energia hidraulica,undimotriz y mareomotriz
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Energías
Hidraulica,undimotriz y
mareomotrizIntegrantes:
Jesús Aldazoro C.I:21459659
Alfredo Amaya C,I:20864621
José Rivas C.I:26606642
Leonardo Urdaneta C.I:15766223
José Bohórquez C.I:24263333
Sección: «S»
Carrera: MTTo mecánico
Energia hidraulica
es aquella que se obtiene del aprovechamiento de las
energías cinética y potencial de la corriente del agua, saltos de agua
o mareas.
Se puede transformar a muy diferentes escalas. Existen, desde hace siglos,
pequeñas explotaciones en las que la corriente de un río, con una pequeña
represa, mueve una rueda de palas y genera un movimiento aplicado, por
ejemplo, en molinos rurales. Sin embargo, la utilización más significativa la
constituyen las centrales hidroeléctricas de represas.
Obtención de la energía hidráulica
Una central hidroeléctrica generalmente se ubica en regiones donde existe
una combinación adecuada de lluvias y desniveles geológicos favorables para
la construcción de represas. La energía hidráulica se obtiene a partir de
la energía potencial y cinética de las masas de agua que transportan los ríos,
provenientes de la lluvia y del deshielo. El agua en su caída entre dos niveles
del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual trasmite la energía
a un alternador el cual la convierte en energía eléctrica. Otro sistema que se
emplea es conducir el agua de un arroyo con gran desnivel, por una tubería
cerrada, en cuya base hay una turbina. El agua se recoge en una presa
pequeña y la diferencia de altura proporciona la energía potencial necesaria.
Ventajas de la energía hidraulica
Se trata de una energía renovable de alto rendimiento energético.
Debido al ciclo del agua su disponibilidad es casi inagotable.
Es una energía limpia puesto que no produce emisiones tóxicas durante su
funcionamiento.
Además, los embalses que se construyen para generar energía hidráulica:
Permiten el almacenamiento de agua para la realización de actividades
recreativas y el abastecimiento de sistemas de riego. Y lo más importante,
permiten laminar las crecidas en épocas de lluvias torrenciales, regulando el
caudal del río aguas abajo.
Ventajas económicas de la energía
hidraulica
La gran ventaja de la energía hidráulica o hidroeléctrica es la eliminación de
combustibles. El coste de operar una planta hidráulica es casi inmune a la
volatilidad de los precios de los combustibles fósiles como petróleo, el carbón o el
gas natural. Además, no hay necesidad de importar combustibles de otros países.
Las plantas hidráulicas también tienden a tener vidas económicas más largas que
las plantas eléctricas que utilizan combustibles. Hay plantas hidráulicas que siguen
operando después de 50 a 99 años. Los costos de operación son bajos porque las
plantas están automatizadas y necesitan pocas personas para su operación normal.
Como las plantas hidráulicas no queman combustibles, no producen
directamente dióxido de carbono. Muy poco dióxido de carbono es producido
durante el período de construcción de las plantas, pero es poco, especialmente en
comparación a las emisiones de una planta equivalente que quema combustibles.
Desvantajas de la energía hidraulica
La construcción de grandes embalses puede inundar importantes extensiones de terreno, obviamente en función de la topografía del terreno aguas arriba de la presa, lo que podría significar pérdida de tierras fértiles y daño al ecosistema, dependiendo del lugar donde se construyan.
Destrucción de la naturaleza. Presas y embalses pueden ser destructivas a los ecosistemas acuáticos. Por ejemplo, estudios han mostrado que las presas en las costas de Norteamérica han reducido las poblaciones de trucha septentrional común que necesitan migrar a ciertos lugares para reproducirse. Hay estudios buscando soluciones a este tipo de problema. Un ejemplo es la invención de un tipo de escalera para los peces;
Cambia los ecosistemas en el río aguas abajo. El agua que sale de las turbinas no tiene prácticamente sedimento. Esto puede dar como resultado la erosión de los márgenes de los ríos.
Cuando las turbinas se abren y cierran repetidas veces, el caudal del río se puede modificar drásticamente causando una alteración en los ecosistemas.
Se pueden ver afectadas por casos de fenómenos climáticos como por ejemplo El Niño.
Medidas de mitigacion
A lo largo de la segunda mitad del siglo XX se ha visto crecer en forma
importante la conciencia ambiental, de la gente, de los gobiernos y de las
instituciones internacionales de crédito, que son en última instancia quienes
financian los grandes proyectos hidroeléctricos.
Actualmente las medidas de mitigación ambiental forman parte integrante de
todos los proyectos financiados por instituciones de crédito multilaterales, y
los costos de las medidas de mitigación son incluidos en el costo del proyecto
Partes de una central hidraulica
- Presa
- Toma de agua
- Canal de derivación
- Cámara de presión
- Tubería de presión
- Cámara de turbinas
- Canal de desagüe
- Parque de transformadores
Presa
Almacena el agua y provoca una elevación de su
nivel que permite encauzarla para su utilización hidroeléctrica.
También se utiliza para regular el caudal de agua que circula por el río y
aumentar el potencial hidráulico.
Canal de dertivacion
Conducto que canaliza el agua desde el embalse.Las conducciones deben ser
lo más rectas y lisas posibles para reducir al
mínimo las pérdidas por fricción, necesitando además un sistema para regular
el caudal (compuertas o válvulas) .
Camara de presion
Es el punto de unión del canal de derivación con la tubería
de presión. En esta cámara se instala la chimenea de equilibrio. Este
dispositivo
consiste en un depósito de compensación cuya misión es evitar las variaciones
bruscas
de presión debidas a las fluctuaciones del caudal de agua provocadas por la
regulación
de su entrada a la cámara de turbinas. Estas variaciones bruscas son las que
se conocen como golpe de ariete.
