Generadores mareomotrices

Índice

Introducción_________________________________________________________________ Pag: 3

Las energías renovables relacionadas con el mar___________________________________

Pag: 4

Generadores Mareomotrices___________________________________________________

Pag: 5-6

Historia____________________________________________________________________

Pag: 7-8

Las mareas_________________________________________________________________ Pag: 9

Avances___________________________________________________________________ Pag: 10-11

Posibilidades en Chile________________________________________________________ Pag: 12-13

Ventajas y desventajas_______________________________________________________ Pag: 14

Proyectos futuros____________________________________________________________ Pag: 15-16

Conclusión _________________________________________________________________ Pag: 17

Bibliografía_________________________________________________________________ Pag: 18

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Generadores mareomotrices

Introducción

Como ya sabemos La Tierra atraviesa por una seria crisis energética ocasionada por los altos precios de los combustibles fósiles (petróleo, carbón, etc.), además de una crisis ambiental debido a sus emisiones contaminantes.

Debido a ello alrededor del mundo se hacen esfuerzos por sanar esta adicción a los combustibles desarrollando nuevas tecnologías de aprovechamiento energético, ya sea del sol, del viento, de la tierra y del mar.

Este último es el motivo de este informe, principalmente en lo que refiere a energía mareomotriz una energía limpia y renovable, pero solo factible en algunos lugares del mundo.

Se mostrara cómo funcionan y bajo qué circunstancias lo hacen, además de su historia, sus principales centrales, la factibilidad de su implementación en Chile, algunos avances, ventajas y desventajas de su uso, etc.

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Las energías renovables relacionadas con el mar

La energía eólica, la energía solar, la gravitatoria terrestre y lunar dan lugar, a tres manifestaciones de la energía del mar: olas, diferencias térmicas y mareas. De ella se podrá extraer energía mediante los dispositivos adecuados.

1).- La energía de las olas es producida por los vientos y resulta muy irregular. Ello ha llevado a la construcción de múltiples tipos de máquinas para hacer posible su aprovechamiento (energía undimotriz).

2).-La leve diferencia de temperaturas llega entre la superficie y las profundidades de mar (gradiente térmico), constituye una fuente de energía llamada mareotérmica.

3).- La energía de las mareas o mareomotriz se aprovecha acumulando la agua del mar en ensenadas naturales y haciéndola pasar a través de turbinas hidráulicas.

Es esta última la que será descrita más en detalle en este informe.

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Generadores Mareomotrices

Las mareas, es decir, el movimiento de las aguas del mar, producen una energía que se transforma en electricidad en las centrales mareomotrices. Se aprovecha la energía liberada por el agua de mar en sus movimientos de ascenso y descenso de las mareas (flujo y reflujo).

El sistema consiste en aprisionar el agua en el momento de la alta marea y liberarla, obligándola a pasar por las turbinas durante la marea baja. Cuando la marea sube, el nivel del mar es superior al del agua del interior del río. 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.

Figura 1: Central ficticia

Cuando por el contrario, en la marea baja, el nivel del mar es inferior al de la río, y el movimiento del agua es en sentido contrario, pero también se aprovecha para producir electricidad (figura 1).

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Figura 2: Central real con niveles de agua casi al máximo.

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Historia

La historia de la energía mareomotriz tuvo su origen en la antigüedad. La evidencia más temprana que existe del uso de las mareas del océano para la conversión de energía se remonta a unos 900 D.C., pero es posible que haya habido predecesores que se perdieron en el anonimato de la prehistoria. Las primeras plantas de energía mareomotriz utilizaban las cuencas de mar naturales para construir una barrera o represa a través de la entrada de la misma y dejaban que se llenara con la marea alta, conteniendo el agua mientras la marea bajaba, y luego la dejaban fluir a través de una rueda hidráulica, rueda de paletas u otros dispositivos de conversión similares.

La energía obtenida era usada generalmente para moler trigo, y estaba disponible alrededor de 2 o 3 horas seguidas, usualmente dos veces al día.

Belidor (1698-1761) 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.

Las ideas de Belidor fueron recogidas por otros ingenieros franceses que proyectaron una central 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, en la cual las mareas ofrecen desniveles de hasta 16,6 metros. En la Cobscook se construyó una central mareomotriz de rendimiento medio, lo cual duró pocos años, pues su operación y mantenimiento resultaba más caro que en las centrales termoeléctricas continentales. Las teorías expuestas por Belidor en su Tratado de Arquitectura hidráulica (1737) quedaron en el aire; solo cuando la técnica avanzó lo suficiente, surgió un grupo de ingenieros que adoptaron el proyecto de resolver definitivamente el problema.

