Cómo Funciona Ocean Power

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La energía oceánica podría ayudar a resolver la crisis energética. Visita WordsSideKick.com para aprender todo sobre la energía del océano.

Justo al lado de Hout Bay, cerca de Ciudad del Cabo, Sudáfrica, las olas pueden crecer hasta 30 pies (9 metros). Observa cómo estas montañas de agua se derrumban en la costa bordeada de arrecifes y rocas, y no tendrás dudas sobre el asombroso poder del océano. Pero no es necesario visitar un lugar de surf para apreciar el potencial energético del reino acuoso de nuestro planeta. Las mareas pueden intercambiar millones de galones de agua en unas pocas horas. Y las corrientes, como las carreteras submarinas, pueden viajar miles de millas, transportando vida marina, escombros y nutrientes.

Los humanos han estado interesados ​​en aprovechar la energía del océano durante siglos. En 1799, un francés se unió a su hijo para diseñar una palanca gigante unida a un barco. Cuando el barco se balanceaba sobre el mar, movería la palanca hacia arriba y hacia abajo, creando un movimiento recíproco que podría usarse para impulsar bombas, molinos y sierras ubicadas en la costa. La idea se hundió cuando la máquina de vapor surgió como el método preferido para realizar trabajos mecánicos. Casi cien años después, otro francés propuso una técnica diferente: utilizar la energía térmica almacenada en los océanos de la Tierra para generar electricidad. Se construyeron algunas plantas para probar la idea, pero no eran competitivas en cuanto a costos con las tecnologías de energía convencionales.

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El primer éxito real se produjo en 1966, cuando se inauguró una central eléctrica de mareas en Bretagne, Francia, en el río Rance. Hoy en día, la estación produce 240 megavatios de energía, mejor que un parque eólico típico, pero menos que una planta de carbón. Solo otras dos plantas de marea han tenido un impacto comercial comparable. La primera es una estación de 20 megavatios en Nueva Escocia, en la Bahía de Fundy. La segunda es una estación de 0,5 megavatios ubicada en Rusia en el Mar Blanco.

Basado en un éxito tan limitado, podría pensar que el poder del océano está condenado a languidecer a la sombra de otras alternativas energéticas. Pero la marea, si perdonas el juego de palabras, está cambiando. Investigadores de todo el mundo están experimentando con decenas de tecnologías para convertir la energía de las olas, las mareas y las corrientes en electricidad. Y algunas compañías creen que pueden ser generadores de energía competitivos dentro de la década.

Este artículo explicará cómo funciona la energía oceánica y examinará algunas de las tecnologías más prometedoras que se están desarrollando actualmente. Comencemos con los sistemas diseñados para capturar las formas mecánicas de la energía del océano.

Ocean Power Systems: Olas, Mareas y Corrientes

Bahía de Fundy en Novia Scotia


© iStockphoto.com / shaunl
La Bahía de Fundy en Novia Scotia es el hogar de una estación de marea de 20 megavatios.

Dos de las características más notables del océano son las olas y las mareas. Los vientos impulsan las olas, que viajan largas distancias como una serie de crestas y valles. Observa cualquier objeto que flota en la superficie del océano cuando se encuentra con una ola, y notarás que se eleva con la cresta y cae con el abrevadero. Es posible convertir este movimiento oscilante en electricidad de varias maneras. Cómo Wave Energy Works cubre estos diversos sistemas con gran detalle.

El tirón gravitacional de la luna, no el viento, es responsable de las mareas. Todas las áreas costeras experimentan dos mareas altas y dos bajas durante un período de aproximadamente 24 horas, pero solo unos 40 sitios son adecuados para la generación de electricidad. Esto se debe a que la diferencia entre mareas altas y bajas debe ser de al menos 16 pies (4,88 metros) para crear suficiente flujo de agua para generar electricidad de manera eficiente. La bahía de Fundy es un ejemplo clásico. Esta entrada relativamente estrecha presenta las mareas más altas del mundo (50 pies (15.24 metros)) y un ciclo de marea corto. En aproximadamente seis horas, 110 mil millones de toneladas (100 mil millones de toneladas métricas) de agua de mar fluyen dentro y fuera de la bahía [fuente: Turismo de Bahía de Fundy].

Una forma de aprovechar la energía cinética de toda esa agua en movimiento consiste en construir una presa, conocida como bombardeo, en un brazo más pequeño de la bahía. Las compuertas de esclusa a lo largo de la presa se abren cuando las mareas producen una diferencia adecuada en el nivel del agua en los lados opuestos de la presa. Esto permite que el agua fluya a través de turbinas que se parecen a las que se usan en una central hidroeléctrica tradicional. Las turbinas giran un generador, que produce electricidad.

