- Resumen
- Introducción
- Marco teórico
- Análisis de ventajas, desventajas y costos
- Conclusiones
- Referencias
En este paper vamos a discutir sobre los beneficios y posibilidades de construir una planta de generación de energía con mareas en el Ecuador. También vamos a establecer las ventajas y desventajas que nos pudiera dar la construcción de la presa de marea y como se diferencia con las otras fuentes de energía renovable en el país.
Abstract — In this paper we are going to discuss the benefits and possibilities of building a tidal power plant in the coasts of Ecuador. We are also going to draw out the pros and cons of building the tidal power plant and how it differs from other sources of renewable energy.
Palabras Claves— Coils, Connectors, Current-voltage characteristics, Energy, Transformers
El tema de la energía renovable es un tema que últimamente se lo ha tocado frecuentemente ya que nos vemos amenazados como humanidad por el cambio climático severo que se ha ido notando en los años recientes.[1] Cada siete mil años siempre habido un avance de las capas glaciales es decir que hemos tenido varias eras de hielo en el planeta entonces en si el cambio climático siempre ha pasado a lo largo de la historia de nuestro planeta. En la mayoría de los casos este cambio climático se ha dado por cambios en la órbita de nuestro planeta haciendo que cambie la cantidad de calor que recibía nuestro planeta. Lo que hace inusual a este cambio climático que se ha venido notando últimamente es que es ocasionado por el hombre y su uso de derivados del petroleo.[2] El hombre con sus derivados de petróleo causa un gran daño en la atmosfera.[3] El cambio climático ha tenido varios efectos muy notables y comprobados por la comunidad científica, se ha visto un reducimiento notable de los glaciares, el hielo en los ríos y lagos se reducen antes de tiempo.[4] La flora y la fauna también se han visto afectadas ya que varios de estos necesitan de condiciones climáticas específicas, como de temperatura y patronos de lluvia para poder sobrevivir.[5] Algunas de estas especies se ven obligadas a migrar a lugares no usuales y causan estragos en el ecosistema.
La energía marina tiene un potencial muy grande para ser una de las mejores fuentes de energía sustentable en todo el planeta ya que depende solamente de la atracción gravitatoria de la luna y del sol. Este tipo de planta de energía ya ha sido explotada en Francia en el año 1967 con su presa de energía mareomotriz ya que utiliza la energía potencial de la marea y ha probado ser muy exitosa. [6] También podemos explotar la energía cinética de las fuertes corrientes de mareas para generar energía eléctrica utilizando una turbina de marea, tales como se aprecian las turbinas eólicas para utilizar el viento como generador de energía eléctrica. La Energía Mareomotriz no es económicamente viable ya que resulta muy caro realizar una de estas plantas de energía. En este paper vamos a hablar sobre las ventajas y desventajas de realizar una planta que explote la energía marina en el Ecuador.
Energía Marina.
La energía marina o energía de las mareas es una forma de hidroelectricidad ya que se utiliza las fuertes corrientes marinas que pasen o bien por una presa o turbina marina y genera energía eléctrica. Este tipo de explotación de la energía de corrientes no es tan nueva ya que hace varios años por todo el mundo se utilizaba esta fuerza de la naturaleza para poder hacer funcionar a los molinos que se encontraban alados de los ríos así como los molinos de viento pero con la corriente del rio. La energía marina es la energía del futuro ya que las corrientes marinas son más predecibles que cualquier otra fuente de energía renovable como la energía solar y energía eólica. La energía marina puede ser aprovechada de varias maneras ya sea mediante presas o turbinas de marea.
La energía marina que proviene de las presas que son construidas a lo largo de las playas funcionan mediante el mismo principio de la energía hidroeléctrica que tomamos de los ríos pero la diferencia es que la corriente fluye en ambas direcciones una presa en la playa consiste de turbines, compuertas, embaucamientos y anclas de seguridad. [6]
Fig.1. Presa La Rance. [7]
Las turbinas marinas tienen un funcionamiento similar a las turbinas eólicas ya que estas también funciona extrayendo la energía cinética que se genera cuando se mueve el agua, así también funcionan las turbinas eólicas mediante el viento. [8] Pero si existen varias diferencias en el funcionamiento de las turbinas marinas con las turbinas del viento por ejemplo la velocidad a la cual se mueve al agua comparada a la del viento usualmente es mucho menor. [9] Por otro lado a lo que se encuentran sumergidas las turbinas estas experimentan fuerzas y movimientos más bruscos que de las turbinas de viento cuando no están generando electricidad.
