Energia mareomotriz

I. Introduccin

II. La energa mareomotriz

III. Metodos de generacin

A. Generador de corrientes de las mareas

B. Presa de mareas

C. Energa mareomotriz dinmica

IV. Las mareasV. Bases del funcionamiento de las centrales mareomotrices

VI. Ventajas de la energa maremotrizVII. DesventajasVIII. Ciclos de funcionamiento

A. Simple efecto

B. Doble efecto

C. Acumulacin por bombeo

D. Mltiples

IX. Estudio de viabilidad

X. La central mareomotriz del Rance

A. Grupos bulbo

La energa es la mayor o menor capacidad de realizar un trabajo o producir un efecto en forma de movimiento, luz, calor, etc. Es la capacidad para producir transformaciones.

Con un promedio de 4 Km. De profundidad, mares y ocanos cubren las tres cuartas partes de la superficie de nuestro planeta. Constituyen un enorme depsito de energa siempre en movimiento. En la superficie los vientos provocan las olas que pueden alcanzar hasta 12 metros de altura, 20 metros debajo de la superficie, las diferencias de temperatura (que pueden variar de -2 C a 25 C) engendran corrientes; por ltimo, tanto en la superficie como en el fondo, la conjugacin de las atracciones solar y lunar. La energa mareomotrizLa energa mareomotriz es la que se obtiene aprovechando las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares segn la posicin relativa de la Tierra y la Luna. Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la generacin de electricidad, transformando as la energa mareomotriz en energa elctrica, una forma energtica ms til y aprovechable. Es un tipo de energa renovable y limpia.

La energa mareomotriz tiene la cualidad de ser renovable, en tanto que la fuente de energa primaria no se agota por su explotacin, y es limpia, ya que en la transformacin energtica no se producen subproductos contaminantes gaseosos, lquidos o slidos. Sin embargo, la relacin entre la cantidad de energa que se puede obtener con los medios actuales y el coste econmico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una proliferacin notable de este tipo de energa.

Otras formas de extraer energa del mar son: las olas (energa undimotriz), de la diferencia de temperatura entre la superficie y las aguas profundas del ocano, el gradiente trmico ocenico; de la salinidad, de las corrientes marinas o la energa elica marina.

En Espaa, el Gobierno de Cantabria y el Instituto para la Diversificacin y Ahorro Energtico (IDAE) quieren crear un centro de I+D+i en la costa de Santoa. La planta podra atender al consumo domstico anual de unos 2.500 hogares.

Mtodos de generacinLos mtodos de generacin mediante energa de marea pueden clasificarse en estas tres:

Generador de la corriente de mareaLos generadores de corriente de marea (Tidal Stream Generators o ETG, por sus iniciales ingls) hacen uso de la energa cintica del agua en movimiento a las turbinas de la energa, de manera similar al viento (aire en movimiento) que utilizan las turbinas elicas. Este mtodo est ganando popularidad debido a costes ms bajos y a un menor impacto ecolgico en comparacin con las presas de marea.

Presa de mareaLas presas de marea hacer uso de la energa potencial que existe en la diferencia de altura (o prdida de carga) entre las mareas altas y bajas. Las presas son esencialmente los diques en todo el ancho de un estuario, y sufren los altos costes de la infraestructura civil, la escasez mundial de sitios viables y las cuestiones ambientales.

Energa mareomotriz dinmicaLa energa mareomotriz dinmica (Dynamic Tidal Power o DTP) es una tecnologa de generacin terica que explota la interaccin entre las energas cintica y potencial en las corrientes de marea. Se propone que las presas muy largas (por ejemplo: 30 a 50 km de longitud) se construyan desde las costas hacia afuera en el mar o el ocano, sin encerrar un rea. Se introducen por la presa diferencias de fase de mareas, lo que lleva a un diferencial de nivel de agua importante (por lo menos 2.3 metros) en aguas marinas ribereas poco profundas con corrientes de mareas que oscilan paralelas a la costa, como las que encontramos en el Reino Unido, China y Corea. Cada represa genera energa en una escala de 6 a 17 GW.

Las mareas

El fenmeno de las mareas, es decir, la fluctuacin peridica del nivel de los

ocanos, se debe principalmente a la atraccin gravitatoria de la Luna, en menor medida

del Sol y al movimiento de rotacin de la Tierra.Otros factores son la forma y fisionoma

del relieve de las costas y del fondo, los fenmenos meteorolgicos, etc.

