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Las boyas ancladas al fondo marino trabajan como un pistón, y es el primer paso hacia una de las 'energias limpias'

19/10/2016 03:00 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

Generar energía eléctrica por la fuerza del mar, tiene la ventaja de no contaminar el planeta, a la vez que resulta inagotable. El Cantábrico ofrece unas condiciones óptimas para aprovechar la fuerza de las olas

 

Difícilmente podamos encontrar personas que estén por sistema en contra de las llamadas “energías limpias”. Esa manera de generar energía eléctrica, casi siempre a partir de las radiaciones solares, de la fuerza del viento o de la fuerza del mar, tienen la ventaja de no contaminar el planeta, a la vez que resultan inagotables. Ojalá la humanidad haya emprendido el camino hacia un mundo en el que toda la energía que se consuma provenga de estas fuentes, y a pesar de que  será un proceso lento y complejo, hay mucos proyectos en marcha que nos permiten soñar con ese futuro.

La principal característica que el mar nos ofrece, y concretamente las energías marinas, es su densidad, la cual es muchísimo mayor que en cualquier otro tipo de energía. Pensemos por ejemplo en la energía eólica, los aerogeneradores no siempre están funcionando ya que es necesaria una velocidad mínima para que estos se pongan en funcionamiento. Pensemos ahora en los millones de litros de agua marina moviéndose continuamente por influencia de la luna, las olas, las subidas y bajadas de las mareas, la concentración de sal, etc. Sin duda, el potencial del mar es muchísimo mayor que cualquier otro tipo de energía limpia.

Se han desarrollado diversas tecnologías experimentales para convertir la energía de las olas en electricidad, aunque todavía no se ha logrado un sistema que sea económicamente rentable. 

Se utilizan unas boyas ancladas al fondo marino. La oscilación de las olas, hace que las boyas se eleven y desciendan sobre una estructura similar a un pistón, en la que se instala una bomba hidráulica. El agua entra y sale de la bomba con el movimiento, e impulsa un generador que produce la electricidad. La corriente se transmite a tierra a través de un cable submarino. Se dispone de motores trifásicos convencionales. Al estar sumergido es un sistema más seguro, que no corre peligro; y tiene una mayor durabilidad. 

La planta cuenta de diez boyas que ocupan un área de 100 por 20 metros y estarán ancladas a un fondo situado a treinta metros. La potencia inicial de cada unidad es de 125 kW, similar a la de los primeros generadores eólicos instalados en el Cantábrico y que podrá aumentar a 250 kW.

Básicamente existen cinco principios o formas de obtención de energía del mar:Las mareas, basadas en las subidas y bajadas del nivel del mar provocadas por los efectos gravitatorios de la Tierra, el Sol y la Luna.

Las olas, provocadas por la acción del viento sobre la superficie del mar, trasladándose a través de kilómetros de distancia.

Las corrientes marinas, originadas por las diferencias de sal, temperatura, densidad, así como la evaporación y la rotación de la tierra.

El gradiente térmico, es decir, la diferencia de temperatura existente entre las distintas capas de agua más o menos profundas.

El gradiente salino, que aprovecha la diferencia de concentración de sal entre las aguas del mar y la de los ríos.

Todas estas formas de obtención de energía marina tienen la cualidad de ser renovables, en tanto que la fuente de energía primaria no se agota por su explotación, y es limpia, ya que en la transformación energética no se producen subproductos contaminantes gaseosos, líquidos o sólidos.  La relación entre la cantidad de energía que se puede obtener con los medios actuales y el coste económico y ambiental de instalar los dispositivos para su proceso están ahora haciendo avances como nunca antes.

En el aprovechamiento de este tipo de energía o fuente energética actualmente no se ha impuesto una tecnología concreta, ya que las características intrínsecas del mar hacen que los dispositivos para generar dicha energía sean muy diversos.

La energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas puede aprovecharse interponiendo partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje. Mediante su acoplamiento a un alternador se puede utilizar el sistema para la generación de electricidad, transformando así la energía mareomotriz en energía eléctrica.

La energía undimotriz u olamotriz es la energía producida por el movimiento de las olas. Algunos sistemas de captación de este tipo de energía son:

Las Boyas: Un aparato anclado al fondo y con una boya unida a él con un cable flotando en la superfice del agua. El movimiento ascendente y descendente de la boya con el paso de las olas mueve un pistón a través de un potente imán, produciéndose la electricidad. Otra variante sería tener la maquinaria en tierra y las boyas metidas en un pozo comunicado con el mar.

