¿Qué es la energía undimotriz?
La energía undimotriz, u olamotriz, es la energía mecánica que genera el oleaje, y que es transformada en energía eléctrica. Se trata de energía cinética del agua, producida por la energía del viento en su fricción con la superficie de cuerpos de agua.
Esta energía cinética se transforma, mediante turbinas, en energía eléctrica, siendo una energía renovable y limpia. Los antecedentes del uso de esta energía se remontan al siglo XIX, pero a finales del siglo XX comenzó a tomar auge.
Hoy en día existen gran cantidad de sistemas propuestos para aprovechar las formas de la energía undimotriz. Entre estos están la oscilación de la ola, el choque del oleaje o variaciones de presión bajo la ola.
El principio general de estos sistemas es similar, y consiste en diseñar dispositivos que transforman la energía cinética del oleaje en energía mecánica y luego en eléctrica. Sin embargo, el diseño e implementación es muy variable, pudiendo instalarse en la costa o mar adentro.
Los equipos pueden estar sumergidos, semisumergidos, flotantes o construidos en la línea costera. Existen sistemas, como el Pelamis, donde el movimiento ascendente del oleaje activa sistemas hidráulicos por empuje que activan motores acoplados a generadores eléctricos.
Otros aprovechan la fuerza del oleaje al romper en la costa, bien sea empujando pistones hidráulicos o columnas de aire que mueven turbinas (ejemplo: sistema OWC, Oscilating Water Column).
En otros diseños se aprovecha la fuerza de la ola al romper en la costa para canalizarla y llenar depósitos. Posteriormente se aprovecha la energía potencial del agua almacenada para, por gravedad, mover turbinas y generar energía eléctrica.
La energía olamotriz tiene indudables ventajas, ya que es renovable, limpia, gratuita y de bajo impacto ambiental. Sin embargo, implica algunas desventajas asociadas a las condiciones ambientales en que trabajan los equipos y las características propias del oleaje.
Las condiciones del ambiente marino someten las estructuras a la corrosión del salitre, la acción de la fauna marina, la alta radiación solar, el viento y las tormentas. Por tanto, dependiendo del tipo de sistema, las condiciones de trabajo pueden ser difíciles, especialmente en sistemas sumergidos o anclados mar adentro.
El mantenimiento también es costoso, especialmente en los sistemas mar abierto, ya que los anclajes deben ser revisados periódicamente. Por otra parte, dependiendo del sistema y del área, pueden impactar negativamente en actividades de navegación, pesca y recreación.
Historia de la energía undimotriz
Tiene sus antecedentes en el siglo XIX, cuando el español José Barrufet patentó lo que denominó “marmotor”. Esta máquina producía electricidad a partir de la oscilación vertical del oleaje y no se comercializó hasta los años 80 del siglo XX.
El aparato de Barrufet consistía en una serie de boyas que oscilaban de arriba a abajo con las olas, accionando un generador eléctrico. El sistema era poco eficiente, pero, según su inventor, capaz de generar 0,36 kW.
Hoy en día existen más de 600 patentes para aprovechar la fuerza del oleaje para generar energía eléctrica. Estos pueden funcionar mediante la fuerza producida por la oscilación vertical o la generada por el choque de la ola en la costa.
¿Cómo funciona la energía undimotriz?
El funcionamiento de los sistemas undimotrices depende del movimiento que se quiera aprovechar del oleaje. Existen sistemas flotantes o anclados costa adentro, que aprovechan la oscilación vertical del agua, mientras que otros captan la fuerza del choque del oleaje en la costa.
Existen otros que emplean la variación de presión bajo la superficie de la ola. En algunos casos, la energía cinética del oleaje permite almacenar el agua marina y aprovechar su energía potencial (caída por gravedad) para activar turbinas eléctricas.
En otros sistemas, la energía mecánica del oleaje produce movimientos de pistones hidráulicos o de masas de aire que activan motores hidráulicos o turbinas para generar electricidad.
- Sistemas flotantes o anclados costa adentro. Estos sistemas pueden ser semisumergidos o sumergidos, y aprovechan el movimiento oscilante que provoca el oleaje costa adentro. Algunos sistemas utilizan la fuerza del oleaje superficial y otros el movimiento profundo.
- Oleaje superficial. Existen sistemas de segmentos articulados, como el Pelamis, o “serpiente marina”, en el que el oleaje mueve módulos articulados que activan sistemas de motores hidráulicos acoplados a generadores eléctricos. Otra alternativa es el Salter Duck, donde unas boyas fijas a un eje realizan un movimiento de cabeceo con el oleaje, activando igualmente motores hidráulicos. Tmbién hay toda una serie de propuestas basadas en boyas, cuya oscilación activa igualmente sistemas hidráulicos.