Tuberia de presion
También llamada tubería forzada, se encarga de conducir
el agua hasta la cámara de turbinas. Las tuberías de este tipo se construyen
de
diferentes materiales según la presión que han de soportar: palastro de
acero,
cemento-amianto y hormigón armado.
Canmara de turbinas
Es la zona donde se instalan las turbinas y los
alternadores.
TURBINA: es una máquina compuesta esencialmente por un rodete con álabes
o palas unidos a un eje central giratorio.
Su misión es transformar la energía cinética del agua en energía cinética de
rotación del eje
Elementos de las turbinas
Canal de admisión: Conducto por donde penetra el agua
Distribuidor: Paredes perfiladas que permiten encauzar el agua hacia el
elemento móvil
Rodete: Dispositivo portador de los álabes, perfilados para que
absorban con la mayor eficacia posible la energía cinética del agua
Canal de desague
Un sistema de drenaje está diseñado para drenar el exceso
de lluvia y agua superficial desde calles pavimentadas, playas de
estacionamiento, aceras y azoteas. Los desagües varían en diseño desde
pequeños pozos secos residenciales a grandes sistemas municipales. Ellos son
alimentados por las cunetas que hay en la mayoría de las autopistas,
carreteras y otros caminos muy transitados, como así también en poblaciones
de áreas que experimentan lluvias fuertes, inundaciones y
poblaciones costeras que experimentan tormentas frecuentes. Muchos
sistemas de drenaje para tormentas están diseñados para drenar el agua de
tormenta, sin tratar, hacia ríos o corrientes de agua.
Parques de transformadores
Un centro de transformación (abreviado CT) es una instalación eléctrica que
recibe energía en alta tensión (30 kilovoltios) o en media tensión (10, 15 o 20
kilovoltios) y la entrega en media o baja tensión para su utilización por los
usuarios finales, normalmente a 400 voltios en trifásica y 230 en monofásica.
A grandes rasgos, se trata de un caso particular de subestación eléctrica.
Elementos de un parque de
transformadores
Transformadores
El elemento principal del centro de transformación es el transformador, o en
algunos casos, autotransformador. Un centro de transformación puede tener
uno o más transformadores, no existiendo limitación en la potencia total del
centro. Generalmente, cada transformador alimenta a un conjunto de líneas,
siendo raros los casos en los que las máquinas trabajan en paralelo.
Celdas
Celda de entrada de línea
Son celdas que reciben las líneas desde el exterior del centro. Están equipadas con un interruptor o un interruptor-seccionador. A pesar de su nombre, pueden realizar la función de entrada o salida de línea.
Celda de seccionamiento
En ella se encuentran los elementos de apertura de las diferentes líneas de tension.En cuyo caso podría observarse un corte visible del mismo, siempre que hiciera falta.
Celda de remonte
Permite remontar los cables directamente hasta el embarrado formado por el conjunto de celdas, disparo del interruptor. La protección frente a cortocircuitos la realizan los fusibles
Celda de medida
Estas celdas alojan en su interior los transformadores de medida, de tensión e
intensidad. Estos transformadores convierten los valores de las magnitudes
eléctricas (tensión e intensidad) propias de la línea a valores manejables por
los equipos de medida (100 voltios y 5 amperios).
Celda de protección de transformador
Son celdas dotadas con interruptor-seccionador automático con fusibles.
Protege al transformador mediante relés indirectos que actúan sobre la
bobina de disparo del interruptor. La protección frente a cortocircuitos la
realizan los fusibles
Cuadro general de baja tensión
Está compuesto por un módulo superior de medida con trafo de intensidad y
trafo de tensión, un módulo de protección y un módulo de conexión.
funcionamiento
En el aprovechamiento de la energía hidráulica influyen dos factores: el
caudal y la altura del salto. Para aprovechar mejor el agua, se construyen
presas para regular el caudal en función de la época del año. La presa sirve
también para aumentar el salto.
Otra manera de incrementar la altura del salto es derivando el agua por un
canal de pendiente pequeña (menor que la del cauce del río), consiguiendo
un desnivel mayor entre el canal y el cauce del río.
Inconvenientes de las centrales
hidraulicas
La construcción de centrales hidraulicas son costosa y se necesitan grandes
tendidos eléctricos. Además, los embalses producen pérdidas de suelo
productivo y fauna terrestre debido a la inundación del terreno destinado a
ellos. También provocan la disminución del caudal de los ríos y arroyos bajo la
presa y alteran la calidad de las aguas.
Impacto medioambiental de la energía
hidráulica
Desgraciadamente la mayoría de las grandes centrales hidroeléctricas fueron construidas en épocas en las que los impactos de las presas a peces, flujo del agua, o al medio acuático en general no se tenían en cuenta. Estas presas han funcionado durante décadas sin un control medioambiental.
Las grandes presas bloquean las migraciones de los peces, impidiendo que alcancen sus lugares de desove habituales, y los embalses alteran al flujo, temperatura, propiedades químicas y depósito de sedimentos de los ríos y corrientes. Estos impactos, incluyendo la reducción de miles de kilómetros de hábitats para peces, especialmente los peces anádromos como el salmón (Salmo salar), que viven en los mares y desovan en las aguas frescas río arriba, tienen como resultado una dramática reducción de sus poblaciones. En el caso del esturión atlántico europeo (Acipenser sturio) que estaba presente en todas las cuencas de los ríos norteños, ha sido una de las causas principales que les ha llevado prácticamente a la extinción.
