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ÍNDICE
Introducción 2• Desarrollo 3•
a)Las fuerzas del mar 3
b)Energía disipada por las mareas 4
c)Energía mareomotriz 5
Características de la energía mareomotriz 6• Futuro de la energía mareomotriz 6• Proyectos en el mundo 7•
d)Central mareomotriz La Rance 10
Ubicación 10• Breve reseña histórica 10• Información general de la central mareomotriz 12•
1−La central 12
2−Turbinas de doble paso 14
3−Características de las turbinas 14
4−Ciclo de utilización 14
5−Dique de contención 15
6−Reglamento del servicio de esclusa 15
7−Características técnicas 16
8− Estadísticas 17
9−Mirando el ecosistema 17
10− Valor económico de las mareas 17
e)Ciclos de utilización de una central mareomotriz 18
f)Las olas como recurso energético 21
1−Sistemas 24
Equipos generadores fijos 24
Canal resonante 24•
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Colector y columna de agua oscilante 25• Colector 25• Turbo generador 26•
3)Pato de Selter 26
Equipos flotantes 27
Balsa de Cokrel 27• Barco flotante ¨Kaimei¨ 28• Boya de señalización 29•
2−Condiciones óptimas 29
Conclusiones 32• Bibliografía 33• INTRODUCCIÓN•
Vivimos en una sociedad de consumo y de creciente expansión, en la era de la tecnología, donde la necesidadde energía es inevitable. En esta situación uno de los principales problemas a nivel mundial que existen en elpanorama actual es el de la finitud de las fuentes de energía habituales ya que las necesidades energéticas soncrecientes y los recursos limitados. Nuestra sociedad camina así hacia un colapso energético y las energíasalternativas renovables, tales como la eólica, la hidráulica, la solar, la de la biomasa o la mareomotriz, son laopción más ecológica y razonable. Extrañamente esta última nunca fue aprovechada y es desconocida por lamayoría de las personas aún siendo una fuente inagotable y segura, ya que depende del movimiento continuode las mareas.
Los pioneros en el estudio y explotación de este recurso fueron los franceses, en el verano de 1966 se puso enmarcha una planta de energía mareomotriz de 240.000 kW en el río Rance, un estuario del canal de laMancha, en el noroeste de Francia. Consiste en un paredón que cierra el río, permitiendo así almacenar aguaen la represa cuando sube la marea y luego liberarla cuando el nivel de agua del mar es menor, generando alllenar y vaciar el estuario artificial mediante el paso del fluido por las turbinas la energía aprovechable que esla eléctrica.
Dicho concepto permitió a los investigadores elaborar una propuesta de generación en distintas regiones enbase a la central realizada en Francia. Por ser un referente a nivel mundial, en este trabajo se le dedicará unapartado a la descripción de su funcionamiento y sus instalaciones. Pero en primer lugar se detallará la basedel funcionamiento, el movimiento de las olas, sus fluctuaciones y demás variaciones. A continuación y porúltimo se estudia el aprovechamiento del movimiento de las olas y los equipos utilizados para rentabilizarlo
II. DESARROLLO
En el siguiente epígrafe se van a desarrollar las bases de la energía mareomotriz así como sus característicasgenerales, también se expondrá como ejemplo la central de La Rance.
Las fuerzas del mar•
Todo el mundo ha observado alguna vez que el nivel de las aguas varía alternativamente durante el día, enciertos momentos parece que el mar baja o se retira dejando en descubierto una ancha faja de playa arenosa orocas que no se veían; unas horas después el caso es inverso; las aguas avanzan y cubren las playas y rocasque antes habían estado al descubierto.
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Este fenómeno de la naturaleza constituye la marea, el movimiento ascendente del agua se llama flujo,creciente, marea alta o entrante; el nivel más alto alcanzado por el agua al terminar el flujo se llama pleamaro mar llena. Llegado a este límite el avance se suspende, la superficie del mar permanece en calma yestacionaria durante ocho o diez minutos. Después las agua comienzan a retirarse lentamente y estemovimiento de descenso se llama reflujo, bajante, marea baja o saliente; el nivel más bajo alcanzado por elagua al terminar el reflujo se llama bajamar o marea baja. En este límite se suspende el descenso y el marpermanece al mismo nivel durante 8 a 10 minutos, al cabo de los cuales vuelve a comenzar el ascenso.
Se llama período el ciclo completo de una marea, es decir, el período de tiempo comprendido entre unapleamar y la bajamar que la sigue y que abarca más o menos doce horas veinticinco minutos.
La altura o amplitud de la marea es la diferencia de nivel entre la pleamar y la bajamar que puede ser casiimperceptible (30 a 50 centímetros) o impresionante (21 metros). Todos los mares tienen mareas, pero dondeel fenómeno es evidente es en los océanos abiertos y específicamente las bahías y estrechos en los cuales seinternan las agua de éstos.
Todos los días las aguas del Océano suben de nivel dos veces y bajan otra dos, es decir que en el término de24 horas y minutos hay dos pleamares separadas por un intervalo de doce horas y dos bajamares en las mismacondiciones.
Las mareas están influenciadas por la luna, cuando esta se encuentra sobre el meridiano de un lugar laatracción es mayor, se produce entonces el flujo o ascenso de agua al que corresponde otro flujo en el ladocontrario de la Tierra. La hidrosfera o superficie de agua adopta en consecuencia la forma de un elipsoide encuyos extremos del eje menor se encuentran las bajamares.
%Teoría y causa de las mareas:
Este fenómeno de la influencia de los astros sobre las mareas es conocido desde tiempos inmemoriales, perohasta que Newton no enunció su famosa ley de las gravitación universal, que relaciona encadenándolos entresi a todos los planetas que constituyen el universo no se obtuvo una explicación científica de esos periódicosascensos y descensos del mar que son las mareas. Según dicha ley los cuerpos celestes se atraenproporcionalmente a su masa y en razón inversa al cuadrado de su distancia.
Ahora bien, los cuerpos celestes que ejercen atracción sobre la tierra son: la luna, que si bien tiene una masapequeña está situada a una distancia muy corta, y el sol, de gran volumen pero alejado enormemente de laTierra en comparación con nuestro satélite. La atracción de la Luna es mayor que la del Sol y se ejerce tantosobre las mareas de tierra como de agua, pero siendo el océano un líquido, cambia fácilmente de forma, enconsecuencia la atracción de la Luna ha de ser mayor sobre la masa fluida del mar que sobre los continentes.
En efecto, las aguas oceánicas son atraídas formando una protuberancia en dirección a la Luna; si la tierraestuviera inmóvil esa protuberancia no cambiaría de lugar, se encontraría siempre en el mismo punto, en laparte del mar que diera frente a la Luna, pero como la Tierra gira sobre si misma, esa protuberancia vacambiando minuto por minuto de lugar avanzando sobre la superficie de los océanos cuyas aguas desciendeny ascienden sucesivamente.
La ola de marea es distinta de las comunes por su origen y porque la protuberancia que la produce se dejasentir en toda la masa de agua y no sobre las capas superficiales como en las olas comunes.
%Grandes y pequeñas mareas:
La altura de las mareas es distinta durante el curso del año y ello se debe a que la intensidad de atracción varíay se modifica según la posición de la Luna y del Sol respecto de la Tierra.
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Durante la conjunción o novilunio y durante la oposición o plenilunio, el Sol y la Luna están en línea rectasobre el meridiano de un lugar y se combinan y suman las fuerzas atractivas de ambos astros, la influencia esmayor, se producen en este caso las mareas de sicigias, grandes mareas o mareas vivas cada quince días.
Cuando la Luna y el Sol están en cuadratura (forman un ángulo de 90º respecto de la Tierra), la intensidad deatracción ejercida sobre las aguas disminuye pues ambos astros se estorban mutuamente; se producenentonces las mareas de cuadratura, pequeñas mareas, o mareas muertas cada quince días.