Otra forma de aprovechar las mareas oceánicas es recurrir a las corrientes de marea, que se ejecutan cerca de la costa a profundidades de agua de entre 20 y 30 metros (65 a 100 pies). Para hacer esto, las compañías eléctricas utilizan turbinas similares a las que se ven en los parques eólicos terrestres, excepto que están orientadas para que los rotores estén bajo el agua. Los rotores, cada uno de aproximadamente 66 pies (20 metros) de diámetro, también están espaciados más cerca que los de los parques eólicos. A medida que las corrientes de marea pasan por las turbinas, los rotores giran y hacen girar un generador.

Estos sistemas de energía mecánica son solo una solución. A continuación, veremos cómo el calor almacenado en el océano puede producir electricidad.

Ocean Power Systems: Energía Térmica

La mayoría de la gente piensa que los colectores solares son las típicas células fotovoltaicas basadas en silicio que se ven comúnmente en los edificios residenciales y comerciales. Pero el colector solar más grande es el océano mismo. Cada día, el sol proporciona el equivalente a 250 mil millones de barriles de petróleo en forma de energía térmica a los océanos de la Tierra [fuente: Eficiencia Energética y Energía Renovable, Plan de la lección "Ocean Power"]. Convertir toda esa energía potencial en electricidad requiere un proceso que los científicos llaman conversión de energía térmica oceánicao OTEC para abreviar.

Hay tres tipos de sistemas OTEC. Cada una aprovecha el diferencial de temperatura que se produce entre las aguas cálidas de la superficie y las más frías y más profundas de los océanos, pero lo hacen de formas ligeramente diferentes.

Sistemas de ciclo cerrado Contiene un fluido que tiene un bajo punto de ebullición. El amoníaco, por ejemplo, tiene un punto de ebullición de -28.01 grados Fahrenheit (-33.34 grados Celsius). Cuando se expone al agua de mar caliente en el intercambiador de calor del sistema, inmediatamente se evapora en gas amoniaco. El vapor en expansión pasa sobre una turbina, haciendo que gire. Luego viaja a un segundo intercambiador de calor en el que se ha bombeado agua de mar fría. Cuando el vapor de amoniaco caliente se encuentra con el agua fría, se condensa nuevamente en un líquido y está listo para otro ciclo.

Obtenga su jugo - con un lado del agua Una ventaja de los sistemas abiertos o híbridos de OTEC es que, en el camino hacia la producción de electricidad, también producen agua dulce, otro recurso que escasea en ciertas áreas del mundo. Una sola planta OTEC de 2 megavatios podría, en teoría, producir 14,118.3 pies cúbicos (4,300 metros cúbicos) de agua desalada cada día [fuente: Eficiencia Energética y Energía Renovable].

Sistemas de ciclo abierto operar en un principio diferente. Comienzan con agua de superficie tibia, que se coloca en una cámara de vacío. A medida que la bomba de vacío elimina el aire para crear un ambiente de baja presión, el agua de mar caliente hierve. El vapor resultante es agua casi pura, y al igual que el vapor producido en una central eléctrica de carbón, se puede utilizar para impulsar una turbina. El agua de mar fría, bombeada desde las profundidades del océano, enfría el vapor y lo vuelve a convertir en agua.

Sistemas hibridosComo su nombre lo indica, combina lo mejor de sus primos abiertos y cerrados. Primero, el agua de mar caliente se transforma en vapor en un recipiente de baja presión. Luego, el vapor vaporiza un líquido de bajo punto de ebullición en un ciclo cerrado que impulsa una turbina.

Actualmente, los sistemas OTEC producen cantidades relativamente pequeñas de electricidad. Pero el potencial es enorme. Algunos expertos creen que OTEC podría producir miles de millones de vatios de potencia en las próximas décadas. Como veremos en la siguiente sección, estos son los tipos de números que han llevado a las compañías de energía a invertir fuertemente en todo tipo de tecnologías de energía oceánica.

Beneficios ambientales de Ocean Power

Los océanos cubren más del 70 por ciento de la superficie de la Tierra, por lo que claramente representan un enorme recurso energético. Durante muchos años, las compañías eléctricas se han interesado principalmente en las fuentes de energía no renovables (petróleo y gas natural) atrapadas bajo los sedimentos del fondo marino. Pero recientemente, a medida que los precios de los combustibles fósiles continúan subiendo, las fuentes de energía renovable del océano se han vuelto más atractivas. A corto plazo, la generación de energía basada en olas, mareas y corrientes probablemente contribuirá solo con una pequeña porción de la torta de energía. A más largo plazo, esa astilla debería crecer en una cuña considerable.