Uso del suelo
El tamaño del embalse o reservorio de agua construido en todo proyecto
hidroeléctrico varía considerablemente de uno a otro, dependiendo en gran
medida del tamaño de los generadores hidroeléctrico y la topografía del
terreno. Las plantas hidroeléctricas en terrenos llanos necesitan lógicamente
más superficie que aquellas en zonas montañosas, zona de valles o cañones,
donde los embalses alcanzan más profundidad y pueden almacenar un
volumen de agua considerablemente mayor en comparación con la superficie
utilizada.
Por ejemplo, en Brasil, la gran central hidroeléctrica de Balbina, construida
en una zona plana, anega un área de más de 2300 kilómetros cuadrados
(superior a la provincia de Vizcaya), para generar tan sólo 250 MW (existen
minicentrales de 10MW ocupando superficies proporcionalmente mucho
menores).
Por ejemplo, en Brasil, la gran central hidroeléctrica de Balbina, construida
en una zona plana, anega un área de más de 2300 kilómetros cuadrados
(superior a la provincia de Vizcaya), para generar tan sólo 250 MW (existen
minicentrales de 10MW ocupando superficies proporcionalmente mucho
menores).
La inundación de terrenos debido a una central hidroeléctrica tiene un
impacto medioambiental extremo: desaparecen bosques, hábitats, tierras de
cultivo y paisajes de gran valor. Además, se han dado numerosos casos en los
que pueblos enteros han quedado bajo las aguas, con el consiguiente
desplazamiento de sus habitantes o de comunidades enteras y la desaparición
de su patrimonio.
Impactos sobre la vida salvaje
Los embalses y presas se utilizan para numerosos fines como abastecimiento
de agua a ciudades y poblaciones en general, riegos agrícolas, control de
inundaciones, usos recreativos, etc, por lo que la presión e impacto sobre la
vida salvaje creados por ellas, no puede achacarse únicamente a la
producción de energía eléctrica. Pero es innegable que también afectan
seriamente a la fauna y, en gran medida, a los ecosistemas acuáticos. A pesar
de la implantación de numerosas técnicas para minimizar su impacto, como
escaleras y rampas para peces, éstos y otros organismos acuáticos pueden ser
heridos o morir en el movimiento de las aspas de las turbinas que generan
electricidad.
Aparte de este impacto directo, se producen otros impactos en la propia
presa o incluso aguas debajo de la misma. Las presas y embalses estancan el
agua y los flujos son más lentos que el río original, y como consecuencia,
acumulan más cantidad de sedimentos y nutrientes, lo que conlleva a un
aumento excesivo de algas y plantas acuáticas. Esta vegetación acuática
anómala desplaza a la original, y en muchos casos, debe ser controlada por
medios mecánicos o biológicos.
Aguas abajo de una presa se suele reducir el caudal del río de manera
considerable. De hecho, desde hace tiempo se implantó la obligatoriedad de
garantizar un “caudal ecológico”, para intentar garantizar la pervivencia de
poblaciones vegetales
en una presa, el oxígeno disuelto en el agua es menor que en un río que
fluye, por lo que a la hora de soltar agua es importante la acción de
aireadores, ya que normalmente se suele liberar agua de las zonas más
profundas del embalse, que son las que tienen precisamente menos oxígeno y
también una temperatura menor que las aguas más someras de los ríos. De
esa forma se minimiza su impacto sobre las normalmente sensibles
poblaciones piscícolas.
Repercusión sobre el cambio climático
Durante la construcción y desmontaje de una planta hidroeléctrica es cierto que se producen emisiones que contribuyen al calentamiento global. Curiosamente durante su explotación, a pesar de que no se emplean combustibles fósiles, se ha descubierto que las presas y embalses emiten a la atmósfera cantidades variables de dióxido de carbono y metano dependiendo de su tamaño y de la biomasa que estuviera presente en la zona antes de quedar bajo las aguas.
La razón es sencilla: tras quedar anegada por el agua, la vegetación y materia orgánica del suelo de estas zonas se descompone y libera dióxido de carbono y metano, ambos gases de efecto invernadero.
Sin embargo, su efecto es mucho menor en comparación con las emisiones de la producción eléctrica partiendo de combustibles fósiles como carbón o incluso el gas natural.
TECNOLOGÍAS QUE USAN ENERGÍA
HIDRÁULICA
Hay en existencia un gran número de tecnologías que necesitan de la energía del agua. Una de las más arcaicas es la rueda hidráulica, que se utiliza para construir molinos. El trompe es otro artefacto aunque es menos conocido. Se trata de un compresor de gas de accionamiento hidráulico, que produce aire comprimido de la caída del agua.
La turbina hidráulica es el aparato de más uso cuando de generar electricidad se trata. Es un motor que rota para obtener la energía del agua en movimiento. Funciona de la siguiente manera: cuando el agua fluye, se dirige hacia las aspas giratorias, hecho que crea fuerza sobre aquellas y así, la energía se transfiere desde el agua hacia la turbina.
Una tecnología más avanzada es la planta hidroeléctrica, que es toda una instalación enfocada al aprovechamiento de la energía hidráulica para producir energía eléctrica.
TIPOLOGÍA DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA
Dado que el fin principal de la energía hidráulica es generar electricidad, puede clasificarse de acuerdo con los métodos de generación:
-La hidroelectricidad convencional es aquella que se conoce desde hace miles de años, y hace referencia a las típicas represas.
-La hidroelectricidad que se obtiene del curso de un río, capta la energía cinética sin usar presas.
-Los proyectos hidroeléctricos pequeños normalmente no tienen embalses artificiales y proporcionan 10 megavatios (MW) o menos.
-Los micro proyectos hidroeléctricos generan pocos kilovatios (kW) a casas aisladas y pueblos o industrias pequeñas.
-Los proyectos de electricidad conductora usan el líquido que ya ha sido desviado para su uso en otros lugares, como los sistemas municipales de agua
ENERGIA UNDIMOTRIZ
La energía undimotriz, u olamotriz, es la energía que permite la obtención
de electricidad a partir de energía mecánica generada por el movimiento de
las olas.
