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Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Ingeniería Mecánica

Energía Mareomotriz MEC341-Seminario de Economía Energética

Pablo Sánchez, Victor Santiago, Milan Ungerer

Profesor: Roberto Yunge Valparaíso, 2 de Mayo de 2016

Resumen Ejecutivo Actualmente una alternativa prometedora a los medios convencionales de obtención de energía es la que presentan las energías renovables, estas entregan una generación confiable y no generan emisiones contaminantes al ambiente. En este informe se mostrará un acercamiento al aprovechamiento de la gran energía potencial que presentan nuestros océanos, específicamente a través de la generación en centrales mareomotrices. Esta energía aprovecha tanto las corrientes generadas por las mareas, como la diferencia de altura entre ellas, es por esto que un entendimiento del funcionamiento de las diferentes mareas es necesario. Se presentará le teoría que explica los ciclos de marea, como se pueden aprovechar estos cambios y las distintas clasificaciones que presentan las plantas de generación mareomotriz. Además se muestra en la investigación que factores son determinantes al momento de evaluar un proyecto de este tipo. Como cualquier actividad que involucre la utilización de un recurso renovable, esta tecnología tiene impactos en el ambiente y en la sociedad en que está envuelto el proyecto. Se presentará el desarrollo de este tipo de centrales en Chile, mostrando que no existen proyectos de este tipo y aún es necesario un gran estudio ya que el potencial en nuestro país es alto. Finalmente se expondrán las centrales más importantes del mundo. En conclusión este tipo de energías tiene un gran potencial en una generación limpia pero aún no logran ser competitivas frente a los medios de obtención tradicionales debido a sus altos costos. En Chile su potencial es alto debido a que hemos sido beneficiados geográficamente por lugares propicios para la instalación de estas plantas de generación y con diferencias de marea muy por encima del promedio mundial, lo que podría generar la independencia energética del país. Aún es necesaria más investigación y desarrollo para lograr aprovechar de una manera eficiente la energía de las mareas.

Índice 1. Introducción

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2. Mareas 2.1. Generación de las Mareas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Efecto del Sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Otros Factores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 2 3 4

3. Centrales de energía mareomotriz 3.1. Central de corriente de marea . . 3.1.1. Estado del arte . . . . . . 3.2. Clasificación . . . . . . . . . . . . 3.2.1. Potencia teórica . . . . . 3.2.2. Proyectos . . . . . . . . . 3.3. Central de embalse . . . . . . . 3.3.1. Estado del arte . . . . . . 3.3.2. Clasificación . . . . . . . 3.3.3. Energía teórica . . . . . . 3.3.4. Proyectos . . . . . . . . .

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4. Ventajas de la energía mareomotriz

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5. Desventajas de la energía mareomotriz 13 5.1. Impacto Social . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 5.2. Impacto Ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 5.3. Riesgo de Terremoto y Tsunami . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 6. Realidad nacional 15 6.1. Chile vs el Mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 6.2. Energía en Chile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 7. Estudios de energía marina en Chile 7.1. ADEMAR: Análisis potencial por regiones 7.1.1. Norte Grande y Chico . . . . . . . 7.1.2. Centro-Sur . . . . . . . . . . . . . 7.1.3. Región de los Lagos . . . . . . . . 7.1.4. Aysén y Magallanes . . . . . . . .

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8. Proyectos y plantas a nivel nacional 18 8.1. Cifuncho II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 8.2. Proyecto Madiun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

9. Mayores instalaciones a nivel mundial 20 9.1. Central Mareomotriz Lago Sihwa. Corea del Sur . . . . . . . . . 20 9.2. Central Mareomotriz La Rance. Francia . . . . . . . . . . . . . . 21 10.Conclusiones

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1.

Introducción

Hoy en días las energías renovables son una potencial solución para enfrentar tanto la contaminación producida por las energías que provienen del uso de derivados de combustibles fósiles, como también enfrentar la escasez de producción de energía en ciertas zonas del mundo o países en particular. El mar es una gran fuente de energía, en donde principalmente existe la provocada por la diferencias de mareas, las cual será tratadas en este informe, nombrada como energía mareomotriz, y por otro lado la energía undimotriz, que es la proveniente de las corrientes marinas. Fácilmente, con ambos tipos de energía, la humanidad podría abastecerse de energía de manera ilimitada, pero la tecnología de hoy en día, junto con la gran inversión que conlleva hacer un mega proyecto de tal envergadura, lo hace imposible. Estas son las principales razones del por qué en Chile y el mundo no se ha trabajado con las energías marítimas, donde en nuestro país apenas existen pequeños proyectos, debido a la escases de recursos que se les asignan, a pesar de tener un borde costero de aproximadamente 4.000 km de longitud donde podría explotar este tipo de energía.

