la importancia y el futuro de la energÍa del oceano en mÉxico laboratorio de ingeniería y...
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LA IMPORTANCIA Y EL FUTURO DE LAENERGÍA DEL OCEANO EN MÉXICO
Laboratorio de Ingeniería y Procesos Costeros (LIPC)Instituto de Ingeniería, UNAM-Campus Sisal
*Bernardo Figueroa Espinoza Paulo Salles Afonso de Almeida
Alec Torres-Freymuth E. Tonatiuh Mendoza
Christian AppendiniJosé López
Los recursos fósiles y minerales para generación energética van a existir durante varias décadas más, pero...
✗ Creciente costo de producción (no viable a largo plazo)✗ Creciente costo ambiental (consecuencias graves)
Las energías renovables son la alternativa evidente y sustentable para que la especie humana pueda perdurar en sociedades desarrolladasCAMBIO DE ACTITUD: respeto al medio ambiente y al ser humano.
INTRODUCCIÓN
Sol tierra, atmósfera y océano energía La capacidad de los océanos de transformar y concentrar la energía transferida del sol es enormeMás del 70% del planeta está cubierto por aguaLas costas “están a la mano del ser humano” para aprovechar y explotar los recursos del mar.
PARECE CLARO QUE LOS OCÉANOS SON UNA FUENTE VIABLE DE ENERGÍA.
Los retos son importantes, pero no insalvables…
INTRODUCCIÓN
IMPORTANCIA DE LA COSTA EN MÉXICO
Históricamente México ha estado volteado hacia el interior:
• Época prehispánica (aprovechamiento y exploración menores, pesca, salinas…)
• Colonia (+puertos de entrada y salida, +VALOR ESTRATEGICO)
• …• Siglo XX (piscicultura+PETROLEO+TURISMO)• Siglo XXI (+Energías renovables)
IMPORTANCIA DE LA COSTA EN MÉXICO
La costa es la frontera entre el mar y la tierra
En nuestro caso:
•Cerca de la mitad de los municipios son costeros•México tiene 11,122 km de litoral, de los más altos del mundo (relativo a su superficie)•23% de la población vive en zonas costeras
PaísSuperficie
(km2)Orden
Línea de
Costa (km)Orden
Línea de Costa
rel. (m/km2)Orden
Canadá 9,976,140 3 202,080 1 20.256 11Indonesia 1,919,440 17 54,716 2 28.506 8Groenlandia 2,166,086 14 44,087 3 20.353 10Rusia 17,075,200 1 37,653 4 2.205 15Filipinas 300,000 25 36,289 5 120.963 2Japón 377,835 22 29,751 6 78.741 4Australia 7,686,850 7 25,760 7 3.351 14Noruega 324,220 23 21,925 8 67.624 5Estados Unidos 9,629,091 4 19,924 9 2.069 17Antárctica 14,000,000 2 17,968 10 1.283 23Nueva Zelanda 268,680 26 15,134 11 56.327 6China 9,596,960 5 14,500 12 1.511 20Grecia 131,940 28 13,676 13 103.653 3Reino Unido 244,820 27 12,429 14 50.768 7México 1,972,550 15 11,150 15 5.653 13Italia 301,230 24 7,600 16 25.230 9Dinamarca 43,094 29 7,314 18 169.722 1Turquía 780,580 21 7,200 19 9.224 12
PaísSuperficie
(km2)Orden
Línea de
Costa (km)Orden
Línea de Costa
rel. (m/km2)Orden
Canadá 9,976,140 3 202,080 1 20.256 11Indonesia 1,919,440 17 54,716 2 28.506 8Groenlandia 2,166,086 14 44,087 3 20.353 10Rusia 17,075,200 1 37,653 4 2.205 15Filipinas 300,000 25 36,289 5 120.963 2Japón 377,835 22 29,751 6 78.741 4Australia 7,686,850 7 25,760 7 3.351 14Noruega 324,220 23 21,925 8 67.624 5Estados Unidos 9,629,091 4 19,924 9 2.069 17Antárctica 14,000,000 2 17,968 10 1.283 23Nueva Zelanda 268,680 26 15,134 11 56.327 6China 9,596,960 5 14,500 12 1.511 20Grecia 131,940 28 13,676 13 103.653 3Reino Unido 244,820 27 12,429 14 50.768 7México 1,972,550 15 11,150 15 5.653 13Italia 301,230 24 7,600 16 25.230 9Dinamarca 43,094 29 7,314 18 169.722 1Turquía 780,580 21 7,200 19 9.224 12
