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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.

 

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Qué es y cómo funciona la Energía Mareomotriz.

La energía Mareomotriz (Energía de las mareas) es el uso de la energía de las mareas en las zonas costeras de marea alta (la diferencia en el nivel del agua entre la marea alta y la marea baja se sucede entre sí).

El fenómeno de la marea es inducido por el efecto gravitacional sobre el océano de dos estrellas cercanas a nuestro planeta: la Luna y el Sol.

En contraste con las turbinas que capturan la energía cinética de las corrientes de marea, el principio de una planta de energía de las mareas se basa en un potencial de energía: la fuente de energía renovable mediante la reducción para generar electricidad aprovechando la diferencia de altura entre dos cuencas separadas por una presa.

Recordar en las mareas

El ritmo semi-diurno (dos mareas por día) del fenómeno de las mareas proviene de la rotación de la Tierra sobre sí misma.

La alternancia entre mareas altas y aguas muertas proviene de las posiciones relativas de la Luna y el Sol durante el mes lunar.

La Luna, menos masiva pero más cercana que el Sol, produce el efecto más significativo en las mareas de la Tierra.

Todos estos movimientos astrales se pueden calcular a lo largo de miles de años, lo que hace posible obtener una predicción de marea a muy largo plazo en términos de tiempo y amplitud.

Principio de funcionamiento de una planta de energía de marea

Una entrada o estuario en una zona de marea alta está equipada con una infraestructura que implementa turbinas de baja altura impulsadas por el flujo de agua de mar entre las dos cuencas (ubicadas en diferentes niveles).

Las condiciones naturales favorables para el establecimiento de sitios de mareas son:

  • un rango de marea mayor a 5 metros, idealmente entre 10 y 15 metros;
  • una profundidad de 10 a 25 metros debajo de los mares bajos;
  • un lecho de roca (o arena-grava) para fijar los cimientos de la infraestructura.

Es común distinguir dos tipos principales de infraestructura de mareas: la cuenca simple y la cuenca doble.

La cuenca simple:

Consiste en bloquear un brazo de mar mediante un trabajo capaz de retener un gran volumen de agua.

La presa que define la cuenca está perforada con aberturas, algunas tienen válvulas individuales, otras tienen válvulas con turbinas.

Existen entonces tres técnicas de producción de energía eléctrica:

  • el “efecto de vaciado simple”:

El embalse es, con las válvulas cerradas, “cerrado” durante la marea alta.

Luego, las válvulas se abren cuando el nivel del mar bajó lo suficiente para operar las turbinas (o “bulbos”) conectadas a los alternadores.

  • el “efecto de llenado simple”:

Por el contrario, el estanque se aísla durante la marea baja para obtener una diferencia de altura a medida que sube la marea.

Cuando la marea está alta, las válvulas se abren y el agua que ingresa a la cuenca de captura a través de las válvulas gira las turbinas.

Este método requiere mantener un nivel bajo en el brazo interior (lado del estanque) durante mucho tiempo y puede plantear problemas ambientales y usos para la navegación.

  • el “efecto doble”:

Las turbinas se giran tanto durante el llenado como durante el vaciado, lo que ofrece un rango de producción más largo.

El bombeo adicional permite optimizar las diferencias de nivel mientras se preserva el balance de energía.

La doble cuenca:

Consiste en agregar una cuenca artificial, ubicada más abajo que el nivel del mar (incluso en marea baja).

Debido al retraso diario de la marea, la generación de energía está disponible en ciertos días en hora punta y otros días en tiempos de bajo consumo.

Una cuenca adicional permite la explotación de una diferencia de potencial independientemente del nivel del agua del mar.

Es un medio de almacenamiento para un mejor control de la producción mediante la combinación de turbinado y bombeo.

Este dispositivo ofrece carreras de producción más largas, pero requiere una infraestructura más compleja y costosa.

También se está estudiando el concepto de lagunas artificiales más alejadas de la costa.

Para evitar los inconvenientes asociados con las grandes infraestructuras en la costa.

Tales dispositivos, sin embargo, requieren terraplenes más largos y, por lo tanto, serían más caros.

También asumen profundidades de aguas poco profundas, por lo que las áreas ya son muy codiciadas para otros usos.

No se ha construido una laguna artificial hasta la fecha para instalar una planta de energía mareomotriz.

Retos con energía

La vida útil de una planta generadora de energía mareomotriz puede exceder los 100 años.

En un sitio determinado, esta energía también puede proporcionar una producción masiva con una buena previsibilidad del suministro de energía eléctrica.

Y un bajo costo de producción en la fase de operación (cerca de la hidráulica de la montaña).

Por ejemplo, un proyecto muy grande, estudiado en el Estuario del Severn (Reino Unido) hasta fines de 2010, proyectaba:

12 900 GWh / año, o el 5% de la producción de electricidad del Reino Unido.