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2.

Mareas

Las mareas son cambios periódicos en el nivel de las aguas, las cuales oscilan entre pleamar y bajamar. Pleamar o marea alta es cuando el mar alcanza su máxima altura, mientras que bajamar o marea baja es cuando este alcanza su mínima altura, la diferencia entre ambas es conocida como la amplitud de marea. El movimiento ascendente de las aguas es llamado flujo mientras que el descendente es denominado reflujo. Un ciclo de mareas consta de dos pleamar y dos baja mar y este tiene una duración aproximada de 24 horas y 50 minutos

2.1.

Generación de las Mareas

El efecto que provoca la oscilación periódica de los mares se debe principalmente a la fuerza gravitacional ejercida por la Luna, para ello se debe tener en consideración la Ley de Gravitación Universal la cual fue publicada por Isaac Newton en 1687 y describe la fuerza de atracción entre dos cuerpos m1 m2 r2 F=Fuerza de atraccion entre dos cuerpos G: Constante de Gravitacion Universal=6,674 ∗ 10−11 [N.m2 .Kg −2 ] m1 = Masa del cuerpo 1 m2 = Masa del cuerpo 2 r= Distancia entre los centros de masa de ambos cuerpos F =G

(1)

Debido a esta fuerza ejercida por la Luna provoca que las aguas que están en la misma dirección de la luna se eleven, a lo cual se le llama mareas directas. Pero también debido al equilibrio de fuerzas genera que el lado contrario de la Tierra también se eleven sus mares, lo que se conoce como mareas opuestas ya que no es una influencia directa de la Luna. Mientras que en los lugares que se encuentran perpendiculares a la orientación de la Luna el nivel de las aguas disminuye generando de esta manera la marea baja. Esta deformación que se genera sobre las aguas se puede ilustrar en la siguiente figura que posee la forma de un elipsoide.

Figura 1: Deformación de las aguas debido a la Luna. 2

Debido a que la Tierra se encuentra rotando sobre su propio eje, esto genera que las mareas sean dinámicas, por lo tanto a medida que el planeta gire sobre su eje la fuerza ejercida por la Luna varia en distintos sectores, generando así que las aguas bajen y suban de forma periódica.

2.2.

Efecto del Sol

La fuerza gravitación de la Luna no es la única que tiene incidencia sobre la Tierra, sino también que la del Sol pero en menor magnitud. Si bien el Sol es mucho mas masivo que la Luna este se encuentra una distancia mucho mayor por lo cual la fuerza ejercida por la Luna es aproximadamente 2.2 veces la fuerza del Sol. A pesar de que esta fuerza sea menor si es considerable sobre las mareas por lo que dependerá de la posición relativa que tenga el Sol respecto a la Luna, cuando estos se encuentren alineados se generaran las mayores mareas con mayor amplitud las cuales son denominadas mareas vivas.

Figura 2: Mareas vivas. Cuando el Sol y la Luna se encuentran perpendiculares respecto a la Tierra se producen las menores mareas las cuales son conocidas como mareas muertas.

Figura 3: Deformación de las aguas debido a la Luna.

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2.3.

Otros Factores

Si bien hasta ahora solo consideramos la Tierra como si estuviera completamente cubierta de agua, sabemos que no es así sino que también posee grandes masa de tierra como lo son los continentes. Este es un factor importante a considerar ya que la fuerza gravitacional se ejerce por sobre toda la corteza terrestre, incluso sobre la atmósfera la cual puede variar en el orden de los Kilómetros. La influencia de los continentes causa que las amplitudes de las mareas no sean iguales sobre todo el planeta, esto hace que existan lugares en los cuales las mareas superen los 10 metros mientras que en otros como el mar mediterráneo solo sea de un par de centímetros. También tiene influencia sobre esto el relieve del fondo marino y del borde costero. Además la Tierra se encuentra rotando sobre un eje que se encuentra inclinado y su rotación respecto al sol es elíptica lo que ocasiona que en determinados periodos las amplitudes de marea aumente cuando se este mas cerca del Sol. Así mismo existen otros factores que hacen cambiar el nivel de las aguas de manera temporal como lo son las lluvias, los vientos o fenómenos meteorológicos, pero estos no son considerados como mareas debido a que no son cambios cíclicos y solo se generan en un determinado instante de tiempo.

3.

Centrales de energía mareomotriz

El funcionamiento de una central de energía mareomotriz se basa en el aprovechamiento de los cambios de marea provocados por la atracción gravitatoria de la luna y el sol principalmente. Esta energía se convierte en un movimiento oscilatorio que posteriormente es posible transformarlo en energía eléctrica que puede ser inyectada al sistema de distribución. Las plantas de aprovechamiento de mareas se pueden dividir en 2, según la forma en que se capte la energía.