Flotantes: un aparato flotante de partes articuladas que obtiene energía del movimiento relativo entre sus partes. Se trata de grandes cilindros articulados parcialmente sumergidos y unidos por juntas de bisagra. La ola induce un movimiento relativo entre dichas secciones, activando un sistema hidráulico interior que bombea aceite a alta presión a través de un sistema de motores hidráulicos, equilibrándose con el contenido de unos acumuladores. Los motores hidráulicos están acoplados a un generador eléctrico para producir electricidad. Los fundamentos del sistema se basan en convertir energía cinética en eléctrica. El transporte de la energía se hace conectando el sistema hidráulico a una base situada en el lecho oceánico que se conecta con la costa.

En el caso de las Boyas. Sin embargo, los sitios en tierra con vientos favorables suelen estar muy poblados o dedicados a la agricultura, y a pesar de que en principio no deberían interferir con esa o cualquier otra actividad, se les critica por “afear” el paisaje.

La alternativa consiste en instalar  boyas captadoras en el mar. Existen en los océanos que cubren la mayor parte de la superficie de nuestro planeta regiones enormes en las que los vientos son tan o más propicios que sobre tierra, sitios en los que una granja eólica permitiría aprovechar ese valioso recurso. Lamentablemente, en muchas oportunidades la gran profundidad a la que se encuentra el lecho marino dificulta enormemente la fijación de las bases de estas turbinas, encareciendo tanto el proyecto que impide su concreción. Una alternativa lógica sería la implementación de turbinas flotantes, ya que por su naturaleza podrían operar en cualquier sitio, sin importar la profundidad del agua. Y justamente un ingenio que está construyendo en el mar Cantábrico, cumple esos requisitos.

Examinamos una boya vertical de 80 toneladas que, una vez ensamblada, medirá 42 metros de longitud, aunque, una vez en funcionamiento no resultará demasiado vistosa: solo poco más de la sexta parte sobresaldrá de la superficie del mar y el resto permanecerá sumergido. Tampoco habrá partes móviles visibles: todo el equipamiento mecánico y eléctrico va por dentro. Se trata de un captador de energía de las olas del mar que, una vez completado, ha sido remolcado hasta el Bimep, el área de ensayos de energía marina de Armintza, donde estará funcionando en pruebas durante un año.

«Ahora mismo no hay en ningún lugar otro equipo como este». Lo dice uno de sus creadores, Martín Ojanguren. A su espalda, en una inmensa nave industrial de la empresa Navacel, en Erandio, se levanta una estructura de acero de cuatro pisos de altura que, en realidad, ‘solo’ es la parte superior del sistema de generación de electricidad que el director técnico de Oceantec describe con satisfacción evidente.

Este dispositivo, denominado ‘Marmoka-5’, "es un prototipo experimental", según aclaró Ojanguren durante la presentación en sociedad del captador, que está en plena fase de construcción y montaje en las instalaciones de Navacel, empresa puntera en bienes de equipo de dimensiones ciclópeas.

Este captador generará electricidad mediante uno de los muchos sistemas de energía undimotriz -esto es, que aprovechan la fuerza de las olas marinas-, que se llevan estudiando hace muchos años. De hecho, en torno a «la energía de las olas todavía no se había establecido cuál es el sistema que realmente va a triunfar». «Nosotros entendemos que éste es uno de los que tiene más posibilidades de competir», añadió el director técnico de Oceantec, empresa participada por Iberdrola y Tecnalia, responsable del diseño del captador.

La Estrategia Energética del Gobierno Vasco para el año 2030, aprobada recientemente, contempla entre sus objetivos que para ese año el 19% de la energía que se consume en Euskadi sea de origen renovable.

Mediante un contrato de 10.4 millones de euros, la instalación de investigación y demostración de tecnologías marinas del País Vasco (BIMEP - Biscay Marine Energy Platform),   ya ha adjudicado la  instalación del cable submarino que debe de evacuar la energía del laboratorio marino BIMEP. Esta previsto que la instalación del cable dure varios meses. Estará listo a finales de este año.

BIMEP, tiene una superficie balizada de unos 8 kilometros cuadrados, donde está prohibido el tráfico marítimo y la navegación. La distancia mínima a la costa es de 1.7 km con profundidades entre 50 y 90 metros.

