Energía es la capacidad de realizar un trabajo.

Los mares y océanos cubren las tres cuartas partes de la superficie de nuestro planeta y constituyen un enorme depósito de energía siempre en movimiento.

Al actuar los océanos como captadores y acumuladores de energía, se pueden aprovechar varias formas de la misma, que van desde los gradientes térmicos y salinos hasta las corrientes marinas, a las cuáles hay que añadir el fenómeno de las mareas. Por su parte, los vientos en el mar transportan grandes cantidades de energía, mientras que algunas zonas marítimas pueden ser idóneas para la producción de biomasa.

El presente trabajo tiene por objeto estudiar las fuentes energéticas marinas siguientes:

• Mareas

• Gradientes térmicos

• Ondas y olas

por ser las que hasta ahora han recibido más consideración.

Estos recursos energéticos no tienen aún una aplicación comercial digna de mención (salvo casos específicos), por lo que el objetivo de este trabajo consiste en analizar cada uno según las posibilidades técnicas con las que se cuenta actualmente.

Su consideración es obligada, ya que estas fuentes energéticas renovables tienen, según los expertos, muchas expectativas de futuro.

REVISIÓN DE LITERATURA

LA ENERGÍA MAREMOTRIZ

Se entiende por marea el movimiento periódico y alternativo de ascenso y descenso de las aguas del mar, producido por las acciones gravitatorias del Sol y de la Luna, aunque se ve asimismo influenciado por factores terrestres. Así, a pesar de que la diferencia entre los niveles más alto y más bajo ("amplitud de la marea") en mitad del océano es de apenas 1 m, en algunos puntos del globo llega a alcanzar hasta los 15 m. Por otro lado, la variación periódica de las pleamares y bajamares ("margen de la marea") es también muy diferente según el lugar geográfico. De esta forma queda patente que las mareas constituyen un fenómeno muy complejo que, aunque parezca una de las manifestaciones más potentes de la Naturaleza, sólo está provocado por fuerzas de muy pequeña magnitud.

La utilización de la energía de las mareas, o energía maremotriz, consiste simplemente en separar un estuario del mar libre mediante un dique y aprovechar la diferencia de nivel mar-estuario.

El sistema consiste en aprisionar el agua en el momento de la alta marea y liberarla, obligándola a pasar por las turbinas durante la bajamar. Cuando la marea sube, el nivel del mar es superior al del agua del interior de la ría. Abriendo las compuertas, el agua pasa de un lado a otro del dique, y sus movimientos hacen que también se muevan las turbinas de unos generadores de corrientes situados junto a los conductos por los que circula el agua. Cuando por el contrario, la marea baja, el nivel dela mar es inferior al de la ría, porque el movimiento del agua es en sentido contrario que el anterior, pero tamben se aprovecha para producir electricidad.

Desde la antigüedad es conocida esta técnica, que ya fue aplicada para mover los primitivos molinos de marea egipcios. Su desarrollo histórico fue parecido al de los molinos hidráulicos: en el siglo XIII ya funcionaban algunas ruedas maremotrices en Inglaterra y en el siglo XVIII aparecen varias instalaciones para moler grano y especias tanto en Francia como en EE.UU.

A partir de los años 1920 se realizaron los primeros estudios en profundidad en Francia, URSS, Canadá y EE.UU., alcanzándose los primeros resultados prácticos en la construcción de centrales maremotrices en Francia (1966) y la URSS (1968). Como sucedió con otras fuentes energéticas renovables aprovechadas desde la antigüedad, el interés decreció ostensiblemente al producirse la electricidad a bajo coste en las centrales térmicas, pero a raíz de las sucesivas crisis energéticas se ha vuelto a prestar una gran atención a esta fuente de energía.

Centrales maremotrices

Una central maremotriz requiere contener el agua en un depósito artificial durante la pleamar y soltarla durante la bajamar; al igual que en las centrales hidroeléctricas, el agua pasa a través de unas turbinas para generar energía eléctrica. Ahora bien, para llevar a cabo ésto, la amplitud de la marea debe ser como mínimo de 5 m, por lo que sólo hay un número limitado de lugares en todo el mundo donde las condiciones de la marea son adecuadas para su explotación. Con todo, se ha cifrado el potencial aprovechable de esta fuente energética en unos 15,000 MW.

