viernes, 14 de diciembre de 2012

EL MAR: INAGOTABLE FUENTE DE ENERGÍA (III)

En este tercer post dedicado a la obtención de energía del agua del mar, nos vamos a centrar en otras técnicas menos conocidas como son la maremotérmica y la potencia osmótica. Si queréis infomración sobre los anteriores aquí odéis consultar el primer post y el segundo.
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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.

Se estima que, en un año, la energía solar absorbida por los océanos es de  al menos 4.000 veces la  energía que actualmente consume la humanidad. Se necesitaría solo un 1% de la energía renovable que podría producir un sistema maremotérmico para satisfacer todas nuestras necesidades energéticas actuales.
El aprovechamiento de este tipo de energía requiere que el gradiente térmico sea de al menos 20º, por lo que las zonas favorables se encuentran entre el ecuador y la regiones subtropicales.

Las plantas maremotérmicas transforman la energía térmica en energía eléctrica utilizando el ciclo termodinámico denominado “ciclo de Rankine” para producir energía eléctrica cuyo foco caliente es el agua de la superficie del mar y el foco frío el agua de las profundidades. En este ciclo se emplea calor para evaporar un líquido, que posteriormente se utiliza en el accionamiento de una turbina, la cual se acopla a un generador eléctrico para  producir energía eléctrica.

Existen tres tipos de sistemas:

De ciclo abierto:
Se usa el agua caliente de la superficie del océano como fluido de trabajo para accionar la turbina.  El agua se vaporiza  en un evaporador en el que previamente se ha extraído el aire. Al disminuir la presión en el evaporador, también disminuye la temperatura de ebullición del agua de mar, por lo que  hierve a la temperatura en que se encuentra en la superficie . En el evaporador se obtiene una mezcla de vapor y agua líquida. El vapor separado del agua líquida pasa a través de una turbina de expansión, accionándola, y seguidamente se dirige a un condensador, en el que se obtiene de nuevo agua líquida saturada .El condensador, utiliza el agua fría del mar como  refrigerante. El agua líquida procedente del  se retorna al mar.

De ciclo cerrado:

El calor se transfiere desde el agua caliente procedente de la superficie del mar  a un fluido de trabajo de bajo punto de ebullición (propano, freón, amoniaco...) para evaporarlo a presiones más adecuadas (unos 10 bares). El vapor expandido se dirige a la turbina acoplada al generador que produce electricidad.  El agua fría del mar pasa a través de un condensador que contiene el fluido de trabajo vaporizado transformándolo en líquido, que es reciclado a través del sistema.

Sistemas híbridos

Los sistemas híbridos combinan las características de los sistemas de ciclo abierto y de ciclo cerrado para optimizar su funcionamiento. Se persigue obtener electricidad y la desalinización de agua de mar.
El agua caliente del mar entra en un evaporador donde es súbitamente evaporada. El calor del vapor  se utiliza para vaporizar el fluido de trabajo, que circula en un ciclo cerrado. El fluido vaporizado acciona una turbina que produce electricidad. El vapor obtenido del agua de mar se condensa dentro del intercambiador de calor proporcionando agua desalinizada, que puede ser utilizada para consumo humano, agrícola etc.


Para conseguir una producción eficiente las plantas hay que construirlas en entornos estables, pudiendo  encontrar estos tres casos:
Plantas en tierra firme, o zona cercana a la costa: no requieren amarres, su mantenimiento es menor y el transporte de su producción es más sencillo.

Plantas montadas en plataformas: Ofrecen la ventaja de evitar la zona de turbulencia de las olas y de estar más próximas al agua fría.


Instalaciones flotantes o amarradas en profundas aguas oceánicas:Su ventaja estriba en que pueden ser diseñadas para funcionar mar adentro.

A pesar de las ventajas que ofrecen (fuente de energía limpia y renovable, muy baja emisión de CO2, producción de electricidad y agua potable, gran cantidad de energía almacenada, utilización del agua fría del fondo para otros usos como climatización.... etc),  los  costos requeridos son muy superiores a los del uso de combustibles fósiles. Ësto, unido a la necesidad de ese diferencial de 20 º durante todo el año a los posibles daños al entorno y a la necesidad de mejora en materiales necesarios para su explotación hacen que  esta tecnología aún esté en fase de investigación y desarrollo.


Potencia osmótica
También llamada energía azul. Es la obtenida por la diferencia en la concentración de la sal entre el agua de mar y el agua de los ríos mediante los procesos de ósmosis
Cuando el agua dulce se mezcla con agua salada, por ejemplo, cuando un río fluye en el mar, enormes cantidades de energía pueden ser utilizada para generar potencia, mediante el fenómeno natural de la ósmosis.
En una planta de energía osmótica, el agua dulce y el agua salada están colocadas en cámaras separadas divididas por una membrana artificial. Las moléculas de sal en el agua salada arrastran al agua dulce a través de la membrana, lo que aumenta la presión en la cámara del agua salada. Esta presión, equivale a una columna de agua de 120 metros, una cascada importante, que puede ser utilizada en una turbina generadora de electricidad. Por ahora, sin embargo, la generación masiva de electricidad con energía osmótica es sólo una teoría.
La idea es de 1970. En esta época las membranas tenían muy baja eficiencia y el precio de la energía eléctrica era demasiado bajo para capacitar una inversión rentable de tal tipo de proyecto. Muchos años más tarde, en 1997, investigadores de SINTEF llevaron la idea a STAT KRAFT y así comenzó la colaboración para desarrollar una nueva tecnología de energía renovable



