Producción de energía a partir de las olas del mar

Nuestros mares y océanos son una enorme fuente de energía, que en la actualidad apenas se aprovecha. El potencial energético del mar se manifiesta, fundamentalmente, de cuatro formas distintas: (1) la energía de las mareas, (2) la energía de las corrientes, (3) la energía de las olas y (4) la energía asociada a la diferencia térmica entre las distintas profundidades de los océanos. Entre estas formas de energía marina, la energía de las olas (energía undimotriz) es una de las de mayor interés^[1] por el elevado rendimiento potencial de su aprovechamiento, ya que se trata de un recurso de elevada disponibilidad y densidad energética (el de mayor densidad entre los recursos renovables), es predecible (hasta con dos días de antelación) y está cercana a los centros de consumo.
 

El oleaje se entiende desde un punto de vista energético como un derivado terciario de la energía solar. El calentamiento desigual de la atmósfera terrestre genera viento, y el viento en su contacto con la superficie marina transfiere parte de su energía, generando las olas. La cantidad de energía transferida a las olas, y por tanto el tamaño de las mismas, depende de la velocidad del viento, del tiempo durante el cual el viento sopla y la superficie del mar sobre la que sopla. De esta forma valores de energía solar irradiada de ~ 100 W/m2 pueden ser transformados en valores de potencia por metro de frente de ola comprendidos entre 35 y 60 kW/m. Una de las propiedades características 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 puede acabar en el borde continental para su aprovechamiento. Las zonas de mayor potencial para el aprovechamiento de la energía de las olas son aquellas costas en los que predominan vientos del oeste y poseen extensas líneas costeras, como son la costa oeste de Europa y Estados Unidos, Australia/Nueva Zelanda y Sudáfrica como se muestra en la Figura 1^[2].
 

	Nuestros mares y océanos son una enorme fuente de energía, que en la actualidad apenas se aprovecha

Estudios acerca del potencial energético del aprovechamiento de las olas a nivel mundial lo estiman en valores comprendidos entre 1-10 TW (aproximadamente un 10% del consumo eléctrico mundial)^[3], siendo Europa una de las localizaciones con mayor potencial de aprovechamiento^[4] (290 GW en la costa este y 30 GW en la costa mediterránea). Se prevé que la energía de las olas pueda tener 529 MW instaladas en la UE para 2020 y casi 100 GW para 2050^[5]. Esto supone 1,4 TWh/año para 2020 y más de 260 TWh/año para 2050, lo que representaría un 0,05% y el 6% de la demanda de electricidad prevista en la UE 27 para 2020 y 2050 respectivamente. España es uno de los países con mayor potencial de energía de las olas, en donde en el archipiélago Canario las estimaciones están en el orden de 20-25 KW/m y en zonas como el Cantábrico, la energía disponible es de 25-60 KW/m^[6]. En la actualidad existen en España dos instalaciones piloto instaladas en Santoña (Cantabria, de tipo boya basculante de 40 kW,) y Motrico (Vizcaya, de tipo columna oscilante de agua de 480 kW).

TECNOLOGÍAS DE APROVECHAMIENTO

A pesar del potencial energético que ofrece la energía de las olas y de que el primer convertidor de energía undimotriz se patentó en Francia en 1799, el verdadero desarrollo de esta tecnología no comienza hasta el último cuarto del siglo XX. Los primeros estudios serios para el aprovechamiento energético del potencial de las olas se realizaron en los años 70 y principios de los 80 dentro de los programas nacionales de investigación de diversos países (Dinamarca, Irlanda, Portugal, Reino Unido, Suecia, Noruega) como respuesta a la crisis energética de los años 70. A partir de entonces, los programas de investigación han aumentado notablemente en Universidades, centros tecnológicos y empresas con el fin desarrollar diferentes tipos de generadores energéticos de olas (GEO).
 

Los dispositivos para el aprovechamiento de la energía de las olas deben hacer frente a diversas dificultades para su desarrollo: entorno corrosivo, trabajo en condiciones meteorológicas extremas y variabilidad en la potencia y baja frecuencia de las olas. Para tratar de dar respuesta a estas dificultades, se han desarrollado un gran número de dispositivos para el aprovechamiento de este tipo de energía, en claro contraste con cualquier otro tipo de aprovechamiento de energía renovable. Hasta la fecha se han desarrollado más de 100 tipos de generadores, que realizan el aprovechamiento de la energía de las olas en base a algunas de las siguientes tecnologías:
 