Finalmente fue abandonado en un contexto de rigor presupuestario debido a las inversiones necesarias (cerca de 24 mil millones de euros).

Sin embargo, el Reino Unido anunció un nuevo proyecto en marzo de 2015.

Los impactos ambientales potenciales a menudo se consideran inaceptables.

Para generalizar los sistemas de mareas en las costas de marea alta.

Esta es la razón principal por la que pocos proyectos han existido durante décadas cuando se trata de una tecnología madura.

En el contexto del enfoque de Gestión Integrada de Zonas Costeras (GIZC), esta tecnología puede considerarse.

Sin embargo para ciertos sitios apropiados después de consultas y una evaluación de impacto.

En India, un proyecto importante fue aislar una bahía para usarla como un estanque de energía mareomotriz.

Sin embargo, la contaminación de los ríos actualmente diluidos en el océano se habría concentrado en la bahía, lo cual era impensable.

Este problema de la contaminación de aguas arriba es un problema recurrente que no es una falla de las plantas generadoras de energía mareomotriz.

Sino de la atención que se presta a la calidad del agua.

Más allá de la producción de electricidad, las coactividades pueden agregar valor al modelo.

Como la acuicultura asociada, nuevas capacidades portuarias, una carretera en diques, protección costera contra erosión o marejadas, etc.

Actores principales

Inaugurada en 2011, España cuenta con la primera planta de energía mareomotriz del mundo, se encuentra localizada en Motrico, (Guipúzcoa).

Esta planta dispone de 16 turbinas que son capaces de producir 600.000 KW al año.

Esto es equivalente a la energía que consumen 600 personas aproximadamente.

La inversión total para este proyecto de gran envergadura.

Alcanzo los 6,7 millones de euros, de los cuales 2,3 millones de euros fueron destinados a la planta.

Y el restante del capital fue destinado a la construcción del dique.

Inaugurada en 2012, la planta de energía mareomotriz de Corea del Sur en Sihwa tiene una capacidad instalada del mismo orden de magnitud que la Rance:

Potencia de 254 MW para una producción estimada de 550 GWh / año.

En Incheon se está construyendo una planta de energía mareomotriz aún mayor (con una capacidad de 1.000 MW).

Otro proyecto coreano finalmente se está estudiando en Garorim Bay.

El Reino Unido está realizando estudios de viabilidad, pero la aceptabilidad de tales proyectos sigue siendo problemática.

En marzo de 2015, el gobierno británico anunció planes para construir una laguna artificial para instalar una planta de energía mareomotriz  en Swansea Bay (Costa de Gales).

Rusia también tiene proyectos bajo consideración.

Más allá de los ya mencionados, otros países con mareas apropiadas y condiciones ambientales podrían desarrollar proyectos de mareas en el mediano plazo: Argentina, Australia, Canadá, China e India.

Futuro

En el futuro, sin embargo, el poder de las mareas debe permanecer vinculado a los pocos sitios costeros que ofrecen características técnicas favorables a la vez que satisfacen los problemas de aceptabilidad ambiental y social.

Para superar estas contingencias costeras, podría desarrollarse en las instalaciones offshore mediano plazo que restablecerían un “tanque de marea” más lejos de la costa (lagunas).

Siempre que el coste de la transferencia de la energía para los consumidores basados ​​en tierra sigue siendo aceptable.

Definición y categorías

La potencia de las mareas es el empleo de la energía de las mareas en las sectores costeros de alto rango de mareas la única diferencia en el nivel del agua entre la marea alta y la marea baja se suceden.

El fenómeno natural de la marea se dice que es inducido por el efecto gravitacional en el océano de dos estrellas cerca de nuestro mundo: la Luna y el Sol.

A diferencia de los motores de marea que aprisionar la energía cinética de las corrientes de marea, el inicio de una planta de energía de marea se basa en la energía potencial: esta fuente de energía aprovecha la energía de marea para fabricar electricidad explotando la diferencia de altura entre las (Dos cuencas separadas por una presa).

La central eléctrica de Rance en Bretaña se dice que fue la primera central eléctrica de mareas importante en la tierra y durante un largo periodo, la más potente con una capacidad instaurada de 240 MW.

Operación técnica
Las Cifras clave (potencial)
  •  Lo poco explotado hasta el momento, el potencial de la energía de las mareas en la tierra se estima en casi 380 TWh / al año, o entre el 1,5% y el 2% de la fabricación  mundial de electricidad anual.
  • El Reino Unido posee muchos lugares para las plantas de energía mareomotriz. Su energia potencial se estima en 6,000 MW, que es 25 veces la capacidad instaurada de la planta de Rance.

Un pequeño potencial explotado

El gran potencial de la energía de las mareas en la tierra al día de hoy está muy poco explotado: poco más de 500 MW de capacidad instaurada, mientras tanto que el potencial global total se determina en 160 GW, o 380 TWh / año 1 .