La amplitud de una marea es extremadamente variable de un litoral martimo a

otro. Es nula en algunos mares interiores, de escaso valor en el Mediterrneo al igual

que en el ocano Pacfico y, por el contrario, se amplifica y alcanza valores notables en

determinadas zonas como el ocano Atlantico. Es all donde se registran las mareas mayores.

As en la costa meridional atlntica de Argentina, en la provincia de Santa Cruz,

alcanza una amplitud de 14 m. Pero an es mayor en otras zonas, como en las bahas del

Fundy, y en algunos lugares de las costas europeas de la Gran Bretaa y de Francia.

Bases del funcionamiento de las centrales mareomotrices

La tcnica de explotacin de la energa mareomotriz consiste en cerrar una baha

o un estuario con un dique, generando as una diferencia de nivel a ambos lados, es decir

energa potencial acumulada. La potencia se obtiene mediante turbinas con sus respectivos

generadores y dems equipamiento, las cuales se ponen en movimiento al pasar

el agua hacia el embalse y luego de este hacia el mar.

Ventajas de la energa maremotriz

autorenovable

no contaminante

silenciosa

Fig. 1: Ciclo simple efecto

de bajo costo de materia prima

no concentra poblacin

disponible en cualquier clima y poca del ao

no presenta problemas de sequa como la hidrulica

Desventajas

impacto visual y estructural sobre el paisaje costero

localizacin puntual que depende de la amplitud de las mareas

traslado de energa muy costoso

efecto negativo sobre la flora y la fauna

limitada

Hay que destacar que en lo respectivo al aspecto ecolgico, este tipo de energa

no contamina ya que no genera dixido de carbono u otros gases contaminantes, pero

tiene un efecto importante sobre la flora y fauna desde el momento en que modifica la

configuracin del rea baada por las aguas del mar y el tiempo de permanencia de las

mismas en las costas, alterando otras actividades como la acuicultura.

Ciclos de funcionamiento

Simple efecto

Se dispone de un embalse nico. El llenado del embalse se efecta con las compuertas

abiertas y el vaciado con turbinacin. Cuando sube la marea se abren las compuertas

y el embalse se llena. Cuando comienza a bajar la marea se cierran las compuertas

y se espera un tiempo, del orden de 3 horas, para alcanzar una diferencia de nivel

adecuada entre el mar y el embalse. A continuacin, durante 5 6 horas, se hace pasar

el agua por las turbinas generando energa elctrica.

Doble efecto

La generacin de energa se efecta con ambas mareas, lo que exige que las turbinas

operen eficazmente con un determinado caudal de agua en cualquier direccin,

funcionando tanto durante el llenado, como durante el vaciado del embalse.

La energa utilizable es menor debido a que las diferencias de niveles entre el

embalse y el mar son menores que en los ciclos de simple efecto, reducindose el rango

de variacin del nivel embalsado, y disminuyendo tambin el rendimiento al no ser posible optimizar las turbinas y el caudal, pero an as el factor de utilizacin de la plantaes mayor, lo que proporciona un 18% ms de energa que en los casos de simple efecto.

Los tiempos de funcionamiento son del orden de 6 a 7 horas por marea, lo que

supone entre 12 y 14 horas diarias de generacin de energa, con tiempos de espera entre

2 y 3 horas por marea.

Acumulacin por bombeo

Generan energa con ambas mareas y disponen de algn tipo de almacenamiento

por bombeo, lo que obliga a utilizar turbinas que sean capaces de funcionar no slo como

tales, sino tambin como bombas, cuando sean accionadas por los alternadores. El

nivel de generacin y la flexibilidad operativa se mejoran, lo que proporciona una mayor

eficiencia econmica, es decir, permiten un aprovechamiento ms racional y rentable

de la central, pudiendo llegar el aumento en la generacin al 10%..

El sistema de bombeo-turbinaje permite aumentar la generacin en funcin de

las necesidades de la red elctrica, ya que como bomba pueden impulsar al embalse

entre 1 y 2 m por encima del nivel de la pleamar, altura que en el turbinaje directo se

transforma en 6 ms metros, con la consiguiente ganancia de energa.