Existen varios métodos de utilizar las turbinas marinas pero las más comunes son dos [10]: Colocándole en un eje horizontal al cual las turbinas se mueven en un eje paralelo a la dirección que fluye el agua y colocándole en un eje vertical al cual las turbinas se mueven estando perpendicular a la dirección que fluye el agua [11].
Las turbinas marinas consisten de un numero de cuchillas que están montadas sobre un equipaje que contienen el rotor y una caja de engranes. El efecto hidrodinámico que se genera cuando fluye el agua hace que estas cuchillas giren y también los engranes haciendo que se genere energía eléctrica de la energía mecánica. La energía es suministrada a las subestaciones mediante cables.
La energía marina que proviene de las turbinas marinas son más eficientes, confiables y tienen un gran potencial pero el costo que tiene hacer una planta con tantas turbinas marinas es el problema. Haciendo que el costo, para generar tal proyecto, sea el factor decisivo para que las compañías se opongan a la construcción de este emprendimiento energético. La mayor ventaja que nos dan las turbinas sumergidas en la costa de nuestros océanos es que, no obstante como a las presas, ya son fabricadas y disponibles para su uso.
Ejemplos de turbinas disponibles en el mercado:
Fig. 2. Turbina de Flujo Libre. [12]
Fig. 3. Turbina Straflo. [13]
Fig. 4. Turbina de Centro Abierto. [14]
Fig. 5. Turbina helicoidal de Gorlov. [15]
Diferentes tipos de turbinas.
Turbina tipo bulbo
La turbina admite flujos en ambos sentidos. Cada una tiene 4 cables y esto esta acoplada a un está acoplada a un alternador. El problema de esta turbina es que la instalación se dificulta. [13]
Turbina Straflo
El generador este tiene un mejor rendimiento y el mantenimiento es mas fácil de realizar.. [13]
Turbina Tubular
La turbina está acoplada a un largo eje, esto permite que el generador se encuentre en lo alto del dique. [13]
Fenómenos climáticos en las costas ecuatorianas.
Fenómeno El Niño, es importante distinguir dos términos en dos aspectos diferentes de oceanografía ecuatorial. [14]
Primero, la Corriente El Niño, término empleado desde un siglo atrás por los pescadores ecuatorianos y peruanos en referencia a la llegada del niño Jesús, dado que la aparición de esta corriente es en el mes de Diciembre, marcando el inicio del invierno en la región costera. Esta corriente se presenta para la época de verano, cuando sus aguas llegan a las costas ecuatorianas disminuye la temperatura lo que marca el inicio del cambio de estación invernal en el Ecuador. [14]
Segundo, tenemos el Fenómeno El Niño presenta una variedad de anomalías oceánicas y atmosféricas de gran escala, caracterizadas por el calentamiento de la superficie del mar y la atmosfera. [14]
La Corriente de Humboldt, conocida como Corriente Peruana es un flujo permanente de agua fría proveniente de la Antártica, pasa por Chile y recorre gran parte de la costa peruana, se divide en corriente costera y corriente oceánica. [15]
Esta corriente se presenta para la época de verano, comprendida entre los meses de mayo-noviembre marcando el inicio del cambio de estación invernal en el Ecuador, ya que cuando sus aguas llegan a las al ecuador se reduce la temperatura del aire. [15]
Esta corriente fluye de sur a norte, y se genera por el choque de la corriente de Deriva del Oeste a la altura de la isla grande de Chiloé (Chile) y y sube a las costas ecuatorianas.[15]
Esta corriente es más intensa entre Julio y Septiembre y se va reduciendo hasta Diciembre donde desaparece esta y comienza la corriente El Niño. [15]
Mareas con condiciones óptimas.
