ENERGIA MAREOMOTRIZ
1. OBJE OBJETI TIV VOS • General •
Realizar un estudio de la energía mareomotriz, tomando en cuenta un análisis desde su mismo estado natural hasta las posibilidades de su aplicación como una fuente de energía utilizable.
• Específicos • •
•
Conocer afondo las posibilidades de obtener energía a partir del mar. Comprender cómo funcionan las energías provenientes de las olas su posible aplicación. !res !resen enta tarr algu alguna nass impo import rtan ante tess cent centra rale less mare mareom omot otri rice cess su funcionamiento.
2. INTR INTROD ODUC UCCI CION ON "a energía mareomotriz se debe a las fuerzas de atracción gravitatoria entre la "una, la #ierra el $ol. "a energía mareomotriz es la %ue resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares seg&n la posición relativa de la #ierra la "una, %ue resulta de la atracción gravitatoria de esta <ima del $ol sobre las masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede puede aprovec aprovechar harse se interp interponi oniendo endo partes partes móvile móviless al movimi movimient ento o natura naturall de ascenso o descenso de las aguas, 'unto con mecanismos de canalización depósito, para obtener movimiento en un e'e. (ediante su acoplamiento a un alte alterna rnado dorr se pued puede e util utiliz izar ar el sist sistem ema a para para la gene generac ración ión de elect electri rici cida dad, d, trans transfo forma rmando ndo así así la ener energí gía a mare mareom omot otriz riz en energ energía ía el)c el)ctr tric ica, a, una una form forma a energ)tica más &til aprovechable. Es un tipo de energía renovable limpia. "a energía mareomotriz tiene la cualidad de ser renovable, en tanto %ue la fuente de energía primaria no se agota por su e*plotación, es limpia, a %ue en la transformación energ)tica no se producen subproductos contaminantes gaseosos, lí%uidos o sólidos. $in embargo, la relación entre la cantidad de energía %ue se puede obtener con los medios actuales el coste económico ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una proliferación notable de este tipo de energía.
+tras formas de e*traer energía del mar son las olas, la energía termo oceánica- de la diferencia de temperatura entre la superficie las aguas profundas del oc)ano, el gradiente t)rmico oceánico, la energía undimotriz es la energía %ue permite la obtención de electricidad a partir de energía mecánica generada por el movimiento de las olas
3. TEORÍA DE LAS MAREAS OCEÁNICAS !ara una maor comprensión de la energía mareomotriz, primero se debe entender la fuente de energía, es decir las mareas. En este se pretende dar una descripción general del fenómeno, %ue permita entender el comportamiento de las mareas en el tiempo su forma cíclica, además de mostrar la influencia %ue tiene la geografía local sobre las mareas.
3.1 MAREA "a marea es el cambio periódico del nivel del mar producido principalmente por la fuerza de atracción gravitatoria %ue e'ercen el $ol la "una sobre la #ierra. un%ue dicha atracción se e'erce sobre todo el planeta, tanto en su parte sólida como lí%uida gaseosa, la atracción de la "una el $ol, 'untos o por separado, sobre las aguas de los mares oc)anos. $in embargo, ha %ue indicar %ue las mareas de la litosfera son prácticamente insignificantes, con respecto a las %ue ocurren en el mar u oc)ano /%ue pueden modificar su nivel en varios metros0 , sobre todo, en la atmósfera, donde puede variar en varios 1m de altura, aun%ue en este caso, es mucho maor el aumento del espesor de la atmósfera producido por la fuerza centrífuga del movimiento de rotación en la zona ecuatorial /donde el espesor de la atmósfera es mucho maor0 %ue la modificación introducida por las mareas en dicha zona ecuatorial. +tros fenómenos ocasionales, como los vientos, las lluvias, el desborde de ríos los tsunamis provocan variaciones del nivel del mar, tambi)n ocasionales, pero no pueden ser calificados de mareas, por%ue no están causados por la fuerza gravitatoria ni tienen periodicidad.