3.1.

Central de corriente de marea

Este tipo de generación se basa en la utilización de las corrientes generadas por cada ciclo de marea, es decir cuando cambia de bajamar a pleamar o viceversa. Esto se hace a través de turbinas dispuestas en el suelo marino que transforman la energía cinética de los flujos de marea en movimiento giratorio de una hélice conectada a un generador que transforma esta energía en energía eléctrica.

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Figura 4: Prototipo de generador por corriente de marea. 3.1.1.

Estado del arte

Este tipo de plantas de generación aún se encuentra en etapa de investigación y sólo existen prototipos de estas, principalmente en Reino Unido y Canadá. A pesar de estar aún en una temprana etapa, se puede apreciar un gran potencial en esta tecnología ya que presentaría una serie de ventajas con respecto a las centrales actuales, principalmente en la disminución de costos de obras civiles. Los principales centros de pruebas actualmente son: EMEC, European Marine Energy Center (Orkney, Escocia, Reino Unido) FORCE, Fundy Ocean Research Centre for Energy (Bahía de Fundy, Canada)

3.2.

Clasificación

La clasificación de estas plantas de generación es variada, dependiendo de su geometría y tipo de anclaje mayormente. Según el sentido en que se ubica el eje existen 2 tipos. Turbina de eje horizontal, también llamada de flujo axial, es la más estudiada y con mejores resultados.

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Figura 5: Turbina de eje horizontal. Turbina de eje vertical, actualmente no es muy utilizada, presenta un menor rendimiento a la anteriormente nombrada.

Figura 6: Turbina de eje vertical. Al ser la de eje horizontal la más estudiada han aparecido algunas variaciones de estas, con respecto a la forma en que se utiliza el flujo. En ducto de Venturi, este tipo de captación aumenta la velocidad del fluido al disminuir el diámetro de paso, aumentando así la potencia esperada.

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Figura 7: Turbina de eje axial con ducto de Venturi. En corriente abierta, este tipo de turbina horizontal se encuentra abierta al flujo generando un paso más estable y que podría aumentar su rendimiento.

Figura 8: Turbina de eje horizontal en corriente abierta. Otra clasificación importante, en este tipo de mecanismo de generación, es la forma en que el sistema es anclado al suelo marino, a partir de esto se pueden ver 4 grupos. Anclaje por gravedad: • Difícil preparación del fondo • Erosión • Pesado y costoso • Rotor situado más cerca del fondo, lo que significa menos generación. Anclaje monopila: • Necesidad de perforación • Perforación desde el exterior limita la profundidad Anclaje multipila: • Necesidad de perforación

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• Se puede alcanzar mayor profundidad que a través del anclaje monopila Anclaje flotante: • Fuerza de flotación dificulta la estabilidad • Problema con la flexibilidad y resistencia de los cables • Altos costos de mantención

Figura 9: Clase de anclajes 3.2.1.

Potencia teórica

La máxima capacidad de generación que puede tener una turbina de este tipo se puede determinar al analizar un flujo en una superficie circular y está dada por la siguiente expresión. P =

1 ρAυ 3 2

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kg Donde: P:potencia máxima teórica ρ:densidad del fluido (∼ 1000[ m 3 ]) A:área 2 πD tranversal (A= 4 ) υ:velocidad del flujo De esta expresión se pueden sacar conclusiones relevantes, en primer lugar se puede ver que la relación obtenida depende cuadráticamente del diámetro de la hélice por lo que un punto relevante actualmente es maximizar este, tanto como sea posible, para así aumentar la potencia captada de la corriente. Otro punto importante es la dependencia cúbica de la velocidad, lo que incentiva a buscar la forma de aumentar esta al mayor valor posible, ya sea a través de la geografía del lugar como por medio de mecanismos especiales, ya que por ejemplo una amplificación al doble en este punto significaría 8 veces más potencia. Es importante comentar la gran similitud de esta expresión con la forma de calcular la energía en las turbinas eólicas. La gran ventaja es que el fluido utilizado en esta aplicación, agua marina, posee casi 1000 veces la densidad del aire, por

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lo que la potencia se ve muy beneficiada en este aspecto, lamentablemente esta ventaja se ve compensada debido a que las velocidades son del orden de 10 veces menores por lo que, al estar elevadas al cubo, la potencia no se ve amplificada. El efecto de la capa límite provocada por la presencia del fondo marino, es un parámetro importante al momento de diseñar un sistema de este tipo, ya que la turbina debe estar por sobre de esta para aprovechar la corriente en su totalidad.

