeniería, impactos ambientales y los peligros de navegación.

Llevar a cabo este procedimiento puede llevarse bastante tiempo a medida que los diseños se mejoran o modifican.

La ubicación es muy importante para los desarrolladores de energía marina.

Convertidores de energía de ondas: los sistemas deben adaptarse a las ondas (resonancia) que son las más comunes en el área para poder maximizar la captura de energía.

Sistemas de mareas o corrientes oceánicas: La energía que se puede extraer a partir de ellas puede variar considerablemente tanto en distancias pequeñas como en varios metros orientadas a cualquier dirección.

Para ambos casos estas características específicas de ubicación influirán en el diseño y la generación de energía.

Diseñar, construir y desplegar dispositivos que permitan generar energía marina no es fácil. Y van de la mano desafíos no técnicos cómo: Comprender las necesidades y preocupaciones de las comunidades, competición en costos y atraer inversiones.

¿Cómo puede la energía Marina complementar otras tecnologías bajas en carbono?

En comparación con otras fuentes de energía renovable como la solar fotovoltaica y eólica, son mucho más densas en energía las olas y las corrientes, es por esa razón que la energía Marina es un recurso único.

Por ejemplo, producto de la diferencia de densidad entre el agua de mar y el aire, una corriente de agua de 2 nudos puede acumular tanta energía como una ventolera de 34 nudos.

Esto significa que se puede extraer tanta energía de las áreas costeras como de un área de tierra limitada.

Por ser la energía marina predecible, le permite a los investigadores desarrollar sistemas de almacenamiento que podrían proporcionar una Potencia de carga básica.

A diferencia de la energía eólica en tierra, la energía de olas y mareas son menos variables; por ejemplo las energías marinas no están limitadas por la hora del día. Lo que se traduce en que este tipo de energía puede complementar a otras con el fin de crear un suministro constante en una escala de tiempo diario como estacional.

Debido a qué se han identificado muchas aplicaciones en la industria marina, se ha llevado a cabo utilizar las más amplias y fuera de la red eléctrica.

Muchas de estas se encuentran inmersas en los sectores de la economía azul de rápido crecimiento como lo es:

La acuicultura.
-La observación de los Océanos.
-La defensa Marítima.
-La navegación comercial.

Los métodos existentes de generación de energía para cada caso son factores limitantes.

Por ejemplo, los vehículos submarinos utilizados para investigaciones están limitados por la capacidad de sus baterías ya que requieren recuperación y recarga antes de volver a la misión. Un vehículo submarino cuya capacidad sea persistente requiere un suministro de energía constante y la energía Marina es adecuada para satisfacer esta necesidad.

¿Las políticas públicas pueden apoyar las innovaciones en energía marina?

Muchas de las tecnologías de energía marina, especialmente aquellas que no son de la red, aún se encuentran en una etapa pre comercial y de investigación.

Las cuales se extienden a lo largo de la jurisdicción de múltiples agencias del sector público.

Así que la generación de energía de este tipo presenta oportunidades de coordinación y colaboración en múltiples niveles:

-Agencias Gubernamentales (dentro y entre ellas).
-Instituciones de investigación.
-Sector Privado.
-Empresas y empresarios que utilizan sistemas en el entorno oceánico.

Lo bueno, es que la política pública puede tener un impacto positivo en el desarrollo de esta industria y hay muchas vías para lograrlo.

1.- Financiación de la investigación: subvenciones competitivas, invertir en tecnologías que se encuentren en etapas iniciales, para minimizar costos, incrementar el rendimiento y eliminar riesgos.

2.-Construir relaciones y asociaciones: Al trabajar con el Gobierno Federal, centros de investigación, universidades, industrias y gobiernos bien sean nacionales o extranjeros, se crean relaciones sólidas que permiten coordinar esfuerzos para resolver problemas comunes.

3.- Política publica=simplifica los procesos: En muchas ocasiones el permiso para las nuevas tecnologías es tan confuso y complicado tanto para los reguladores como para los desarrolladores, por lo que la política pública ayudaría a simplificar los procesos como los permisos o las licencias.