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El primer proyecto realmente serio para el aprovechamiento de la energía de las mareas, se realiza actualmente en Francia, precisamente en el estuario de Rance, en las costas del Canal de la Mancha. Solo abarca 20 km 2. , pero reúne magníficas 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 m 3, cantidad muy superior a la que arroja al mar por segundo el rio Rin. Su costo fue de miles de millones de euros; pero se calcula que tiene un rendimiento anual de más de 800 millones de kW/h. Ya que un poderoso dique artificial cierra la entrada del estuario; una compuerta 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 entre los muros del poderoso dique que cierra la entrada del estuario. Un ancho camino de cemento corre a lo largo de todo él, por lo que también sirve de puente.

Figura 3 y 4: Vista aérea y satelital de la central mareomotriz francesa del rio Rance.

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Las mareas

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), y es igual de 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. Pero aún la supera la marea en determinados lugares, tales como las bahías de Fundy y Frobisher, en Canadá (13,6 metros), y en algunos rincones de las costas europeas de 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 instalación de una central mareomotriz es solo posible en lugares con al menos una diferencia de 5 metros entre la marea alta y baja hay pocos lugares en el mundo donde ocurre este fenómeno y estos son los principales.

Figura 5: Esta figura muestra los lugares con las mayores diferencias entre sus mareas altas y mareas bajas.

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Avances

La central francesa de Rance fue construida en 1967 y está constituida de grupos del tipo "bulbo"(turbina y generador), que permiten aprovechar la corriente en ambos sentidos, de flujo y de reflujo, de esta forma se utiliza al máximo las posibilidades que ofrecen las mareas.

Cada grupo está formado por una turbina, cuya rueda motriz tiene cuatro palas orientables y va acoplada directamente a un alternador. Funcionan ambos dentro de un cráter metálico en forma de ojiva.

Figura 6: Disposición de los grupos bulbos en una central mareomotriz.

La idea de este generador surgió gracias al motor eléctrico de los propulsores de los vehículos subacuáticos. Los estudiantes de la Universidad de las Ingenierías y Ciencias de los Estados Unidos, vieron el potencial de hacer funcionar este dispositivo al revés como un generador. Es vez de usar electricidad para iniciar el movimiento en las hélices y conducir el vehículo, el flujo del agua hace girar las hélices, generando electricidad. La central mareomotriz, con un conjunto de 24 grupos bulbo tiene una potencia de 220 megavatios, además del aporte de energía eléctrica, representa un importante centro de desarrollo e investigación, y que gracias a ella se deben avances tecnológicos en la construcción de estructuras de hormigón dentro del mar, estudios de resistencia de los metales a la corrosión marina y evolución de los grupos bulbo. 9

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Pero el impulso, en el aprovechamiento de esta fuente de energía, se consiguió con la turbina "Strafflo", en experimentación desde 1984 en la bahía de Fundy, en Canadá (donde se dan las mayores mareas del mundo) ahí existe una central de 18 MW. La innovación de este sistema radica en que el generador eléctrico circunda los álabes de la turbina, en lugar de ir instalado a continuación del eje de la misma. De este modo se consigue un aumento de rendimiento, ya que el generador no se interpone en el flujo del agua.

Figura 7: Fotografía de una turbina "Strafflo".

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Posibilidades en Chile

Con la crisis energética, hay varias personas que están planteándose la viabilidad de desarrollar energía mareomotriz en nuestro país. Entre ellos está la idea del ingeniero René Fischmann y desarrollada por la empresa canadiense Blue Energy: un viaducto sobre el Canal de Chacao, que separa a Chile continental con la isla de Chiloé.

En Chile no existen las condiciones para implementar una central mareomotriz propiamente tal pero si una que aproveche las corrientes marinas por eso este proyecto consistiría en un terraplén bajo el cual se colocarán turbinas para generar electricidad. El material sería puesto sobre el lecho marino, que tiene una profundidad promedio de 70 metros. Sobre éste se colocarían las piezas del puente, construidas en tierra y luego sumergidas con una cepa de 40 metros de altura. En uno de los costados se colocaría un puente levadizo para permitir el paso de los buques.

De acuerdo a los análisis del ingeniero, las corrientes marinas fluyen a una velocidad de 8 nudos, la que aumentaría a 10 nudos por la construcción del terraplén. Ahora bien, los análisis de Blue Energy, establecen que el agua es 832 veces más densa que el viento, por lo que equivale a una velocidad del viento de 390 kilómetros por hora.