Figura 10: Efecto de la capa límite en la velocidad de un fluido 3.2.2.

Proyectos

A causa de que no existen actualmente proyectos comercializables que utilicen esta tecnología, existen solo proyecciones especulativas sobre estos. Al evaluar un proyecto de estas características los factores más relevantes son, la velocidad de las corrientes generadas por los cambios de mareas, la profundidad del suelo marino, la geografía, la posibilidad de conexión a la red de distribución de energía eléctrica y el oleaje presente en el sector. Algunas especulaciones muestran que el valor estimado de generación a nivel comercial sería de U$ 8.000 el [kW] instalado actualmente.

3.3.

Central de embalse

Este tipo de plantas, a diferencia de la anterior, aprovecha la diferencia de altura resultante entre pleamar y bajamar. Esto se realiza a través de la construcción de embalses que encierran un perímetro, generalmente en estuarios y bahías, donde es posible almacenar el agua para aprovechar el delta de altura provocado por el cambio de marea. Esto es posible gracias a la presencia de compuertas y turbinas ubicadas a lo largo de la represa.

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Figura 11: Esquema de planta mareomotriz de embalse Debido a la necesidad de la existencia de estuarios o bahías y de una alta amplitud de marea, la localización del proyecto es muy importante y puede definir el éxito o el fracaso de este. 3.3.1.

Estado del arte

Esta tecnología, a diferencia de la que aprovecha las corrientes, si está explotada a nivel comercial, la primera planta de estas características fue construida el año 1966 en Francia, siendo hasta el día de hoy una de las más grandes a nivel mundial. Actualmente existen múltiples centrales de este tipo siendo la más grande la planta de energía mareomotriz Sihwa Lake ubicada en Corea del Sur e inaugurada el año 2011. Las centrales mareomotrices de embalse, actualmente, son las únicas de este tipo viables económicamente ya que presentan buenos resultados en las fases de diseño y proyecto. Actualmente el estudio sobre este tipo de centrales de generación es un campo muy activo ya que presenta grandes ventajas, aunque sigue siendo un campo de riesgo al momento de evaluar proyectos de este tipo. 3.3.2.

Clasificación

Las centrales de embalse, pueden generar energía eléctrica ya sea cuando existe flujo de marea (pleamar), cuando está en reflujo (bajamar) o en ambos casos, dependiendo del ciclo que realicen se pueden clasificar principalmente en 2 categorías. Ciclo con turbinas de simple efecto La generación se produce solo la mitad del tiempo, es decir en reflujo de la marea (bajamar) o flujo (pleamar), siendo este último menos eficiente ya que se logra un menor almacenamiento y por lo tanto una menor diferencia de altura. En los momentos que no se genera el agua es evacuada o

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captada a través de compuertas. Para lograr una mayor diferencia de altura puede ser asistida con bombas hidráulicas. Solo se logra 8 a 10 horas de generación.

Figura 12: Ciclo de simple efecto durante el vaciado del embalse (Turbinaje directo) Ciclo con turbinas de doble efecto La generación es realizada tanto cuando existe flujo, como cuando existe reflujo de marea, logrando así una generación más estable y un aprovechamiento de todo el ciclo. Existen dos formas de lograr esto, a través de turbinas no reversibles, mediante canales y compuertas, debido a la complejitud y costo de esta solución no se realiza. Debido a que genera en ambos momentos, flujo y reflujo, se logra una menor altura estática para su funcionamiento resultando en un menor tiempo de generación por ciclo y una baja en su eficiencia. A pesar de esto, este tipo de turbinas permite un mayor factor de planta, cerca de un 18 % más que con las turbinas de simple efecto, aumentando sus horas de operación a 12 a 14 horas diarias.

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Figura 13: Ciclo de doble efecto, con bombeo Además de los ciclos recién nombrados existe un tercero, que consiste en ciclos múltiples, a través de más de un embalse es posible lograr una generación continua. La gran problemática de esto es la gran obra civil a construir lo que eleva enormemente los costos convirtiendo este tipo de proyectos en prácticamente inviables.

Figura 14: Disposición de embalses en ciclo múltiple 3.3.3.

Energía teórica

La máxima energía que es posible obtener a partir de un embalse está dada por la siguiente relación. E = γAa2

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Donde: E:energía captable máxima teórica A:superficie del embalse a:amplitud de marea γ:peso específico De esta relación podemos percatarnos que en este tipo de proyectos el emplazamiento de la central es un factor clave, ya que se deben ubicar lugares donde la amplitud de marea (diferencia entre bajamar y pleamar) sea la máxima posible

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y la superficie del embalse se alta, este último factor puede aumentar los costos por obras civiles por lo que su evaluación debe ser rigurosa. 3.3.4.