- Movimiento oscilante profundo. El Oscilador de ola de Arquímedes consiste en dos cilindros montados en serie en una estructura anclada en el fondo marino. El cilindro superior dispone de imanes laterales y se desplaza verticalmente hacia abajo con la presión de la ola. Cuando el cilindro baja, presiona al cilindro inferior que contiene aire y, al ceder la presión de la ola, la presión del aire impulsa al sistema hacia arriba. El movimiento oscilante en sentido vertical del cilindro imantado permite generar electricidad mediante una bobina.
- Wave Dragon. Consiste en una plataforma flotante con aletas, amarrada al fondo, que permiten recibir el agua movida por el oleaje haciendo que se inunde la estructura. El agua se acumula y luego se hace circular por una columna central a través de una turbina.
- Sistemas costeros. Estos sistemas se instalan en la costa y aprovechan la energía generada al romper las olas. La limitante de estos sistemas es que funcionan solo en costas de fuerte oleaje. Un ejemplo es el sistema diseñado por el ingeniero vasco Iñaki Valle, que consiste en una plataforma anclada en la costa en pendiente con un imán sobre rieles. El oleaje empuja el imán hacia arriba, desciende por gravedad y el movimiento induce a una bobina a producir electricidad.
- Sistema Wave Roller. Es un sistema de placas que oscilan adelante y atrás con el flujo y reflujo del oleaje, y este movimiento, mediante una bomba de pistón, activa la turbina eléctrica.
- Sistema SDE. En este caso, son planchas flotantes ancladas a la costa que reciben la fuerza del rompimiento de la ola y activan un sistema hidráulico. El motor hidráulico a su vez impulsa una turbina que genera electricidad.
- Sistema CETO. Consiste en una serie de boyas sumergidas ancladas al fondo marino y cuya oscilación activa bombas hidráulicas que llevan agua de mar a la costa. El agua bombeada activa una turbina para generar la electricidad.
- Sistemas que aprovechan la energía potencial. Existe una serie de sistemas que almacenan el agua de mar en tanques y luego, por gravedad, pueden activar turbinas Kaplan y generar electricidad. El agua llega a los tanques impulsada por el propio oleaje, como en el sistema TAPCHAN (Tapered Channel Wave Power System) o el SSG Wave Energy (Sea-wave Slot-cone Generator).
- Sistemas de columna de agua-aire. En otros casos, la fuerza del agua impulsada por el oleaje se emplea para desplazar una columna de aire que al pasar por una turbina genera electricidad. Por ejemplo, en el sistema OWC (Oscilating Water Column) el agua en el flujo de oleaje penetra por un conducto e impulsa el aire interior. La columna de aire asciende por una chimenea y pasa a través de la turbina para salir al exterior. Al retirarse el agua en el reflujo del oleaje el aire vuelve a penetrar en la chimenea moviendo nuevamente la turbina. Esta tiene un diseño que la hace moverse en el mismo sentido en ambos flujos. Otro sistema similar es el ORECON, en donde la oscilación del agua dentro de la cámara impulsa un flotador que a su vez presiona el aire a pasar por la turbina. Este sistema funciona igualmente mediante el movimiento del aire en ambas direcciones.
Ventajas y desventajas de la energía undimotriz
Ventajas
- Energía renovable. La energía proviene de una fuente natural virtualmente inagotable, como es el oleaje marino.
- Fuente de energía gratuita. La fuente de la energía undimotriz es el oleaje marino, sobre el cual no se ejerce propiedad económica.
- Energía limpia. La energía undimotriz no genera residuos y los sistemas propuestos hasta ahora para el aprovechamiento de la misma tampoco generan desechos relevantes en el proceso.
- Bajo impacto ambiental. Cualquier intromisión en el medio acuático o costero genera algún impacto ambiental, pero la mayoría de los sistemas propuestos son de bajo impacto.
- Asociación con otros fines productivos. Algunos sistemas undimotrices permiten extraer agua marina para realizar procesos de desalinización y obtención de agua potable, o para la producción de hidrógeno. Por ejemplo, aquellos cuyo funcionamiento implica captar y almacenar agua de mar en la costa, como el TAPCHAN y el SSG Wave Energy.