Por lo tanto diremos que la marea es un movimiento rítmico (ascensos y descensos de toda la masa líquida)que tiene una variación diaria (las pleamar y bajamares), que es una consecuencia del movimiento de rotaciónde la Tierra, y otra variación mensual (las mareas vivas y las muertas), resultando del movimiento derevolución de la Luna.
%Retardo y altura de la ola de pleamar
Si la tierra estuviera completamente rodeada de una masa oceánica uniforme el fenómeno de las mareas seríacompletamente regular. Pero la ola de marea es retardada en su avance por las variaciones de la profundidad,por el obstáculo que la oponen los continentes y por la irregularidad de las costas.
La ola de pleamar se retrasa también porque la Luna no pasa por el meridiano de un lugar a la misma hora; sihoy aparece a las 18 h 50 m, al retrasarse se retarda también la ola de la pleamar y el mismo retraso sufren laotra pleamar y las dos bajamares. Por lo tanto el retraso de la ola de marea en un lugar es consecuencia delretardo de 50 minutos de la Luna por el meridiano del lugar.
La altura de la marea nunca pasa de un metro en las islas situadas en medio de los océanos abiertos, pero enlos estrechos o entradas alcanza alturas muy grandes.
Energía disipada por las mareas•
En la utilización de un salto de agua de un río, la energía aprovechada se sustrae de la energía que sedesaprovechaba antes de la creación del embalse en forma de remolinos, torbellinos, rozamientos de diversotipo; la energía transformable tiene evidentemente como límite el total de estas pérdidas
La energía que pasa con la marea en el lugar del dique del Rance y que es igual a la diferencia entre la energíaque entra la energía que entra con la marea ascendente y la que sale con la marea descendente, resulta disipadaen forma de rozamientos en el estuario, ya que podemos despreciar los efectos del caudal propio del ríoRance.
Las potencias disipadas son sorprendentemente débiles: la potencia media disipada en el sectorSaint−Malo−Jersey−Cartect sobre una superficie de 3200 km2 es de unos dos millones de kilovatios, lo cualdaría lugar a unos 350.000 kw para la potencia media consumida en la bahía de Mont−Saint−Michel es deciruna densidad de 1500 kw/km2 del estanque utilizable. Tomando para el Rance un valor doble con objeto detener en cuenta los rozamientos más elevados, se obtiene un valor máximo de 60.000kw disipados enpromedio en el estuario del Rance. Electricité de France montó instalaciones de 240.000 kw, lo cual superapues ampliamente las anteriores cifras.
Con dichos datos se deduce que la energía que se calcula utilizar es, pues, muy superior a la energía disipadaactualmente desaprovechada.
La potencia total desaprovechada en promedio por año, calculada en las mismas condiciones, alcanza para elcanal de la Mancha el valor de 157 millones de kilovatios lo cual resulta bastante tranquilizador ante los240.000 del Rance.
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Energía mareomotriz•
Las mareas de los océanos constituyen una fuente gratuita, limpia e inagotable de energía, que al contrario queotras energías renovables, como la eólica o la solar, no depende de otros factores.
Esta energía pese a sus potenciales ventajas no ha sido de las más estudiadas y sólamente Francia y la exUnión Soviética tienen experiencia práctica en centrales eléctricas accionadas por mareas. Es, sin embargo, unrecurso hidráulico que tiene analogía con la hidroelectricidad, la energía mareomotriz podría aportar unos635.000 gigavatios/hora (GW/h) anuales equivalentes:
1.045.000.000 barriles de petróleo ó 392.000.000 toneladas de carbón/año.
A partir del año 1973, cuando el mundo tomó conciencia de la finitud de los combustibles convencionales norenovables, se intensificaron los estudios de todos los tipos disponibles de energías renovables noconvencionales: solar, eólicas, geotérmica, mareomotriz, etc.
La energía mareomotriz es una de las catorce fuentes nuevas y renovables que estudian los organismosespecializados de las Naciones Unidas. Esta energía no se ve limitada ni por el clima ni por la época del año yla técnica consiste en encauzar el agua de la marea en una cuenca, y en su camino accionar las turbinas de unacentral eléctrica. Cuando las aguas se retiran, también generan electricidad.
En la actualidad parece que el mundo esta tomando conciencia de la situación que puede avecinarse y hatenido en cuenta las ventajas que ofrece, así ha aumentado el interés por está nueva forma de energía. Lasáreas más prometedoras son las siguientes:
La parte de la Bahía de Funday, Canadá.• Las Bahías de Cobscook y Passamaquoddy, Estados Unidos.• Chansy, Francia.• El Golfo de Mezen, en la ex Unión Soviética.• El estuario del río Servern, Inglaterra.• La ensenada de Walcott, Austria.• Onchón, en Corea del Sur.•
Un proyecto ya realizado es el Proyecto Kislogubskaya, de Rusia. Esta central experimental, ubicada en elmar de Barentz, con una capacidad de 400KW, fue la segunda de esta clase en el mundo. Se empleó unmétodo empleado en Rance: cada módulo de la casa de máquinas, incluidos los turbogeneradores, sefabricaron en tierra y se llevaron flotando hasta el lugar elegido y se hundieron en el lecho previamenteelegido y preparado. Se puso en marcha en 1968 y envío electricidad a la red nacional.
El único problema es el elevado costo inicial por KW de capacidad instalada, pero se deberá tener en cuentaque no requiere combustible, no contamina la atmósfera y se estima su vida útil en un siglo. Por todo ello,sería interesante retomar el estudio de éstas y otras energías renovables no convencionales para asegurar unfuturo predecible.
Características de la energía mareomotriz•
La explotación de la energía potencial correspondiente a la sobreelevación del nivel del mar aparece en teoríacomo muy simple: se construye un dique cerrando una bahía, estuario o golfo aislándolo del mar exterior, secolocan en él los equipos adecuados (turbinas, generadores, esclusas) y luego, aprovechando el desnivel quese producirá como consecuencia de la marea, se genera energía entre el embalse así formado y el mar exterior.
Esta energía es, sin embargo, limitada; la potencia disipada por las mareas del globo terrestre es del orden de 3
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TW, de los cuales sólo un tercio se pierde en mareas litorales. Además, para efectividad la explotación, laamplitud de marea debe ser superior a los 4 metros, y el sitio geográfico adecuado, lo que eliminaprácticamente el 80% de la energía teóricamente disponible, dejando aprovechables unos 350 TW−h por año(Bonefille, 1976).
Uno de los mayores inconvenientes en la utilización aparece precisamente debido a las característicasinherentes al fenómeno de las mareas.
En efecto, como el nivel del mar varía (con un período del orden de 12 horas 30 minutos en las zonasapuntadas), a menos que se tomen las precauciones necesarias, la caída disponible (y la potencia asociada)varían de la misma forma, y por lo tanto se anulan dos veces por día. Además, la marea sigue el ritmo de laluna y no del sol, de manera que hay un retardo diario de 30 min., en las horas en que dichas energía estádisponible.
Un análisis del promedio de amplitudes demuestra que, a los fines prácticos que se persiguen, el mismo puedeconsiderarse constante a lo largo del año e incluso con el transcurso de los mismos (investigadores franceses yrusos señalan diferencias de 4 al 5% en 18 años); desapareciendo el riesgo de los períodos de sequía,característicos de las centrales hidroeléctricas.
Futuro de la energía mareomotriz•
Los avances actuales de la técnica, el acelerado crecimiento de la demanda energética mundial y el siemprelatente incremento en el precio de los combustibles son factores primordiales que disminuyen cada vez más labrecha entre los costos de generación mareomotriz y los de las fuentes
convencionales de energía. Así lo entienden países como Canadá e Inglaterra, donde se incorpora la misma alos planes energéticos como solución a plazo medio en el proceso de sustitución de plantas termales.