4. ENERGIA MAREOMOTRIZ: "a energía mareomotriz es la %ue se obtiene aprovechando las mareas mediante el uso de un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía el)ctrica, una forma energ)tica más segura aprovechable. Es un tipo de energía renovable, en tanto %ue la fuente de energía primaria no se agota por su e*plotación, es limpia a %ue en la transformación energ)tica no se producen subproductos contaminantes gaseosos, lí%uidos o sólidos. $in embargo, la relación entre la
cantidad de energía %ue se puede obtener con los medios actuales el coste económico ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una penetración notable de este tipo de energía. "a energía mareomotriz es la %ue se obtiene aprovechando las mareas, mediante su empalme a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía el)ctrica, una forma energ)tica más segura aprovechable. El sistema consiste en aprisionar el agua en el momento de la alta marea liberarla, obligándola a pasar por las turbinas durante la ba'amar en algunas centrales tambi)n se aprovecha el proceso contrario para generar energía. "a energía gravitatoria terrestre lunar, la energía solar la eólica dan lugar, respectivamente, a tres manifestaciones de la energía del mar mareas, gradientes t)rmicos olas. 2e ella se podrá e*traer energía mediante los dispositivos adecuados. "a energía de las mareas o mareomotriz se aprovecha embalsando agua del mar en ensenadas naturales haci)ndola pasar a trav)s de turbinas hidráulicas. "a leve diferencia de temperaturas llega entre la superficie las profundidades del mar /gradiente t)rmino0, constitue una fuente de energía llamada mareomot)rmica. "a energía de las olas es producida por los vientos resulta mu irregular. Ello ha llevado a la construcción de m<iples tipos de má%uinas para hacer posible su aprovechamiento.
!a" tre" categoría" de mo#imiento" de la" agua" del mar$ 2ebido a las acciones con'untas del $ol la "una se producen tres tipos de alteraciones en la superficie del mar • • •
"as corrientes marinas "as ondas las olas. "as mareas.
3igura 4.5formacion de mareas debido al sol la luna /Equipo2Fae - energía mareomotriz 0 "as corrientes marinas son grandes masas de agua %ue, como consecuencia de su calentamiento por la acción directa e*clusiva del $ol, se desplazan horizontalmente- son, pues, verdaderos ríos salados %ue recorren la superficie de los oc)anos. En su formación influe tambi)n la salinidad de las aguas. "a anchura profundidad de las corrientes marinas son, a veces considerables, )sta <ima alcanza en algunos casos centenares de metros. El sentido en el %ue avanzan es diferente en los hemisferios, boreal austral. lgunas corrientes pasan de uno a otro hemisferio, otras se originan, avanzan, se mueven se diluen o mueren en el mismo hemisferio en el %ue nacen. "as traectorias de tales corrientes son constantes, )sta circunstancia es la %ue aprovechó el hombre durante la larga )poca de la navegación a vela- fue la primera &nica utilización de la fuerza de las corrientes marinas. El conocimiento de las corrientes marinas, de su amplitud, sentido, velocidad, etc., tiene una importancia considerable para los navegantes. 6na de sus acciones es desviar de su ruta a los bu%ues %ue penetran en ellas- favorecen o entorpecen la navegación seg&n el sentido en %ue se la recorra. "a gran corriente caliente del Golfo, la cual se dirige desde el Golfo de ()*ico a las costas occidentales de Europa, no solo dulcifica el clima de )stas por sus temperaturas, sino %ue
facilita además la travesía del tlántico a los bu%ues %ue se dirigen de +este a Este. 7ing&n otro efecto favorable ha podido obtener el hombre de la enorme energía cin)tica de las corrientes marinas. !ero los resultados venta'as de otro orden /climáticas, antropogeográficas, económicas, etc.0 son incalculables. Es un tipo de energía renovable, en tanto %ue la fuente de energía primaria no se agota por su e*plotación, es limpia a %ue en la transformación energ)tica no se producen subproductos contaminantes gaseosos, lí%uidos o sólidos. $in embargo, la relación entre la cantidad de energía %ue se puede obtener con los medios actuales el coste económico ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una penetración notable de este tipo de energía. +tras formas de e*traer energía del mar son las olas /energía undimotriz0, de la diferencia de temperatura entre la superficie las aguas profundas del oc)ano, el gradiente t)rmico oceánico- de la salinidad, de las corrientes marinas o la energía eólica marina. "os m)todos de generación mediante energía de marea pueden clasificarse en estas tres
1.1 Generador de la corriente de marea "os generadores de corriente de mareputotifiogdfa Tidal Stream Generators /o #$G por sus iniciales ingl)s0 hacen uso de la energía cin)tica del agua en movimiento a las turbinas de la energía, de manera similar al viento /aire en movimiento0 %ue utilizan las turbinas eólicas. Este m)todo está ganando popularidad debido a costos más ba'os a un menor impacto ecológico en comparación con las presas de marea.