1. Columna oscilante de agua: consiste en la oscilación del agua dentro de una cámara semisumergida y abierta por debajo del nivel del mar. Se produce un cambio de presión del aire por encima del agua que es aprovechado por una turbina.
2. Sistemas totalizadores: pueden ser flotantes o fijos a la orilla. Atrapan la ola incidente, almacenando el agua en una presa elevada. El agua se hace pasar por unas turbinas al liberarla.
3. Sistemas basculantes: pueden ser tanto flotantes como sumergidos. El movimiento de balanceo se convierte a través de un sistema hidráulico o mecánico en movimiento lineal o rotacional para el generador eléctrico.
4. Sistemas de bombeo: aprovechan el movimiento vertical de las partículas del agua. Genera un sistema de bombeo mediante un flotador en una manguera elástica

A pesar de la diversidad de tecnologías, muy pocos sistemas han pasado la fase de diseño. Sólo unos pocos han alcanzado la etapa de ensayo a escala real en el mar (Tabla 1) y sólo uno de los desarrollos (Pelamis de Pelamis Wave Power, Figura 2) puede considerarse cercano a la fase de explotación comercial.

Tabla 1. Dispositivos más avanzados en el desarrollo para el aprovechamiento
de la energía de las olas^[5]

Aunque como se ha visto son muchos los dispositivos en desarrollo, aún quedan importantes retos tecnológicos a los que hacer frente. Los retos tecnológicos pretenden alcanzar como objetivo la funcionalidad de los dispositivos a corto plazo frente a los problemas originados por la discontinuidad de la energía y las irregularidades en amplitud, fase y dirección de las olas. A largo plazo deben conseguir como objetivo el asegurar sistemas robustos y fiables para poder soportar las adversas condiciones climatológicas a las que estos sistemas pueden llegar a verse sometidos.

IMPACTO AMBIENTAL

Los efectos sobre el medio ambiente dependen estrechamente del tipo de dispositivo utilizado y, aunque a priori su impacto potencial sobre el medio ambiente es bajo, es un aspecto sobre el que se necesitan estudios adicionales para conocer en detalle la interacción de cada una de las tecnologías con el entorno marino.
 

La absorción y modificación del oleaje puede variar la morfología de la costa y de la vida marina. Otros impactos, de tipo visual y sonoro, hay que tenerlos en cuenta, especialmente en zonas turísticas. El aprovechamiento en altamar, lejos de la costa, no implica ningún problema estético, sin embargo habría que determinar cómo afecta al oleaje en la vida marina, por cuanto éste asegura la circulación del oxígeno y de nutrientes en las aguas superficiales. También los sistemas de anclaje de los generadores en alta mar pueden afectar a los hábitats de especies animales y vegetales de los fondos marinos. Por lo tanto, resulta evidente que los dispositivos para el aprovechamiento de la energía de las olas en el litoral o cerca de él pueden tener impactos considerables sobre el medio ambiente que es necesario estudiar y evaluar de cara a la comercialización de este tipo de tecnologías.

CONCLUSIONES

Nuestros mares y océanos son una enorme fuente de energía, que en la actualidad apenas se aprovecha. La extracción de la energía de las olas es una de las de mayor interés por su elevada densidad energética y el elevado rendimiento potencial de su aprovechamiento. Sin embargo, la dificultad para su aprovechamiento (entorno corrosivo, trabajo en condiciones meteorológicas extremas y la variabilidad en la potencia y baja frecuencia de las olas) ha hecho que sea una tecnología aún en fase de desarrollo. En los últimos 25 años se han multiplicado los avances en los diseños de dispositivos para el aprovechamiento energético de las olas. A pesar de los desarrollos alcanzados en los últimos años, que han llevado a algún diseño a estar en la fase previa a la comercialización, en general las tecnologías para el aprovechamiento de la energía son aún tecnologías incipientes necesitando de esfuerzos en investigación para alcanzar un grado de madurez que permita la comercialización de sistemas robustos y fiables para poder soportar las adversas condiciones climatológicas a las que estos sistemas pueden llegar a verse sometidos.

 

Referencias bibliográficas:
[1] Clement et al. Renewable and Sustainable Energy Reviews 6 (2002) 405–431.
[2] 2010 Survey of Energy Resources, World Energy Council
[3] N. Pacniker, Powe resources Estimation of Ocean surface Waves. Ocean Eng., 3 (1973) 429-439
[4] Pontes MT, Athanassoulis GA, Barstow S, Bertotti L, Cavaleri L, Holmes B, et al. The European Wave Energy Resource. 3rd EWEC, Patras, Greece, 1998
[5] www.waveplam.eu
[6] www.ihcantabria.com/enola