Es uno de los tipos de energías renovables más estudiados actualmente, y
presenta enormes ventajas frente a otras energías renovables debido a que en
ella se presenta una mayor facilidad para predecir condiciones óptimas que
permitan la mayor eficiencia en sus procesos.
HISTORIA
Este tipo de tecnología fue inicialmente trabajada e implementada en la década
de 1980, y ha ido teniendo gran acogida, debido a sus
características renovables, y su enorme viabilidad de implementación en un
futuro próximo. Su implementación se hace aún más viable entre las latitudes
40° y 60°,por las características del oleaje.
VIALIDAD ECONOMICA
Actualmente esta energía ha sido implementada en muchos de los países
desarrollados, logrando grandes beneficios para las economías de estos
países, debido al alto porcentaje de energía que suple con relación al total de
energía que demandan al año.
En Estados Unidos: Se estima que alrededor de 55 TWh por año son suplidos
por energías provenientes del movimiento de las olas. Dicho valor es un 14 %
del valor total energético que demanda el país al año.
En Europa: Se sabe que alrededor de 280 TWh son provenientes de energías
generadas por movimiento de las olas en el año.
Estimación económica del coste de la
energía undomotriz (Informe 2010 RTA)
REQUISITOS
Aún cuando el trabajo y estudio realizado alrededor de este tipo de energía
renovable es bastante bajo en relación con otras energías renovables, aparte
de los costos de inversión necesarios para la implementación de los equipos y
herramientas que permitan el correcto funcionamiento para obtener energía
eléctrica a partir del movimiento de las olas, es necesario tener una serie de
condiciones geológicas para su uso óptimo.
PROFUNDIDAD
Según estudios realizados a lo largo de la historia con respecto a esta energía
renovables, se sabe que la cantidad de energía que se puede obtener a partir
de ella, es proporcional al periodo de oscilación de las olas, al igual que al
cuadrado de la amplitud de estas. Por tal razón se sabe que este tipo de
características se hallan en territorios marítimos con profundidades entre 40 y
100 metros.
Según la profundidad de instalación de los
dispositivos utilizados con este fin se pueden
clasificar en: • Dispositivos en costa (on-shore):
Se trata de dispositivos apoyados en la costa: en acantilados rocosos, integrados
en estructuras fijas como diques rompeolas o sobre el fondo en aguas poco
profundas. Estos dispositivos también se conocen como Dispositivos de Primera
Generación
• Dispositivos cerca de la costa (near-shore):
Son dispositivos ubicados en aguas poco profundas (10-40 m) y distanciados de la
costa unos cientos de metros. Estas profundidades moderadas son apropiadas
para dispositivos de gran tamaño apoyados por gravedad sobre el fondo o
flotantes.
Dispositivos fuera de la costa u off-shore:
Se trata de dispositivos flotantes o sumergidos ubicados en aguas profundas (50-
100 m). Son el tipo de convertidores más prometedor ya que explotan el mayor
potencial energético existente en alta mar. Estos dispositivos también se conocen
como dispositivos de tercera generación. Hasta el momento, su desarrollo se ha
visto perjudicado y retrasado porque deben hacer uso de tecnologías muy fiables y
costosas que garanticen su supervivencia ya que ésta representa un aspecto
clave para este tipo de dispositivos.
EQUIPOS
Los equipos de mayor uso en la actualidad para la implementación de este tipo
de energía son:
Flotadores: Estos se encuentran sujetos al fondo mediante un anclaje o un
peso sumergido.
Dispositivos móviles articulados :Estos dispositivos siguen el movimiento de las
olas que actúan sobre un generador hidráulico. Es un aparato flotante de
partes articuladas que obtiene energía del movimiento relativo entre estas
partes. Como la serpiente marina PELAMI.
Depósitos :Un pozo con la parte superior hermética y la zona baja comunicada
con el mar. En la parte superior hay una pequeña abertura por la que sale el
aire expulsado por las olas. Se aprovecha la energia cinetica moviendo una
turbina, para generar la electricidad.
CLASIFICACION DE DISPOSITIVOS
Dispositivos de columna de agua oscilante:
Estos funcionan con una turbina de aire que se encuentra ensamblada a un
generador. Esta estructura normalmente se encuentra ubicada en la costa.
Su parte inferior se encuentra sumergida, de forma que se abre hacia el oleaje,
en su parte superior contiene una cámara de aire. El aire se desplaza por la
columna de agua generando movimiento en la turbina ubicada en la parte alta
del dispositivo. Se utiliza energía neumática para generar energía mecánica.
Dispositivos oscilantes Estos funcionan con un motor hidráulico, turbina
hidráulica y un generador eléctrico lineal.
Flotadora Estas boyas contienen un sistema hidráulico el cual acciona un
generador gracias al constante movimiento del oleaje ya que éste hace que se
genere un movimiento relativo entre el mástil y el flotador. La salida eléctrica se
lleva hasta una subestación cercana
Rotación Este sistema está formado por un módulo que se encuentra anclado
al fondo marino y mediante las oscilaciones se accionan unos pistones que
logran una transformación hidroeléctrica. Están constituidos principalmente por
una estructura articulada que en las conexiones de los nodos dispone de un
sistema hidráulico el cual actúa sobre un generador eléctrico. Esta tecnología
es comercial ya que por medio de 30 de estos aparatos se podría brindar
energía a 20 000 hogares.
Dificultades de implementación
Uno de los problemas técnicos importantes consiste en cómo absorber
la energía mecánica, que incide en un campo aleatorio de velocidades,
en energía eléctrica apta para su conexión a la red eléctrica.
El alto costo económico de la inversión inicial demanda que el periodo
de amortización de estas centrales sea largo.