En la Figura 1 se aprecia los lugares en los cuales se puede aprovechar la energía de las mareas.

La forma más sencilla de operar con una central maremotriz es mediante un ciclo elemental de efecto simple, que se realiza con un solo estuario, donde está situado el dique y las turbinas, fluyendo el agua en un solo sentido: del estuario al mar.

Las fases de funcionamiento de esta disposición serían:

• Llenado durante la marea ascendente, pasando el agua al embalse a través de compuertas

• Espera mientras baja la marea; el nivel del embalse no varía al estar las compuertas cerradas.

• Producción de energía mediante las turbinas, como consecuencia de la altura de caída del agua

Figura 2: Ciclo maremotriz elemental de efecto simple

• Producción de energía mediante las turbinas, como consecuencia de la altura de caída del agua

Figura 2: Ciclo maremotriz elemental de efecto simple

Como una disposición de este tipo proporciona energía sólo durante 3 horas, dos veces al día, se han dispuesto diversas variaciones de este esquema como medio de generar potencia de forma más continua. Así, el ciclo elemental de doble efecto consiste en un estuario y unas turbinas trabajando durante el llenado y el vaciado, el ciclo múltiple implica la utilización de varios embalses y el almacenamiento por bombeo está basado en un concepto similar al explicado para las centrales hidroeléctricas.

Por otro lado, como los saltos hidráulicos en las posibles centrales maremotrices siempre serán inferiores a los 15 m, es necesario utilizar turbinas especiales. La más aceptada y específicamente diseñada para este fin es la de bulbo axial que actualmente se está construyendo con rotores de 7,5 m de diámetro y potencias de hasta 60 MW. También es aplicable la turbina hidráulica Kaplan modificada (tipo "tubo") y algún otro diseño como el denominado de "rotor anular".

Realidades y posibilidades de la energía maremotriz

Las mareas son oscilaciones periódicas del nivel del mar. Es difícil darse cuenta de este fenómeno lejos de las costas, pero cerca de éstas se materializan, se hacen patentes por los vastos espacios que periódicamente el mar deja al descubierto y cubre de nuevo.

Este movimiento de ascenso y descenso de las aguas del mar se produce por las acciones atractivas del Sol y de la Luna. La subida de las aguas se denomina flujo, y el descenso reflujo, éste más breve en tiempo que el primero.. Los momentos de máxima elevación del flujo se denomina pleamar y el de máximo reflujo bajamar.

La amplitud de mareas no es la misma en todos los lugares; nula en algunos mares interiores, como en el Mar Negro, entre Rusia y Turquía; de escaso valor en el Mediterráneo, en el que solo alcanza entre 20 y 40 centímetros, es igual débil en el océano Pacífico. Por el contrario, alcanza valor notable en determinadas zonas del océano Atlántico, en el cual se registran las mareas mayores. Así en la costa meridional Atlántica de la República Argentina, en la provincia de Santa Cruz, alcanza la amplitud de 11 metros, de tal modo que en Puerto Gallegos los buques quedan en seco durante la baja marea.

En las bahías de Fundy y Frobisher, en Canadá (13.6 metros), y en algunos rincones de las costas europeas de la Gran Bretaña, en el estuario del Servern (13.6 metros), y de Francia en las bahías de Mont-Saint-Michel (12.7 metros) y el estuario de Rance (13 metros), la amplitud de las mareas es considerable

 Belidor, profesor en la escuela de Artillería de La Fère (Francia), fue el primero que estudió el problema del aprovechamiento de la energía cinética de las mareas, y previó un sistema que permitía un funcionamiento continuo de dicha energía, empleando para ello dos cuencas o receptáculos conjugados.