La energía que es posible aprovechar se relaciona con la amplitud de la marea, la cantidad de turbinas y el área de embalse, su correcta combinación ofrecen mayores beneficios [16] En varios lugares existen buenas condiciones para generar energía con variaciones de hasta 16 m.
En la actualidad turbinas únicamente permite aprovechar corrientes de marea mayores a 5 m, y menores a este no |son convenientes en virtud que su eficiencia es muy baja. En siguiente figura podemos observar los diferentes lugares en que mundo que poseen mareas importantes.
Análisis de ventajas, desventajas y costos
Ventajas
Es auto renovable.
No contamina el medio ambiente ni sus alrededores.
No produce contaminación acústica (silenciosa).
En el caso de inversión de materia prima, los costos son mínimos.
No concentra población.
Maneja disponibilidad de generar energía en cualquier clima y época del año. [17]
Protección frente a mareas muy vivas
Surgimiento de nuevas especies.
No provoca sequia como la hidráulica,
Ya que el promedio de amplitudes de marea, es constante en el transcurso del año.
Desventajas
Cambia la imagen y apariencia del paisaje costero conllevando impactos visuales y estructural sobre el paisaje costero
Localización puntual.
Se necesita espacio, para generar esta energía depende de la amplitud de mareas.
Traslado de energía muy costoso.
Efecto negativo sobre la flora y la fauna.
Sólo se puede producir cierta cantidad de energía, es limitada.[17]
Costos
Los cálculos del costo de la energía proveniente de los proyectos de energía de olas varían mucho. El creador del molino de mar, un aparato similar a los molinos de viento, el cual gira debajo del agua, calcula que su aparato producirá electricidad por una cantidad tan pequeña como 0.015 a 0.03 centavos de dólar. La teoría detrás de este aparato es que funcionaría de manera similar a los verdaderos molinos de viento, pero la fuerza en las corrientes es, típicamente, diez veces más concentrada que la del viento. Otros calculan que el costo de la energía de olas es de tres veces el estimado. [13]
Dado que todavía hay relativamente pocas aplicaciones comerciales, se necesitará más tiempo para obtener una valoración precisa de los costos involucrados. Otro factor que dificulta los cálculos es que las condiciones específicas de la ola en cada lugar potencial serán diferentes y, por lo tanto, afectarán los costos. La columna de agua oscilante usada en Noruega ha generado electricidad por 4 a 6 centavos de dólar por kilowatt/hora; si esto es un indicio, la competitividad es buena. Como con muchas de las fuentes de energía renovable basada en agua también los costos para las tecnologías de energía de olas son muy altos al inicio, con la construcción e instalación de los aparatos, el manteamiento es caro para este tipo de tecnologías. [13]
Análisis de la fiabilidad de un proyecto mareomotriz en el Ecuador
Los resultados del informe han sido comprobados ya que se pudo obtener los mismos puntos críticos mediante la investigación a profundidad del tema. Por lo general los equipos son muy costosos pero en un mundo donde tenemos un cambio climático tan dramático. Esta inversión a largo plazo puede ser muy beneficiosa para el país ya que no vamos tener más alternativas que seguir buscando energías renovables sustentables. El impulso del uso de la energía que ha venido queriendo proponer el gobierno actual del presidente Rafael Correa nos da aún más razón para seguir buscando fuentes de energías ya que los subsidios de gas y petróleo no van a ser para siempre. Es imperativo que se siga investigando más sobre el tema para localizar el lugar más optimo en el ecuador donde se pueda crear dicha planta de energía para así poder seguir competitivos en el mercado productivo.
En este trabajo se pudo apreciar lo importante que son los multiplicadores de LaGrange para poder realizar la maximización de una ecuación para así poder lograr obtener un valor máximo de una ecuación y sacar mejor provecho de los datos dados con la función restricción. Esto nos va a ser muy útil en la vida ya que con estos conocimientos podemos sacar mejor provecho de las cosas maximizando calidad/cuantidad y minimizando costos. Como recomendación se podría sugerir primero saber mucho del tema del cual se va a tratar para así poder minimizar el tiempo de investigación y empezar con las ecuaciones a tiempo, ya que resulta difícil entender las ecuaciones si no se sabe un poco de teoría de antemano.