Su utilización se circunscribe a zonas costeras o próximas a la costa, por
mayor erogación económica que implicaría transportar la energía obtenida a
lugares del interior.
Dispositivos Flotantes Amarrados
Este tipo de dispositivo flota en la superficie del océano amarrado al lecho
marino por cuerdas o cables que pueden estar tensos o sueltos, dependiendo
del sistema. El captador mecánico debe resistir el movimiento de las olas para
generar energía: parte de la máquina necesita moverse mientras que otra parte
debe quedar inmóvil.
En este tipo de dispositivo, el amarre es fundamental y está dispuesto de tal
manera que el movimiento de las olas solo mueva una parte de la máquina. La
electricidad se genera entonces a partir del movimiento oscilatorio de la parte
móvil que acompaña las olas.
Sistemas de Columnas de Agua
Oscilantes
Estos sistemas funcionan basados en una estructura hueca parcialmente
sumergida en el agua y con una abertura expuesta por debajo de la linea del
agua. Por encima de este nivel se genera una gran cámara de aire que varia
en tamaño al estar sometida a la fluctuación de nivel del agua por efecto de
las olas. Este aire atrapado en la estructura sufre violentos compresiones por
efecto del llenado de agua en la cámara y es canalizado a través de ductos
que mueven turbinas bidireccionales.
Sistemas de Superficies Articuladas
Este sistema se basa en aprovechar mecánicamente el movimiento de las olas
a través de dispositivos de gran extensión que copian la rugosidad de la
superficie del agua La diferencia de nivel relativo entre distintos puntos de la
maquina hacen girar bisagras y puntos de quiebre donde se encuentran
sistemas hidráulicos que al ser accionados bombean fluidos que hacen girar
generadores eléctricos.
La principal ventaja de este tipo de dispositivos es que no necesitan estar
fijados al lecho marino y solo funcionan con la diferencia de nivel relativa del
agua calculando movimientos de bisagras.
Esto permite emplazamientos a distintos tipos
de profundidades y distancias de la costa.
Las olas del mar no son útiles sólo para los surferos. Con la tecnología
adecuada la oscilación de las olas también se puede aprovechar para
producir electricidad. Esta energía renovable y, por tanto, no contaminante
se denomina undimotriz y, por el momento, hay pocos proyectos en el mundo
que la utilicen.
¿Cómo funciona?
La energía undimotriz es la energía de las olas, a diferencia de la maremotriz
que utiliza la subida y bajada de las mareas. Las olas se generan por el efecto
del viento sobre la superficie de los mares y los océanos y, si somos capaces
de aprovecharlas, podemos convertirlas en una energía libre de emisiones de
CO2
Ventajas
La energía de las olas puede ser capturada en la superficie o en el fondo del
mar siguiendo la fuerza del agua. Las olas tienen la mayor densidad de
energía de todas las energías renovables. El agua es capaz de generar 1.000
veces más cantidad de energía que el viento, por lo que permite producir lo
mismo utilizando máquinas más pequeñas y, por tanto, con menor impacto
visual en el medio ambiente.
Mientras que la energía solar depende de los días despejados y la eólica
tiende a disminuir durante la mañana y es difícilmente predecible, las olas
continúan produciendo energía durante todo el día. Esto la permite formar
parte de las energías más estables de toda la energía eléctrica generada.
Además, esta energía presenta un factor de capacidad alto, es decir, que la
producción de energía es constante. Estimar el potencial del recurso con
fiabilidad reduce los riesgos de inversión de los proyectos.
Una de las mayores ventajas de estos sistemas es que una vez que se
construye una estación, el mantenimiento necesario es mínimo, debido a que
existen pocas piezas móviles. Además, no requiere de suministros ni produce
desechos. Aunque deben de ser resistentes, cualquiera de las tecnologías
tiene que ser capaz de aguantar la altura de cualquier ola en condiciones
extremas y en localizaciones remotas.
Máquinas eléctricas
En 1831 Michael Faraday (Científico inglés, 1791-1867) estableció con
sus experimentos la Ley de Inducción Electromagnética de Faraday: "La
magnitud del voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo
magnético".
Además, Heinrich Lenz (Físico alemán, 1804-1865) formuló en 1834 la Ley de
Lenz: "La corriente debida a la fuerza electromotriz inducida (f.e.m.) se opone
al cambio de flujo magnético, tal que la corriente tiende a mantener el flujo".
Esto es válido para los casos que;
La intensidad del flujo varíe,
El cuerpo conductor se mueve respecto de él.
Convertidor undimotriz
Normalmente el proceso de conversión de energía de las olas es como sigue:
El sistema consiste en una boya acoplada a un generador lineal de imán
permanente, de forma que el alternador (pistón o desplazador) se mueve
respecto al estator que contiene el devanado trifásico.
Esta configuración genera voltajes y corrientes variables en amplitud y
frecuencia así como también un cambio de fase cuando el generador se mueve
en sentido contrario. Esto se debe al movimiento aleatorio de las olas.
Por consiguiente, se hace necesario el uso de un convertidor AC/DC trifásico
(rectificador), lo que permite regular en cierta medida estas tensiones y
corrientes variables.
Esta tensión rectificada será transmitida a tierra mediante un conductor
eléctrico, cuyo calibre podrá evaluarse en función de corriente, tensión de
trabajo y caída de tensión producto de la distancia a recorrer.
Energía mareomotriz
Es la que 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 eléctrica, una forma
energética más segura y aprovechable. Es un tipo de energía renovable, 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. Sin embargo, 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 han
impedido una penetración notable de este tipo de energía.
Otras formas de extraer energía del mar son: las olas (energía undimotriz),
de la diferencia de temperatura entre la superficie y las aguas profundas del
océano, el gradiente térmico oceánico; de la salinidad, de las corrientes
marinas o la energía eólica marina.