De la I + D a la realidad

Los conceptos y las patentes abundan cuando se trata del poder del océano. Pero algunas compañías se están acercando a hacer comercialmente factibles sus tecnologías basadas en el océano. Éstos son algunos de los jugadores de poder:

Poder Verdant está probando sus turbinas submarinas en el East River de Nueva York. Para 2010, la compañía planea tener 30 turbinas en su lugar para proporcionar un megavatio de energía. Potencialmente, el sitio del East River podría producir hasta 1,000 megavatios.

Pelamis Wave Power ofrece un convertidor de energía de onda que parece una serpiente gigante. Los tubos flotantes, cada uno de 427 pies (130 metros) de diámetro y que pesan 750 toneladas (680 toneladas métricas), flotan en el océano agitado, convirtiendo la energía de las olas en electricidad mediante el bombeo de fluido a alta presión a través de los motores. Pelamis ha colocado tres de sus tubos frente a las costas de Portugal, con el objetivo de producir 2,25 megavatios de energía.

Ocean Power Technologies adopta un enfoque diferente para extraer la energía de las olas. Su PowerBuoy patentada sube y baja sobre olas que pasan. Este movimiento hacia arriba y hacia abajo se convierte en electricidad a través de una estructura similar a un pistón que impulsa un generador eléctrico. Justo frente a la costa norte de España, la compañía se encuentra en la fase dos de un sitio de prueba que producirá 1,39 megavatios de energía.

Parte del atractivo, por supuesto, es que el poder oceánico es un recurso interminable. El flujo y reflujo del océano ha sido incesante durante miles de millones de años. Podemos estar razonablemente seguros de que permanecerá en movimiento en el futuro. No solo eso, el poder del océano es, en su mayor parte, predecible. Las tablas de mareas enumeran las mareas altas y bajas hasta el minuto, mientras que los mapas muestran tanto las dimensiones como la velocidad de las corrientes principales de la Tierra. Los oceanógrafos saben, por ejemplo, que la Corriente del Golfo tiene aproximadamente 56 millas (90 kilómetros) de ancho en su núcleo y viaja a velocidades promedio de 4.5 millas por hora (2 metros por segundo) [fuente: Instituto Cooperativo para Estudios Marinos y Atmosféricos].

Otro aspecto clave de la energía oceánica está relacionado con la densidad del agua de mar. La densidad del aire es de aproximadamente 1,25 kilogramos por metro cúbico. La densidad del agua de mar es aproximadamente tres veces mayor, lo que significa que puede transmitir más energía a las turbinas ubicadas en el océano [fuente: Physics Factbook]. Las corrientes que se ejecutan a una velocidad de no más de 5 millas por hora (8 kilómetros por hora) pueden hacer que una turbina de marea gire más de 30 revoluciones por minuto, lo que brinda una mejor salida que una turbina eólica de tamaño comparable que opera con vientos fuertes.

Finalmente, los sistemas de energía oceánica son más fáciles de ver que los sistemas eólicos y solares. Requieren menos espacio y muchas menos unidades que los parques eólicos o los paneles solares. Además, el equipo utilizado para entregar energía oceánica se encuentra en alta mar, ya sea en la superficie o debajo de la superficie, por lo que los sistemas no bloquean las vistas ni interfieren con la aviación o el radar. También funcionan silenciosamente, a diferencia de los aerogeneradores, que pueden producir ruido aerodinámico, que algunos han descrito como un zumbido, silbido, palpitante e incluso chisporroteante.

Pero no creas que el poder oceánico está libre de controversia. En la siguiente sección, exploraremos algunas de las preocupaciones relacionadas con los sistemas de energía de onda, marea y corriente.

Preocupaciones sobre Ocean Power

puente de manhattan sobre el rio este


© iStockphoto.com / zinchik
Verdant Power está probando sus turbinas submarinas en el East River de la ciudad de Nueva York, que potencialmente podrían producir hasta 1,000 megavatios.

A pesar de su enorme potencial, la energía oceánica ha contribuido muy poco a la producción eléctrica global. Como todos los proveedores de energía renovable, las compañías de energía oceánica deben superar varios obstáculos para competir con la cuota de mercado de los proveedores de combustibles fósiles. Uno de los mayores obstáculos es la fiabilidad. Los entornos marinos pueden causar estragos en los sistemas mecánicos, lo que dificulta su mantenimiento. Verdant Power instaló seis turbinas de mareas en el East River de la ciudad de Nueva York en 2006, solo para descubrir que los fuertes flujos de mareas dañaron todos los sistemas, excepto dos.

Cuestiones como estas dificultan que la energía del océano compita con los combustibles fósiles en relación con el costo. Algunas estimaciones sitúan el costo de la energía de las olas entre 9 y 16 centavos por kilovatio-hora. Para la energía de las mareas, que se beneficia de los avances logrados en las tecnologías eólicas, el costo es algo más bajo: alrededor de 6 a 9 centavos por kilovatio-hora [fuente: Ocean Renewable Energy Coalition]. Pero ninguno es tan rentable como el carbón, que cuesta solo 3 centavos por kilovatio-hora, o gas natural, que cuesta 4.7 centavos por kilovatio-hora [fuente: Wald].