Respecto a la forma de funcionamiento y construcción de las plantas, actualmente se aceptan ciertas premisasbásicas como por ejemplo:
Se asume el sistema de embalse único y efecto simple como el más apropiado desde el punto de vistaeconómico.
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En lo que respecta al diseño constructivo, se adopta, en la mayor parte de la obra, el uso de cajonesprefabricados (caissons), incluso en reemplazo de los diques complementarios de relleno (éstos sereservan solamente para las zonas intertidales).
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La importancia de la organización constructiva se hace evidente en la necesidad de reducir el tiempode cierre y aceleración, de éste modo, el instante de puesta en marcha.
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Para ello, se cree conveniente colocar las turbomáquinas con posterioridad al cierre de la obra.
Las turbinas Bulbo y strafflo se usan indistintamente para los estudios comparativos de costos, aunqueeste último tipo reduce en un 20% el peso muerto (hormigón y balasto) de la obra civil. Sin embargo,todavía no hay en el mercado unidades Strafflo de gran diámetro suficientemente probadas. EnAnnapolis Royal (Canadá), se puso en funcionamiento una unidad experimental (d= 7.6 m) queservirá para probar las características de funcionamiento en condiciones reales (Whitaker, 1982).
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La forma de regulación más conveniente es la incorporación de la producción a sistemas o redes deinterconexión (cuya capacidad debe ser por lo menos 10 veces superior a la magnitud de lainstalación); o en su defecto una conexión optimizada con centrales de acumulación por bombeo
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(Gibson y Wilson, 1979) o hidroeléctrica (Bernshtein, 1965, Godin, 1974).
Una de las ventajas más importantes de estas centrales es que tienen las características principales decualquier central hidroeléctrica convencional, permitiendo responder en forma rápida y eficiente a lasfluctuaciones de carga del sistema interconectado, generando energía libre de contaminación, externade variaciones estacionales o anuales, a un costo de mantenimiento bajo y con una vida útilprácticamente ilimitada.
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Dentro de las desventajas se encuentran: la necesidad de una alta inversión inicial (por otra partecaracterísticas de cualquier obra de explotación energética)
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Proyectos en el mundo•
Los principales y potenciales sitios de generación mareomotriz por su condición geográfica son:
1. Siberia2. Inchon, Korea3. Hangchow, China4. Hall's Point, Australia5. Nueva Zelanda6. Anchorage, Alaska7. Panamá8. Chile9. Punta Loyola, Argentina10. Brasil11. Bahía de Fundy
12. Frobisher Bay, Canadá
13. England14. Antwerp, Bélgica15. LeHavre, Francia16. Guinea
17. Gujarat, India18. Burma19. Río Semzha, Rusia20. Río Colorado, México21. Madagascar
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Los proyectos más cercanos son los siguientes:
Planta de energía oceánica Dalupiri (Filipinas):•
Blue Energy Canadá, desarrolló una propuesta para un defensa de 4 kilómetros de largo entre las islas deSamer y Dalupiri en el estrecho de San Berdino en las Filipinas. Pendiente de la aprobación del gobierno, laplanta de energía oceánica utilizará 274 turbinas clase Davids, cada una generando desde 7 MW a 14 MW conun total estimado de 2200 MW de energía utilizando la cúspide de la marea y una potencia base de 1100 MW.
Usado para generar a grandes escalas energía renovable, el paso de San Berdino pudo ayudar a hacer de lasFilipinas un exportador de energía eléctrica.
El pasaje Dalupiri está localizado sobre el lado sur de el estrecho de San Bernido, la producción de energíadesde este sitio será desde el rango de 0 MW con marea débil, hasta 2200 MW de potencia con marea alta conuna base diaria de 1100 MW.
La represa de Dalupiri cruza el paso de Dalupiri, extendiéndose por 4 kilómetros sobre el agua entre las IslasDalupiri y Samar.
La planta de energía comenzará sobre el lado de Samar y cruza el canal al sur de la Isla Dalupiri, las corrientesde mareas están por encima de los 8 nudos y las profundidades son del rango de los 47 metros . El fondo esrelativamente plano a lo largo del canal , el área es propensa a tifones y la represa de marea es designada pararesistir tifones, vientos de 240 kilómetros/h y olas de 7 metros.
Con la instalación del primer módulo en la cadena, la cual gradualmente se incrementará a máxima capacidadestando proyectada su terminación en seis años.
Una vez comenzado este proyecto será uno de los desarrollos más grandes de energía renovable en el mundo
Fases 2, 3, 4: Completando las siguientes tres fases entre Luso y Samar produciría algo de 25.000MW, lascuatro fases están estimadas a un costo de 38 billones de dólares, con 30 billones de dólares en los sitios deproducción y 8 billones de dólares en los sitios de transmisión. ASIAN GRID se beneficiaría interconectandolos varios sistemas de energía en la región.
Chile:•
La porción sur de Chile posee largas costas que tienen grandes amplitudes de marea, la población tiene unmayor índice de crecimiento en la zona sur del país. TE/Chile está mirando una pequeño pueblo en las IslasChiloe para la primera instalación
Alaska:•
La mayoría de la costa sur de Alaska tiene amplitudes de mareas adecuadas para la generación de energía conmareas y los generadores del futuro Tidal Electric de Alaska podrían estar situados en algún lugar de estasáreas. La gran mayoría de la población vive sobre o cerca de estas costas o está conectada por la red dedistribución de los sitios de costa.
México:•
México Project Will Sell Electricity en California y Arizona está equipando con Bufete Industrial paradesarrollar unos 500 MW en el Mar de Cortez.
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Localizado justo a 240 kilómetros de San Diego el sitio está en la boca del Río Colorado justo sobre el bordela frontera entre Estados Unidos y México. El área poblada es mayormente desierto y lagos de agua dulcehaciéndola de pequeño interés para mucha gente, a pesar de ser una estratégica localidad cerca del paso aEstados Unidos y del puerto de San Diego.
El gobierno mexicano tiene centrados sus intereses en construir un pequeño conjunto de plantas que empleerelativamente trabajos de bajo costo, pero las limitaciones del lago están frustrando esta meta. Una planta deenergía de mareas podría proveer energía para desarrollos locales y para la exportación dentro de losimportantes mercados de California y Arizona.
d) Central mareomotriz de La Rance
Ubicación:
La central mareomotriz se ubica sobre el Río Rance, cuyo cauce desemboca sobre el Océano Atlántico muycerca del canal de la Mancha, zona además donde se encuentra la ciudad de Saint−Maló
En noviembre de 1996, la planta de energía mareomotriz celebró su 30 aniversario de operación, el proyectoprecursor que comenzó en 1950 siendo un suceso económico , industrial y tecnológico. Durante 30 años, las24 turbinas de La Rance habían mostrado buenos resultados de rentabilidad. La planta de energía ha operadosin mayores incidentes o averías durante 160.000 horas en las que ha generado 16 billones Kwh.
Para habilitar la planta de energía mareomotriz y operarla correctamente durante los próximos 30 años,Electricité de France ha decidido para verificarla una reparación general y preventiva de todo el equipamiento,este programa de restauración será extendido por un período de 10 años.
Breve reseña histórica:
1737: La obra de Belidor sobre arquitectura hidráulica se refiere a los molinos de marea de Dumkerque eintenta asegurar la continuidad de su funcionamiento; es el primer testimonio de la técnica basada en laenergía de las mareas.
1952: El presidente de la república francesa anuncia en la inauguración de la fábrica de Don Cere/Mondragón, el 25 de octubre, las futuras obras de acondicionamiento del estuario del Rance.