En España, el Gobierno de Cantabria y el Instituto para la Diversificación y
Ahorro Energético (IDAE) quieren crear un centro de i+d+i en la costa
de Santoña. La planta podría atender al consumo doméstico anual de unos
2500 hogares.
Métodos de generación
Generador de la corriente de marea:
Los generadores de corriente de marea (o TSG por sus iniciales inglés) hacen
uso de la energía cinética del agua en movimiento a las turbinas de la
energía, de manera similar al viento (aire en movimiento) que utilizan las
turbinas eólicas. Este método está ganando popularidad debido a costos más
bajos y a un menor impacto ecológico en comparación con las presas de
marea, ya que esto ocasiona que el agua suba 10 metros a nivel del mar sobre
lo normal.
Presa de marea:
Las presas de marea hacen uso de la energía potencial que existe en la
diferencia de altura (o pérdida 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.
Energía mareomotriz dinámica
La energía mareomotriz dinámica es una tecnología de generación teórica que
explota la interacción entre las energías cinética 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 océano,
sin encerrar un área. 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 ribereñas poco profundas con corrientes
de mareas que oscilan paralelas a la costa, como las que encontramos en el
Reino Unido, China y Corea del Sur. Cada represa genera energía en una
escala de 6 a 17 GW.
Funcionamiento
El funcionamiento de una planta mareomotriz, es sencillo, cuando se eleva la
marea se abren las compuertas del dique la cual ingresa en el embalse.
Después cuando llega a su nivel máximo el embalse, se cierran las
compuertas. Luego, cuando la marea desciende por debajo del nivel del
embalse alcanzando su amplitud máxima entre este y el mar, se abren las
compuertas dejando pasar el agua por las turbinas a través de los estrechos
conductos.
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 las mareas
- Traslado de energía muy costoso
- Efecto negativo sobre la flora y la fauna
- Limitada
Energía mareomotriz
Características
La energía mareomotriz es la que se consigue aprovechando el movimiento de
las mareas causadas por las fuerzas gravitacionales ejercidas por la Luna y el
Sol. Este tipo de energía tiene la cualidad de ser renovable y limpia.
Métodos
La energía mareomotriz es considerada renovable ya que la principal fuente
de su poder energético no se agota debido al uso y es limpia porque no se
producen desechos ni productos contaminantes aunque una razón por la que
este tipo de energía no es muy utilizada es la mala relación del costo y
energía producida, los medios actuales para construir dispositivos que
aprovechen el poder de las mareas es caro en comparación a lo que se
obtiene a cambio.
Hay tres métodos por los cuales generar energía aprovechando las mareas:
Presa de marea:
Son diques que se sitúan en lo ancho de un estuario para aprovechar la
energía potencial y convertirla en energía cinética para producir electricidad.
Los problemas con la construcción de estas estructuras son los impactos
ambientales que causan en los lugares donde se instalan, los pocos lugares
apropiados en donde construirlas y los altos costos.
Generador de corriente de marea:
Son turbinas situadas bajo el mar que aprovechan la energía cinética
generada por el movimiento del mar y las corrientes, similar a como lo hacen
las turbinas eólicas, pero dado que la densidad del agua es 800 veces mas a la
del aire, un generador puede proporcionar de energía con una marea a baja
velocidad. Esta tecnología aún se encuentra en etapa experimental.
Energía mareomotriz dinámica:
Esta tecnología se encuentra aún en fase teórica y la idea es aprovechar la
interacción entre las energías cinética y potencial que se encuentran en las
mareas. Para las presas de gran longitud la propuesta es construirlas desde la
costa hasta hacia el mar sin que se encierre área alguna.
La Rance
En Francia se construyó una central mareomotriz para proveer de energía a la
ciudad de Rennes. El costo de la producción de energía resulto ser menor al
costo de una central eléctrica y además sin la emisión de gases de efecto
invernadero. Esta planta mareomotriz demuestra que hay un recurso muy
importante para la explotación, la energía de los océanos.
En esta foto podemos ver el proceso que se requiere para transformar la
energía mareomotriz en energía eléctrica
Como se obtiene
El mar es una de las principales fuentes de recursos del ser humano y, desde
mediados del siglo pasado, este medio natural también sirve para generar
electricidad a partir de la potencia que libera el movimiento ascendente y
descendente del agua; es lo que se conoce como energía mareomotriz.
Como si de un molino de agua se tratase, la energía mareomotriz se genera
mediante grandes turbinas sumergidas bajo el mar que giran gracias a
la fuerza de las mareas. La rotación de las hélices produce energía que se
traslada a alternadores para que la conviertan en electricidad.
Este tipo de energía es, sin embargo, muy dependiente de la amplitud de las
mareas. Por ello, algunas regiones del planeta son mejores que otras para
instalar centrales mareomotrices. Por ejemplo, en el Mediterráneo las mareas
suelen registrar un movimiento de entre 20 y 40 centímetros, por lo que su
potencial de desarrollo es mucho menor que en el océano Atlántico, donde el
desnivel del agua alcanza alturas de más de 10 metros.
La posición del Sol y la Luna influyen en las fuerzas gravitatorias sobre la
tierra, lo que provoca que el nivel del mar sufra variaciones. A esto se suman
otros factores, como las temperaturas o el viento, que afectan igualmente al
movimiento del agua salada. Por eso las mareas cambian según las regiones
del planeta.
Este tipo de energía es, sin embargo, muy dependiente de la amplitud de las
mareas. Por ello, algunas regiones del planeta son mejores que otras para
instalar centrales mareomotrices. Por ejemplo, en el Mediterráneo las mareas
suelen registrar un movimiento de entre 20 y 40 centímetros, por lo que su
potencial de desarrollo es mucho menor que en el océano Atlántico, donde el
desnivel del agua alcanza alturas de más de 10 metros.