Desventajas
La mayoría de las desventajas no son absolutas, dependen del sistema undimotríz específico que se evalúe.
- Fuerza y regularidad del oleaje. La tasa de producción de energía depende del comportamiento aleatorio del oleaje en regularidad y fuerza. Por tanto, las áreas donde puede ser efectivo el aprovechamiento de esta energía son limitadas. La amplitud y la dirección de la ola tiende a ser irregular, por lo que la potencia entrante es aleatoria. Esto dificulta que el aparato obtenga el máximo rendimiento en todo el intervalo de frecuencias y la eficiencia de conversión energética no es alta.
- Mantenimiento. El mantenimiento de las estructuras involucradas conlleva ciertas dificultades y costos, dados los efectos corrosivos del salitre marino y el propio impacto del oleaje. En el caso de instalaciones mar adentro y sumergidas, el costo de mantenimiento se incrementa por las dificultades de acceso y la necesidad de supervisión periódica.
- Condiciones climáticas y ambientales generales. Las estructuras para la captación de la energía del oleaje y su conversión en energía eléctrica, se ven sometidas a condiciones extremas en el ambiente marino. Estas incluyen humedad, salitre, vientos, lluvias, tormentas, huracanes, entre otros. Las tormentas implican que el aparato tenga que soportar cargas 100 veces mayores a la nominal, lo que puede producir desperfectos o daños totales de los equipos.
- Vida marina. La vida marina también es un factor que puede afectar la funcionalidad de los equipos, como animales de envergadura (tiburones, ballenas). Por otra parte, los bivalvos y algas se adhieren a la superficie de los equipos causando un deterioro importante.
- Inversión inicial. La inversión económica inicial es alta, debido a los equipos requeridos y las dificultades de su instalación. Los equipos necesitan materiales y recubrimientos especiales, herméticos y sistemas anclajes.
- Impacto en actividades antrópicas. Dependiendo del tipo de sistema empleado, estos pueden afectar la navegación, la pesca y el atractivo turístico del área.
Países que utilizan energía undimotriz
España
Si bien el potencial del mar Mediterráneo es bajo en cuanto a energía undimotriz, en el Cantábrico y en el océano Atlántico resulta muy alto. En la localidad vasca de Mutriku existe una central construida en 2011 con 16 turbinas (potencia de 300kW).
En Santoña (Cantabria) existe otra central undimotriz que utiliza 10 boyas sumergidas para aprovechar la energía de oscilación vertical de las olas y generar electricidad. En las islas Canarias existen varios proyectos a fin de impulsar la energía undimotríz debido a las condiciones favorables de sus costas.
Portugal
En 2008, la empresa Ocean Power Delivery (OPD) instaló tres máquinas Pelamis P-750 ubicadas a 5 km de la costa portuguesa. Estas se encuentran cerca de Póvoa de Varim, con una capacidad instalada de 2,25 MW.
Escocia (Reino Unido)
La tecnología OWC se está utilizando en la isla de Orkney, donde hay un sistema instalado desde el 2000, llamado LIMPET. Tiene una producción máxima de 500 KW.
Dinamarca
En 2004 se instaló un proyecto piloto del tipo Wave Dragon en Dinamarca, siendo sus dimensiones de 58 x 33 m y con una potencia máxima de 20 KW.
Noruega
Hay una planta experimental del sistema SSG Wave Energy en Svaaheia (Noruega).
Estados Unidos
En 2002 se instaló un proyecto piloto de un dispositivo Power Buoy en New Jersey, con una boya mar adentro de 5 m de diámetro, 14 de longitud y una potencia máxima de 50 KW.
En Oregón se instaló una planta piloto de SSG Wave Energy en el puerto de Garibaldi. Asimismo, en Hawái impulsan las fuentes de energía renovable y, en el caso de Maui, la fuente renovable principal es la energía undimotriz.
Referencias
- Amundarain, M. La energía renovable procedente de las olas. Ikastorratza. Recuperado de ehu.eus.
- Cuevas, T., Ulloa, A. Energía undimotríz. Seminario Mercado de Energía Convencional y Renovable para Ingenieros Civiles. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile.
- Falcão, A.F. de O. Wave energy utilization: A review of the technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews.
- Rodríguez, R., Chimbo, M. Aprovechamiento de la energía undimotriz en el Ecuador. Ingenius.
- Vicinanza, D., Margheritini, L., Kofoed, J.P., Buccino, M. The SSG Wave Energy Converter: Performance. Recuperado de taperedchannelwaveenergy.weebly.com.