1.% &re"a de marea "as presas de marea hacen uso de la energía potencial %ue e*iste en la diferencia de altura /o p)rdida de carga0 entre las mareas altas ba'as. "as presas son esencialmente los di%ues en todo el ancho de un estuario, sufren los altos costes de la infraestructura civil, la escasez mundial de sitios viables las cuestiones ambientales.
1.3 Energía mareomotriz dinámica
"a energía mareomotriz dinámica /2namic tidal po8er o 2#!0 es una tecnología de generación teórica %ue e*plota la interacción entre las energías cin)tica potencial en las corrientes de marea. $e propone %ue las presas mu largas /por e'emplo 9: a ;: 1m de longitud0 se construan desde las costas hacia afuera en el mar o el oc)ano, sin encerrar un área. $e introducen por la presa diferencias de fase de mareas, lo %ue lleva a un diferencial de nivel de agua importante /por lo menos <.9 metros0 en aguas marinas ribere=as poco profundas con corrientes de mareas %ue oscilan paralelas a la costa, como las %ue encontramos en el Reino 6nido, China Corea. Cada represa genera energía en una escala de > a 4? G@.
5. CENTRAL MAREOMOTRIZ Estas centrales convierten la energía de las mareas en electricidad a trav)s de una turbina. $u funcionamiento es como el embalse de un rió.
El deposito de agua es llenado cuando la marea es alta esta agua se guarda hasta %ue la marea ba'a, despu)s de esto se libera a trav)s de una red de conductos mu estrechos %ue con auda de su tama=o se obtiene mucha maor presión para %ue despu)s pase por el canal de carga hacia el mar así acciona la h)lice de la turbina haci)ndola girar para %ue mueva el generador con esto se produzca la electricidad. El lugar ideal donde se deben de poner estas centrales mareomotrices son en un estuario, bahía o un río donde el agua de mar pueda entrar. !ara %ue la central sea un )*ito, el lugar donde se construa debe tener una variación mínima de ; metros entre la marea alta la ba'a.
'uncionamiento$
El funcionamiento es sencillo, cuando se eleva la marea se abren las compuertas de del di%ue la cual ingresa en el embalse. 2espu)s cuando llega a su nivel má*imo el embalse, se cierran las compuertas. 2espu)s cuando la marea desciende por deba'o del nivel del embalse alcanzando su amplitud má*ima entre este el mar se abren las compuertas de'ando pasar el agua por las turbinas a trav)s de los estrechos conductos. El dise=o de las centrales puede ser diferente pero basicamente tienen la misma función.
6. LA ENERGIA MAREOMOTRIZ EN EL MUNDO (PLANTAS: "a energía mareomotriz es un tipo de energía renovable completamente libre de emisiones subproductos contaminantes, obtenida del aprovechamiento de las mareas. $in embargo, la relación entre la cantidad de energía %ue se puede obtener 'unto a su coste económico ambiental, han sido un impedimento notable hasta ahora para el uso generalizado de este tipo de energía. En Fieras de la Ingeniería, enumeramos las cinco plantas de energía mareomotriz más grandes del mundo, incluidas las a operativas así como las %ue se encuentran en proceso de construcción clasificadas por la capacidad instalada inicial.