La posición del Sol y la Luna influyen en las fuerzas gravitatorias sobre la
tierra, lo que provoca que el nivel del mar sufra variaciones. A esto se suman
otros factores, como las temperaturas o el viento, que afectan igualmente al
movimiento del agua salada. Por eso las mareas cambian según las regiones
del planeta.
En comparación con otras energías renovables, como la solar o la eólica, la
mareomotriz aún no se encuentra entre las más explotadas. Sin embargo,
existen grandes proyectos que llevan décadas en funcionamiento, como la
central francesa de La Rance, que fue la primera que se puso en marcha en el
mundo (desde 1967) y aporta casi la mitad de la electricidad de la región de
Bretaña. Entre los más recientes, la compañía británica Tidal Lagoon
Power ha anunciado este año la construcción de seis centrales capaces de
producir hasta un ocho por ciento de la energía del Reino Unido a partir del
año 2022.
Generadores de corrientes de marea
de la Energía mareomotriz
La generación de electricidad a través de las mareas es muy similar a la generación hidroeléctrica, excepto que el agua no recorre un solo sentido, sino que va y viene (flujo y reflujo) y por lo tanto esto debe tenerse en cuenta al momento de desarrollar los generadores. Los sistemas de generación más simples de plantas de mareas, conocidos como sistemas de generación de reflujos, utilizan un dique, conocido como barrera, a lo largo de un estuario.
Las compuertas en la barrera, permiten que la cuenca de la marea se llene durante las mareas altas que entran (mareas flujo) y que el agua pueda salir a través del sistema de turbinas durante la marea de salida (conocida como marea de reflujo). Existen otras alternativas de sistemas de generación a través de las mareas de flujo, que generan energía de las mareas entrantes, pero tienen menos ventajas que los sistemas de generación de reflujo.
Turbinas utilizadas en las estaciones
de energía de barrera de mareas
Son posibles muchas configuraciones diferentes de turbinas. Por ejemplo, la
planta de marea de La Rance, cercana a St Malo en la costa de Francia, utiliza
una turbina de bulbo . En los sistemas de turbina de bulbo, la turbina está
completamente inmersa, haciendo del mantenimiento algo complicado, ya
que se debe frenar el flujo del agua a través de la turbina para lograr
acceder a ella. Las turbinas de borde, como la de Straflo utilizada en Anápolis
Royal en Nueva Escocia, reducen este tipo de problemas ya que el generador
está montado en la barrera, en los ángulos rectos de las hélices de la
turbina.
Desafortunadamente, el rendimiento de este tipo de turbinas es difícil de
regular y no son aptas para el uso de bombeo. Se ha propuesto el uso de
turbinas tubulares en el projecto de mareas de Severn en el Reino Unido. En
este tipo de organización (Figura 4), las hélices están conectadas a un largo
eje y orientadas en un ángulo tal que permite que el generador se ubique
sobre la barrera y por lo tanto sea fácilmente accesible para los controles de
mantenimiento.
Tendencias en las tecnologías de
generación
Ya han pasado más de treinta años desde que la estación de energía de
mareas más grande del mundo fue construida en el Estuario La Rance en
Francia. De 240 MW es mucho más grande que la estación de Anápolis Royal,
Canadá de 20 MW que fue terminada en 1984 y los sistemas más pequeños
(menos de 500 kW) de la Bahía de Kislaya en Jagxia Creek, China, terminados
al mismo tiempo que el proyecto Le Rance.
La preocupación que han generado los efectos sobre el medio ambiente de las
barreras de mareas desde la construcción de estación de energía de La Rance
ha llevado al desarrollo de tecnologías que buscan producir un impacto menor
en el medio ambiente. Dos áreas clave de desarrollo han sido las vallas de
mareas y las turbinas (también conocidos como molinos de mareas).
Vallas de marea
Las vallas de mareas se componen de un número de turbinas de eje vertical
que se montan sobre una estructura de valla, conocida como caisson. Se
forma una estructura que bloquea por completo el canal, forzando al agua a
pasar entre ellos como lo muestra la Figura
A diferencia de las estaciones de energía de barrera, estas vallas pueden ser
utilizadas sin cuencas confinadas, como en el canal entre tierra firme y una
isla cercana, o entre dos islas. Como resultado, las vallas de mareas tienen un
impacto mucho menor en el ambiente, ya que no requieren la inundación de
una cuenca, y son significativamente más económicos de instalar. Las vallas
de marea también tienen la ventaja de poder generar electricidad una vez
que los módulos iniciales están instalados, a diferencia de los sistemas de
barrera que sólo generan energía una vez que están completamente
instalados. Sin embargo las vallas de marea no están libres de efectos sobre el
medio ambiente y la sociedad, ya que todavía se requieren la estructura de
caisson que puede modificar la migración de animales marinos de gran
envergadura y desviar las rutas de navegación de barcos.
La compañía Blue Energy estaba planeando construir una valla de marea de
2.2 GW que utiliza la turbina Davis en el Canal de San Bernardino en las
Filipinas. El proyecto, con un costo estimado de U$S 2,8 billones, está
actualmente en espera debido a la inestabilidad política de la región (Revista
Powerline, 2003)
Lagunas de mareas
La generación de energía de mareas offshore (“lagunas de mareas”) es el
nuevo acercamiento a la conversión de energía de mareas que resuelve los
problemas ambientales y económicos de la tecnología más conocida de
“barrera de mareas”. Las lagunas de mareas utilizan una estructura de
cercado utilizando montículos de escombros y equipos de generación
hidroeléctrica low – head situados a una milla o más de la costa, en un área
de gran rango de mareas (ver Figura 10). Los sitios llanos de mareas de poca
profundidad son los más económicos. Las estructuras de cercado de múltiples
células proveen factores de alta carga (alrededor de 62%) y tienen la
flexibilidad de manejar la curva de salida de energía, proveyendo energía en
respuesta a las señales de precio de demanda.