PaísSuperficie
(km2)Orden
Línea de
Costa (km)Orden
Línea de Costa
rel. (m/km2)Orden
Canadá 9,976,140 3 202,080 1 20.256 6Groenlandia 2,166,086 14 44,087 3 20.353 5Noruega 324,220 23 21,925 8 67.624 3Grecia 131,940 28 13,676 13 103.653 2
México 1,972,550 15 11,150 15 5.653 8Italia 301,230 24 7,600 16 25.230 4Dinamarca 43,094 29 7,314 18 169.722 1Turquía 780,580 21 7,200 19 9.224 7
PaísSuperficie
(km2)Orden
Línea de
Costa (km)Orden
Línea de Costa
rel. (m/km2)Orden
Noruega 324,220 23 21,925 8 67.624 3Grecia 131,940 28 13,676 13 103.653 2
México 1,972,550 15 11,150 15 5.653 6Italia 301,230 24 7,600 16 25.230 4Dinamarca 43,094 29 7,314 18 169.722 1Turquía 780,580 21 7,200 19 9.224 5
El potencial de aprovechamiento de la costa es enorme. Los retos para su conservación son numerosos y complejos
• Es la parte más baja de las cuencas• Las presiones que experimenta son elevadas• Su equilibrio es frágil y dinámico
El primer paso: CAMBIO DE ACTITUD El segundo paso: evaluar el recurso, proponer soluciones
I&D
Ventajas:RenovableAlta densidad de energía (concentrada)Una vez instalado el equipo, la energía
ES GRATIS!Bajo impacto ambiental (en general)
Desventajas:El ecosistema marino es peligrosoProblemas de corrosión, crecimiento de organismos en los dispositivosA veces es difícil predecir la disponibilidad del recursoProblemas de transmisión de la energía$$$$$$$$$$$$
ENERGÍAS OCEÁNICAS
La energía del océano se puede aprovechar de distintas formas:Mareas (ascenso y descenso del Nivel del Mar; ondas largas)
ENERGÍAS OCEÁNICAS
Modos de operación de una mareomotriz con un embalse (fuente: http://www.darvill.clara.net y http:// futuristic technology.page)
Existen zonas donde las mareas son suficientemente importantes para ser aprovechadas
ENERGÍAS OCEÁNICAS
(mareas)
En operación
Capacidad (MW) Pais
Comienzo de
operaciones
La Rance 240 Francia 1966Kislaya Guba 0.4 Rusia 1968
Jiangxia 3 China 1980
Annapolis 20 Canadá 1985
Udlolmok 1Corea del Sur 2009
Lago Sihwa 255Corea del Sur 2011
ProyectadasCapacidad
(MW) PaísBahía de Garorim 480 Corea del Sur
Mersey 700 Reino UnidoProyecto Golfo de Kutch 900 India
En construcción
Incheon (1,320MW) Corea del Sur, 2015
La energía del océano se puede aprovechar de distintas formas:
Oleaje generado por el viento (ondas cortas)
ENERGÍAS OCEÁNICAS
Columna de agua oscilante Limpet en la isla de Islay, UK y esquema (fuente: http://www.wavegen.co.uk)
Sistema de flotadores Pelamis© (fuente http://www.pelamiswave.com/pelamis-technology)Boya AquaEnergy© (fuente: www.ocsenergy.anl.gov/documents/docs/OCS_EIS_WhitePaper_Wave.pdf y)
Dispositivo de rebase (izq: http://www1.eere.energy.gov/water/marine_hydro_glossary der: www.wavedragon.net)
ENERGÍAS OCEÁNICAS
(oleaje)
•Más cerca que nunca de su explotación comercial. •Algunas plantas en Europa, Australia, e Israel. Otros dispositivos se encuentran en la etapa final de I+D •Aún falta establecer su competitividad real en el mercado global de la energía. •Un reporte del Carbon Trust (2006) estima que los costos de la energía para el mejor dispositivo es aproximado a $0.19 dólares kWh-1. Es esperable que estos costos se reduzcan a $0.09 dólares kWh-1 •cuando una capacidad igual o mayor a 200WM sea instalada y eventualmente llegue a los $0.06 dólares kWh-1 en las estimaciones más optimistas.