La instalación cuenta con 4 cables submarinos con capacidad de conectar a cada uno de ellos dispositivos hasta una potencia de 5 MW, con una tensión de trabajo de 13 kV. Los cables eléctricos incorporan un cable adicional de fibra óptica que permitirá monitorizar parámetros diversos de los dispositivos en pruebas.

Se ha seleccionado para la instalación una zona "no excesivamente agresiva" (costa de Armintza - Lemoniz), lo que resulta idoneo para la instalación de este tipo de laboratorios. Un 20% del tiempo la situación es de calma, lo que facilita las labores rutinarias del laboratorio, un 78% del tiempo oleaje operativo y solo un 2% del tiempo oleaje extremo. Lo que han denominado una úbicación "excepcional".

¡Se trata de buscar el mejor sitio para generar energía, el sitio mas sencillo, estratégico y accesible para establecer un laboratorio de pruebas!

Empresas del todo el mundo quieren probar en estas instalaciones sus diseños en condiciones reales, y muchas de estás empresas y diseños son del propio País Vasco.

Se quieren convertir en una referencia mundial de este tipo de tecnologías (con permiso de los escoceses) y estiman la atracción de empresas de tecnología e inversiones, se mencionan a corto plazo 200 empleos directos de alta cualificación.

El Ente Vasco de la Energía (EVE) ha puesto en juego la mayor partida económica de su historia para esta apuesta tecnológica.

El sistema es el de Columna de Agua Oscilante (OWC, en inglés). Es el mismo que ya se usa en la planta undimotriz de Mutriku, en Gipuzkoa, y que tiene un notable recorrido histórico como idea. «En su concepto más básico no es algo nuevo. Se utilizó ya en los años 70, incluso a finales los 60 se usó para boyas de señalización marítima, con una patente japonesa. Evidentemente a una escala mucho más reducida y para alimentar las luces y los sistemas de la propia boya».

En la tecnología OWC la generación eléctrica se consigue gracias a que en el interior de la estructura cilíndrica de la boya se crea una columna de agua que, con el movimiento de las olas, ejerce la función de un pistón. El movimiento del agua comprime y descomprime una cámara de aire que queda en la parte superior. Ese aire es expulsado hacia arriba y aprovechado por una o varias turbinas que activan un generador eléctrico, que es el que produce la energía.

Cableado submarino. En el caso del captador que construye Navacel las turbinas serán dos, de una potencia de 30kW. Desarrolladas por Oceantec específicamente para este dispositivo, han sido probadas durante la pasada primavera en la planta de Mutriku. «Se instalarán ya en el mar, cuando la boya esté ya en el Bimep. Son equipos bastante compactos, de una tonelada y de menos de un metro de alto», detalla Ojanguren. «La boya va equipada con una pequeña grúa que facilitará la instalación».

En cuanto a la electricidad que genere el prototipo, se llevará hasta la red de distribución eléctrica en tierra mediante un conjunto de cables eléctricos submarinos que ya están instalados. En todo caso, el dispositivo que se está construyendo en Erandio es de baja potencia y su finalidad primero experimental.

De aquí en adelante habrá que tener en cuenta las mareas para aprovechar esta energia

Las dos turbinas-generadores creadas por Oceantec. A pesar de lo que puedan parecer por sus dimensiones imponentes, se trata de un prototipo a escala. Las versiones comerciales que se desarrollen a partir de este primer modelo funcional serán mucho mayores. Para determinarlas a la hora de fabricar comercialmente, «tenemos que buscar, en función de los resultados que obtengamos de este primer equipo, cuál es el óptimo económico». Los modelos que se construyan «andarán entre 10 y 15 metros de diámetro», apunta el director técnico de Oceantec. Este primer prototipo que se está montando ahora tiene sólo 5.

Esta torre flotante semisumergida estará anclada en el área de ensayos de energía marina frente a Armintza por un conjunto de cuatro cadenas fabricadas por la firma vizcaína Vicinay, con lo que se puede decir que este proyecto, promovido por el Ente Vasco de la Energía (EVE), es 100% ‘made in Euskadi’. Y así lo resaltó la consejera de Desarrollo Económico durante la visita que realizó a las instalaciones de Navacel para conocer los pormenores del proyecto.