Mltiples

Utilizaran varios embalses, con lo que se podra generar energa de una forma

ms continua a lo largo del da; seran ms caros, pues exigiran una obra civil muy costosa.

Estudio de viabilidad

Los principales parmetros a considerar en un estudio de viabilidad son:

La longitud del dique

La superficie del embalse

El nivel mnimo del agua

La amplitud de la marea

La central mareomotriz del Rance

El primer intento de aprovechamiento de la energa de las mareas se realiz en

Francia, en la Rance, en las costas de Bretaa. En esta zona la amplitud de la marea

puede alcanzar mximos de 13,5 metros, una de los mayores del mundo.

El volumen de agua de mar que puede penetrar en el estuario es del orden de

20.000 m3/seg.

Un dique artificial cierra la entrada y una esclusa mantiene la comunicacin de

sta con el mar, asegurando la navegacin en su interior.

Todos los elementos de la central maremotriz como, generadores elctricos, mquinas

auxiliares, turbinas, talleres de reparacin, salas y habitaciones para el personal,

estn ubicados entre los muros del dique que cierra la entrada del estuario.

Funciona con un ciclo de doble efecto con acumulacin por bombeo. Su dique

tiene 700m de largo, 24m de ancho y 27m de alto (15 sobre el nivel medio del mar), 6

compuertas de 15m de longitud y 10m de altura y una esclusa que comunica, para pequeos

barcos, el mar con el estuario.

El embalse tiene una superficie de 20 km2 y una capacidad de 186 millones de

m3 entre pleamar y bajamar, es decir, el agua que se puede aprovechar en las turbinas.

Las turbinas son del tipo Bulbo, axiales y fueron diseadas para funcionar en los

dos sentidos de marea; tienen el alternador de 64 polos en la prolongacin del eje, alojado

en el interior de un bulbo, y aprovecha saltos de pequeo desnivel y gran caudal, su

regulacin se efecta mediante un distribuidor de 24 labes directrices orientables que

dirigen el agua hacia los labes tambin orientables del rodete, para conseguir siempre

que sea posible un rendimiento mximo y una velocidad sincrnica, pudiendo funcionar

tambin como bomba. La central posee 24 turbinas de 10 MW.

La energa neta generada a lo largo del ao es del orden de 550 GWh, (500 GWh

en turbinaje directo y 50 en turbinaje inverso), equivalente a 3.105 barriles de petrleo,

de la que se ha deducido la energa de 65 GWh consumida en el bombeo, (un 10% de la

energa generada).

Grupos bulbo

Un grupo bulbo se compone de:

Un conducto de entrada, que posteriormente se ensancha alrededor del bulbo que

contiene el generador-alternador

Un Bulbo en cuyo interior se encuentra el generador. El bulbo est unido al muro

exterior del conducto por aletas radiales que le sirven de soporte y al mismo

tiempo guan el agua.

Un distribuidor formado por 24 labes directrices que dirigen el agua en la direccin

conveniente hacia el rodete mvil. Estos labes son orientables mediante un mecanismo servomotor hidrulico accionado automticamente, para adaptar

su disposicin a las variaciones del caudal y altura del salto, manteniendo siempre

un elevado rendimiento.

La hlice, que permite mantener un valor alto del rendimiento para condiciones

variables, tanto del salto como del caudal.

El alternador de los grupos bulbo del Rance es sncrono de 10 MW y excitacin esttica,

funciona en el aire a 2 atm y tensin de 3500 V.

El rotor es un inductor que lleva 64 polos; est equipado de una bobina inductiva

de 8 espiras gruesas que permiten el paso de una corriente continua de excitacin

prxima a 1150 A. Este conjunto de polos inductores completos y la llanta, pesan unas

20 Tn.

Si bien la obtencin de energa es importante y la disponibilidad de la materia prima es

abundante, los costos de inversin inicial son muy elevados. Es una energa limpia ya

que no produce contaminacin atmosfrica, aunque su impacto en el ecosistema es significativo.

Sin duda el impacto al ecolgico requiere de una investigacin ms detallada

y profunda para alcanzar el equilibrio entre la posibilidad de aprovechamiento energtico que brinda la pennsula y su ecosistema.Integrantes: Jos Daniel

Dpto. de ciencias bsicas