La utilización de las mareas como fuente de energía montaba varios siglos. Los ribereños de los ríos costeros ya habían observado corrientes que hacían girar las ruedas de sus molinos, que eran construidos a lo largo de las orillas de algunos ríos del oeste de Francia y otros países en los cuales las mareas vivas son de cierta intensidad. Aún pueden verse algunos de estos molinos en las costas normandas y bretonas francesas. Los progresos de la técnica provocaron el abandono de máquinas tan sencillas de rendimiento, hoy escaso.

Las ideas de Belidor fueron recogidas por otros ingenieros

franceses que proyectaron una mareomotriz en el estuario de Avranches, al norte y a 25 Km. De Brest basándose en construir un fuerte dique que cerrase el estuario y utilizar la energía de caída de la marea media, calculando las turbinas para aprovechar una caída comprendida entre 0,5 y 5,6 metros. Los estudios para este proyecto estaban listos a fines de 1923, pero el proyecto fue abandonado.

Otros proyectos se estudiaron en los Estados Unidos para aprovechar la energía de las mareas en las bahías de Fundy y otras menores que se abren en ella, en las cuales las mareas ofrecen desniveles de hasta 16,6 metros. En la Cobscook se construyo una mareomotriz de rendimiento medio, lo cual duró durante pocos años, pues su rendimiento resultaba mas caro que las centrales termoeléctricas continentales.

Las teorías expuestas por Belidor en su Tratado de Arquitectura hidráulica (1927) quedaron en el aire; pero la idea de aprovechar la enorme energía de las mareas no fue jamás abandonada del todo; solo cuando la técnica avanzo lo suficiente, surgió un grupo de ingenieros que acometió el proyecto de resolver definitivamente el problema.

La primera tentativa seria para el aprovechamiento de la energía de las mareas se realiza actualmente en Francia, precisamente en el estuario de Rance, en las costas de Bretaña. Solo abarca 2.000 ha. , pero reúne magnificas condiciones para el fin que se busca; el nivel entre las mareas alta y baja alcanza un máximo de 13,5 metros, una de las mayores del mundo. El volumen de agua que entrara en la instalación por segundo se calcula que en 20.000 m3. , cantidad muy superior a la que arroja al mar por segundo el Rin. Su coste será de miles de millones de francos; pero se calcula que rendirá anualmente mas de 800 millones de kv/h. Un poderoso dique artificial que cierra la entrada del estuario; una esclusa mantiene la comunicación de éste con el mar y asegura la navegación en su interior.

Todos los elementos de la estación mareomotriz - generadores eléctricos, máquinas auxiliares, las turbinas, los talleres de reparación, salas y habitaciones para el personal director y obreros-, todo está contenido, encerrado entre los muros del poderoso dique que cierra la entrada del estuario. Una ancha pista de cemento que corre a lo largo de todo él.

Los grandes esquemas maremotrices son técnicamente factibles pero es muy difícil valorar sus ventajas económicas. Aunque existen dos centrales actualmente operativas, la situación económica actual ha dejado reducidos todos los intentos de instalación de nuevas plantas a la situación siguiente:

• Central del estuario del Rance: funciona desde 1967 con un dique de 600 m, operando con mareas de hasta 13,5 m; tiene 24 turbinas bulbo de 10 MW cada una y 6 compuertas.

• Central de la bahía de Kislaya: situada en el Mar de Barents (URSS) fue puesta en servicio en 1968; su potencia es pequeña (2 grupos de 4 MW).

• Proyecto del estuario del Severn: cerca de Bristol (Gran Bretaña) existen mareas de más de 16 m de amplitud, que se está pensando aprovechar desde 1977.

• Proyecto de la bahía de Fundy: en la costa oriental de Norteamérica, fronteriza entre EE.UU. y Canadá existen amplitudes de marea de hasta 20 m; los estudio preliminares, acabados en 1969, están actualmente paralizados

• Proyecto de las islas Chausey: cerca de la central del Rance, requeriría 40 km de dique, instalándose 300 grupos bulbo de 40 MW; la elevadísima inversión y el largo período de construcción (de 10 a 20 años) tienen el proyecto detenido

• Otros proyectos maremotrices: en la URSS se pretende instalar 4 centrales, mientras que en otros países (Canadá, Australia, Corea, Argentina y República Popular China) tienen varios proyectos en perspectiva de diversa consideración

En resumen, la cantidad global de energía de las mareas es suficientemente elevada como para incitar a amplios programas para el desarrollo de las técnicas necesarias para la puesta a punto de grandes esquemas maremotrices. Si bien la economía de estas centrales no es muy competitiva en la actualidad con otros métodos de producción energética, la situación futura podría ser diferente.