Luego están los problemas ambientales. La colocación de grandes estructuras hechas por el hombre en los océanos tendrá claramente algún efecto en la vida marina. Las presas de mareas presentan quizás los mayores desafíos. Las turbinas en estas estructuras pueden matar a los peces e impedir su migración a las áreas de desove. Las barreras también interfieren con el lavado normal de limo y otros contaminantes disueltos. Esto afecta la calidad del agua, que a su vez afecta la vida de las aves y los peces. La siguiente tabla resume algunas de las principales preocupaciones asociadas con la energía oceánica.

Fuente de Ocean Power

Preocupaciones

Olas

Intensidad variable, supervivencia limitada del equipo, problemas de navegación y espacio marino, liberación de lubricantes

Mareas

Intervalos de holgura, altos costos de capital, limitados a un puñado de sitios en todo el mundo, grandes impactos ambientales

Corrientes de marea

Supervivencia limitada del equipo, altos costos operativos, menos generalizados que las olas

Corrientes oceánicas

Número limitado de sitios, impacto potencial en los patrones de circulación oceánica

Ocean Thermal Energy

Los altos costos de capital, limitados a los sitios en los océanos tropicales, los sitios alejados de la tierra deben transmitir electricidad a largas distancias

Por supuesto, todos estos problemas deben sopesarse frente a los beneficios de la energía oceánica. El mayor es su capacidad para producir energía libre de carbono. Solo eso puede hacer que la energía oceánica sea una de las fuentes de energía más importantes en las próximas décadas.

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Fuentes

  • Turismo de Bahía de Fundy.
    //bayoffundytourism.com/
  • Gibbs, W. Wayt. "Plan B de Energía". Científico americano. Septiembre 2006.
  • Greenemeier, Larry. "Cambiando la marea". Scientific American Earth 3.0. Vol. 18, No. 5. 2008.
  • Gyory, Joanna, Arthur J. Mariano y Edward H. Ryan. "Corrientes superficiales en el océano Atlántico: la corriente del Golfo". El Instituto Cooperativo de Estudios Marinos y Atmosféricos. (10 de junio de 2009)
    //oceancurrents.rsmas.miami.edu/atlantic/gulf-stream.html
  • Coalición de Energías Renovables del Océano. Preguntas frecuentes sobre las energías renovables marinas. (10 de junio de 2009)
    //oceanrenewable.com/faqs/
  • Centro de información de EIS programático de energía alternativa y uso alternativo de OCS. "Energía de la corriente oceánica". (27 de mayo de 2009) // ocsenergy.anl.gov/guide/current/index.cfm
  • Centro de información de EIS programático de energía alternativa y uso alternativo de OCS. "Recursos de energía oceánica". (27 de mayo de 2009)
    //ocsenergy.anl.gov/guide/ocean/index.cfm
  • Centro de información de EIS programático de energía alternativa y uso alternativo de OCS. "Ocean Wave Energy". (27 de mayo de 2009)
    //ocsenergy.anl.gov/guide/wave/index.cfm
  • Scigliano, Eric. "Voltios de una serpiente de mar mecánica". Descubre la revista. 2 de diciembre de 2005. (27 de mayo de 2009)
    //discovermagazine.com/2005/dec/ocean-energy/?searchterm=ocean%20power
  • Departamento de Energía, Eficiencia Energética y Energía Renovable de los Estados Unidos. Plan de la lección "Ocean Power". (27 de mayo de 2009)
    apps1.eere.energy.gov/education/lessonplans/pdfs/ocean_power.pdf
  • Departamento de Energía, Eficiencia Energética y Energía Renovable de los Estados Unidos. Ahorradores de energía: "Conversión de energía térmica oceánica". (27 de mayo de 2009)
    //energysavers.gov/renewable_energy/ocean/index.cfm/mytopic=50010
  • Departamento de Energía, Eficiencia Energética y Energía Renovable de los Estados Unidos. Ahorradores de energía: "Ocean Tidal Power". (27 de mayo de 2009)
    //energysavers.gov/renewable_energy/ocean/index.cfm/mytopic=50008
  • Departamento de Energía, Eficiencia Energética y Energía Renovable de los Estados Unidos. Ahorradores de energía: "Ocean Wave Power". (27 de mayo de 2009)
    //energysavers.gov/renewable_energy/ocean/index.cfm/mytopic=50009
  • Wald, Matthew L. "¿Puede competir la energía nuclear?" Scientific American Earth 3.0. Vol. 18, No. 5. 2008.


Suplemento De Vídeo: Ocean Energy - Wave Power Station.




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