El vaivén de los océanos y la electricidad

Nicté Yasmín Luna Medina / UNAM
Necesito del mar porque me enseña: no sé si aprendo música o conciencia: no sé si es ola sola o ser profundo o sólo ronca voz o deslumbrante suposición de peces y navío (…) Es aire, incesante viento, agua y arena. Pablo Neruda en su poema El mar.

El mar es aire, incesante viento, agua y arena, dice el poeta chileno. Retomo esta frase para añadir además que el mar es energía. Cuando el viento roza la superficie del agua de los océanos, se generan movimientos ondulatorios del agua, conocidos como olas, que se propagan en la superficie. El vaivén de las olas, que resulta una caricia para los oídos por su sutil y peculiar sonido al romper sobre la costa, es también la posibilidad de generar energía eléctrica. Técnicamente es conocida como energía undimotriz. Lo mismo son las mareas, movimientos periódicos de ascenso y descenso del nivel del mar que tiene el agua de los océanos, y que es provocado por la fuerza de atracción que ejercen la Luna y el Sol sobre la Tierra (sobre todo la Luna), a este caso se le llama energía mareomotriz.

Los océanos resultan ser inspiración para poetas, pero también para científicos.

Esas características de los océanos que resultan ser inspiración para poetas, son también inspiración para científicos, que ven en el vaivén de las olas y el ascenso y descenso de las mareas, una alternativa para generar energía eléctrica. La energía oceánica es la “nueva ola” de las energías renovables. Una energía que pueden aprovechar los países que están rodeados de costas, como es el caso de México que cuenta con 11,122 km de litoral continental: 8,474.1 km en el Océano Pacífico, el Mar de Cortés y el Golfo de California y 3,117.7 km en el Golfo de México y el Mar Caribe, que conforman la cuenca del Océano Atlántico.

Para poder aprovechar el abundante recurso energético que representa el agua de los mares, es necesario desarrollar tecnologías que se adapten a sus condiciones, que aproveche su fuerza y velocidad para echar andar turbinas de aire que generan electricidad. El reto está sobre la mesa, varios científicos se han ocupado de estudiar formas para aprovechar ese recurso inagotable para satisfacer necesidades energéticas; es un camino que se ha echado a andar, no hay más que tomarlo e imaginar formas más eficientes para aprovechar la nueva ola de las renovables.

 

Atrapa olas

“El mar es dulce y hermoso, pero puede ser cruel”, dice Ernest Hemingway en su obra El viejo y el mar. Y es que, aunque el movimiento de las olas sea como un arrullo delicado con poca velocidad, éstas pueden alcanzar la fuerza suficiente para derribar muros de hormigón o muelles de acero; baja velocidad y gran fuerza, características que se oponen a las requeridas en los sistemas tradicionales que generan energía eléctrica con el agua.

Yoshio Masuda, padre de la tecnología moderna para generar electricidad con las olas, desarrolló un atrapa olas.

Pese a esto, el comandante naval de Japón, Yoshio Masuda, padre de la tecnología moderna para generar electricidad con las olas, desarrolló una idea para generar electricidad aprovechando las olas del mar y el flujo de aire. Creó lo que podemos llamar un atrapa olas, que consiste en un cilindro hueco cuya parte inferior se encuentra sumergida en el mar, de forma que es una entrada para el oleaje; en la parte superior contiene una cámara de aire. A medida que las olas suben y bajan dentro del cilindro, la columna de agua imita el movimiento oscilatorio de las olas, empujando el aire que alberga el cilindro hacia arriba, en su camino, el aire pasa a través de una turbina que se ubica en la parte superior del cilindro, haciéndola girar, para de esta manera generar electricidad. Pero eso no es todo, una vez que el agua desciende, el aire vuelve a llenar el cilindro haciendo girar nuevamente a la turbina; de tal modo que no importa si el aire entra o sale, la turbina se mantiene girando hacia la misma dirección produciendo energía eléctrica.

Este principio de atrapar las olas se utilizó inicialmente para aplicaciones comerciales de pequeña escala, particularmente para las boyas de navegación. El propósito era encender una bombilla de 60 watts y conducir una unidad intermitente.

La aportación que hizo Masuda resulta importante pues demostró que las propias olas del mar se pueden aprovechar para satisfacer las necesidades energéticas de un consumidor, como los buques que navegan a través de mares. Se abrió así la oportunidad de una nueva ola de las energías renovables.

Figura 1. Columna Oscilante de Agua

 

Sube y baja la marea

“La Luna se puede tomar a cucharadas o como una cápsula cada dos horas (…) no hay mejor estimulante que la Luna en dosis precisas y controladas”. Jaime Sabines en La Luna.

La Luna, único satélite natural de la Tierra, que nos viene bien cuando de energías mareomotriz se habla. Lo mismo el Sol. Ambos objetos del firmamento ejercen una fuerza de atracción sobre la Tierra que mueve el agua de los océanos y sube su nivel. Esas dosis de atracción que tiene sobre todo la Luna, pueden ser mayores en luna llena, provocando que suba la marea, y menor en cuarto menguante, bajando la marea. El Sol hace lo propio, pero su fuerza es menor dado que está 400 veces más alejado que nuestro satélite.

Existen varias formas de aprovechar el ascenso y descenso de las mareas.