1960: El 29 de diciembre el ministro de industria, en carta dirigida al director general de Electricité de France,da la autorización para comenzar en 1961 el programa de obras hidroeléctricas cuyos trabajos preparatorioshabían sido previamente autorizados por una anterior carta del 15 de julio de 1960. Este programa incluía,entre otros asuntos, las instalaciones del Rance, primera fábrica mareomotriz del mundo.
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10 de enero de 1961: Una vez cumplidas las formalidades previas, E.D.F da cuenta de los dos principalescontratos de un importe total de 32.000 millones de antiguos francos, es decir, más de las tres cuartas partesdel total de gastos previstos; uno con un grupo de empresas para la realización de las obras de ingenieríaincluido el cierre del estuario; otro con un grupo de construcciones para la instalación y puesta en marcha de24 grupos de 10 MW cada uno.
1965: Los trabajos se encuentran en su apogeo y se prevé que a mediados de 1966 se podrá poner en marchael primer grupo.
Han existido en la historia de esta fábrica mareomotriz cuatro equipos fundamentales de trabajo, cada unovinculado a una tarea distinta.
El primero se ocupó a partir de 1941 de los problemas matemáticos, teóricos o prácticos que planteaba lapropia naturaleza de la energía de las mareas, en particular la puesta a punto de los cálculos de energía. Esteequipo resolvió por completo todas las cuestiones relativas al proyecto del Rance. Este equipo se integrópor Vantroys; Biesel y Voyer.
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El segundo equipo se encargó de todas las cuestiones relativas a los modelos reducidos. En este campo seha hecho un esfuerzo particular en Grenoble, Chatou y Saint−Malo. Sus principales integrantes fueronDelaborde, Le Manestral Duport, Greslou, Chapoutier, Banal, Hug, Gridel, Bonnefille, Michon y Jeannel.
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El tercer equipo, utilizando los estudios realizados sobre modelos reducidos, puso a punto las soluciones delos problemas de ingeniería.
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El cuarto grupo que tuvo a su cargo desde 1951 los problemas de construcción del grupo turboalternador,consiguió un éxito particularmente espectacular en noviembre de 1959 al poner en marcha el primer grupode dimensiones reales en la esclusa de Saint−Malo. Los estudios realizados sobre corrosión muy precisos yvariados, permitieron definir durante este tiempo las variedades de aceros que hay que emplear en agua demar así como las precauciones que debían tomarse con los que están sometidos al aire marino.
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Los estudios realizados minuciosamente por este grupo y seguidos de una construcción muy cuidada,encontraron su recompensa en una puesta en marcha impecable. Los ensayos de rendimiento resultaronexcelentes y confirmaron plenamente todas las esperanzas. La explotación del grupo durante varios años haproporcionado informaciones de primer orden, ha confirmado las ideas que se desprendían de los modelosacerca de la corrosión y ha permitido hacer el encargo de los 24 grupos de la fábrica del Rance en condicionesindustriales normales.
EDF garantizó desde 1961 la realización del proyecto bajo la dirección del Sr. Cabanius, ex director deequipos de EDF, todo ello sin grandes incidentes y dentro del marco normal de su organización, lo cualconstituyó buena prueba, si fuera necesaria, de la eficacia de las estructuras que ha creado y del valor de supersonal. Sin embargo, se han dado operaciones en el mar muy difíciles en particular uno de los cortes decorriente más importantes que jamás se hallan practicado en el mundo (18.000 m3/s, el triple del caudal delRódano en crecida en Aviñon) el cual se llevó a cabo con éxito.
Información general de la central mareomotriz:
1) La central
La planta de energía de La Rance es una estructura de 750m de largo y llega a 13 metros bajo el nivel del mar,esto ha permitido la creación de un embalse de 184000000 metros cúbicos con una capacidad efectiva entre 0y 13.5 metros sobre el nivel del mar, extendiendo el río aguas arriba por cerca de 20 Km. hasta LECHATERLIER.
Su área es de 2.2 hectáreas cuando el agua esta a 13.5 m, el ensamble estructural incluye, desde el bancoderecho al izquierdo una compuerta que permite la navegación entre el estuario y el mar.
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La planta de energía, localizada en la parte más profunda de la Rance, contiene las 24 unidades del tipo bulboun dique (terraplén) lleno de rocas llamado el dique de la muerte, que separa el resto del estuario entre laplanta de energía y Chalibert un dique móvil equipado con 6 compuertas. Al banco contiguo de la derecha lasala de maquinarias consiste en una cámara de concreto (hormigón) cavada en el dique, de 390 m de largo y33 de ancho que van entre las paredes de los extremos. Está dividida en 28 huecos de contrafuerte espaciadosentre sí por 13,3 m y está cubierta por una bóveda que sostiene la ruta (el camino). Los tres primeros huecos,los más cercanos a la puerta, están ocupados por áreas de mantenimiento. Los siguientes 25 huecos protegenlas 24 unidades bulbo, los 3 transformadores principales y la sala de control.
La barrera móvil o aliviadero:
De 115m de largo, consiste de 6 puertas tipo vagón cada una operada por un servomotor aceitado. La altura dela elevación es de 10m y el ancho de cada canal es 15m. Esta estructura, operada desde la sala de control de laplanta de energía, puede asegurar el pasaje de un total de 9600 metros cúbicos/segundo con una diferencia enel nivel de 5m, esto permite un rápido balance en el nivel de las aguas para poder llenar o vaciar la cuenca.
En la siguiente imagen se observará el dique de la central donde se hará referencia de los elementosmencionados:
A continuación se muestra una sección del dique de la central donde se ubican los bulbos.
2) Turbinas de doble paso (two−way turbines)
Sólamente cuando la marea bajaba, podía utilizarse la diferencia de altura existente al estar cargado el río.Con lo que, con el fin de lograr una mayor efectividad en los costos, la planta mareomotriz de La Rance escapaz de turbinar ambos momentos cuando el estuario está lleno y cuando este está vacío.
Entonces, Electricité de France desarrolló un nuevo tipo de turbina, ¨bulb sets¨ (también conocidas comoturbinas axiales) capaces de operar en ambas direcciones. Estas setas están constituidas de una turbina Kaplanconectada a un generador alojado en una cuba.
Herméticamente protegido, todo el conjunto electromecánico puede ser totalmente sumergido en el conductode agua. Las hojas de la turbina pueden cambiar la dirección de acuerdo a la dirección de la corriente. Los 24bulbos en La Rance facilitan tener grandiosos resultados técnicos: 5,3 m de diámetro, 470 toneladas de peso yuna capacidad por unidad de 10MW.
Para incrementar el tiempo en la planta de energía, además, los bulbos fueron designados para usarse comobombas, de este modo cuando el mar casi alcanza el nivel del reservorio, la fase de llenado es acelerada con elbombeado.
Este suplemento sirve para incrementar el volumen de agua en el reservorio y por lo tanto, durante la próximacorriente, las turbinas serán actuadas con anterioridad y por un largo tiempo.
El sistema de bombeado turbinado hace posible acelerar o anticipar la generación dependiendo de losrequerimientos de la red.
3) Características de las turbinas:
La planta de energía está ubicada con 24 idénticas unidades de generación de 10 MW cada una, estasunidades, las cuales son de del tipo de ¨bulbo sumergido¨, grupo siguiendo ítems dentro de los mismos cascosmetálicos sumergidos en un conducto hidráulico.
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Ciclo de utilización:•
A continuación se describirá el ciclo de utilización doble aprovechada por la Central de La Rance. Como sepude observar el ciclo es de doble efecto debido a que se genera tanto en pleamar como en bajamar.
A) Este período es de espera, en este instante se espera que se eleve la marea para comenzar a llenar elestuario con una diferencia de altura entre mar−estuario significativa para lograr una generación.