Energía de mareas alrededor del
mundo
Actualmente hay algunas barreras de gran escala en operación alrededor del
mundo, incluyendo la turbina de bulbo de 240 MW en La Rance, Bretaña (ver
Figuras 12 y 13), Francia y la planta de Anápolis Royal, Nueva Escocia, Canadá
de 20 MW. El proyecto experimental de energía de mareas de La Rance
(Bretaña, Francia) de 240 MW fue comisionado en 1966. Esta planta (operada
por Electricite de Francia) está equipada con 24 generadores de turbina del
tipo de bulbo. Las turbinas miden 5.35 mt de diámetro con generadores de 10
MW. Estos equipos están diseñados para generar energía ya sea con la marea
de entrada, como con la de salida, así como también para bombear agua
dentro o fuera de la cuenca durante períodos de mareas bajas, y para servir
como orificios, permitiendo que el agua pase dentro o fuera de la cuenca. La
planta, por lo tanto, puede, y muchas veces lo hace, operar como una planta
de cuenca alta individual, generando energía con la marea de reflujo.
Proyectos
A fines de 2004 el Gobierno de China firmó en New York un Acuerdo de
Cooperación por una Laguna de Marea de 300 MW. El gobierno chino expresó
su apoyo a la laguna de mareas offshore de 300 MW de Tidal Electric’s, en las
aguas cercanas a la desembocadura del Río Yalu. Con 300 MW, este proyecto
será la planta de energía de mareas más grande del mundo, superando la
capacidad de 240 MW de la planta de energía de mareas francesa de La
Rance.
Proyecto Kislogubskaya, de Rusia.
Esta central experimental, ubicada en el mar de Barentz, con una capacidad
de 400KW, fue la segunda de esta clase en el mundo. Se empleó un método
empleado en Rance: cada módulo de la casa de máquinas, incluídos los
turbogeneradores, se fabricaron en tierra y se llevaron flotando hasta el lugar
elegido y se hundieron en el lecho previamente elegido y preparado. Se puso
en marcha en 1968 y envío electricidad a la red nacional.
El único problema es el elevado costo inicial por KW de capacidad instalada,
pero se deberá tener en cuenta que no requiere combustible, no contamina
la atmósfera y su vida útil se calcula un siglo.
Por todo ello, sería interesante retomar el estudio de éstas y otras energías
renovables no convencionales para asegurar un futuro predecible
ENERGÍA TÉRMICA OCEÁNICA:
La explotación de las diferencias de temperatura de los océanos ha sido propuesta multitud de veces, desde que d"Arsoval lo insinuara en el año 1881, pero el mas conocido pionero de esta técnica fue el científico francés GeorgiClaudi, que invirtió toda su fortuna, obtenida por la invención del tubo de neón, en una central de conversión térmica.
La conversión de energía térmica oceánica es un método de convertir en energía útil la diferencia de temperatura entre el agua de la superficie y el agua que se encuentra a 100 m de profundidad. En las zonas tropicales esta diferencia varia entre 20 y 24º C. Para el aprovechamiento es suficiente una diferencia de 20º C.
Las ventajas de esta fuente de energía se asocian a que es un salto térmico permanente y benigno desde el punto de vista medioambiental. Puede tener ventajas secundarias, tales como alimentos y agua potable, debido a que el agua fría profunda es rica en sustancias nutritivas y sin agentes patógenos.
Las Mareas
Participante de este efecto son el sol, la luna y la tierra. Siendo la mas
importante en esta acción la luna, por su cercanía. La luna y la Tierra ejercen
una fuerza que atrae a los cuerpos hacia ellas: esta fuerza de gravedad hace
que la Luna y la Tierra se atraigan mutuamente y permanezcan unidas. Como
la fuerza de gravedad es mayor cuanto más cerca se encuentren las masas, la
fuerza de atracción que ejerce la Luna sobre la Tierra es más fuerte en las
zonas más cercanas que en las que están más lejos
Esta desigual atracción que produce la Luna sobre la Tierra es la que provoca
las Mareas en el mar. Como la Tierra es sólida, la atracción de la Luna afecta
más a las aguas que a los continentes, y por ello son las aguas las que sufren
variaciones notorias de acuerdo a la cercanía de la L
TURBINAS MARINAS HAMMERFEST
Turbinas davis Blue Energy
En la Actualidad año 2009 y 2010 se ha presentado distintas opciones
en modelos ya comerciales para la generación de la energía, hay que indicar
que después de los daños ambientales producidos en la central mareomotriz
La Rance en Francia construida en 1967 los especialistas en los modelos
actuales, han minimizado el impacto sobre la vida marina para no repetir los
errores de La Rance. Un ejemplo que se repite es la baja velocidad en que se
mueven las turbinas, tal como las puertas giratorias que podemos encontrar
en los hoteles o centros comerciales esta baja velocidad no significa que no
generen potencia la densidad del agua es mucho mayor que cualquier otro
tipo de energía en condiciones optimas.
FUTURO DE LA ENERGÍA MAREOMOTRIZ
Los avances actuales de la técnica, el acelerado crecimiento de
la demanda energética mundial, y el siempre latente incremento en
el precio de los combustibles son factores primordiales que achican cada vez
más la brecha entre los costos de generación mareomotriz y los de las fuentes
convencionales de energía. Así lo entienden países como Canadá e Inglaterra,
donde se incorpora la misma a los planes energéticos como solución a
medianos plazos en el proceso de sustitución de plantas termales.