Lo más importante de la política, quizás sea crear una visión, ya que ayuda a las agencias a desarrollar metas y estrategias.

Se espera que el trabajo continúe desarrollándose entre las agencias y organizaciones no sólo con el fin de estimular la innovación energética sino también para ayudar en el crecimiento de una economía sostenible.

PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA MARINA

Uno de los métodos más usados para obtener este tipo de energía, es aquel en el que se encierra el agua cuando hay marea alta y luego liberarla, pasando por turbinas durante las mareas baja intensidad.

Cuando la marea es alta, en la profundidad es lo contrario, por lo que se abren las compuertas que generan el movimiento de las turbinas hidráulicas que a su vez genera energía.

Entretanto, si la marea es baja, el proceso se produce de forma inversa y se aprovecha también para obtener energía.

TIPOS DE ENERGÍA MARINA

Al ser una fuente amplia de energía, ésta se puede clasificar según su potencial. Tenemos los siguientes tipos de energía marina:

Energía de las corrientes, obtenida por las fuertes corrientes de los mares y océanos.

Energía osmótica, que se obtiene a partir de los gradientes de salinidad existentes.

Energía oceánica, basada en la temperatura variable de las profundidades de los océanos.

Energía mareomotriz, parecida a la energía hidroeléctrica, basada en las masas de agua en movimiento de los mares y océanos.

Energía olamotriz, en la que se aprovecha el oleaje superficial que es visto por los humanos.

Energía de los Mares, Olas, Salinidad y las diferencias de temperatura del Océano.

Por medio del siguiente artículo, te brindamos todo el conocimiento sobre una de las fuentes de energías renovables, producto del movimiento del agua en los océanos.

Constituyendo un gran recurso y potencial energético, como lo es la Energía Marina.

Energía de las Mareas

Para saber sobre la energía de las mareas, lo primordial es diferenciarlas esta es una de las fuentes de potencia marina y renovable por el movimiento continuo e inagotable del recurso agua.

Como lo es la energía mareomotriz originada por la acción gravitatoria del sol y la luna.

Lo primordial que se debe resaltar es que no se debe confundir con la energía undimotriz que es parte igualmente de la energía marina, pero que se adquiere únicamente por medio de los movimientos de las olas.

Qué es la Energía Mareomotriz

Es la energía que se aprovecha de la subida y bajada de las mareas de los océanos producto de la gravitación del sol y la luna, para obtener energía eléctrica por medio de turbinas hidráulicas que hacen funcionar un alternador que es la que convierte la misma.

Cómo se Genera la Energía Mareomotriz

Es tipo de energía marina, se genera principalmente por medio de:

Generador de la corriente de marea; funciona con la energía cinética del agua en movimiento con la turbina de la energía.

Presas de marea; funciona con la energía potencial de acuerdo a las mareas altas y bajas.

Energía mareomotriz dinámica; funciona con la energías cinética y potencial de las mareas.

Las centrales de energía mareomotriz, son las responsables de transformar esta energía de las mareas en electricidad por una turbina, similar al de un embalse en un río.

Que cuando la marea es alta se abren las compuertas que tiene el dique la cual ingresa en el embalse; que al llegar a su limite y baja la marea, se abren las compuertas dejando pasar el agua por las turbinas y por los conductos generando electricidad.

Al día de hoy la electricidad se traslada mediante cables que han sido colocados en islas artificiales.

Tipos de Energía Mareomotriz

Las mareas vivas o sicigias; que dependen del movimiento de ascenso y descenso del agua durante la fase de luna llena o nueva.

Las mareas muertas o cuadraturas; en estas se producen cambios en los niveles de las aguas más débiles y se presenta en las fases cuarto creciente y cuarto menguante.

Ejemplos Energía Mareomotriz

Los principales ejemplos de esta fuente de energía son: La central de la Rance en Francia, Proyecto Kislogubskaya, de Rusia, las olas, las mareas y la energía mecánica.

Ventajas y Desventaja de la Energía Mareomotriz

Ventajas

Alternativa al problema de los combustibles fósiles.

Atractiva para la generación de energía eléctrica.

Reducen las emisiones de carbono.