Según Arantxa Tapia, este proyecto «demuestra cuál es la estrategia de país: capacidades de diseño, montaje y puesta en marcha de una nueva generación de energía marina que nos hace competitivos con tecnología de última generación». El mar «dispone de un gran potencial, por lo que el conocimiento sobre el mismo será imprescindible para posicionarse a la cabeza de este sector incipiente», añadió.

El PowerBuoy es un sistema con una estructura similar a un pistón que se mueve a medida que la boya sube y baja con las olas. El movimiento hace que un generador produzca electricidad. La mayor parte de la boya está sumergida en el agua, está diseñada para funcionar en profundidades de 30 a 50 metros.

Una central eléctrica del OPT 10-Megawatt ocuparía solamente aproximadamente 16.000 metros cuadrados de espacio del océano. El sistema de la generación de la onda de PowerBuoy™ utiliza “una boya discreta” de alta mar para capturar y para convertir energía de la onda en una fuerza mecánica controlada que conduzca un generador eléctrico.

El movimiento ascendente y descendete de las ondas de orilla hace la boya moverse libremente hacia arriba y hacia abajo. El rozamiento mecánico resultante que se produce en el interior de la boya activa el generador eléctrico. La corriente alterna generada se convierte en la corriente continua del alto voltaje y se transmite en tierra vía un cable de transmisión subacuático.

El PowerBuoy se realza con los sensores que supervisan continuamente el funcionamiento de los varios subsistemas y del ambiente circundante del océano. Cunado se acercan olas demasiado grandes, el sistema se desconecta automáticamente. Cuando las alturas de las olas vuelven a lo normal, el sistema se reconecta y comienza la conversión y la transmisión de la energía.

Requisitos de la tecnología del OPT PowerBuoy: Construido de boyas resistentes y de amarraduras convencionales probadas, anclando y cable subacuático de la transmisión.

Requiere el solamente mantenimiento del costo regular, bajo para un curso de la vida de 30 años.

Instalación simple. El coste es altamente competitivo contra fuentes convencionales de la energía. Es comparable a las centrales eléctricas de la alta capacidad (100MW+).La energía puede ser vertida inmediatamente en la red de energía o ser almacenada.

¿Cómo funciona PowerBuoy ?

El PowerBuoy™ es un convertidor de la energía situado en el mar que se sumerge más que un metro debajo de la superficie del agua. Dentro, tiene un pistón que con las sacudidas producidas por las ondulaciones de las olas transmite el movimiento a un generador eléctrico, produciendo la electricidad, que es enviada a la orilla por un cable subacuático.

Cómo se logra anclar la boya al fonde del mar.El PowerBuoy se monta en el fondo del mar usando un sistema de ancla que evita cualquier daño o amenaza para el suelo del mar o la vida del mar.

Unicamente son visibles los mástiles que se levantan sobre la superficie del agua, y pueden servir como ayudas a la navegación, por ejemplo un reflector del radar, una marca del día, y un piloto para ayudar a marineros a su localización.

La boya se diseña para ser desplegada en aproximadamente 30 metros de agua.

La presencia de las boyas no causa ninguna restricciones significativa a la pesca. En hecho, las boyas sirven como filón artificial y atraen los pescados y la otra vida marina. En algunas partes del mundo, las boyas convencionales se despliegan para servir como “pescados que atraen los dispositivos”.

Aunque las boyas generan electricidad, todos los dispositivos de generación y que transmiten eléctricos se contienen en recintos aislados y el cable subacuático estándar se blinda para prevenir corrientes eléctricas perdidas. El sistema se diseña para prevenir cualquier pérdida de electricidad o de emisiones de campos electromagnéticos.No es peligrosa para nadadores que la pudieran llegar a tocar.

La energía se lleva a la orilla por un cable submarino estándar de transmisión que tiene un diámetro pequeño y el nivel de impacto que producen en el litoral es nulo.

Entre las principales ventajas :

  • La energía de las olas es gratuita. No es necesario algún tipo de combustible, y no produce residuos. No es caro de operar y mantener la energía de las olas.

  • Puede producir una gran cantidad de energía.Mantenimiento escaso.

  • Poco o ningún impacto ambiental.

Entre las desventajas :

  • Por su caracter aleatorio, la cantidad de energía obtenida dependerá de los parámetros de la ola.Es necesario un lugar adecuado para utilizar la energía del oleaje, donde las olas son generalmente fuertes.

