Aprovechamiento de la Energía Cinética de las mareas

Las grandes mareas generalmente (no siempre) producen fuertes corrientes que entran y salen a una bahía, especialmente en lugares con estrechamientos. Allí, aunque la subida y bajada del mar no es importante, se puede aprovechar la energía cinética del agua. La energía cinética que contiene el agua es un medio de la masa por la velocidad al cuadrado, desgraciadamente no toda esta energía se puede transformar en electricidad en una bahía. Existe una eficiencia máxima de conversión alcanzable, independiente de la eficiencia misma de la turbina, conocida como el límite de Betz, que indica que sólo se puede aprovechar el 59% de la energía cinética total (no le podemos sacar toda la energía cinética al agua, porque si bajáramos a cero la velocidad de salida, detendríamos totalmente el flujo). También empiezan a hacerse evidentes las complicaciones de estos cálculos, ya que la presencia de turbinas en un flujo abierto de agua altera el flujo de la marea, y puede llegar a destruir completamente el efecto de resonancia y detener las corrientes de marea que queríamos aprovechar. Los aparatos más comunes para transformar estas corrientes en energía eléctrica son simples turbinas, parecidas a los aerogeneradores, anclados en el fondo del mar. También existen otros donde los generadores se instalan en una plataforma flotante, otros que operan sumergidos hasta los niveles donde se tienen las máximas corrientes y unos más sencillos que son simples puentes que van de lado a lado de la bahía, los cuales soportan una serie de turbinas verticales, muy simples, con un generador cada una. Dentro de todas las tecnologías que se están estudiando para aprovechar las energías del mar, consideramos que la que más atención está recibiendo es ésta, la de corrientes de mareas y su pariente cercana, que es la de las corrientes oceánicas, aunque son las que más problemas tecnológicos tienen por el tema del anclaje.

Desgraciadamente el aprovechamiento de las mareas para generar electricidad, con un embalse o con turbinas que aprovechen la energía cinética, siempre tendrá momentos de cero-generación al igualarse los niveles del mar y el embalse o tener mareas muertas. En el caso de la generación con embalse, habrá momentos en los cuales la generación sea máxima y largas horas en los que sea cero. Es decir, la mareomotriz aporta una buena cantidad de energía, pero no es potencia firme, aunque en este caso la generación es totalmente predecible en comparación a las otras fuentes renovables como la solar y la eólica. Entre las soluciones para este inconveniente, se ha considerado el bombeo para almacenar agua en un embalse elevado y generar energía con turbinas hidráulicas, a la hora que se requiera. O bien, sencillamente usar la mareomotriz como una energía alterna que sólo ayuda a ahorrar combustible.

Existen algunas formas ingeniosas para superar este obstáculo, el cual resulta muy atractivo en algunos casos. Uno de ellos consiste en dividir el embalse en dos y operarlo de manera alternada con compuertas unidireccionales. De esta forma, una de las mitades del embalse se mantiene siempre a un nivel lo más alto posible, mediante unas compuertas que operan como válvulas check que sólo dejan entrar agua y no salir. La otra mitad se mantiene lo más bajo posible, con compuertas que sólo permiten la salida de agua. En el muro divisorio entre ambos estanques se instalan turbinas hidráulicas. El despacho de energía se realiza a voluntad, abriendo o cerrando las válvulas de las turbinas. Si la generación no excede los límites de diseño de los embalses, siempre se tendrá un desnivel suficiente entre ambos lados para operar las turbinas. Este caso, que pareciera excesivamente impráctico, cobra importancia si uno analiza una bahía de boca estrecha y de embalse alargado hacia los costados, formando una especie de laguna costera. Allí son pequeños los bordos para las compuertas y las turbinas. Existen en la naturaleza muchos casos similares a éste, que bien vale la pena analizarlos. Otro caso interesante consiste en formar una la isla, con muros de tablestaca enterrados en el fondo marino, de manera de formar una isla artificial con doble embalse, o una especie de corral en el medio de la bahía (o muy cercano a la costa), donde dos juegos de compuertas hacen que uno de los estanques se mantenga siempre a nivel alto y el otro a nivel bajo, mientras que las turbinas instaladas en el bordo central se usan para generar electricidad para algún poblado en la costa. En la figura 2 se muestra un esquema del doble embalse. Este es un caso ideal para ser planteado como de acuacultura, donde se pueden aislar los cultivos de los depredadores, de las fuertes corrientes y marejadas y además complementar con divisiones de mallas para separar los peces por edades o tamaños, tal como se hace en las salmoneras del hemisferio sur, para su alimentación diferenciada y considerar la generación de electricidad como una actividad rentable y complementaria, que haría sustentable el proyecto.

Figura 2. Arreglo esquemático de un arreglo de doble embalse con compuertas unidireccionales.

Es indispensable incluir algunas notas sobre el tamaño de las turbinas, ya que las turbinas hidráulicas de una mareomotriz tienen dos importantes limitaciones. La carga hidráulica, bajo la cual operan, será siempre muy pequeña en comparación a las de una central hidroeléctrica instalada en un río. En el mar es de 4 ó 5 metros a lo sumo. Por otro lado, el diámetro de las turbinas (por tanto el área) no podrá exceder la profundidad mínima del mar en el punto del emplazamiento. Como la potencia de una turbina depende del área, por la carga hidráulica elevada a la tres medios, las turbinas mareomotrices se limitan a tamaños de 2 a 5 MW. Es decir, si se habla de instalar 10 000 MW en una mareomotriz, donde la amplitud de la marea sea de unos 6 metros, seguramente se van a requerir 5000 turbinas de 2 MW cada una. Lo costoso en una mareomotriz son las turbinas y no tanto los bordos de la presa. A eso hay que agregarle las complicaciones de operación en agua salada, corrosiva e incrustante. Las turbinas más usadas para estas cargas son las de bulbo y las denominadas Straflo, que son turbinas hidráulicas con el generador eléctrico integrado en la propia turbina.