No obstante, este potencial sigue siendo mucho más inferior que el de la energía hidroeléctrica terrestre, ya que la energía hidroeléctrica global producida por las represas convencionales subió a más de 3.600 TWh en el año 2012.

Logros en el mundo

La nación Francia fue pionera en energía mareomotriz con la apertura en el año 1966 de la planta de energía mareomotriz en La Rance,  muy cerca de Saint-Malo.

Se sabe que el lugar Rance posee los rangos de mareas más grandes de la tierra. En el XII ° molinos de cuchillas siglo ya se instauran allí para explotar la energía de las mareas.

Localizadas en 750 metros de ancho del estuario del Rance, los 24 motores de la central eléctrica poseen una potencia instaurada de 240 MW y estos funcionan en ambas direcciones, en mareas ascendiendo y descendiendo. La fabricación anual es de 540 GWh, el consumo de una ciudad de 300,000 ciudadanos.

Durante un largo periodo ha sido la potencia más potente de la tierra, por encima de todas las demás instauraciones en los países Canadá, China o Rusia. Pero fue derrocado en agosto del año 2011 por la central de energía mareomotriz de Sihwa, en Kyung Ki Bay  en Corea del Sur.

Tiene una capacidad instaurada de 254 MW, mucho mas de los 240 MW de la planta de Rance.

Proyectos futuros

Otros planes están en progreso, en etapas más o menos adelantadas.

  • Corea del Sur tiene el propósito de mantener su posición dominadora en el mundo edificando en Incheon Bay lo que que se convirtió, en junio del año 2017, en la planta más potente de toda la tierra, con 44 turbinas de 30 MW cada una.

 

  • Una nueva potencia registrada instaurada con 1.320 MW. Igualmente se sigue estudiando la posibilidad de una instauración en la bahía de Garolim, para una potencia de 520 MW, con tan solo 20 turbinas.

 

  • En la corrida por el gigantismo, también el Reino Unido ha mostrando sus ambiciones, con un gran proyecto, aún en estado de análisis, en Swansea Bay, Gales. Utilizaría la nueva practica de la laguna artificial, situada en el estuario del Severn 3 .

 

  • Esta  estaría dotada con 90 turbinas con una disposición entre 1.800 y 2.800 MW. Tidal Lagoon Power, la industria constructora, mostró una solicitud de permiso de construcción en el año 2017 para su puesta en marcha en el año 2022.

 

  • Pero el plan sigue estando controvertido. Tidal Lagoon Power está también  planeando otras cinco centrales de energía mareomotriz que, según la empresa, podrían suministrar el 8% de la solicitud de electricidad de la nación.

 

  • El país Canadá, con sus numerosas bahías, tiene alrededor de 200 lugares apropiados para plantas de mareas . Se están desarrollando análisis en la Bahía de Fundy, Nueva Escocia, el estuario de San Lorenzo y también  la isla de Vancouver en el Pacífico.
  • Se prevén otros planes, pero hasta el momento siguen en una etapa menos avanzada o inclusiveo teórica: el proyecto mega-ruso de Penjina ¡87 000 MW! En el mar de Okhotsk y el de Mezen en el mar Blanco, también un proyecto en el Golfo de Kutch en Gujarat, India, Proyecto Dalupiri cerca de la Isla Samar, en Filipinas.

Su peso en la mezcla energética.

La energía de las mareas figura una pequeña parte de la composición energética en la nación Francia. Sin embargo, incrementa la fabricación de electricidad renovable empleada en el territorio, lo que no es despreciable.

Se dice que esta energía renovable está muy por detrás de la llamada energía hidroeléctrica , que ocupa el primer puesto entre las energías renovables.

La razón de esta disminuida cantidad es que solo hay una planta de energía mareomotriz en la nación de Francia. Un mayor desarrollo incrementaría la participación de la electricidad fabricada por este modelo de planta.

Los impactos de tal presa

Con lo que respecta a la fauna marina, los peces más perennes pueden seguir pasando a través de la esclusa o las hélices de las turbinas.

La presa de Rance se ha transformado en un puente de carretera. Ahora accede a conectar Dinard y Saint-Malo de forma directa. Esto accede que la presa se utilice de otra manera.

Centrales eléctricas de marea alrededor del mundo

Las instauraciones de retención de energía de las mareas son pocas en toda el planeta. Los estuarios y las entradas donde pasan mareas de gran amplitud son pocos en número para ser explotables.

La central de mareas de La Rance es la primera en edificarse. Es el único en Francia. Que cuenta con 24 grupos de bombillas que fabrican 240 MW de energia.

En América del Norte, la única exclusiva central eléctrica de mareas esta situada en Annapolis Royal en Nueva Escocia, Canadá. posee una capacidad de 20 MW.