t-1 la energia del mar (rev)
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Energia MareomotrizTRANSCRIPT
INSTITUTO PROFESIONAL INACAP
SEDE VALPARAĺSO
PROYECTO DE PUERTOS, CANALES Y REPRESAS
LAS ENERGĺAS DEL MAR
CORNU CÉDRIC
HASSANI DJAMEL
LASTIRI XIMUN
2014
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INSTITUTO PROFESIONAL INACAP
SEDE VALPARAĺSO
PROYECTO DE PUERTOS, CANALES Y REPRESAS
LAS ENERGĺAS DEL MAR
CORNU CÉDRIC
HASSANI DJAMEL
LASTIRI XIMUN
Profesor: Alejandro Tomás Bahamonde Nuñez
Informe de Puertos, Canales y Represas presentado al Área Construcción del Instituto
Profesional INACAP Sede Valparaíso, para lograr la cuarta calificación de ese ramo.
2014
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DEDICATORIA
Dedicamos este trabajo a nuestras familias que están
en Francia y que nos ayudan a pagar ese año, y a todos
quienes nos apoyaron en ese semestre y en ese ramo.
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AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a todos aquellos, que de una u otra manera nos motivaron y animaron a seguir
adelante para hacer ese trabajo, también agradecemos el Señor BAHAMONDE para ese ramo porque
antes de venir en CHILE no teníamos conocimientos en puertos, canales y represas,
Gracias
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RESUMEN
Nuestro trabajo consiste a definir las energías del mar: energía mareomotriz, energía de las
corrientes marinas y energía undimotriz.
6
ĺNDICE GENERAL
DEDICATORIA........................................................................................................................................... 3
AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................................. 4
RESUMEN ................................................................................................................................................ 5
ĺNDICE GENERAL ...................................................................................................................................... 6
ĺNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................................. 7
CAPĺTULO 1: INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 8
CAPĺTULO 2: La Energía Mareomotriz: .................................................................................................... 9
2.1: Definición y categoría: .................................................................................................................. 9
2.2:Funcionamiento técnico: ............................................................................................................... 9
2.3) Consideraciones sobre la energía: ................................................................................................. 12
2.4) Aventajas y desventajas de la producción de electricidad por energía mareomotriz: ................. 13
CAPĺTULO 3: LA ENERGĺA DE LAS CORRIENTES MARINAS ..................................................................... 14
3.1 : Ventajas : ................................................................................................................................... 14
3.2: Inconvenientes: .......................................................................................................................... 15
Capítulo IV. ENERGIA UNDIMOTRIZ ...................................................................................................... 16
4.1)El Oleaje ...................................................................................................................................... 16
4.2) Pelamis Wave Dragon ................................................................................................................ 19
C0NCLUSION .......................................................................................................................................... 21
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................................ 23
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ĺNDICE DE FIGURA
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CAPĺTULO 1: INTRODUCCIÓN
La rarefacción de los combustibles fósiles, el calentamiento global además de las preocupaciones
sobre las poluciones del medio ambiente son factores que imponen al humano de buscar energías
alternativas para su actividad.
Hoy en día, las demandas en energía aumentan, es cada vez más urgente hacer la transición del uso
de energías fósiles a energías “renovables” y “limpias” que son las energías de nuestro futuro.
Para ser una energía interesante para el futuro, una energía debe satisfacer algunos criterios:
• No ser contaminante (CO, CO2, O3, SO2 etc...)
• Ser renovable
• No molestar (audición, olfativa, visual)
• Ser rentable y en cantidad suficiente para explotación
• Respectar la biodiversidad y el medio ambiente.
Con una cubertura de 70% de la Tierra los océanos son un recurso abundante y fácilmente accesible.
Entonces las energías producidas por los mares y océanos son necesariamente una alternativa que se
debe estudiar.
Las energías producidas por el mar son múltiples y tecnologías para explotarlas existen.
