El potencial de los océanos en la generación eléctrica

Los océanos constituyen una de las fuentes de energía renovable más grandes y menos exploradas de la Tierra. La energía oceánica, también denominada energía marina o de los mares, es la energía renovable que incluye varias formas de generación eléctrica a partir de energía mecánica, térmica o química. La energía eólica suele confundirse como una forma de energía marina, pero es derivada de la del viento. La energía azul es un término con el que nos referimos a la energía renovables de origen marino. Aunque el potencial energético del mar es muy alto, su desarrollo hasta el momento ha sido muy escaso.

En comparación con otras energías renovables, como la solar o la eólica, las plantas de generación eléctrica en el mar están menos evolucionadas en cuanto a su desarrollo técnico. La mayoría de los sistemas implementados hasta el momento son prototipos que aún se encuentran en fase de prueba. Solo unos pocos sistemas utilizados comercialmente están actualmente en uso.

Energía oceánica según su aprovechamiento

Dentro de la energía oceánica, se pueden distinguir las tecnologías siguientes en función del tipo de aprovechamiento energético:

• Energía de las mareas o maremotriz: Se basa en aprovechar el ascenso y descenso del agua del mar producido por la acción gravitatoria del Sol y la Luna.
• Energía de las olas, olamotriz o undimotriz: Es el aprovechamiento energético producido por el movimiento ondulatorio de la superficie del agua del mar. 
• Energía de las corrientes: consiste en el aprovechamiento de la energía cinética contenida en las corrientes marinas mediante turbinas.
• Energía maremotérmica: Se fundamenta en el aprovechamiento de la energía térmica del mar basado en la diferencia de temperaturas entre la superficie del mar y las aguas profundas.
• Energía del gradiente salino: Obtenida por la diferencia en la concentración de sal entre el agua de mar y el agua de los ríos mediante los procesos de ósmosis.

A continuación, se presentan brevemente estas tecnologías y algunas de las instalaciones más significativas para el uso de la energía oceánica.

Central maremotriz

• La construcción de una central mareomotriz sólo es económicamente prometedora en tramos costeros con una gran diferencia de altura entre la pleamar y la bajamar. A menudo se menciona una amplitud de marea mínima de 5 metros. Se calcula que esta condición la cumplen al menos 100 zonas en todo el mundo; las previsiones más optimistas hablan de más de 100 zonas sólo en Europa. El potencial mundial se estima en más de 30 GW.

La primera planta de energía mareomotriz comercial está en funcionamiento en la Bretaña francesa desde 1967. Una barrera de 750 metros de longitud separa la ría del Rance del mar abierto. En marea alta, el agua de mar fluye a través de turbinas hacia el embalse, y en marea baja sale por las turbinas. La instalación abarca una superficie de más de 22 km2 y tiene instaladas 24 turbinas de 10 MW de potencia nominal cada una.

Solo en Corea del Sur hay una planta de energía mareomotriz comparable a la de Rance, todas las demás plantas generan mucha menos energía. Durante mucho tiempo ha habido planes para plantas de energía mareomotriz más grandes, por ejemplo, en Canadá en la Bahía de Fundy y en Gran Bretaña entre Cardiff y Bristol. Pero las inversiones necesarias para la construcción son muy elevadas y no han llegado a ejecutarse por el riesgo de un fuerte impacto ambiental.

• Las olas representan un tipo de movimiento oceánico temporal y espacialmente menos regular que las mareas, pero no menos energético. Se calcula que, en todo el mundo, el movimiento de las olas libera entre 15 y 30 kilovatios de energía por metro de costa (kW/m). Si esta energía pudiera aprovecharse plenamente para generar electricidad, un tramo de costa de 30-60 km sustituiría a una gran central fósil o nuclear.

Tecnologías para la generación eléctrica a partir de las olas

Las tecnologías desarrolladas para la generación eléctrica a partir del movimiento de las olas se clasifican en: (1) Dispositivos de columna de agua oscilante, (2) Dispositivos móviles articulados, (3) Dispositivos oscilantes, (4) Estructura flotante, etc. Una primera central de tipo oscilante fue instalada en Escocia y genera desde el año 2000 una potencia (aún baja) de 500 kilovatios. Otro ejemplo es la central undimotriz de Motrico, en el País Vasco, donde 16 turbinas producen un máximo de 296 kilovatios.

Una limitación general del funcionamiento de las centrales undimotrices podrían ser las fluctuaciones temporales previstas en la producción de electricidad: Al igual que ocurre con las centrales eólicas, la producción alcanzable de una central undimotriz está sujeta a variaciones debidas a las condiciones meteorológicas, que son imprevisibles y difíciles de compensar. Como la mayoría de las fuentes renovables de energía, la energía de las olas se encuentra distribuida en el globo terráqueo de forma desigual.

Corrientes oceánicas

Las corrientes oceánicas se crean por diferencias entre áreas de temperatura y salinidad y por el efecto Coriolis debido a la rotación de la Tierra. Las corrientes oceánicas existen en océanos abiertos y fluyen continuamente en la misma dirección con escasa variabilidad según lo mostrado en la figura a continuación. Esto significa que la energía de las corrientes oceánicas representa una fuente de energía no intermitente completamente fiable. 

La explotación de la energía de las corrientes marinas se basa en el empleo de generadores posicionados en el flujo del agua, que pueden dividirse en tres tipos:

1. rotores de flujo axial,
2. rotores de flujo vertical,
3. Alerones impulsados por el flujo. 