B,H) Los dos períodos responden a la generación y llenado donde el estuario está en menor nivel y el nivel demarea está cercano a su máximo, en estos casos el agua circula desde el mar al estuario generando energía.
C,I) Tras generar energía el estuario eleva considerablemente su nivel por lo cual la cota entre nivel de mareay estuario es muy pequeña obteniendo por ende una potencia insignificante por lo cual este período esutilizado solamente para terminar de llenar el estuario.
D) En este ciclo se produce la espera del descenso de la marea para poder obtener una diferencia entre el nivelde la marea y del estuario (lleno), además se puede también recurrir al bombeado para obtener un aumento delnivel del estuario.
E) Después de la espera, se libera el agua contenida por el estuario descendiendo su nivel y generando de estaforma energía.
F) En este caso se produce el vaciado del estuario para poder aprovechar nuevamente la acción de la pleamar.
G) Similar al ciclo A debido a que espera un nivel casi máximo de pleamar para abrir el paso del agua a travésde las turbinas aunque puede realizar un proceso de bombeado para aumentar el nivel del estuario durante laespera.
5) El Dique de contención:
Éste es una barrera de rocas de 163m de largo, es hermética (impermeable) gracias a una pared central deconcreto, incluyendo en la parte más baja una accesible galería en el lado izquierdo del banco, la estructuraconduce a la pared final de la planta de energía y, en el lado derecho del banco, conduce a la Isla Chalibert.Han debido tomarse precauciones para emprender ambas partes, sujetas alternativamente a la acción de lasmareas. Este dique resulta fundamental para permitir crear un estuario totalmente artificial, lo que permitedeterminar el volumen de la masa de agua a utilizar para posteriormente establecer la potencia, los ciclos deutilización conceptos, fundamentales para determinar el rendimiento de la central.
6) Reglamento del servicio de la esclusa:
La esclusa no opera cuando el nivel del estuario está debajo de los 4 metros del nivel de marea, esto es por lotanto para evitar el primer y último canal en los tiempos de no operación. Durante los períodos de muchotráfico, este pico no es capaz de entrar por la compuerta debido a la falta de espacio. En caso de cambiossignificantes en el nivel del mar, puede convenir que esta esclusa no opere.
En períodos de atascamiento, los botes sacan sus mástiles pudiendo entrar primero en dirección estuario/mar yluego en dirección mar/estuario.
Estas reglas ayudan a evitar inconvenientes cuando no es capaz de atravesar la compuerta durante latrayectoria, es prioridad para los botes el permiso de la esclusa. La observación las señales de entrada hacia laesclusa facilita la tarea, especialmente lo hacen las señales verdes y rojas instaladas en la cabecera.
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La señal roja indica la prohibición de entrada a la esclusa y la verde la habilitación del paso, se recuerda queestá prohibido navegar para los botes hacia el dique en el área entre los extremos norte y sur de la esclusa y lascompuertas de acceso de la esclusa. La salida del acueducto puede provocar violentas corrientes .Esto esimportante para nunca entrar en la zona prohibida situada sobre los lados del dique y por ende muy peligrosa.
7) Características técnicas:
Generales:
Potencia instalada: 240 MW• Producción anual: 544 millones de Kwh. (restada la potencia de bombeo)•
Turbinas:
Tipo Kaplan horizontal, distribuidor cónico.• Diámetro : 5.35m• Número de hojas: 4• Inclinación variable de las hojas: de −5º a 35º•
Alternadores:
Sincrónico• Velocidad normal de rotación: 93.75 R.P.M.• Máxima velocidad: 240 R.P.M.• Salida de tensión: 3.5kv• Refrigeración por aire comprimido : 28.44 psi•
Auxiliares:
La alternativa de servicios son alimentados desde dos transformadores 5MVA− 6kv/5.5kv conectados a travésde un conductor entre Dinard y Saint−Maló . Una red de energía de 5.5 kv. distribuida a una serie de 8 ochoestaciones subtransformadoras 5500V / 380V .
Dos generadores Diesel 600Kva se encienden automáticamente para proveer energía auxiliar sobre la red de63 Kv. en caso de una falla de la central
8) Estadísticas:
La planta de energía de la Rance produce el 8% de la energía consumida en cuatro departamentos deGran Bretaña.
•
140.000 horas de generación• 400.000 visitantes por año• Más de 17.000 botes pasan a través de la esclusa de navegación cada año• Entre 25.000 a 35.000 autos pasan cada día por el camino construido sobre el dique.•
9) Mirando el ecosistema:
Interesado sobre el cuidado del ecosistema del Río Rance, Electricité de France opera la planta de energía concuidado para limitar su impacto sobre el medio ambiente. Sin tener en cuenta el consumo de la red de energía,EDF siempre se esfuerza para ajustar el alto y bajo nivel de marea de la reserva acordado con el momento dela marea con lo que no se interrumpe el balance biológico del medio acuático.
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La investigación desarrollada en 1995 por un estudio de laboratorio del Museo Nacional de Historia Naturalmostró que el estuario del Rance tiene una rica variedad acuática.
Además, aunque la construcción de la represa modificó las corrientes en el estuario y consecuentemente, ladistribución geográfica de los sedimentos, los estudios avalan sobre el balance sedimentario parecidos a unaevolución natural. Para ampliar mejoras en su papel en el medio ambiente, EDF forma parte como un usuarioen el comité de operación de representantes elegidos y usuarios del Rance, entregó proyectos definidos yfinanciados para preservar el estuario. En 1995, los socios decidieron entregar tres millones de francosfranceses para estudios y experimentos previos firmando un contrato de la Bahía del Rance el cual incluirá lacalidad del agua, navegabilidad, bancos y fauna marina en el estuario. EDF entregará 600.000 francosfranceses para esta causa.
Valor económico de las mareas:•
La ley del 27 de marzo de 1956 incluía la aprobación del II plan de modernización y de equipos de Francia, encuyo programa hidráulico se preveía la fábrica mareomotriz del Rance; en 1955 corresponde presentar unajustificación detallada del proyecto. Este comprendía 38 grupos de 9 MW cada uno. La realización de lasobras en construcción prevé 24 grupos de 10 MW, pero los rozamientos continúan siendo válidos y muestrancómo una fábrica mareomotriz puede integrarse en un plan nacional de producción de energía. Las inversionesdel plan de 1955 para la producción de energía eléctrica debían responder simultáneamente a tres objetivos:
Asegurar un mínimo de 1692 de MW de garantía (media horaria de consumo durante las horas llenasde los días laborales de invierno)
•
Asegurar un mínimo de 2307 MW de punta (media horaria durante las cuatro horas punta de los díaslaborales de invierno)
•
Asegurar un mínimo de 7200 GWh de energía anual.•
Cada nueva fábrica de producción de energía aporta su contribución a la realización, de estos tres objetivos ypara la elección de un plan energético sólo puede tenerse en cuenta el gasto total previsto para todas lasfábricas que en él se incluyen, gastos que deben incluir la capitalización según una tasa convenida de gastosde explotación. Los tres objetivos representan tres elementos vinculados entre sí a los que no puede atribuirseun precio separado sin caer en una contradicción interna al sistema, ya que no es posible producir los otrosdos. Teóricamente puede luego producirse una reacción del coste total del plan sobre el volumen de consumoy por tanto sobre uno o varios tales objetivos; el estudio de tales reacciones introduciría condiciones mássutiles equivalentes en cierta medida a precios, pero llegamos de esta forma a tal grado de complejidadeconómica que no nos parece útil de momento profundizar esta cuestión.
e)Ciclos de utilización de una central mareomotriz
−Clasificación de los ciclos:
El régimen de llenado y vaciado de los estanques a través de las turbinas ha sido objeto de numerosos estudiosy formulaciones mucho antes de que se iniciaran los trabajos de investigación patrocinados por la Electrité deFrance. Muchos de esos trabajos han perdido su interés con la interconexión generalizada de los centros deproducción de electricidad, por ello nos limitamos a señalar sus aspectos esenciales.