Más información e ilustraciones :comunidad.eduambiental.org

viernes, 7 de diciembre de 2012

EL MAR: FUENTE INAGOTABLE DE ENERGIA (II)

Continuamos con este tema que ya comenzamos hace unos días. En esta ocasión hablamos de la energía undimotriz o generada por las olas. Con esta acabamos con el aprovechamiento de la energía cinética (o debida al movimiento) de las olas, dejando para un futuro post el aprovechamiento de la energía térmica y de la osmótica. Podéis consultar la entrada anterior pinchando aquí
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Energía undimotriz
Es el aprovechamiento energético producido por el movimiento de las olas. 
Dado que una de las propiedades  de las olas es la capacidad de desplazarse a grandes distancias sin apenas pérdida de energía, la energía que se genera en cualquier parte del océano acaba en las costas. 
La energía contenida en las olas varía de un sitio a otro pues depende de factores como, la forma de la costa, la profundidad, lugar y causa de generación de la ola, aunque en general, cuanto más alejadas del ecuador estén, más energía contienen. En la ilustración se puede observar cómo las olas causadas por el viento son las de mayor contenido energético y por tanto las dedicadas a la obtención de energía. 



La energía undimotriz es una fuente renovable y ecológica de alto potencial. Dada la mayor densidad del agua sobre el aire, es cinco veces más concentrada que la eólica y 30 veces más que la solar. Se estima que el flujo de energía de las olas en Europa podría equivaler a 1.000 TWh anuales. Es lógico entonces intentar potenciar el desarrollo de tecnologías para su aprovechamiento.

El inconveniente que presenta es que el oleaje es  muy irregular, lo que ha llevado a la construcción de múltiples tipos de máquinas para hacer posible su aprovechamiento. 


Actualmente existen unas 1000 patentes de generadores de este tipo que aunque diferentes entre sí pueden englobarse en unos pocos tipos básicos dependiendo de los conceptos en los que se basen


1) Columna oscilante de agua: Cuando la ola entra en la columna, fuerza al aire de la columna a pasar por la turbina e incrementa la presión dentro de la columna. Cuando la ola sale, el aire vuelve a pasar por la turbina, debido a la disminución de la presión de aire en el lado del océano de la turbina (ver Figura). Sin importar la dirección de la corriente de aire, la turbina (conocida como turbina Wells, como su inventor) gira hacia la misma dirección y hace que el generador produzca electricidad.




2)Sistemas totalizadores: pueden ser flotantes o fijos a la orilla. Atrapan la ola incidente, almacenando el agua en una presa elevada. Esta agua se hace pasar por unas turbinas al liberarla.
El sistema TAPCHAN, o sistema de canal estrechado, consiste en un canal estrechado que alimenta a un embalse que está construido en un acantilado, como lo muestra la Figura . El estrechamiento del canal hace que las olas aumenten altura  La generación de electricidad es similar a la de una planta hidroeléctrica. El agua en depósito pasa por una turbina Kaplan.


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.


El dispositivo WaveRoller es una placa amarrada al fondo del océano por su parte inferior que pivota hacia atrás y adelante. Este movimiento de las olas bajas mueve la placa, y la energía cinética producida se recoge en una bomba de pistón. Esta energía puede ser convertida en electricidad ya sea por un generador unido a la unidad WaveRoller, o por una sistema hidráulico cerrado en combinación con un sistema de generador / turbina. 

4) Sistemas hidráulicos: son sistemas de flotadores conectados entre sí. El movimiento relativo de los flotadores entre sí se emplea para bombear aceites a alta presión a través de motores hidráulicos, que mueven unos generadores eléctricos. 
El Pelamis  es una estructura semi sumergida y articulada compuesta por secciones unidas por juntas de bisagra. El movimiento de estas juntas es resistido por arietes hidráulicos, que bombean aceite a alta presión a través de los motores hidráulicos. Estos motores hacen que los generadores produzcan electricidad. Se puede conectar varios dispositivos juntos y unidos a la costa a través de un solo cable que va por el fondo marino. La estructura se mantiene en posición por un sistema de anclaje compuesto por una combinación de flotantes y pesas, que previene que los cables de anclaje estén tirantes al mantener el Pelamis en su posición, y que además permiten un movimiento de vaivén con las olas entrantes.

5) Sistemas de bombeo: aprovechan el movimiento vertical de las partículas del agua. Genera un sistema de bombeo mediante un flotador en una manguera elástica.
El Mighty Whale genera electricidad cuando la ola entra a las 3 cámaras de aire ubicadas en la parte delantera del dispositivo. La superficie interna del agua se mueve hacia arriba y abajo generando una presión neumática, lo que hace girar las turbinas de aire. Esto hace que los generadores conectados a las turbinas generen electricidad a una razón máxima de 110 kW


Ventajas e inconvenientes 
Haciendo un rápido repaso de las ventajas  que podemos encontrar nos encontramos con las siguientes:

Energía muy limpia, silenciosa y segura.
Gran potencial de energía que se puede captar.
Ahorro de espacio terrestre( exceptuando en los casos de captadores anclados a la costa.
Bajo coste de la materia prima.

Y dentro de las desventajas:
Impacto visual y estructural sobre el paisaje costero.
Cableado hasta tierra muy costoso.
Afectación de la flora y la fauna debido a la instalación del cableado o los anclajes de los sistemas al fondo marino.
Elevada corrosión en las instalaciones.
Riesgos para la navegación.