Este informe de trabajo se propone de estudiar las energías marinas más comunes:
• La energía mareomotriz
• La energía de los corrientes marinas
• La energía undimotriz
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CAPĺTULO 2: La Energía Mareomotriz:
Preámbulo: La energía mareomotriz es una energía natural y renovable con una producción
previsible y por eso programable en función de las necesidades energéticas. Este sección del informe
de trabajo presenta el principio de explotación de esta energía, los desafíos del futuro y los
aventajas/desventajas de su producción.
2.1: Definición y categoría:
La energía mareomotriz consiste en la explotación de la energía provenida de las mareas en zonas
litorales con coeficientes de marea altos. El fenómeno de marea está producido por el efecto de la
atracción gravitacional sobre los océanos de dos astros cercanos de nuestro planeta: la Luna y el Sol.
Al contrario de la energía de las corrientes marinas que utiliza la energía cinética de los corrientes, la
energía mareomotriz utiliza la energía potencial: esta fuente de energía explota la diferencia de
altura entre dos cuencas separados por una presa. El central de Rance en la región Britania de
Francia fue la primera central mareomotriz de gran tamaño en el mundo y durante tiempos la más
potente con una potencia instalada de 240 Mega Watts.
2.2:Funcionamiento técnico:
a) Recordatorio sobre las mareas:
El ritmo semidiurna de dos mareas al día es una consecuencia de la rotación terrestre. La alternancia
entre marea de sicigia y marea cuadratura viene de las posiciones relativas de la Luna y del Sol
durante un mes lunar. La Luna de menor peso que el Sol pero más cercana de la Tierra tiene el mayor
impacto sobre las mareas.
Los movimientos astrales pueden calcularse por miles de años, lo que permite una predicción de
mareas y de su amplitud mucho tiempos antes de su ocurrencia.
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b) Principio de funcionamiento:
Un brazo de mar o un estuario en zona de fuerte en zona de fuerte marea está equipado de una
infraestructura que usa turbinas accionadas por el flujo de agua de mar entre las dos cuencas de
niveles diferentes (perdida de carga).
Las condiciones naturales favorables a la implantación de sitios son:
• Amplitudes de mareas superiores a 5 metros, idealmente entre 10 y 15 metros.
• Una profundidad de 10 a 15 metros debajo del mar.
• Un substrato de roca o de arena-rocada para fijar las fundaciones de la infraestructura.
Se suele distinguir dos grandes tipos de infraestructura de producción mareomotriz: la cuenca simple
y la cuenca doble.
La cuenca simple consiste en obstaculizar un brazo de mar con una obra capaz de almacenar un
importante volumen de agua. La presa que da las limitaciones de la cuenca, tiene aperturas. Algunas
de estas aperturas son dotadas de compuertas simples y otras de compuertas con turbinas. Por
ejemplo la central mareomotriz de Rance está compuesta de 24 tramos con una turbina en cada
tramo y de una presa móvil de 6 compuertas de 10x15m.
Entonces existe 3 técnicas de producción de electricidad:
1) El «efecto simple de descarga»: el embalse con compuertas cerradas esta “cerrado” a
plea marea. Después se abren las compuertas una vez el nivel del mar suficientemente
bajo para accionar las turbinas conectadas a alternadores.
2) El «efecto simple de relleno»: al contrario, se aísla el embalse a baja mar para obtener
una diferencia de altura a medida que suba la marea. Una vez pleamar alcanzada, se
abren las compuertas y el agua penetra accionando las turbinas. Este método necesita la
conservación de nivel bajo en el brazo de mar (del lado del embalse) durante un periodo
largo, lo que puede ocasionar problemas para el medio ambiente y la navegación.
3) El «doble efecto»: se accionan las turbinas durante la descarga y durante el relleno del
embalse. Eso ofrece un periodo de producción más largo. Bombeos complementarios
pueden realizarse para optimizar las diferencias de niveles.