•En México el Dr. Steven Czitrom Baus del Instituto de Ciencias de Mar y Limnología de la UNAM (bombeo agua de mar, E. de oleaje)•Inv. Independiente Ing. Antonio Bautista Cervantes que es un dispositivo tipo absorbedor puntual•Dr. Mendoza-Baldwin, del Instituto de Ingeniería de la UNAM, un dispositivo que pretende reproducir el comportamiento hidráulico de los blowholes geológicos (por ejemplo “La Bufadora” en Baja California).
La energía del océano se puede aprovechar de distintas formas:
Corrientes
ENERGÍAS OCEÁNICAS
v
Boya AquaEnergy© (fuente: http://www1.eere.energy.gov/water/marine_hydro_glossary.html)
Boya AquaEnergy© (fuente: http://www1.eere.energy.gov/water/marine_hydro_glossary)fuente: Dr. José López González, Instituto de Ingeniería, UNAM.
ENERGÍAS OCEÁNICAS(corrientes)
Turbinas axialesMORLID 2 - Floating Tidal Power System Etapa de pruebas, demostración y operación en aguas abiertas.Morild Power Plant Etapa de integración del sistema y demostración tecnológica en laboratorio.TidalStar Etapa inicial de desarrollo diseño e ingeniería.… Dispositivos Oscilantes o de reciprocidadPulse Tidal Ltd. Etapa de integración del sistema y demostración tecnológica en laboratorio. bioSTREAM inicial de desarrollo diseño e ingeniería. Turbinas VenturiHydroVenturi Etapa inicial de desarrollo diseño e ingeniería.HydroGen 10 de pruebas, demostración y operación en aguas abiertas.Rotech Tidal Turbine (RTT) Etapa inicial de desarrollo diseño …… (http://www.emec.org.uk/tidal_developers.asp)
Otras fuentes de energía en el mar son:
• Gradientes de temperatura• Gradientes salinos• Ventilas hidrotermales (geotermia submarina)• Biomasa
ENERGÍAS OCEÁNICAS
fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_thermal_energy_conversion
fuente: proyecto IMPULSA, Dr. Gerardo Hiriart Le Bert, Instituto de Ingeniería, UNAM.
Densidades de potencia para distintos dispositivos:
INTRODUCCIÓN
31
2K
K
PU
A Corrientes:
Oleaje:21
8W
g W
PgH c
b
2 1Reff R
Pg
A T Rebase
y :
2(10 kW/m )O
(10 kW/m)O
2(1 kW/m )O
Mareas:M
eff M
Pg U
A
2(10 kW/m )O2 1Meff M
Pg
A T
Estimados de la energía del mar a nivel global:
ENERGÍAS OCEÁNICAS
IEA-OES Review and analysis of ocean energy system development and supporting policies
Consumo mundial por año: aprox. 150,000 TWhr.
ENERGÍAS OCEÁNICAS
Mareas
Corrientes
Oleaje
La tecnología está actualmente en desarrollo, con diferentes grados de avance
Maremotrices:6 en operación (520MW) 2 en construcción (1320MW) y 15 en proyecto (2300MW)
Convertidores de Oleaje: 3 en operación (con problemas técnicos), 100+ en desarrollo
Corrientes:30 en desarrollo y algunos en prueba de prototipos
ENERGÍAS OCEÁNICAS
Principales Problemáticas y retos:
-Cuantificación del recurso-No linearidad del forzamiento-Ambientales, uso de la costa-Técnicos:
- Diseño, eficiencia, anclajes, control- Materiales, resistencia, corrosión- Transmisión de energía
-Financiamiento-Transferencia tecnológica (ojo! Oportunidad)
ENERGÍAS OCEÁNICAS
Caracterización / Identificación del Recurso
• Monitoreo sistemático y permanente• Modelos computacionales de simulación
hidrodinámica a diferentes escalas• Modelos físicos para estudios específicos
• Existe sobradamente la capacidad técnica nacional para hacerlo
Y PARA HACERLO AHORA!
QUÉ SIGUE(O DEBERÍA DE SEGUIR)
Financiamiento para I&D•Gubernamental y privado (políticas precisas y constructivas, con visión a largo plazo; subsidios,…),•Confianza en la capacidad existente para generar y aplicar conocimiento,•Creación de Centros de I&D dedicados 100% al desarrollo de tecnología, estudio, atención y solución de los problemas.
CREACIÓN DE UN CENTRO DE ENERGÍAS OCEÁNICAS
QUÉ SIGUE(O DEBERÍA DE SEGUIR)