Proyectos

La viabilidad de un proyecto está limitada principalmente por dos factores, la amplitud de marea y las obras civiles necesarias para la construcción del dique. En menor medida, aunque no menos importante, la superficie del embalse y las líneas de transmisión juegan un papel muy importante al momento de la evaluación. Este tipo de proyectos tiene un elevado costo el [kW] instalado (cerca de 4.900 [U$/kW]) y esto es consecuencia principalmente de las obras civiles para la construcción del dique, que pueden incluso superar la mitad de todo el presupuesto para el proyecto, es por esto que la elección del lugar indicado es fundamental. Otro factor negativo es el largo proceso constructivo de la central (5 a 15 años) y el factor de carga estacional que presenta (22 % a 35 %). Todo esto significa un alto Payback y si no es realizado correctamente el fracaso del proyecto. Las ventajas por otro lado son el bajo costo de operación y mantención de este tipo de centrales, sumado de la alta disponibilidad (cerca del 95 %) que pueden presentar.

4.

Ventajas de la energía mareomotriz

Entre las ventajas que tiene la energía mareomotriz se encuentra que es una energía renovable, que es silenciosa, no produce gases de efecto invernadero, además no concentra población y logra la generación de nuevos empleos tanto en su etapa de construcción como en la de funcionamiento. Aunque una de sus mayores ventajas es que se encuentra disponible durante todo el año, no importa la estación del año o las condiciones climáticas del momento, debido a que las mareas permanecen constantes durante largos años. Existen diversas formas de medir las mareas desde simples reglas que miden la altura hasta instrumentos mas avanzados que usan sonares, aunque la mas común es a través de un mareómetro o mareógrafo el cual mide la presión hidrostática en las aguas aunque existen otros mas avanzados que usan un sonar midiendo la distancia del eco de un sonido. Actualmente en el mundo se realizan diversas mediciones de las mareas en todas las costas y se posee una larga data de registros tanto para mareas altas como bajas. En el caso de Chile el organismo encargado de recopilar esta información es el Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada(SHOA), el cual publica diariamente la información recopilada en su pagina web.

5.

Desventajas de la energía mareomotriz

A pesar de poseer grandes ventajas esta energía también posee otras desventajas tanto desde el punto de vista ambiental como del social generando un impacto significativo sobre su entorno. 13

Una de las desventaja que posee esta energía es el alto costo que genera su instalación sobre todo la parte de obras civiles, además del costo que conlleva la conexión a la red eléctrica. Aunque otra desventaja que posee una instalación de este tipo es la ubicación en la cual debe ser construida en una determinada localización donde las amplitudes de mareas sean óptimas y se pueda embalsar el agua.

5.1.

Impacto Social

Para poder describir el impacto social generado se debe tener en conocimiento de los conceptos de derecho de mar, concesión marítima y las autoridades competentes en estos asuntos. Para poseer un derecho a mar y poder usar una determinada área de la geografía marina se debe solicitar una concesión maritima, en el caso de Chile el mar es considerado un bien nacional de uso publico y que puede ser entregado en concesión tanto a personas naturales como a personas jurídicas. En el caso de estas centrales se debe pedir un concesión de fondo marino, la cual debe ser presentada a la capitanía de puerto que tenga jurisdicción sobre esas aguas y posteriormente debe ser autorizado por el Ministerio de Defensa Nacional. Este tipo de proyectos son a largo plazo y con un gran monto de inversión por lo cual se debe pedir una concesión marítima mayor la cual es para plazos mayores a 10 años y que involucra inversiones mayores a 2500 Unidades Tributarias Mensuales(UTM). Una de las desventajas de este sistema es que no diferencia los diversos periodos que presenta el proyecto, por lo tanto los precios de la concesión son los mismos tanto para la etapa de investigación, como la construcción obras civiles o la etapa de funcionamiento de la central. Debido a estos derechos de utilización de los mares los principales perjudicados son los pescadores, debido a que ven como es intervenida su fuente de trabajo, lo cual crea conflictos de interés. Al mismo tiempo se cortan rutas navegables las cuales pueden ser usadas por estos mismo o industrias que la utilizan para la exportación de sus productos.

5.2.