La cuenca doble consiste en la construcción de una cuenca artificial, ubicada abaja del nivel del mar
(incluido durante bajamar). Una cuenca suplementaria permite la explotación de una diferencia de
potencial con cualquier nivel del mar. Se puede mejorar
acciones de las turbinas con un bombeo. Esta técnica ofrece un tiempo de producción muy largo
pero necesita infraestructuras complejas y costosas.
Un concepto de laguna artificial al largo de las costas está actualmente en fase de estudio para evitar
las desventajas ocasionadas por las infraestructuras en el litoral. Sin embargo este concepto
necesitara grandes longitudes de contención muy costosa y zonas con poca profundidad que
zonas raramente libras. Hoy por hoy ninguna laguna artificial fue construida para la instalación de
una central mareomotriz.
Ilustración 1 :Principió de funcionamiento.
consiste en la construcción de una cuenca artificial, ubicada abaja del nivel del mar
(incluido durante bajamar). Una cuenca suplementaria permite la explotación de una diferencia de
potencial con cualquier nivel del mar. Se puede mejorar la producción con la conjugación de las
acciones de las turbinas con un bombeo. Esta técnica ofrece un tiempo de producción muy largo
pero necesita infraestructuras complejas y costosas.
Ilustración 2 : Central mareomotriz
al al largo de las costas está actualmente en fase de estudio para evitar
las desventajas ocasionadas por las infraestructuras en el litoral. Sin embargo este concepto
necesitara grandes longitudes de contención muy costosa y zonas con poca profundidad que
zonas raramente libras. Hoy por hoy ninguna laguna artificial fue construida para la instalación de
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consiste en la construcción de una cuenca artificial, ubicada abaja del nivel del mar
(incluido durante bajamar). Una cuenca suplementaria permite la explotación de una diferencia de
la producción con la conjugación de las
acciones de las turbinas con un bombeo. Esta técnica ofrece un tiempo de producción muy largo
al al largo de las costas está actualmente en fase de estudio para evitar
las desventajas ocasionadas por las infraestructuras en el litoral. Sin embargo este concepto
necesitara grandes longitudes de contención muy costosa y zonas con poca profundidad que son
zonas raramente libras. Hoy por hoy ninguna laguna artificial fue construida para la instalación de
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2.3) Consideraciones sobre la energía:
La vida útil de una central mareomotriz puede alcanzar 100 años con un buen mantenimiento. En
una ubicación dada, esta energía puede proveer una producción masiva de electricidad con una
buena predictibilidad, bajo costo de producción en fase de explotación (cercano de los costos de una
presa de hidroelectricidad en montaña).
Por ejemplo, un proyecto estudiado en 2011 en Gran-Britania estima su potencial producción a
13000 GWh por año lo que representa aproximadamente 6% de la producción de electricidad
británica del año 2009. Sin embargo este proyecto fue abandonado debido a la crisis financiera y a
las inversiones que necesita el proyecto (más de 20 000 000 000 €).
Los impactos ambientales potenciales son frecuentemente considerados como definitivos. Es por eso
que pocos proyectos fueron construidos hasta ahora aunque es una tecnología madura. El proyecto
de instalación de una central mareomotriz debe tener un estudio y una evaluación de los impactos
ambientales.
Además de la producción de electricidad, otras actividades pueden desarrollarse para añadir más
valor a la infraestructura como la acuicultura, nuevas capacidades portuarias, una vía sobre las
diques (caso de la central de Rance), protección de las orillas frente a la erosión.
Ilustración 3 : Central mareomotriz de Rance en Francia.
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2.4) Aventajas y desventajas de la producción de electricidad por energía mareomotriz:
a) Aventajas:
• La cantidad exacta de electricidad producida por energía mareomotriz es totalmente
predecible.
• La energía mareomotriz esta una energía natural, renovable y que no produce poluciones.
La marea es una fuente de energía inagotable, no sometida a los cambios climáticos
b) Desventajas:
• Pocos sitios son susceptibles de ser equipado de una central de producción mareomotriz
porque necesitan para condiciones hidrodinámicas específicas que amplifican las ondas de
marea para ser rentables.