[1]IPCC Fourth Assessment Report, Summary for Policymakers, p. 5
[2]B.D. Santer et.al., "A search for human influences on the thermal structure of the atmosphere," Nature vol 382, 4 July 1996, 39-46
[3]Gabriele C. Hegerl, "Detecting Greenhouse-Gas-Induced Climate Change with an Optimal Fingerprint Method," Journal of Climate, v. 9, October 1996, 2281-2306
[4]B.D. Santer et.al., "Contributions of Anthropogenic and Natural Forcing to Recent Tropopause Height Changes," Science vol. 301 (25 July 2003), 479-483.
[5]V. Ramaswamy et.al., "Anthropogenic and Natural Influences in the Evolution of Lower Stratospheric Cooling," Science 311 (24 February 2006), 1138-1141
TIDAL ENERGY UPDATE
[6]F. O"Rourke, F. Boyle, A. Reynolds, "Tidal Energy Update 2009", Dublin, Republic of Ireland, 2010, pp. 1-23
[7]The Greenage Ltd. , 2015, Disponible en:
[8]O Rourke, F., F. Boyle, and A. Reynolds, Renewable energy resources and technologies applicable to Ireland, Renewable and Sustainable Energy Reviews, In Press, Corrected Proof.
[9]Bryden, I.G., T. Grinsted, and G.T. Melville, Assessing the Potential of a Simple Tidal Channel to Deliver Useful Energy, Applied Ocean Research, 2004. 26(5): p. 198-204.
[10]Bryden, I.G., et al., Matching Tidal Current Plants to Local Flow Conditions, Energy, 1998, 23(9): p. 699-709.
[11]Kiho, S., M. Shiono, and K. Suzuki, The Power Generation from Tidal Currents by Darrieus Turbine, Renewable Energy, 1996, 9(1-4): p. 1242- 1245.
[12]WNET,2012, Disponible en: http://www.thirteen.org/metrofocus/2012/07/what-about-clean-energy/141822771_khps_20underwater_300dpi/
[13]Tidal Energy Ltd.,2015,Disponible en:http://www.tidalenergyltd.com/?page_id=1373
[14]Cube Me Ltd., 2012, Disponible en: http://cubeme.com/open-centre-turbine-tidal-turbine-by-openhydro/
[15]Blue Tidal Energy Ltd., 2015, Disponible en: http://www.bluetidalenergy.com/
[16] Robin Manuel Stuardo Luján Barrietos. "Energía Mareomotriz, Presente y futuro en Guatemala". Universidad de San Carlos de Guatemala. Trabajo de Graduación
[17] Iliana Rosero Villamar, Ec. Manuel González. "Incidencia del fenómeno El Niño en la actividad económica del Ecuador. Un análisis de series de tiempo".
[18] Pierre Pourrut "Algunas consideraciones acerca de los fenómenos climáticos extremos observados en el Ecuador".
[19] López González J. Hiriart-Le Bert G. Silva Casarín R. "Cuantificación de energía de una planta mareomotriz". Ingeniería Investigación y Tecnología. Vol.XI. Núm.2. 2010 233-245, ISSN1405-7743 FI-UNAM (artículo arbitrado)
[20] Alejandro Béjar Rodríguez. José Enrique Antón. Alejandro Herrera. Carlos Sánchez. Gustavo Pineda. "Energía Mareomotriz".
Christian Esteban Fajardo Calle, nacido en 1993, estudiante de la carrera de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Politécnica Salesiana sede Cuenca,
Nombre: Alvaro Alexander Salme Bautista
Edad:21 años (30/12/1993)
Carrera: Ingeniería Eléctrica
Nací en quito pero vivi en Sucua, Morona Santiago por 10 años de ahí me mude a EEUU donde estudie toda la secundaria me gradué de Lakota East High School en el 2011.
Autor:
Salme Bautista Alvaro Alexander
Fajardo Calle Christian Esteban
Universidad Politécnica Salesiana – Sede Cuenca