  • Algunos diseños son algo ruidosos.  De hecho, también lo son las olas, por lo que cualquier ruido es poco probable que sea un problema. 

  • Debe ser capaz de soportar condiciones climáticas muy difíciles.

  • Implementación con altas inversiones iniciales. 

Conclusiones

  • La energía undimotriz es una energía limpia, renovable, muy silenciosa y de poco o ningún impacto ambiental y visual.

  • La viabilidad económica presenta unas inversiones iniciales altas y periodos de amortización altos. La misma depende de los niveles de las tarifas eléctricas.

  • La energía se obtiene de forma local, por lo que es autónoma y continua.

  • A pesar de lo relativamente nuevo de este tipo de energía, su evolución avanza rápidamente con la aplicación de las nuevas tecnologías.

  • La maquinaria necesaria para convertir el lento movimiento de las olas en electricidad es costosa e implica inversiones adicionales como la logistica para su construcción, operación y mantenimiento.

  • Se han empezado a probar los módulos internos de la primera boya. La planta de Santoña (Cantabria), que podría atender al consumo doméstico anual de unos 2.500 hogares, es la primera de este tipo que se pone en marcha en Europa y se suma a otro proyecto que la empresa tiene en Escocia.

    Las pruebas de funcionamiento de los componentes internos de la primera boya, fabricados en Estados Unidos y denominados Power Take Off (PTO) se han iniciado en tierra, según informa Iberdrola Renovables. Los PTO son los módulos a través de los cuales se capta y transforma la energía de las olas para almacenarla y, posteriormente, evacuarla en condiciones óptimas. Dichos módulos se introducen e instalan en un compartimento cilíndrico estanco –el fuste de la boya– de 20 metros de longitud.

    Las pruebas consisten en la inspección de los componentes, la evaluación de las funciones individuales de cada uno de los sistemas y la prueba de resistencia final, en la que los módulos se conectan uno a otro y se simulan las condiciones de operación a las que la boya tendrá que hacer frente en el mar, con oleajes de diferente intensidad.

    Tras realizar las tramitaciones necesarias, Iberdrola Renovables finalizará la fase de pruebas de los PTO este mes y llevará a cabo próximamente, siempre en función de las condiciones meteorológicas, el despliegue de la boya en alta mar, con el objetivo de que esté operativa a lo largo del primer semestre de este año.

    La instalación se ubicará a cuatro kilómetros de la costa de Santoña y estará compuesta por 10 boyas con baliza. En una primera fase se instalará una boya de 40 kW de unos diez metros de diámetro, sujeta mediante tres boyas semisumergidas ancladas al fondo marino a una profundidad de alrededor de 50 metros. Las restantes nueve boyas, previstas para una fase posterior, cuentan con una potencia inicial de 125 kW. Cuando se encuentren en funcionamiento las 10 boyas, la producción eléctrica anual de esta planta equivaldría aproximadamente al consumo doméstico de unos 2.500 hogares.

    La empresa conjunta que está desarrollando la planta,   participada por la propia Iberdrola Renovables (60%), el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, y otras. El presupuesto de la primera fase, que incluye la infraestructura eléctrica marina, asciende a unos 3 millones de euros.

    Otros proyectos de energía marina en Escocia

    A este proyecto pionero en Cantabria se suma la planta de energía de las olas que Iberdrola Renovables está desarrollando frente a las Islas de Orkney, al norte de Escocia, que se convertirá en la más grande del mundo por capacidad instalada (3 MW).

    El complejo estará formado por cuatro generadores flotantes Pelamis de 160 metros de longitud, denominados serpientes marinas, con una potencia de 750 kW cada uno y que aprovecharán el movimiento de las olas para generar electricidad. Escocia, junto con España, es uno de los territorios con más recursos potenciales de esta fuente renovable, que se estima podría ofrecer una oportunidad industrial de las dimensiones del petróleo del Mar del Norte.

    “Como pionera en el desarrollo de la tecnología marina, Iberdrola participa, a través de su filial ScottishPower, en otro proyecto consistente en el desarrollo de un prototipo para aprovechar la energía de las mareas, que también se ubicará en aguas escocesas. El complejo, impulsado junto a la compañía noruega Hammerfest Strom, servirá de referente para establecer el potencial de esta tecnología y su impulso en el resto de la región y a nivel global”, asegura Iberdrola Renovables.


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