• Las infraestructuras afectan los equilibrios ecológicos.
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CAPĺTULO 3: LA ENERGĺA DE LAS CORRIENTES MARINAS
Una turbina submarina es una turbina hidráulica (submarina o a flujos) que utiliza la energía
cinética de las corrientes marineros o fluviales, como un molino eólico utiliza la energía cinética del
viento.
La turbina de la turbina submarina permite la transformación de la energía cinética del agua en
movimiento en energía mecánica, que puede entonces ser convertida en energía eléctrica por un
alternador.
Ilustracion 4 : turbina hidráulica
3.1 : Ventajas :
• Las turbinas submarinas son mucho más pequeñas que los molinos eólicos para la misma
potencia(fuerza), esto que es debido a la masa volumétrica del agua que es cerca de 800
veces superiora a la del aire.
• Los potenciales de las corrientes marineros son muy importantes, EDF estímales el potencial
europeo hydrolazo explotable a cerca de 12,5 tipos de GW, o sea el equivalente de 12
reactores nucleares de 900 tipos de MW y Francia, a ella sólo, representa el 20 % o sea 2,5
tipos de GW: 2 o 3 reactores nucleares, o 1 o 2 EPR1
• Las corrientes marineros son previsibles (particularmente consultando las efemérides),
podemos pues estimar con precision la producción de electricidad..
• La turbina submarina utiliza una energía renovable (la corriente marina) y no
mancha(contamina), en términos de residuos nacidos de combustión tales como CO2 o de
residuos radiactivos.
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• Los nuevos modelos semiinmersos de turbinas submarinas pueden ser adaptados a los ríos,
hasta modestos, sin tener los impactos ecológicos de las turbinas clásicas de las que los
pescadores temen que tuvieran impactos subestimados sobre como ellos poissons2. Estas
turbinas submarinas producen menos electricidad que las turbinas clásicas, pero podrían ser
mucho más ligeras, y pedir mucho menos inversión.
• Vemos que la potencia(fuerza) de la corriente varía con cubo de la velocidad. Por ejemplo, la
energía producida por una corriente de 4 m/s es 8 veces más fuerte que la producida por una
corriente de 2 m / s3. ¡ Esto explica la búsqueda(investigación) de los sitios que presenta las
corrientes más fuertes, pero desgraciadamente éstos son raros!
3.2: Inconvenientes:
Para evitar el desarrollo de las algas y los organismos encroûtants sobre la turbina submarina, hay
que utilizar un antifouling. Se trata en primer lugar, por definición, de productos tóxicos para la fauna
y la flora adoba(está en adobo). Pero sobre todo este antifouling debe ser rehecho regularmente.
Realizar la operación bajo el agua es más o menos imposible, a la vez por razones técnicas visto la
dificultad de la operación, pero también porque el riesgo para el entorno(medio ambiente) es tal,
como realizar este tipo de operación es ya ilegal para un barco por fuera de una área especialmente
acondicionada(habilitada) de carena. Una operación de mantenimiento a intervalo regular para
desmontar o extraer la turbina submarina del agua y rehacer su carena es pues indispensable.