1 &lanta de Energía Mareomotriz i()a !a*e+ ,orea del ur$
,on una caacidad de roduccin el/ctrica de %0 M2 , la planta de energía mareomotriz i()a !a*e localizada en el "ago $ih8a a unos A 1m de la ciudad de $iheung, en la provincia de Geonggi de ,orea del ur , es la planta de energía mareomotriz más grande del mundo. El proecto, propiedad de la Corporación de Recursos Bídricos de Corea, fue inaugurada en agosto de <:44 contando con un malecón de 4<,; 1ilómetros de longitud construido en 4A, con el ob'etivo de prevenir inundaciones para cumplir con propósitos agrícolas. "a energía de la planta es generada en las entradas de marea en la cuenca de 9: 1mD con la auda de 4: turbinas de bulbo sumergidas de <;,A (@, utilizándose ocho tipos de compuertas de esclusa para la salida de agua desde el di%ue. El proecto de energía mareomotriz fue construido entre <::9 <:4: con un presupuesto de <;>, millones de euros, siendo la compa=ía 2ae8oo Engineering F Construction la responsable de la ingeniería, suministro construcción /E!C0 para el proecto. En la actualidad, la capacidad de generación anual de las instalaciones se sit&an en los ;;<,? G@h.
% &lanta de Energía Mareomotriz !a Rance+ 'rancia$ "a planta de energía mareomotriz de "a Rance de
> siendo por tanto la estación de energía mareomotriz más antigua la
segunda más grande del mundo. "a planta de energía renovable, actualmente operada por Electricit) de 3rance /E230, tiene una capacidad de generación anual de ;A: G@h. "a planta de energía mareomotriz de "a Rance, llevada a cabo entre 4>4 4>>, consistió en la construcción de una presa de 4A;,4 m de longitud con seis compuertas de ruedas fi'as un di%ue de 4>9,> m de largo, siendo el área de la cuenca abarcada por la planta de <<,< 1mD. El lugar donde se sit&a las instalaciones cuenta con un rango de marea media de ,< m, el más alto de 3rancia, permitiendo producir energía a trav)s de
3 &lanta de Energía Mareomotriz Tidal !agoon+ Reino nido$ "a planta #idal "agoon de
"a planta estará ubicada en un área con un rango de marea media de ,; m, constru)ndose un di%ue de ,; 1m de longitud para crear una laguna acordonando 44,; 1mD de mar. "a planta utilizará turbinas de bulbo reversibles para generar energía cuando el agua entre salga de la laguna a trav)s de la subida ba'ada de las mareas. El innovador proecto de energía mareomotriz está programado para comenzar en <:4;, mientras %ue su puesta en marcha completa está prevista para el <:4. "a planta, con una capacidad de generación de energía estimada en A:: G@h anuales, proveerá de energía a más de 4<:.::: hogares durante un período de 4<: a=os.
&ro4ecto de Energía Mareomotriz Me4Gen+ E"cocia$ El !roecto de Energía (areomotriz (eGen situado en el Inner $ound de !entland 3irth en la costa norte de Caithness, Escocia, es actualmente el proecto de energía basado en turbinas mareomotrices más grande del mundo en fase de desarrollo. "os permisos del Gobierno de Escocia para la construcción en alta mar de la primera fase de las instalaciones con una capacidad instalada de > (@, fueron aprobados a finales de <:49. 7o obstante aun%ue todavía no sea oficial se espera %ue, si los resultados son satisfactorios, la segunda fase de desarrollo del proecto permita aumentar la capacidad instalada a un total de 9 (@ en <:<:. El proecto (Gen fue iniciado en <::> por la compa=ía escocesa (eGen, una empresa con'unta entre la compa=ía de tecnología mareomotriz tlantis Resources (organ $tanle, ad%uiriendo finalmente )sta primera la propiedad
total del proecto en diciembre de <:49. $e espera %ue la construcción permita demostrar inicialmente la funcionalidad de hasta seis turbinas mareomotrices R4::: mono5rotor en <:4A, siendo estimada la puesta en marcha definitiva de la planta en <:4;. El primer prototipo de turbina mareomotriz R4::: de 4 (@, alcanza una altura de <<,; m un diámetro de rotor de 4 m, puesta a a prueba por el Centro Europeo de Energía (arina en <:44.