Existen varias formas de aprovechar el ascenso y descenso de las mareas para generar energía eléctrica. Una de las más populares se conoce como generadores de corriente de marea, consiste en utilizar turbinas, similares a las turbinas eólicas, sumergidas total o parcialmente en el mar. Éstas aprovechan las corrientes marinas que se producen durante las mareas para generar electricidad. El impacto ambiental y económico es menor en comparación con la construcción de presas de marea. Se estima que dada la alta densidad que tiene el agua respecto al aire, un generador de corriente de marea puede brindar energía significativa con velocidades bajas de la marea comparada con la velocidad similar del viento.

Otra tecnología utilizada en este sector es la energía mareomotriz dinámica. En este caso se construyen presas con longitudes que van de los 30 a 50 kilómetros, tienen unas compuertas que permiten la entrada de agua que proviene de la marea a través de unas turbinas reversibles generando electricidad. Así, cuando la marea sube, las compuertas se abren y el agua mueve las turbinas en su camino hacia el embalse. Una vez que se alcanza el nivel máximo, se cierra la compuerta para almacenar el agua. Al bajar la marea se crea un desnivel entre el agua embalsada y el mar. Cuando la marea baja, se abre la compuerta nuevamente para dejar salir el agua retenida hacia el mar, moviendo las turbinas otra vez.

 

Plantas de energía mareomotriz

En la desembocadura del gran río Rance, Francia, se instaló la primera central eléctrica con energía mareomotriz en 1966. Este lugar resulta ideal para aprovechar la marea con fines energéticos, puesto que existe una diferencia entre la marea alta y la baja de hasta 13.5 metros. Concluir esta obra llevó a técnicos e ingenieros a desarrollar un programa de investigación en áreas de la ingeniería civil y de las máquinas con el fin de analizar las condiciones técnico-económicas de dicha construcción.

Esta planta eléctrica produce energía para cubrir las necesidades de 225 000 habitantes.

Esta planta eléctrica tiene 390 metros de largo y 33 de ancho. Está conformada por 24 turbinas de tipo “bulbo” con generadores de 10 MW cada una, por las que pasa un caudal total de 6600 metros cúbicos por segundo. La presa tiene un área de 22 km2, en donde se almacenan 184 000 000 m3 de agua regulada por seis compuertas de 10 metros de alto por 15 de ancho. Produce electricidad para cubrir las necesidades de 225 000 habitantes.

La central eléctrica Rance fue la más grande de su tipo en el mundo, hasta que en 2011 se inauguró la central del Lago Sihwa, que tiene una capacidad instalada de 254 MW.

La presa que retiene el agua de la central eléctrica del Lago Sihwa se construyó en 1994, con el objetivo de mitigar inundaciones y para fines agrícolas. Se instalaron 10 turbinas de bulbos sumergidas de 25,4 MG, bajo un esquema de generación por inundación sin bombeo. En esta planta, la energía eléctrica sólo se produce cuando entra la marea y el flujo de salida se elimina, es decir, su generación de energías eléctrica es unidireccional.

 

Las aguas cálidas y frías del mar

El mar es también temperatura y sal, virtudes que pueden aprovecharse para producir electricidad. El agua del mar presenta distintos grados de temperatura entre la superficie y el fondo. Con estos cambios constantes se puede generar electricidad con un transformador conocido como conversión de energía termo-oceánica (OTEC, por sus siglas en inglés). La tecnología OTEC aprovecha la baja temperatura del fondo del mar (4ºC) que funciona como sumidero, así como la temperatura templada (30ºC) de la superficie, que actúa como una fuente de calor.

Figura 2. Sistema de Conversión de energía termo-oceánica (OTEC, por sus siglas en inglés)

La tecnología OTEC está conformada por un evaporador, condensador, bomba y una turbina. El evaporador, la bomba y el condensador se ubican en la profundidad, mientras que la turbina queda en el exterior.  Para generar energía eléctrica, primero se aprovecha el agua cálida que pasa a través del evaporador y evapora el fluido de trabajo, que puede ser amoniaco, después, el amoniaco en forma de vapor viaja hacia la turbina haciendo girar el generador para producir electricidad. Posteriormente, el vapor a baja presión pasa a través del condensador y regresa a su estado líquido al ser enfriado por el agua fría del mar. El amoniaco sale del condensador y es bombeado de nuevo hacia el evaporador para repetir el ciclo.

En el litoral continental que tiene México se han detectado varios sitios que cumplen con las condiciones para instalar plantas OTEC, como las costas de Jalisco, Oaxaca, Quintana Roo (frente a Cozumel) y Cabo San Lucas, en Baja California Sur

Necesitamos del mar porque además de ser ola, marea, aire, agua, sal y arena, es energía. Energía que podemos aprovechar para producir electricidad. C2

 

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Comunicadora de la Ciencia en Instituto de Energías Renovables (IER) de la UNAM Campus Morelos

Maestra en Filosofía de la Ciencia con especialidad en Comunicación de la Ciencia por la UNAM. Ha publicado diversos artículos y participado como coautora de tres libros de divulgación sobre ciencia y tecnología, principalmente sobre energías renovables

Aún sin comentarios
  1. Articulo interesante,falta aplicar la energía mareomotriz en nuestro país para la producción de energía eléctrica, consideró en horas pico .

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