Ciclos elementales: Efecto simple: El ciclo más simple utiliza un solo estanque creado por un dique quecierra el estuario o la bahía. La energía del agua es utilizada cuando el estanque se vacía. Sus tres fases defuncionamiento son:
•
Una fase de llenado, turbinas paradas y compuertas abiertas; durante la marea ascendente el agua pasa alestanque a través de las compuertas.
•
Una fase de espera, turbinas paradas y compuertas cerradas, durante la cual el nivel del mar baja y el nivel•
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del estanque no varía, en espera del momento más favorable para comenzar la producción de energía que,por ejemplo, si todos los kilovatios tienen el mismo valor para su utilización, será aquel en que laproducción total sea mínima.Una fase de producción; con las turbinas en marcha y las compuertas cerradas: las turbinas producenenergía como consecuencia de la altura de caída de agua, resultando de la diferencia de niveles entre elestanque y el mar.
•
En el momento de funcionamiento de las turbinas la caída se produce en el mismo sentido, del estanque al mary, con una instalación normal, los movimientos del agua no son nunca más rápidos que antes de laconstrucción del dique y la fábrica; tales movimientos resultan aproximadamente iguales en el ascenso y máslentos en el descenso.
El funcionamiento análogo si las turbinas funcionan durante el llenado del estanque (ciclo de efecto simple dellenado) Pero el hecho de los ríos no presenta generalmente saltos bruscos ni sus paredes son verticales: comoconsecuencia los volúmenes de agua, para una misma diferencia de niveles, son más importantes en las partessuperiores que en las inferiores, por lo que el ciclo de llenado dará menos energía que el de vaciado.
En el Rance, por ejemplo, la relación de energías es de dos tercios aproximadamente.
Efecto doble: Naturalmente desde hace ya mucho tiempo se pensó en combinar los dos efectos en un ciclode doble efecto. La producción de energía se realiza durante el llenado y durante el vaciado, con un solodique la caída durante la fase de producción de energía se produce tanto desde el mar al estanque comodesde el estanque al mar.
•
Bombeo: Resulta por el contrario interesante hacer funcionar las turbinas mediante bombeo en el momentode mar tranquila en la pleamar y en la bajamar.
•
Generalización: Todos los ciclos precedentes tienen un período de una marea, pero, como consecuencia dela falta de estudios sistemáticos, no cubren todas las posibilidades que ofrece la utilización de los dossentidos en que fluye el agua y es llevada por el bombeo.
•
Cuatro movimientos son posibles a lo largo de una marea, dos fases de funcionamiento de las turbinas y dosde bombeo; existirán por tanto a priori dieciséis combinaciones posibles, cada una de las cuales representa unciclo posible de explotación de la marea.
−Ciclos de una y dos mareas:
Ciclos de primer orden : Son los ciclos que tienen el período de una marea , denominaremos a al bombeodirecto , b al bombeo inverso , 1 al accionamiento de las turbinas directo , 2 a su accionamiento inverso detal forma que el doble bombeo representado figura:
•
Tendrá por expresión a1b2. Como consecuencia de la periodicidad indicada la sucesión de los movimientosserá en la sucesión de las mareas y las puntas del comienzo y fin de jornada tendrán la misma cota. El ciclo 1bparece que debe rechazarse debido a que conduce a un bombeo perjudicial, ya que hace bajar el nivel delestanque en el momento en que convendría abrir las compuertas con objeto de preparar el nuevo simple efectodel vaciado. Denominamos ciclos positivos aquellos en los que la energía producida nunca tiene un valornegativo, encontramos inmediatamente ocho ciclos positivos, prescindiendo del ciclo cero.
Cuatro de efecto simple : Dos sin bombeo (1) (vaciado) (2) (llenado) , dos con un bombeo (a1)(vaciado) (b2) (llenado)
•
Cuatro de ¨doble efecto¨: uno sin bombeo (12) , dos con una bombeo (a12) , (1b2) , uno con dosbombeos (a1b2)
•
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Ciclos de segundo orden: Este caso corresponde a un precio de energía constante o a un período igual a 24horas, ya que representa la identificación de un período igual a la duración de dos mareas con un día civilde 24 horas. Pero el período de las dos mareas puede variar entre 24 horas 30m y 25 horas 20m, por lo queal cabo de algunos días puede aparece una diferencia de varias horas. Sin embargo, el análisis de este caso,aunque pueda parecer algo ingrato permite captar el mecanismo de formación de los ciclos de órdenessuperiores. A partir del segundo orden la riqueza de posibilidades resulta notable ya que ahora aparecen 256ciclos resultando de la combinación de ocho tipos de funcionamiento:
•
Cuatro como productor de energía : Dos en el vaciado del estanque (que designaremos como 1 y 3) ,dos en el llenado (2,4)
•
• Cuatro como consumidor de energía (bombeo) : Dos en el llenado del estanque (a y c) , dos en elvaciado (b y d)
•
Primer ejemplo:•
Un doble efecto repetido en cada una de las dos mareas se designará por 1, 2, 3, 4 y será un ciclo positivo; lanumeración 1 indica el primer vaciado posible después de la primera pleamar de la primera marea. Sobre lafigura se representan dos días (cuatro mareas sucesivas) a fin de mostrar con claridad el carácter cíclico,caracterizado por el hecho de que el nivel del estanque en pleamar es el mismo cada dos mareas.
Segundo ejemplo:•
En la figura se representa un efecto simple con dos bombeos que se designa con a1c; es también un ciclopositivo.
Pueden efectivamente producirse coincidencias de altura de pleamar con precios de energía que resulteinteresante bombear en las dos pleamares sucesivas c y a antes de realizar el vaciado único 1. Será el caso, porejemplo, en que la energía de noche o del amanecer tenga precios muy bajos mientras que la de media jornadaresulte de elevado valor (una mejor denominación sería (ca1). Solamente 104 de los 256 ciclos son positivos,lo cual representa ya una buena posibilidad de selección, muy distinta de la clásica oposición entre simpleefecto y doble efecto. Se separan en dos grupos la clase de los dos accionamientos de turbina según se trate dedos movimientos en el mismo sentido o en sentidos opuestos: el primer caso se repite en cada marea el mismomovimiento, por lo que se denomina simple efecto repetido producto de dos ciclos de primer orden; en el otrocaso las turbinas no se accionan durante toda una marea, se trata de un doble efecto único, ciclo de primerorden precedido de un reposo.
f)Las olas como recurso económico
Las olas del mar son un derivado terciario de la energía solar, el calentamiento de la superficie terrestre generaviento y el viento genera las olas.
Únicamente el 0.01% del flujo de la energía solar se transforma en energía de las olas, una de las propiedadescaracterísticas de las olas es su capacidad de desplazarse a grandes distancias sin apenas pérdida de energía.Por ello, la energía generada en cualquier parte del océano acaba en el borde continental. De este modo laenergía de las olas se concentra en las costas, que totalizan 336000 Km. de longitud.
La densidad media de energía es del orden de 8 KW/m de costa, en comparación, las densidades de la energíasolar son del orden de 300 W/m2.
Por tanto, la densidad de energía de las olas es en un orden de magnitud mayor que la que los procesos que lageneran. Las distribuciones geográficas y temporales de los recursos energéticos de las olas están controladaspor los sistemas de viento que las generan (tormentas, alisios, monzones). La densidad de energía disponible
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varía desde las más altas del mundo, entre 50−60 KW/m en Nueva Zelanda, hasta el valor medio de 8 KW/m.