0 &lanta de Energía Mareomotriz Annaoli" Ro4al+ ,anadá$ "a planta de energía mareomotriz nnapolis Roal ubicada en la Cuenca de nnapolis, en la ahía de 3und en Canadá, cuenta con una capacidad instalada de <: (@ posicionándose como la tercera planta de energía mareomotriz más grande del mundo actualmente en servicio, generando ;: G@h de electricidad al a=o cubriendo las necesidades de energía de unos A.::: hogares. "a planta, operada por 7ova $cotia !o8er, entró en funcionamiento en 4A, despu)s de cuatro a=os de construcción. "a central consta de turbinas de cuatro palas compuertas de esclusa, las cuales permanecen cerradas con las mareas entrantes para crear un estan%ue en la parte ba'a del río nnapolis. Cuando las compuertas se abren el agua se desplaza hacia el mar impulsando la turbina para generar energía, siempre %ue la diferencia de altura se sit&e en 4,> m o más entre el estan%ue el mar con la ba'ada de la marea.
!. VENTAJAS DE LA ENERGÍA MAREOMOTRIZ 1 E" un recur"o reno#a5le "a energía mareomotriz es una fuente de energía renovable. Esta energía es el resultado de los campos gravitatorios de la luna el sol, combinados con la rotación terrestre sobre su e'e, %ue ocasiona mareas altas ba'as. Es esta diferencia de energía potencial de las mareas la %ue se puede usar para generar electricidad, a sea mediante generadores de corrientes de mareas /o #$G, por las siglas en ingl)s de #idal $tream Generators0, presas de mareas o la más reciente, energía mareomotriz dinámica /2#! o 2namic #idal !o8er0. !uesto %ue la acción gravitatoria de sol luna, así como la rotación de la tierra seguirán e*istiendo por muchos billones de a=os todavía, la energía mareomotriz es una fuente de energía renovable.
% Energía limia "a energía mareomotriz es una fuente de energía respetuosa con el medioambiente. demás de ser una fuente de energía renovable, no emite ning&n gas de efecto invernadero por otro lado, otra gran venta'a es %ue no demanda mucho espacio.
$in embargo, al estar todavía en desarrollo e*isten mu pocos e'emplos de verdaderas plantas mareomotrices por lo tanto, no podemos saber a ciencia cierta cuáles son sus efectos sobre el medioambiente /fondos marinos, flora fauna oceánica0.
3.- E" redeci5le "as mareas son predecibles, sabemos cuándo se van a dar las mareas altas cuando ba'a la mar. l conocer estos ciclos, se hace más fácil la construcción de sistemas con las dimensiones adecuadas, puesto %ue sabemos %u) potencia podemos esperar en cada caso. "as turbinas empleadas son mu parecidas a las de la energía eólica, tanto en tama=o forma, como en la potencia instalada. 7o obstante tienen limitaciones diferentes.
.- on e6iciente" a 5a7a" #elocidade" !uesto %ue el agua es 4::: veces más densa %ue el aire, es posible generar electricidad a ba'a velocidad. Incluso con velocidades de 4 mJs puede obtenerse energía.
0.- !arga #ida 8til un%ue como se ha dicho todavía ha pocos e'emplos, la planta mareomotriz de "a Rance en 3rancia lleva en funcionamiento desde 4>> ho en día sigue produciendo gran cantidad de electricidad.
". INCONVENIENTES DE LA ENERGÍA MAREOMOTRIZ 1.- E6ecto" en el medioam5iente Como se ha dicho anteriormente, los efectos de plantas mareomotrices en el medioambiente todavía no están mu claros. #odo lo %ue sabemos es %ue estas centrales producen energía limpia, pero no sabemos si estamos pagando alg&n tipo de precio para el futuro. $i las comparamos con las presas hidroel)ctricas, las centrales mareomotrices K %ue de manera similar blo%uean el paso libre del agua 5, podrían tener efectos parecidos en hábitats marinos. !or ello, los proectos de investigación tambi)n ponen especial acento en este aspecto a%uí presentamos algunos posibles impactos ambientales
Imacto" Am5ientale" En general este tipo de e*tracción de energía se considera de grandes impactos ambientales negativos. En esta sección se comentarán los distintos impactos ambientales asociados a esta actividad.
,on"truccin "a construcción de la barrera tiene impactos ambientales significativos en el fiordo. "os impactos ambientales asociados a la construcción son principalmente el ruido, el alto tráfico de vehículos de construcción problemas con la calidad del agua, lo %ue puede afectar tanto a la fauna marina como a los pá'aros.