En las aguas turbides, a causa de la presencia de arena en suspensión (Paso de Calais por ejemplo), la
erosión de las palas de hélice o de las piezas(cuartos) móviles por la arena es muy fuerte. Así el
mantenimiento (conversación) debe ser muy frecuente, pero es más difícil que al aire libre ya que no
se puede abrirlo sin que el agua penetre en el interior y dañe todos los sistemas (mecánicos y
eléctricos). Por esta razón, ciertas turbinas submarinas tienen una estructura que emerge del agua,
que puede ser molesta para la navegación. Sistemas a balasto podrían permitir hacer subir o bajar las
unidades de producción
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Capítulo IV. ENERGIA UNDIMOTRIZ
La idea básica para crear energía renovable es utilizar las fuerzas de la naturaleza para accionar
una turbina eléctrica. En el mar el oleaje podría ser una de estas fuerzas. De hecho el oleaje existe en
todos lados del mundo aunque no sea de la misma calidad. En esta parte desarrollaremos el proceso
de creación del oleaje, la repartición de la energía undimotriz a lo largo del mundo y el sistema
Pelamis Wave Dragon. En este capit
4.1)El Oleaje
La definición más básica del oleaje son ondas que se desplazan entre dos medios materiales en
este caso el mar y la atmosfera. Se produce entonces dos movimientos: un movimiento de las
partículas hacia arriba y hacia abajo y un movimiento de desplazamiento horizontal. El oleaje es una
consecuencia indirecta del efecto del sol. En efecto el sol calienta algunas partes de la tierra creando
lugares con temperaturas diferentes; Estas diferencias de temperaturas producen efecto de vientos.
Por lo tanto se puede destacar cuatro tipos de oleaje:
• Oleaje swell : Generado por frentes ciclónicos que inciden desde el océano en dirección
al este
• Swell del hemisferio sur: Estas olas son generados por ciclones estra tropicales que se
propagan hacia la costa. Cabe decir que cuando se acerca a la costa su altura disminuye
Ilustracion 5 : Foramacion del oleaje
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y su periodo aumenta. Este tipo de oleaje llega a Chile con mayor intensidad en los
meses de invierno.
• Swell del hemisferio norte: Este tipo de olas son generadas cerca de la islas Aleutianas
en EE.UU. Llegan a Chile en los meses de verano y son encubiertas por las olas que se
generan en el hemisferio sur-oeste.
• Olaje generados por ciclones tropicales: Se generan a lo largo de la costa de América
Central. Se propagan hacia el sur de Chile. Son de baja frecuencia de ocurrencia pero son
importantes para considera oleaje máximo que puede servir para el diseño de
estructuras.
a) Las características importantes para el uso de la energía undimotriz
La energía undimotriz no es igualmente repartido a lo largo del mundo. De hecho, no todos los
lugares del mundo son capaces de producir energía mediante la energía d las olas. En el siguiente
mapa se puede ver la repartición de la energía en el mundo medido en kW por metro lineal de costa.
Se puede entonces ver en este mapa que Chile tiene una buena capacidad de producción de
electricidad undimotriz especialmente en el sur y extremo sur.
Ilustracion 6 : Reparticio de la energía undimotriz medida en kW/metro de costa
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El oleaje debe ser constante debido a que cualquier fuente de energía para la producción de
electricidad debe ser lo más estable posible. En algunas partes de la tierra se puede observar
una gran variabilidad en el oleaje entre las temporadas de verano de invierno. Estos lugares son
menos convenientes para la producción de electricidad.
Fuente: Evaluation of the Potential of Wave Energy in Chile, 2008
En esta tabla se puede ver la comparación de características de oleaje en dos lugares distinto
del mundo (En Reino Unido y en Chile). Apaarece entonces según esta tabla que Chile tiene un
oleaje qua varia poco frente al de Reino Unido donde la altura del oleaje dobla entre el invierno
y el verano. Conociendo esta información, se puede notar que en Reino Unido se construyó una
planta de energía undimotriz. Si en Reino Unido fue relevante construir la planta, construirla
debería ser aun más relevante en Chile.
La cantidad de kilometro de costa es también un factor importante porque mientras más
longitud de costa llegue mas oleaje para transformar. En ese sentido Chile es uno de los mejores
países del mudo ya que cuenta con más de 4000km de costa.
La pendiente de la costa es un parámetro bastante importante ya que puede facilitar los
accesos para el mantenimiento. En efecto la planta undimotriz se debe ubicar fuera de la costa
donde no se siente el efecto del fondo. Por lo tanto si la pendiente de la costa es fuerte el lugar
donde no se siente el fondo es más cercano a la costa. Si la planta esta más cercano de la costa y
entonces de los lugares de consumo será más fácil para el mantenimiento y también los cables
que unen la planta con la costa serán más cortos. Entonces se van a disminuir las perdidas por
efecto Joule a lo largo del cable.