El suministro es seguro.

Se produce electricidad baja velocidad.

No contamina el medio ambiente

Desventajas

Es limitada

Produce cambios en la salinidad.

Energía muy costosa y de gran inversión.

Impacto visual y sobre el paisaje costero.

Impacto sobre la flora y la fauna.

Dependiente de la amplitud de las mareas y localización puntual.

Definitivamente, es la energía cinética de grandes cuerpos de agua en movimiento o del ascenso y descenso del agua del mar. Esta se conforma básicamente por la energía mareomotriz, de barrera de mareas y dinámicas.

Sin embargo esta logra aparecer por primera vez en “Rance, el país Francés, en el año 1967 donde se logra aprovechar el movimiento de las mareas para fabricar energía y posteriormente con la segunda planta más grande en Kislogubskaya Rusia en el Mar de Barents 1968.

¿Por qué utilizar la energía marina?

Los dilemas para crear energía más cortés con el medio ambiente están siempre ahí solo falta emplearlas y comenzar a proponerse actuaciones viables que gracias a la tecnología, cada vez son más beneficiosas como la electricidad que podemos fabricar por la energía marina.

Estamos hablando de la energía que podemos extraer de los mares recordando que, el 70% del planeta está ocupado por agua, con un 97% proveniente de los mares y océanos.

Así que la mayoría de países del mundo disponen de costas para empezar a aprovechar el agua de los mares para obtener energía.

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Calor del Sol

Calor del sol

Nuevo material obtenido desde el calor del sol y revolucionara las energías renovables. En los ultimos años la energía solar representa menos del 2 por ciento de la electricidad de EE. UU.

Pero podría compensar más si el costo de generación de electricidad y almacenamiento de energía para uso en días nublados y en la noche fuera más barato.

Un equipo liderado por la Universidad de Purdue desarrolló un nuevo material y proceso de fabricación que permitiría una forma de utilizar la energía solar, como energía térmica, más eficiente en la generación de electricidad.

Compartimos contigo nuestro episodio de podcast sobre el articulo

La innovación es un paso importante para poner la generación de calor a electricidad solar en competencia de costo directo con combustibles fósiles, que generan más del 60 por ciento de la electricidad en los Estados Unidos.

“Almacenar la energía solar como calor ya puede ser más barato que almacenar energía a través de baterías, por lo que el siguiente paso es reducir el costo de generar electricidad a partir del calor del sol con el beneficio adicional de cero emisiones de gases de efecto invernadero”, dijo Kenneth Sandhage, profesor de Reilly de Purdue. Ingeniería de materiales.

La investigación, que se realizó en Purdue en colaboración con el Instituto de Tecnología de Georgia, la Universidad de Wisconsin-Madison y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge.

Este trabajo se alinea con la celebración de Saltos gigantes de Purdue, reconociendo los avances globales de la universidad para una economía y un planeta sostenibles como parte del 150 aniversario de Purdue. Este es uno de los cuatro temas del Festival de Ideas de la celebración de un año, diseñado para mostrar a Purdue como un centro intelectual que resuelve problemas del mundo real.

La energía solar no solo genera electricidad a través de paneles en granjas o en tejados. Otra opción son las plantas de energía concentrada que funcionan con energía térmica.

Las plantas de energía solar concentrada convierten la energía solar en electricidad utilizando espejos o lentes para concentrar mucha luz en un área pequeña, lo que genera calor que se transfiere a una sal fundida. El calor de la sal fundida se transfiere a un fluido “de trabajo”, el dióxido de carbono supercrítico, que se expande y funciona para hacer girar una turbina para generar electricidad.

Para abaratar la energía de la energía solar, el motor de turbina tendría que generar aún más electricidad para la misma cantidad de calor, lo que significa que el motor necesita funcionar más caliente.

El problema es que los intercambiadores de calor, que transfieren calor de la sal fundida caliente al fluido de trabajo, actualmente están hechos de acero inoxidable o aleaciones a base de níquel que se ablandan demasiado a las temperaturas más altas deseadas y a la presión elevada del dióxido de carbono supercrítico.