Impacto Ambiental

La construcción de estas plantas conllevan un gran riesgo al ecosistema presente en su entorno, cambiándolo de manera drástica. Actualmente no existen investigaciones avanzadas en lo que respecta al daño ambiental de los componentes de una central mareomotriz, pero si es necesario evaluar su potencial riesgo. En el caso de Chile un proyecto de estas características debe pasar por una evaluación de impacto ambiental debido a la cantidad de MW que produce, y se deben tener en consideración todos los efectos que produciría su instalación, evaluando la viabilidad del proyecto y las medidas de mitigación necesarias para su ejecución. 14

Actualmente en Chile existe un Ministerio del Medio Ambiente y su marco regulatorio se basa en en la ley 20.417, este Ministerio se encarga de regular las políticas ambientales mientras que el encargado de ejecutarlas es el Servicio de evaluación ambiental. Se deben tomar en cuenta con principal preocupación aquellas especies que se encuentran protegidas o en peligro de extinción, también aquellos animales que usen usa ruta en sus periodos de migración sobre en su época de reproducción, ya que la intervención sobre estos puede poner en riesgo la factibilidad de la central. La construcción de diques en el mar origina un cambio del hábitat natural para la flora y fauna marina, que puede ocasionar un cambio en la cadena alimentaria sobre todo el ecosistema, a eso se le debe sumar la alteración de las aguas que puede provocar el mismo efecto. El paso del agua a través de las turbinas hace que el sedimento presente en las aguas pueda ser traspasado al aire el cual hace que aumente el material particulado en el ambiente y se propague la contaminación ya presente en las aguas a través de la atmósfera. Otro impacto a considerar es el impacto visual, debido a que se ve intervenido el paisaje natural con la construcción de la obra civil perdiendo el valor paisajístico del lugar y su entorno, deteriorándolo de manera irreversible.

5.3.

Riesgo de Terremoto y Tsunami

Si bien esta no es una desventaja directa para un proyecto de estas características se debe tomar en cuenta, a pesar de que las probabilidades son muy bajas de que ocurra un terremoto se debe tener en consideración en la etapa de diseño. Los efectos que puede producir sobre la instalación deben ser estudiados cuidadosamente entre los cuales esta el impacto sísmico que pueden recibir los dispositivos y el impacto de un eventual tsunami lo que provocaría un aumento en la velocidad de las aguas, lo que puede dañar el sistema de turbinas.

6. 6.1.

Realidad nacional Chile vs el Mundo

Actualmente Chile no posee plantas de energía mareomotriz a nivel comercial, solo posee pequeños proyectos y prototipos del tipo undimotriz, que alcanzan una generación del rango de los kW, donde no están funcionando de manera comercial, es decir, no están suministrando energía eléctrica a los sistemas interconectados del país. Por otro lado, en países desarrollados, como se verá con ejemplos más adelante, existen grandes plantas de orden de los MW, incluso con más de 50 años de antigüedad como lo es la planta mareomotriz La Rance de Francia. Esto hace que Chile se encuentre a un nivel menor que estos países con respecto a la producción de esta energía, pese a que tiene un gran acceso al

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mismo mar. No hay excusas sobre la calidad de la oceanografía de nuestro país a la hora de aprovecharla para generar energía. Chile se encuentra dentro de los 10 países que incluye una mayor altura media de diferencia de mareas, tal como se puede ver en la Figura 15, en donde a pesar de ser baja comparándolo con los otros países en cuestión, es suficiente para lograr proyectos mareomotrices que lleguen a la escala de los MW. Por otro lado en la Figura 15, se puede apreciar el nivel de energía de las olas en el mundo, donde Chile también se ve beneficiado en este aspecto, para producir energía undimotriz.

Figura 15: Mayores variaciones de mareas en el mundo. Fuente: SHOA

Figura 16: Potencia de las olas en el mundo. Fuente: METOcean.

6.2.

Energía en Chile

Según la CNE para Febrero del 2016, la generación en Chile, contemplando tanto el SIC, como el SING y los demás subsistemas está alcanzando los 16

20.000 MW. Si comparamos este valor en el gráfico de la Figura 17, en donde se muestra la capacidad bruta de las fuentes de energías renovables en nuestro país, donde destacan la solar y la del oleaje marítimo, donde si se aprovecharan al máximo, se estaría hablando de una generación cercana a los 400 [gW], cifra en donde prácticamente se podrá suministrar energía a todo Latinoamérica y mucho más. Aunque hay que dejar claro que esta capacidad de energía, sería lo que se entregaría de forma bruta, por lo tanto hay que tener en cuenta que para aprovechar la energía del mar se tendría que instalar un gran número de turbinas en toda la extensión marítima del país, cosa que económicamente inviable, como también las instalaciones deben ser ideales, por lo tanto hay que restar todas estas pérdidas, y tener en cuenta que solo existen lugares puntuales donde se puede extraer esta energía.