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4.2) Pelamis Wave Dragon
El Pelamis Wave Dragon es un dispositivo semi-sumergido que utiliza los movimientos de las
olas para producir electricidad. El Pelamis se debe instalar perpendicularmente al frente de oleaje. El
concepto básico es que el Pelamis es compuesto por cuatro módulos que son unidos por
amortiguadores. Estos amortiguadores cumplen la función de amortiguar el movimiento de las olas
transmitiendo esta energía a los motores hidráulicos. Después la electricidad producida va dentro de
cables eléctricos hacia el fondo del mar donde se ubica el cable principal que transporta toda la
energía de la planta hacia la costa.
El Pelamis Wave Dragon es una estructura tubular parecida a un serpiente (de allí viene el
nombre) que mide 600 metro de largo y 4,6 metro de diámetro. Esta estructura se divida en cuatro
tramos de 150 metro y entre cada una se encuentra las rotulas amortiguadores. Cada rotula
mediante generadores tiene una potencia nominal de 250KW. Entonces un Pelamis totaliza una
potencia nominal de 750kW.
El Pelamis es capaz de aprovechar los movimientos de oleaje en dos direcciones: en direcciones
verticales y horizontales. En esta figura se puede apreciar el funcionamiento del Pelamis Wave
Dragon:
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Una planta de Pelamis es mucho más eficiente que los parques eólicos “off-shore”. De hecho,
30 aerocargacargardores ocupan una área de 10km² y pueden generar una potencia nominal de
60MW aproximadamente. Frente a esto un parque de Pelamis Wave Dragon del mismo tamaño
puede producir hasta 4 a 5 veces más energía. En la figura siguiente se puede observar la estructura
de una planta de 40 Pelamis. Los Pelamis van juntados entre ellos y son arrastrados al fondo del mar.
Ilustración : Parque de Pelamis
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C0NCLUSION
La idea principal de este trabajo era presentar diferentes maneras de recuperar la energía de
un ambiente natural. Por eso en este trabajo se presento diferentes maneras de recuperar el energía
del mar. DE hecho se desarrollo la energía mareomotriz, la energía undimoriz, y la energía debido a
las corrientes del mar. Con estas diferentes energías se espere en el futuro desarrollar más energías
sostenibles. Por lo tanto en ese resumen se intento resumir todas las formas de energía que se
podrían recoger desde el mar. La idea principal de este proyecto es producir energía desde fuentes
naturales aunque sean de baja productividad. Por lo tanto, cualquier iniciativa dentro del sector de
producción de energía sostenible es muy importante ya que puede llevar a otras ideas más
desarrolladas. Por eso cualquier idea en el temo del desarrollo sobre el medio ambiente debe ser
profundizada para ver si lleva a una idea factible desde el punto de vista económica.
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BIBLIOGRAFIA
http://quimicaambientalcoltec.wikispaces.com/-/Energias%20renov%C3%A1veis/Turma%20B%20-
%20Energia%20das%20ondas%20e%20das%20mar%C3%A9s/page/diff/Como+a+energia+%C3%A9+p
roduzida/528531670?responseToken=aeeefc490475005819964a5680d1046a
http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_mar%C3%A9motrice
http://fr.wikipedia.org/wiki/Usine_mar%C3%A9motrice_de_la_Rance
http://www.suapesquisa.com/energia/energia_mares.htm
http://www.energias.bienescomunes.org/2012/10/03/que-es-la-energia-mareomotriz/
EVALUATION OF THE POTENTIAL OF WAVE ENERGY IN CHILE
Baird & Associates S.A
EVALUACIÓN TÉCNICO ECONÓMICA DE UNA CENTRAL UNDIMOTRIZ CON TECNOLOGÍA
PELAMIS EN CHILE
JAIME ALEJANDRO ROJAS LARCO
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