Los diseños actuales de mayor potencia se hallan a 1 Mwe de media, aunque en estado de desarrollo latecnología de conversión de movimiento oscilatorio de las olas en energía eléctrica se fundamenta en que laola incidente crea un movimiento relativo entre un absorbedor y un punto de reacción que impulsa un fluido através del generador.
La potencia instalada en operación en el mundo apenas llega al Mwe, la mayor parte de las instalaciones loson de tierra. Los costes fuera de la costa son considerablemente mayores. En el momento actual, la potenciainstalada de diseños más modernos varía entre 1 y 2 MW, pero todos los diseños deben considerarseexperimentales.
De los sistemas propuestos para aprovechar la energía de las olas se puede hacer una clasificación, los que sefijan a la plataforma continental y los flotantes, que se instalan en el mar.
Transformación de la energía de las olas:
Hoy en día para convertir la energía de las olas en eléctrica, se valen de siete efectos de olas:
Variación del nivel del agua• Oscilaciones longitudinales del líquido• Velocidad espacial del mismo• Variación de la inclinación de la superficie libre• Flexión variable en pos de la superficie libre• Presión hidrodinámica• Presión hidrostática variable•
Un gran número de dispositivos que se basan en los mencionados efectos funcionan por el ciclo semiperiódicocon recuperación del estado inicial por la fuerza de gravedad, también pueden mencionarse otros fenómenosfísicos que tendrán o ya tienen gran importancia para utilizar la energía de las olas. La fuerza de la inercia seutiliza con éxito en los convertidores hidráulicos de la energía de las olas.
Los numerosos dispositivos para transformar la energía de las olas superficiales en eléctrica, basados en lautilización de las más diversas propiedades físicas de dichas olas se pueden dividir en cuatro grupos según elsiguiente gráfico:
Clasificación de los métodos de transformación
Con la cifra romana I se designa la conversión directa de la energía de la ola en energía eléctrica, la estructurade este circuito elemental consta del generador de energía eléctrica 1. Las olas transmiten su energíadirectamente al generador, si el mismo pose un rendimiento suficientemente alto, dicho circuito es el casoideal de transformación.
Pero ¿es posible crear en realidad semejante generador eléctrico? En principio si, por ejemplo sobre la basedel efecto piezoeléctrico que como se sabe, consiste en el surgimiento de cargas eléctricas como consecuenciade la deformación elástica en determinadas direcciones de las sustancias piezoeléctricas.
Sin embargo, no existen instalaciones en las que se utilice el efecto piezoeléctrico para producir energíaeléctrica. Una de las principales causas radica en la pequeña potencia de las fuentes piezoeléctricas,relacionada con el bajo valor del módulo piezoeléctrico (el módulo piezoeléctrico es un factor querelaciona la cantidad de electricidad generada con la fuerza de la presión ejercida sobre el piezocristal).
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Además si se toma en consideración la frecuencia muy baja de oscilaciones de las olas superficiales, por estecamino aún es temprano esperar importantes resultados prácticos. Un poca energía eléctrica se desprende en elmomento del golpe contra el convertidor piezoeléctrico.
En caso del método de utilización de la energía de las olas superficiales en dos escalones (véase II,Clasificación...) éstas primero transmiten su energía a uno u otro receptor−convertidor mecánico, recibiendola energía del campo de olas. No obstante, sus funciones no quedan limitadas a ello: al mismo tiempo seproduce la transformación de la energía de las olas en otra clase de energía mecánica, transmitiéndose estaúltima al generador de energía eléctrica.
Si el eje de uno u otro receptor de energía de las olas se conecta al rotor de un generador de energía eléctricade acuerdo con el esquema II, el rotor realizará oscilaciones lentas primero en un sentido y luego en el otro.Por ende la potencia eléctrica obtenida será insignificantemente pequeña, es evidente que en este caso no hayposibilidad de utilizar un generador estándar.
Para solucionar este inconveniente se ha pensado en utilizar cajas reductoras con numerosos engranajes peroel violento choque de las olas destruiría totalmente a los mismos, con lo cual es necesario utilizar ungenerador que pueda funcionar óptimamente en un régimen oscilatorio logrando así una potencia adecuadapara diversos usos.
Después de buscar mucho, en los esquemas de los dispositivos de transformación de la energía de las olassuperficiales aparece un segundo convertidor entre el receptor convertidor y el árbol del generador eléctrico.Este esquema está provisto de tres elementos fundamentales: el receptor−convertidor 1, el segundoconvertidor 2 y el generador de energía eléctrica 3
Al grupo 3 pertenecen los convertidores cuyo funcionamiento se basa en diferentes principios físicos, comorepresentante típico de este grupo puede considerarse la instalación de transformación de la energía de las olaspropuesta por los científicos Whittaker y Wells. La instalación está formada por un receptor−convertidorneumático de la energía de las olas, una turbina de aire y un generador eléctrico
La original solución estructural hallada por los autores permitió suprimir válvulas y evitar numerosas vueltasdel flujo de aire, aquí al turbina de aire funciona como el segundo convertidor. Es importante aclarar tambiénque la clase de energía mecánica debe ser cómoda de transformar en energía eléctrica.
El esquema de cinco eslabones de la instalación para transformar la energía de las olas está formado por elreceptor de energía de las olas 1, el convertidor secundario 2, el acumulador de energía transformada 3, elmotor o tercer convertidor 4 y el generador de energía eléctrica, este grupo representa el caso más general deconstrucción de instalaciones para aprovechar la energía de las olas
Sitios en el mundo de adecuada disipación de energía de olas
Sistemas:
Equipos generadores fijos•
Los equipos generadores fijos, que están montados ya sea al fondo del mar o a la costa tienen algunas ventajasimportantes sobre los sistemas flotantes, particularmente en el área de mantenimiento. De todos modos, elnúmero de lugares adecuados disponibles para equipos fijos es limitado.
1) Canal resonante (TAPCHAN):
El concepto de TAPCHAN es una adaptación de la producción tradicional de energía hidroeléctrica.
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El agua se recolecta por si sola dentro del acumulador debido a la energía que adquiere con la ola, la cual haceque se eleve por la rampa de carga llenando de esta forma la reserva. Una vez que la reserva dispone de unacierta cantidad de fluido el mismo circula a través de una turbina hidráulica generando de esta manera energíaeléctrica.
Con muy pocas partes móviles, todas están contenidas en la generación del sistema, pero los sistemasTAPCHAN tienen bajos costos de mantenimiento y una gran confiabilidad con respecto a otros complejossistemas que aprovechan la energía de las olas. Además su instalación es mucho más simple y segura anteposibles tormentas y olas de tormenta,
Este sistema supera el problema de la demanda de la energía ya que el embalse es capaz de almacenar laenergía hasta que la misma es requerida, aunque no genera grandes cantidades de energía.
Desafortunadamente, no son apropiados para todas las regiones costeras, los lugares apropiados deben tenerolas consistentes con un buen promedio de energía en las olas y una gama en la marea de menos de 1m, elrelieve de estas costas debe incluir aguas profundas cercanas a la costa y un lugar apropiado para un embalse.
El sistema desarrollado y todavía en prueba se ubica en Noruega generando alrededor de 350 Kw.
2) Colector y columna de agua oscilante
Los dispositivos Wavegen son comprendidos de dos elementos básicos, un colector para capturar la energía delas olas y un turbo generador para convertir la energía de la ola en energía eléctrica.
a) Colector:
Los colectores de energía de olas usados en módulos Wavegen están en forma de un casco, parcialmentesumergidos los cuales el agua de mar es libre para entrar y salir. Como el agua entra o sale, el nivel de agua enla cámara asciende o desciende. Una columna de aire, contenida por arriba del nivel de agua esalternativamente comprimida y descomprimida por este movimiento para generar una corriente alternativa deaire de alta velocidad entrando y saliendo la masa de aire.