Sandhage trabajó en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, para inspirarse en los materiales que su grupo había combinado previamente para fabricar materiales “compuestos”.

Los cuales se pueden manejar a altas temperaturas y presiones para diferentes aplicaciones.

Como por ejemplo: las boquillas de cohetes de combustible sólido y compuesto para intercambiadores de calor más robustos.

Dos materiales se mostraron prometedores juntos como un compuesto: el carburo de circonio cerámico y el tungsteno metálico.

Los investigadores de Purdue crearon placas del compuesto cerámico-metal. Las placas albergan canales personalizables para adaptar el intercambio de calor, en base a simulaciones de los canales llevados a cabo en Georgia Tech por el equipo de Devesh Ranjan.

Las pruebas mecánicas realizadas por el equipo de Edgar Lara-Curzio en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y las pruebas de corrosión realizadas por el equipo de Mark Anderson en Wisconsin-Madison ayudaron a demostrar que este nuevo material compuesto podría adaptarse para soportar con éxito el dióxido de carbono supercrítico de alta presión y que se necesita para generar Electricidad más eficiente que los intercambiadores de calor actuales.

Un análisis económico realizado por los investigadores de Georgia Tech y Purdue también mostró que la fabricación ampliada de estos intercambiadores de calor podría realizarse a un costo comparable o más bajo que el de los de acero inoxidable o de aleación de níquel.

“En última instancia, con un desarrollo continuo, esta tecnología permitiría la penetración a gran escala de energía solar renovable en la red eléctrica”, dijo Sandhage. “Esto significaría reducciones dramáticas en las emisiones de dióxido de carbono de la producción eléctrica hechas por el hombre”.

En el universo, el sol es solo una “pequeña” estrella, de unos 5 mil millones de años, a 150 millones de kilómetros de nosotros y 1.300.000 veces más grande que la Tierra.

El calor del sol y la radiación energética que nos envía es el resultado de reacciones de fusión nuclear en cadena transformación del hidrógeno en helio.

Que genera, en su superficie, una radiación de una potencia estimada en aproximadamente 66 millones de vatios por m ².

Cuando hablamos de energía solar, nos referimos al uso directo de esta por parte del hombre y no a la valorización de otras fuentes de energía renovable como resultado de la transformación indirecta de la radiación solar, como la viento, biomasa, …

Podemos distinguir dos tipos principales de conversiones, que, a su vez, determinarán, aguas arriba, modos particulares de captura y, aguas abajo, soluciones específicas para el transporte y el almacenamiento.

La primera conversión de la radiación solar es tan universal como “obvia”: tan pronto como la energía de la luz del sol se encuentra con el material, transforma directamente parte de él en calor. Esto se llama conversión térmica , y también se basa en este principio en los principales procesos de calentamiento solar interesantes en una región como Valonia.

La segunda forma de transformación es el resultado de la tecnología moderna y el descubrimiento de materiales semiconductores: es la conversión fotovoltaica , que permite producir directamente energía eléctrica a partir de la radiación solar.

A nivel mundial, el campo de aplicaciones abierto por estas nuevas células solares está en pleno desarrollo. Sin embargo, su uso sigue siendo más limitado en una región de luz solar moderada como Valonia, pero también lo discutiremos.

El poder de la radiación.

Cien litros de combustible por metro cuadrado.

La radiación de energía  que nos envía el sol es el resultado de reacciones de fusión nuclear en una cadena (transformación de hidrógeno en helio) que genera, en su superficie, una radiación de una potencia estimada de aproximadamente 66 millones de vatios por m².

Esta energía, a medida que se aleja de su fuente, pierde su intensidad y cuando alcanza los límites de la atmósfera de la Tierra (a una altitud de aproximadamente 2500 km), representa un suministro de energía. – llamada la “constante solar” – que, en este nivel, se estima en 1.353 vatios por m², es decir, cerca de 180.000 millones de kilovatios.

Sin embargo, la potencia recibida a nivel del suelo es menor. De hecho, las gotas de agua que forman nubes y polvo atmosférico reflejan una cierta fracción de la radiación solar.