El sistema SeaGen es un generador dos hélices bipala de 16 metros de diámetro ubicado en el Estrecho de Strangford, colocado en abril de 2008. Es el mayor generador de energía que emplea las corrientes marinas del mundo, pudiendo llegar a generar 1,2 MW al día. El aprovechamiento de las corrientes marinas en España está muy reducido, pues no se alcanzan las velocidades óptimas para el funcionamiento de estos dispositivos. Aun así, existen algunas zonas donde podría ser viable la explotación de estas corrientes. Estas zonas son el estrecho de Gibraltar y las corrientes gallegas. 

Rotores Submarinos

En general, los requisitos técnicos de los rotores submarinos se consideran manejables, ya que su desarrollo puede aprovechar tecnologías no sólo del campo de la energía eólica, sino también de la construcción naval. En cuestiones de anclaje y estabilidad, en algunos casos puede incluso incluirse la experiencia de la explotación de plataformas de perforación.

A diferencia del viento, como el agua es mucho más densa que el aire, el tamaño de la turbina necesaria para extraer energía bajo el agua puede ser mucho menor que el de una turbina eólica. Las turbinas submarinas que se están probando actualmente producen electricidad a unos 25 céntimos el kilovatio-hora. Según las estimaciones, para ser competitivos los proyectos deben reducir ese precio a unos 4 céntimos.

Plantas OTEC

• El método de conversión de energía térmica oceánica (plantas OTEC) es especialmente aprovechable en los mares tropicales, donde la diferencia de temperatura entre la superficie y profundidades de unos 1000 m oscila entre 20ºC y 24ºC. Esta diferencia es suficiente para el aprovechamiento de este potencial energético. Una planta maremotérmica basa su funcionamiento en ciclos termodinámicos, como el Ciclo Rankine, que es el más empleado en este tipo de plantas hoy en día. Así, el proceso consta de un generador de electricidad, una turbina que impulsa el generador, un evaporador que genera vapor a alta presión a partir del agua superficial para mover la turbina, un condensador que condensa el vapor usando agua fría de las profundidades y bombas para hacer circular el agua.

El fluido de trabajo debe ser capaz de evaporarse a bajas temperaturas. Por esto, el agua no es un buen candidato, dado su alto punto de ebullición. Entonces los fluidos que se emplean son aquellos comúnmente usados como refrigerantes, como por ejemplo amoníaco.

El potencial de la energía maremotérmica puede ser aprovechado en diversas áreas, como por ejemplo en localizaciones insulares, donde los costos de generar electricidad y agua potable son altos pueden resultar ampliamente beneficiados. Allí, plantas OTEC situadas en tierra con capacidades de 1 MW hasta 10 MW podrían competir económicamente hoy en día. Esta alternativa aún se encuentra en fase de desarrollo, y a pesar de sus altos costos de inversión, es capaz de proveer de energía de manera estable durante todo el año sin ningún tipo de almacenamiento.

Estas características, junto con la posibilidad de conectarla a otros procesos productivos en paralelo, además de no basar su operación en recursos finitos, son factores importantes que pueden impulsar un desarrollo sustentado en una fuente de energía prácticamente inagotable. Sin embargo, La tecnología OTEC sigue siendo una tecnología de energías renovables relativamente inexplorada y requerirá estudios de diseño e implantación para comprender mejor los retos y riesgos asociados a las instalaciones comerciales de OTEC. 

Planta de energía de ósmosis

• El principio técnico de una planta de energía de ósmosis es simple: el agua dulce, por ejemplo de un río, se bombea a la planta de energía desde un lado. El agua salada del mar entra por el otro lado. Se dispone una membrana semipermeable entre los dos líquidos que solo deja pasar agua dulce. Debido a que el agua de mar y el agua dulce tienen diferentes concentraciones de sal, se desarrolla una presión osmótica en el agua salada. Esto impulsa una turbina que genera electricidad.

Una de las grandes limitaciones actuales de la comercialización de plantas osmóticas para generar energía eléctrica radica en las membranas. Por una parte, el bajo flujo de agua que proporcionan las membranas convencionales más eficientes encarece considerablemente el coste de inversión de una planta. Por otra parte, el ensuciamiento de las membranas reduce de forma importante su permeabilidad, lo que hace necesario un pretratamiento de las aguas que alimentan el proceso, con la consiguiente pérdida de su eficacia global.

Perspectivas de futuro

Las perspectivas de futuro de la energía osmótica son muy optimistas, pero están condicionadas al desarrollo de nuevas membranas de alta eficacia en cuanto a permeabilidad y selectividad para el agua y alta resistencia al ensuciamiento, objetivo que puede alcanzarse en los próximos años dado el avance en el desarrollo de nuevos materiales aplicables a la fabricación de membranas de nueva generación.

En resumen, los océanos del mundo contienen una enorme reserva de energía mecánica, térmica y química. Dado que estas formas de energía se alimentan principalmente de la radiación solar y la rotación de la Tierra, son casi inagotables. Hasta ahora, la energía oceánica se ha desaprovechado en gran medida para la producción de energía. Sin embargo, podría aprovecharse en el futuro mediante centrales mareomotrices, centrales undimotrices, centrales de corriente, centrales térmicas oceánicas y centrales osmóticas. A excepción de las centrales mareomotrices, no se dispone de mucha experiencia sobre plantas a escala comercial de ninguno de estos tipos de centrales. En algunos casos, quedan por aclarar cuestiones tecnológicas fundamentales antes de poder generar electricidad en plantas de demostración.