La industria podría colocar un total de 200 turbinas Davis (un modelo creado especialmente para obtener electricidad de las corrientes marinas), cada una con una potencia máxima de 15 MW. En total, el viaducto trabajando a máxima capacidad sería capaz de generar 3 mil MW, es decir, casi la mitad del consumo del Sistema Interconectado Central entre Tal Tal y Chiloé, que supera los 7 GW, y seis veces más potente que Ralco. Y como se trata de una energía renovable (el único insumo es la luna y el sol, que generan las corrientes), el precio del nudo se estabilizaría. Esto porque la producción no dependería del precio del petróleo, de la falta de gas o de la sequía. En suma, energía en grandes cantidades, ambientalmente pura, barata y a un precio estable.

La construcción del terraplén y el viaducto costarían unos 65 millones de dólares, es decir, casi siete veces más barato que el actual puente de luces que proyecta el MOP.

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Figura 8: La cruz muestra el lugar en donde construiría la central mareomotriz en caso de ser aprobado el proyecto

Figura 9: Esta imagen representa al generador-puente que se piensa construir sobre el canal de Chacao.

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Ventajas y desventajas de esta energía

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. -Es limitada.

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Proyectos futuros

Barrera del Estuario Severn

La construcción de una barrera a través del Estuario Severn es un proyecto que ha existido desde el siglo XIX. La propuesta es construir una central mareomotriz a través del canal de Bristol, una barrera que atravesaría al estuario desde la costa de Inglaterra hasta la costa de Gales. Debido a su alta estimación de energía generada la barrera de Severn costaría aproximadamente 20 billones de libras (33,95 billones de dólares) e involucraría la construcción de una represa de 16 kilómetros de largo.

La barrera actuaría a la vez como un puente entre Inglaterra y Gales y tendría una vida operativa de 200 años. Este proyecto se convertiría en el más grande de energías renovables del mundo, y el trabajo de ingeniería más importante del Reino Unido desde el túnel del Canal de la Mancha.

Si bien, la propuesta de la Barrera de Severn ha estado en existencia por muchos años, la actual demanda de energía, la necesidad urgente de encontrar una forma de generación con bajas emisiones de carbono y la adopción de objetivos nacionales obligatorios para la generación de energía renovable, han hecho que el gobierno y la industria inglesa le preste una renovada atención.

El impacto en la ecología del Estuario de Severn sería significativo, pero considerando que la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero es tan importante, hay que lograr un equilibrio entre los beneficios ambientales y los daños ecológicos.

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Una sola central energética con una capacidad de 7 GW tendrá repercusiones en cómo funciona el mercado de la electricidad.

El Reino Unido ha demostrado que es capaz de realizar proyectos de este tamaño, pero las cuestiones relacionadas a la financiación, contratación y el régimen de propiedad serán de vital importancia.

La central funcionaría con un total de 214 turbinas de 40 MW. Junto con la barrera generarían la misma cantidad de electricidad que tres de las últimas centrales nucleares construidas 8.6 GW durante el cambio de mareas y 2 GW de promedio. Esto sería suficiente para proporcionar el 5 - 6% de la electricidad de Inglaterra y Gales equivalente a 8 grandes centrales eléctricas de carbón.

Figura 10: La cruz muestra la posible ubicación de la central de Severn.

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Conclusión

Este informe demostró las grandes capacidades que tienen las centrales mareomotrices para producir energía eléctrica equiparando incluso a las centrales a carbón, petróleo o nucleares. Además al ser una fuente de energía libre de emisiones contaminantes se convierte en la gran alternativa para la descontaminación del planeta. El gran inconveniente es el gran impacto ecológico y visual que significa la acumulación de grandes cantidades de agua y la gran inversión que conlleva montar una central de las dimensiones que estas tienen. Ejemplo: 16 km de largo (futura central del reino unido) Si por fin se desplazara a un segundo lugar el factor monetario y se primaran los esfuerzos por disminuir el impacto ambiental estaríamos en frente de una energía limpia, de bajo costo e independiente de factores externos. Ejemplo: Condiciones climáticas, precio del petróleo u otro combustible, época del año, etc. En lo que respecta a Chile la central sobre el canal de Chacao (Chiloé) sería una perfecta solución para los problemas de conectividad que tiene esta isla, además de contribuir a la ansiada independencia energética de nuestro país. Es de esperar que todos los proyectos se realicen, tanto en Chile como en el extranjero y que se sigan explorando alternativas energéticas que ayuden a convertir nuestro planeta en un lugar mejor para vivir.

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Bibliografía

-www.monografias.com

-www.ambiente-ecologico.com

-www.renovables.com

-Wikipedia, la enciclopedia libre

-Microsoft Encarta 2008

-Atlas Encartan 2008 (mapas)

-Endesa Eco en el Diario el Llanquihue de Puerto Montt (proyecto en Chile)

-Google Earth (fotografías reales)

-www.filantropika.blogspot.com

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