Figura 17: Capacidad de energías renovables en Chile en GW y su generación actual.

7.

Estudios de energía marina en Chile

El año 2009, el gobierno de Chile anunció su compromiso de impulsar el desarrollo de las energías marítimas a través de un estudio encargado de la empresa inglesa Garrad Hassan financiado por medio del Banco Interamericano del Desarrollo. Dicho estudio concluyó que Chile tiene un potencial bruto en energía marítima, contemplando solo el oleaje, de 160 GW, en donde específicamente se pueden encontrar en las corrientes del Canal de Chacao, en la Región de Los Lagos, una capacidad de potencia que oscila entre los 500 y 800 MW. Energía que puede suministrarse al SIC. Además se mencionaron otras localidades como el Golfo de Corcovado, el Estrecho de Magallanes, Ventanas, San Antonio, San Vicente y Puerto Montt, pero faltarían más estudios para saber la factibilidad de crear algún proyecto. En cambio, se estima que por parte del gobierno, a futuro, creará estrategias que incluyan marcos regulatorios, apoyo del desarrollo de proyectos pilotos y mecanismos para promover la investigación y la ayuda financiera. 17

7.1.

ADEMAR: Análisis potencial por regiones

ADEMAR es una asociación de empresas, nacionales y extranjeras, que promueve un enfoque profesional y técnico el desarrollo de las energías marinas, con la visión de desarrollar entonces las energías mareomotriz y undimotriz en Chile. Debido a la gran extensión latitudinal de nuestro país, éste presenta varias realidades respecto a las características de la geografía y el mar. Según ADEMAR cada región natural posee sus pros y sus contras, tanto respecto a las características del mar como también las características sociales, como lo son la cantidad de demanda. 7.1.1.

Norte Grande y Chico

Respecto al recurso de las olas existe un nivel menor al compararlo con la media nacional, pero esto conlleva a poder crear proyectos de menor costo. Respecto a la demanda, se permite crear suministros de energía a las grandes mineras, aportando a la energía contribuía por el SING. 7.1.2.

Centro-Sur

Respecto al recurso de las olas, existe una gran capacidad de energía. Hay una gran demanda, debido a que es la zona con mayor densidad de población del país. La creación de centrales de tipo mareomotriz o undimotriz, debido a su cercanía con la costa, permiten la suministración eléctrica a los puertos, los cuales destacan el de Valparaíso y el de San Antonio, como unos de los más importantes del país. Por lo mismo es una buena zona para aportar al SIC. 7.1.3.

Región de los Lagos

Esta región se caracteriza por poseer un gran potencial tanto en energía mareomotriz (grandes diferencias de alturas debido a las mareas), como también en energía undimotriz. Por lo que es una buena zona para crear proyectos que aporten energía al SIC. Existe demanda debido a industrias salmoneras y comunidades aisladas. 7.1.4.

Aysén y Magallanes

Estas regiones se caracterizan por poseer un gran potencial del orden de los kW de energía mareomotriz. Respecto a la demanda, en términos de consumo, destacan las salmoneras y menor parte las comunidades aisladas. En los lugares de mayor potencial de esta región se carece de un sistema interconectado, por lo que se debe implementar un sistema autónomo.

8.

Proyectos y plantas a nivel nacional

Tal como se dijo anteriormente, Chile no posee plantas de energía mareomotriz, sin embargo se presentaran un par de proyectos de undimotriz, para mostrar 18

cómo está Chile en comparación al mundo con respecto al aprovechamiento de energías marinas.

8.1.

Cifuncho II

Proyecto de tipo undimotriz ubicado en la rada de Quintay en la V región. El 2008 se crea el primer prototipo promovido por Ausind, llamado Cifuncho. Pese a cumplir se función de generar energía presentaba problemas de inestabilidad, lo que provocó el undimiento de algunas de sus piezas. Luego la compañía decide crear un segundo prototipo el año 2013, actual vigente, llamado Cifuncho II, el cual no posee los problemas de su predecesor. Características del proyecto: El Cifuncho II es un proyecto undimotriz, el cual es capaz de obtener energía del movimiento de las olas. Ocupa un espacio de 100[m2 ] en el mar y produce energía en el rango de 50 a 100 [kW] Proyecciones: Generación eléctrica estable y no esporádica, y operar en forma comercial, luego de llegar a una escala industrial.

Figura 18: Proyecto Cifuncho II.

8.2.

Proyecto Madiun

Proyecto del tipo undimotriz, el cual consta del estudio y fabricación de distintos prototipos, donde principalmente trabajan en función de boyas, donde gracias a las olas y las corrientes superficiales del mar, las hagan oscilar, para luego a través de un sistema de transmisión mecánica se genere electricidad en un generador en tierra.