Además, otra parte importante es absorbida por la capa de nubes y el polvo en suspensión, pero también por el vapor de agua y los diversos gases que componen la atmósfera.

Esta absorción provoca el calentamiento de la atmósfera y la reemisión de una radiación de longitud de onda inferior a la radiación solar directa, por lo tanto, de menor energía, constituyendo lo que se llama la radiación “difusa” que emana de las masas atmosféricas que nosotros “escondemos” el sol.

Radiación difusa

Lógicamente, cuanto más bajo está el sol en el horizonte, mayor es la capa de aire atravesada por los rayos, menos energía llega al nivel del suelo.

Esto significa que la energía recibida varía según el lugar, la hora del día, la estación y las condiciones climáticas. En Bélgica, más de la mitad de esta energía en realidad proviene de la radiación difusa.

Para solucionar las ideas, podemos decir que la insolación total anual en Valonia es en promedio de aproximadamente 1,000 kWh por m², de superficie horizontal.

Que corresponde a 100 litros de combustible por m² y por año. Esto representa más de 5 veces la cantidad de energía consumida por un hogar promedio, sin tener en cuenta las pérdidas de rendimiento inherentes a la conversión de energía solar.

A modo de comparación, en el Sahara, la energía anual total recibida es mayor que 2.

las 5 principales familias de energía renovables

Este es uno de los temas más candentes de nuestro tiempo: ¡el desarrollo de energías renovables ! La agencia estadística europea Eurostat hizo un balance de la participación de estas energías en el consumo general de energía de calor del sol en Europa.

Según esta organización, su proporción alcanzó casi el 18% en 2017, en comparación con el 17% en 2016. Está creciendo en 19 de los 28 Estados miembros de la UE. En el futuro en Europa, los objetivos se establecen en 20% en 2020 y 30% en 2030.

Energía solar fotovoltaica y térmica

¡Es la energía de la radiación solar! Viene en dos formas: energía fotovoltaica y energía térmica. El primero, fotovoltaico, proviene de la luz solar y calor del sol.

Se recolecta utilizando células y paneles fotovoltaicos que transforman la energía recolectada en electricidad. El segundo es la energía térmica. Se genera por el calor del sol que, por ejemplo, en un juego de espejos, calienta un fluido.

Es un recurso inagotable pero caprichoso: está, por definición, sujeto a riesgos climáticos. ¡Sin sol, sin electricidad!

Energía hidráulica

Se genera por las corrientes marinas o el movimiento del agua. A diferencia de la instalación de paneles solares que puede instalar en su jardín si lo desea, requiere una infraestructura significativa. Tierra adentro, se produce a través de presas y sus turbinas. En el mar, se explota de varias formas:

  • Energía de las mareas : gracias a las mareas y corrientes asociadas a ellas;
  • Energía térmica : explota las diferencias de temperatura entre aguas profundas y superficiales;
  • energía osmótica : derivada de la diferencia de salinidad entre el agua salada y el agua dulce;
  • Energía ondulatoria: explotada por olas y olas.

La energía eólica

Se extrae de la fuerza del viento. Así sujeto, como el solar, los riesgos climáticos. Sin viento, sin energía. Para evitar averías demasiado frecuentes, las turbinas eólicas se instalan en regiones ventosas en tierra (turbinas eólicas en tierra) o en alta mar (costa afuera).

Energía de biomasa

Proviene de la combustión de materiales orgánicos como la madera, los desechos orgánicos y la explotación de ciertas plantas.

Actualmente es la primera fuente de energía renovable producida en España y Francia. El vapor de agua liberado por la combustión de materia vegetal o animal en una planta de biomasa se envía a turbinas que generan energía.

Energía geotérmica

Esta energía se extrae del calor contenido en los sótanos. ¿Sabías que apenas 30 kilómetros bajo nuestros pies, reina una temperatura de … 1000 grados! Sin ir allí, hace calor allí abajo. Entre 10 y 100 metros de profundidad, hay una temperatura de hasta 30 °.

 Al atraer este calor bajo nuestros pies, se puede usar para calentar con bombas de calor, pero también para producir electricidad.

 

 

 

 

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