Si esta corriente de aire se deja fluir desde la cámara hacia la atmósfera y viceversa por medio de una turbinaneumática, la energía puede ser extraída desde el sistema y usada para generar electricidad.
b)Turbo generador:
Las turbinas son utilizadas para potenciar a los generadores eléctricos, es decir transmitirles energía mecánica,las turbinas tienen un único sentido de giro en la misma dirección prescindiendo de cual camino este el airefluyendo por las aspas de la turbina. Sin embargo, las turbinas continúan girando en ambos sentidos deascenso o descenso de los niveles de agua en la cámara del colector
3) Pato de Selter:
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Este dispositivo aprovecha la energía de una forma muy simple debido a que las olas golpean contra las palascolectores, de esta forma la misma realizan un medio giro.
En el siguiente gráfico observamos que en el punto 1, las palas colectoras se encuentran en reposo, en cambioen el punto dos han absorbido la energía de las olas:
El movimiento realizado permite generar aire a presión el cual será almacenado en reservas, para luegoconectarse a una turbina neumática y generar energía.
Equipos flotantes:
1) Balsa de Cokrel
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Generador de electricidad:•
El movimiento de balanceo producido por las balsas es utilizado para comprimir fluido hidráulico, el mismoserá enviado a una turbina hidráulica la cual generará energía eléctrica.
En la unión de las balsas se ubican los pisones hidráulicos, cuando se produce una diferencia de altura entrelas mismas (dada por el paso de la ola) se produce una compresión de fluido. Los pistones son de doble efecto,es decir comprimen el fluido en ambos sentidos logrando así un aprovechamiento muy significativo.
Ventajas de este sistema:
No se requiere una base fija para su montaje• No hace falta orientarlo en el sentido de las olas , ya que lo hace automáticamente• Resulta fácil hermetizar su interior, facilitando la operación del generador eléctrico.•
2) Barco flotante ¨Kaimei¨
La instalación consta de 11 turbogeneradores neumáticos iguales de 125 KW cada uno, la potencia sumaria deproyecto es de 1,375 MW. La instalación está montada en una barcaza de unos 8cm de longitud y 12m deanchura, donde cada grupo está formado de dos cámaras de aire para captar la energía de las olas, una turbinay generador eléctrico montado en un mismo árbol con la turbina. (1.4m de diámetro y con 60 paletas).Elfondo de la barcaza tiene 22 orificios para la entrada de las olas a las cámaras de aire.
El principio por el que funciona el convertidor de cámaras se explica en la en las siguientes figuras:
Al pasar las crestas de las olas superficiales, asciende el nivel del agua en las cámaras de aire I y II, gracias alo cual se produce la compresión del aire. Por esta razón, la válvula 1 se cierra y la 2 se abre. Las flechasindican la dirección del flujo de aire. Se ve que el flujo de aire pasa de la cámara I a través de la turbinatransmitiendo a ésta la energía obtenida de la cresta de la ola. Luego de realizar el trabajo en la turbina, el airesale por la válvula 2 a la atmósfera.
La velocidad máxima del flujo de aire al aproximarse a la turbina alcanza 100m/s o un poco más, como loseñalan los oscilogramas. Cuando pasa la depresión de la ola, es decir, cuando desciende el nivel del agua, enlas cámaras I y II se produce rarefacción de aire. Por eso el aire de la atmósfera entra a las cámaras a través de
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la válvula 1, permaneciendo cerrada en este semiperíodo.
Boya de señalización:•
En la actualidad, en el mundo existen cerca de 700 boyas de navegación, cuyas necesidades en energía sesatisfacen por medio de convertidores neumáticos de pequeña potencia. Fueron éstos los primeros dispositivoscon los que empezaron a utilizar la energía de las olas en alta mar con el objeto de garantizar la seguridad denavegación. La potencia de la instalación energética de cada boya de navegación no supera 2−30w.
El extremo superior del tubo está abierto y se encuentra debajo del agua, el superior, también abierto, da a lacámara del turbogenerador neumático.
Cuando la boya sube y baja junto con las olas, las oscilaciones del nivel de agua dentro del tubo crean un tiro(corriente) de aire. En este momento, antes de que cambie el nivel de agua dentro del tubo, en él se producerarefacción, debido a la cual el aire de la atmósfera penetrará en el tubo por las válvulas de la cámara.Cuandoa la boya se acerca la depresión de la ola, ella baja por su propio peso.
En este semiperíodo el agua expulsa aire del tubo central a través de las válvulas de salida de la cámara delturbogenerador.
2) Condiciones óptimas:
Se considera como zona óptima aquellos ríos que desemboquen en el mar y reúnan las siguientescaracterísticas:
Rangos de amplitud (máximos) de mareas que superen o se aproximen a los 13 metros como en el RíoRance.
•
Los puertos de gran importancia deben estar ubicados río abajo de la central mareomotriz para queesta no influya en la normal circulación de grandes buques, especialmente los barcos petroleros quepor sus dimensiones harían riesgosa la circulación por la esclusa.
•
La zona donde se ubiquen los diques del estuario no deben tener grandes profundidades dado queaumentarían sus dimensiones y con esto los costos de construcción. La profundidad no debe superarlos 12 metros , el siguiente gráfico explicará lo mencionado
•
Los bancos de arena serían un grave inconveniente para el rendimiento de la central, debido a quedisminuyen la amplitud de marea. Los siguientes gráficos simplificarán la comprensión de estosconceptos: (2*)
•
El cauce ideal del río debería ser angosto y extenso para evitar la construcción de diques (central ycontención) extremadamente anchos, lo cual significaría una alta inversión inicial en los procesos deconstrucción.
CONCLUSIONES•
Después de haber realizado este trabajo sobre la energía mareomotriz, podemos concluir que siendo unafuente de energía limpia, es una de las opciones más viables para terminar con los problemas de lacontaminación que hoy en día acarrean otras fuentes de energía no renovables, como puede ser la combustiónde materiales fósiles. Sin embargo aunque es de las pocas fuentes que no dependen ni de la climatología, niestán limitadas por la finitud de los recursos, no está muy desarrollada; tal vez por la fuerte inversión quesupone la creación de una central o por el impacto ambiental que puede causar el hecho de represar litros y
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litros de agua creando corrientes nuevas que alterarían en cierta manera los ecosistemas de los lugares dondese ubicaran.
Ese impacto medioambiental es el peor de los males que conlleva la implantación de una central mareomotriz,si se pudiera dejar a un lado el aspecto económico y se centraran las investigaciones en minimizar los dañosestaríamos frente a la energía del futuro.
IV. BIBLIOGRAFïA
FERNÁNDEZ GONZÁLEZ, J; JARABO FRIEDICH, F; MACÍAS HERNÁNDEZ,JJ; ORTEGUI ESCARTÍN, N Y PÉREZ DOMÍNGUEZ, C: El libro de las energíasrenovables, SA de publicaciones técnicas, Barcelona, 1991.
◊
GIBRAT, R: La energía de las mareas, Editorial Labor, Barcelona, 1973.◊
La amplitud de mareas en el área ampliada es de 6.6m
Vista aérea del Río Rance
Grupo bulbo, (turbina y generador)
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1
1
1
1
2
2
2
3
3
4
I
II
III
IV
Dique
Lecho
Ubicación del dique en zona apta de profundidad (10 metros máximo)
Bajamar
Nivel del mar
Dique
Lecho
Bajamar
Nivel del mar
Mayor superficie del dique a causa de una mayor profundidad
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Amplitud aprovechada
Lecho del río
Nivel del mar
Correcto aprovechamiento de la amplitud
Nivel del mar
Amplitud
Bancos de arena
Bancos de arena
Incorrecto aprovechamiento de la amplitud debido a la presencia de bancos de arena
25