El hecho de que el período de vida de las centrales maremotrices puede ser de más de 75 años, y que el coste de combustible es nulo, hace que no se deba tomar ninguna postura previa en contra de esta fuente de energía, intentando superar los obstáculos actualmente existentes para la total explotación del potencial maremotriz mundial.

Es más, recientemente (enero del 2001) se ha construido en la isla escocesa de Islay, la primera central de energía maremotriz del mundo. La empresa Wavegen, experta mundial en este tipo de energía, y la Queen´s University Belfast (QUB) han desarrollado el proyecto LIMPET (Land Installed Marine Powered Energy Transformer) para producir energía eléctrica usando como fuerza motriz el empuje de las olas marinas.

La máquina construida e instalada tiene una potencia nominal de 500 kilovatios (kW), capaz de proveer de electricidad a 400 hogares. El proyecto cuenta con el apoyo de la Comisión Europea. Tras el acuerdo con la principal compañía distribuidora de electricidad en Escocia, la planta estará operativa, según fuentes de las compañías propietarias al menos, durante los próximos 15 años.

Wavegen está respaldada por Unotec Holding AG, el grupo italiano ENI y el inversor 3i, informa el Boletín Energías Renovables. Allan Thomsom, director general de Wavegen, ha asegurado que "la energía de las olas se ha unido al grupo de las energías sostenibles que ya resultan competitivas y son económicamente viables".

Con una construcción modular y un sistema de operaciones muy simple, este tipo de centrales puede aportar mucho a las necesidades energéticas de las comunidades costeras, especialmente de islas.

La empresa QUB instaló hace diez años una estación de investigación en Islay, que ahora es la que se ha convertido en el proyecto LIMPET. Philippe Schild, asesor científico de la Comisión Europea para el proyecto LIMPET, ha señalado que "esto prueba que puede extraerse energía de los océanos con fines comerciales".

El proyecto LIMPET, diseñado para trabajar desde la costa, utiliza una tecnología conocida como "columna de agua oscilante" (OWC) y turbinas Wells, que aprovechan el flujo y el reflujo de las olas. Prototipos de este tipo de máquinas han sido instalados en China, India, Japón y Noruega. En la isla del Pico, en las Azores, existe una planta piloto donde se prueban varias tecnologías asociadas con la columna de agua para mejorar sus resultados. En Australia están construyendo una OWC avanzada que utiliza una turbina de nivel variable, posiblemente más eficiente que la de Well, y un muro parabólico detrás para concentrar la energía de las olas. Para los próximos cinco años existen planes avanzados para incrementar la potencia instalada y superen los 6 MW.

Ventajas y desventajas de la energía maremotriz

Ventajas

• Auto renovable.

• No contaminante.

• Silenciosa.

• Bajo costo de materia prima.

• No concentra población.

• Disponible en cualquier clima y época del año.

Desventajas

• Impacto visual y estructural sobre el paisaje costero.

• Localización puntual.

• Dependiente de la amplitud de mareas.

• Traslado de energía muy costoso.

• Efecto negativo sobre la flora y la fauna.

• Limitada.

La energía maremotriz aprovecha la energía potencial que se deriva de la diferencia de nivel del agua del mar provocado por las mareas.

La potencia aprovechable de las mareas a escala mundial es del orden de 60 a 70 millones de kw anuales,

Que es el equivalente energético de 2000 millones de toneladas de carbón.

Sin embargo, la capacidad de producción real muy limitada, ya que para que sea rentable construir una central maremotriz hace falta que se cumplan dos requisitos básicos.

• Que la diferencia del nivel del agua entre la pleamar y la bajamar sea significativamente grande.

• Que la fisonomía de la costa permite la construcción de diques.