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Figura 19 Proyecto Madiun. Este proyecto está ubicado en Valparaíso, instaurado el año 2015 y posee una generación de 1,5 kW. Su principal objetivo es entregar energía eléctrica a comunidades e industrias pequeñas que no poseen un sistema de distribución necesario a través de una solución de bajo costo.

9.

Mayores instalaciones a nivel mundial

Al igual que las demás energías, tanto convencionales como no convencionales, las energías provenientes de mar, destacándose la mareomotriz y la unidimotriz, también son aprovechadas a gran escala. En el extranjero grandes proyectos destacan por entregar energía del orden de los megawatts, siendo un gran aporte a los sistemas interconectados de los respectivos países. Los más importantes proyectos mareomotrices se presentarán a continuación:

9.1.

Central Mareomotriz Lago Sihwa. Corea del Sur

Esta central es la actual más grande del Mundo. Está ubicada en el Lago Suhwa de Coea del sur y ha estado en funcionamiento desde el año 2011. Posee una producción eléctrica de 260 [MW] con una inversión de US$250 M. Consta de 10 turbinas tipo bulbo de 25,4 [MW] cada una. La planta se le da dos funciones: la principal que es generar energía y la de cumplir de puente para unir dos puntos.

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Figura 20: Central Mareomotriz Lago Sihwa.

9.2.

Central Mareomotriz La Rance. Francia

Esta central, ubicada en Francia en el estuario del río Rance, ha estado en funcionamiento desde 1967 y actualmente produce 240 MW de energía, siendo el 0,012 % de lo consume dicho país, produciendo anualmente 550 GWh, con un factor de planta de un 26 %. Esto gracias al rango de marea media de 8,2 metros donde se encuentran las instalaciones, permitiendo a 24 turbinas, generar 10 MW cada una. Es la más antigua central y la segunda actual más grande del mundo. No ha tenido ninguna inundación y produce mínimos impactos ambientales. Respecto a lo social, permitió que sobre ésta se construyera un paso, creando así un atajo para los ciudadanos. Su costo de inversión fue de un equivalente de 110 millones de dólares los cuales ya han sido amortizados.

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Figura 21: Central Mareomotriz La Rance.

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10.

Conclusiones

Las energías marítimas tienen un gran potencial para la producción de energía eléctrica de manera limpia, sin contaminantes, lo cual es la principal ventaja en frente a la generación a través de combustibles fósiles, pero la principal desventaja que tienen son sus altos costos tanto de investigación, como también de inversión en los grandes proyectos en comparación de las tecnologías de obtención de energía convencionales, por lo cual es una opción que cada país debe evaluar según su realidad. Chile tiene una excelente ventaja en comparación con otros países respecto a las energías mareomotriz y undimotriz, gracias a los estudios se puede corroborar que tiene los mejores niveles de potencia respecto a las corrientes marinas y diferencias de mareas. Por lo tanto, Chile a futuro, para lidiar con los problemas energéticos que ha tenido históricamente, debería poner hincapié tanto en el estudio como en el financiamiento de proyectos de energía marina, lo cual podría significar la independencia energética de nuestro país.

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Referencias [1] Energía Mareomotriz – Pedro Fernández Díez [2] Desafíos Tecnológicos en Generación Mareomotriz – Rodrigo Cienfuegos, Maricarmen Guerra [3] ADEMAR: http://www.ademar.cl/descargas/ademar_presentacion_ energias_marinas_senado.pdf [4] http://www.cne.cl/estadisticas/electricidad/ ,(datos de generación de enegia) [5] Centrales en el mundo: http://www.fierasdelaingenieria.com/ las-plantas-de-energia-mareomotriz-mas-grandes-del-mundo/ [6] Estudio Garrad Hassan: Preliminary Site Selection: Chilean Marine Energy Resources. Garrad Hassan ,http://antiguo.minenergia.cl/minwww/ export/sites/default/05_Public_Estudios/descargas/estudios/ texto10.pdf [7] Proyecto Cifuncho II: http://www.revistaei.cl/reportajes/ prueba-piloto-chilena-innovacion-en-el-mar/ [8] http://www.expoambiental.cl/presentaciones_ambiental_2015/ file/viernes/energia-marina/5-JoseHultazo.pdf [9] http://idbdocs.iadb.org/wsdocs/getdocument.aspx?docnum= 37328131 [10] https://www.scribd.com/doc/18454654/Centrales-Mareomotrices [11] http://web.archive.org/web/20081022112930/http://omega.ilce. edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/17/htm/sec_12. html [12] http://www.allpe.com/seccion_detalle.php?idseccion=272

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