Ecología 2urante la operación de la barrera, el área inundada por la diferencia de marea se verá inundada menos frecuentemente cambiará el drena'e del suelo en esa zona. Esto produce severos cambios de hábitat a las especies %ue viven en esa zona, afecta directamente tanto a los pá'aros como a los peces %ue se alimentan de estas especies. demás se espera %ue producto a una disminución importante de la turbiedad en el agua, el plancton las algas incrementen en cantidad. !ara cada fiordo las especies son distintas, por lo %ue se debe estudiar cada uno por separado. "a barrera impide el paso de las especies migratorias de peces causando un elevado impacto en la población de estas especies. demás está el riesgo de %ue los peces pasen a trav)s de la turbina con consecuencias de herir hasta matar peces. Estos impactos se pueden mitigar con obras como escalera de peces, con re'as o dise=os de turbinas de una menor velocidad, entre otras alternativas de mitigación.
,alidad del Agua 2ebido a los efectos físicos de una barrera en las corrientes, profundidad del agua la turbiedad tiene impactos directos en la calidad del agua. Estos impactos tienen estrecha relación a las actividades económicas %ue implican descargas al fiordo embalsado a sus alrededores. En t)rminos generales los impactos a la calidad del agua son los siguientes L 6na barrera reduce la mezcla del agua de mar en el estuario la absorción de o*igeno del agua embalsada, afectando tambi)n la concentración de distintos contaminantes.
L "a concentración de sólidos suspendidos en la columna de agua embalsada disminue debido al efecto sedimentador de la barrera. L $i e*isten descargas de aguas servidas al estuario se espera un aumento considerable en el nivel de eutroficación en la zona. El nivel de impacto de los puntos antes mencionados cambia en cada fiordo, por lo %ue se debe estudiar profundamente cada uno por separado.
%.- ,ercanía a tierra "as centrales mareomotrices re%uieren ser construidas cerca de tierra firme %ue es donde se dan las diferencias más marcadas entre mareas, esto ello conlleva un impacto visual, ocupación de zonas costerasM En un futuro, %uizás sea posible situarlas en zonas de alta mar.
3.- Tecnología cara l ser unas tecnologías nuevas resultan menos competitivas %ue otras establecidas potenciadas desde hace más tiempo, la energía resultante es significativamente más cara %ue la obtenida con centrales nucleares, t)rmicas, u otras fuentes de energía renovables.
#. BIBLIOGRA$IA: (tt$99))).6iera"delaingenieria.com9la"-lanta"-de-energiamareomotriz-ma"-grande"-del-mundo9 (tt"$99))).4outu5e.com9)atc(:#;1E? (tt"$99))).4outu5e.com9)atc(:#;3%@>A#532? (tt$99energia"del6utura"o.5log"ot.e9%BB<9BC9>ue-e"-4-como6unciona-una-central.(tml 2I=I&EDIA (tt"$99e>uio%6ae.)ordre"".com9energia-maremotriz9 Te"i" 'elie Ale7andro Ortega ?uiroz+&ro6e"or Guía r. &aulino Alon"o Ri#a" F DEARRO!!O DE NEA TE,NO!OGIA ,ON ENERGIA MAREOMOTRIZ &ARA E! ATO,ONMO DE !A HOA DE EJA!IZA,ION MARITIMA #esis /Robin (anuel $tuardo "u'án arrientos. sesorado por Ing. (arvin (arino Bernández 3ernández 5 Guatemala, gosto de <::; 567IHER$I22 2E $7 CR"+$ 2E G6#E("0 ENERGKA MAREOMOTRIZ +&REENTE 'TRO EN GATEMA!A.
Te"i" de grado Nordi $ebastián 2agO Punze +67IHER$I22 2E CBI"E 3C6"#2 2E CIE7CI$ 3Q$IC$ (#E(S#IC$ 2E!R#(E7#+ 2E I7GE7IERQ CIHI" <:: F A&ROE,@AMIENTO @IDROE!L,TRI,O DE !A MAREA &OIH!E DEARRO!!O EN ,@I!E
