Por LESLY TEUBER ESCOBAR
En la actualidad el desarrollo económico es inherente al aumento del consumo de energía, pero las energías fósiles ya no son opción a largo plazo. Las energías renovables ofrecen una alternativa sostenible, como podría ser la energía undimotriz, que utiliza el movimiento de las olas para la generación de energía, pero qué aún enfrenta grandes desafíos tecnológicos, económicos y estructurales. La participación de la Armada de Chile podría ser crucial para incentivar su desarrollo, dada su capacidad y presencia marítima.
In today´s world economic growth and development is concomitant to the increase of energy use, but fossil fuels are no longer a long-term option. Renewable energies, such as wave power, offer a sustainable alternative using the ocean waves to generate electric energy. But this type of renewable energy still faces great technological, economic and structural challenges. The involvement of the Chilean Navy in this initiative could be fundamental to boost its development, giving its competence and skills in the maritime field.
La energía es un recurso esencial que va de la mano con nuestras actividades diarias, desde el hogar, el transporte, funcionamiento de hospitales, entre otras aplicaciones, pero todo ligado al desarrollo económico del país. La forma en que obtenemos esta energía se divide principalmente en dos ramas: las renovables y las no renovables. Estas últimas son principalmente importadas, “cuyo creciente consumo compromete la seguridad energética del país” (Pastén, 2012). El proceso para obtener estos recursos naturales genera impactos ambientales en desmedro del clima, flora y fauna existente en el lugar y en todo el mundo.
Por otro lado, “las fuentes de energía renovable ofrecen una alternativa sostenible” (Zambrano, 2023). Entre ellas se encuentra el vasto potencial del mar, un recurso natural escasamente explotado en el mundo y en muchos países, incluido el nuestro. Una de estas fuentes emergentes es la energía undimotriz, que aprovecha el movimiento de las olas para generar energía. Esta fuente de energía es autóctona, universal y altamente disponible, lo que significa que cualquier país con acceso al mar puede obtener beneficios de esta.
A pesar de sus ventajas, la energía undimotriz aún enfrenta desafíos tecnológicos, económicos y estructurales que han limitado su desarrollo a gran escala. Es desde este punto de vista que la participación de la Armada de Chile podría desempeñar un papel crucial, dadas sus capacidades y presencia en el mar, para incentivar el desarrollo y explotación de la energía undimotriz, y dada la ubicación privilegiada de Chile la cual otorga una extensa costa para aprovechar fácilmente esta energía renovable, y en consecuencia conducir a una reducción de la dependencia de las fuentes energéticas no renovables por parte de la Armada.
“El total de electricidad que se puede generar a partir de la energía undimotriz es de 0,05-2,11 TW” (Brooklyn N. Fox, 2021), esta energía presenta ciertas ventajas, como su disponibilidad constante y previsible, su bajo impacto ambiental y su alta densidad energética en comparación con fuentes como la eólica o solar” (Moreno, 2023), lo cual supone un gran incentivo para desarrollar tecnologías que sean capaces de extraer esta energía.
En Chile el consumo máximo eléctrico observado durante el 2023 fue el 26 de diciembre, alcanzando 11.536 [MW] (CoordinadorElectricoNacional, 2024). En la figura N°2 se puede observar que el sistema eléctrico nacional (SEN) posee 35.007,4 [MW] de capacidad instalada (potencia máxima bruta), de los cuales 16.217,3 [MW] corresponden a centrales de energía renovable no convencional, las cuales son la energía eólica y la energía solar. Cabe resaltar que en el año 2008 fue publicada la Ley 20.257, que establece que para el año 2024 el 10% de la energía total nacional producida debe provenir de energías renovables no convencionales, lo cual se cumplió con creces, dado que actualmente la energía proveniente de energías renovables no convencionales es del 46,32% según los datos entregados por la comisión nacional de energía en la figura Nº2.
Considerando la información proporcionada por la figura N°2, se destaca que el 46,32% de la energía bruta generada en Chile proviene de fuentes solares y eólicas. Es llamativa la comparación de este dato con los 6435 km de costa que posee el territorio nacional chileno, y se podría formular la siguiente pregunta: ¿Cómo es posible que Chile todavía no tenga una central a gran escala para aprovechar la energía del mar, siendo esta fuente tan abundante?
¿Qué es la energía undimotriz?
Existen dos formas de extraer energías del mar; son a través de la energía de las mareas y la energía de las olas (Holthuijsen, 2007) (Khaligh & Onar, 2010). La energía undimotriz, también conocida como energía olamotriz o energía de las olas, tiene su origen etimológico en el término del latín “unda”, que significa “ola”, y “motriz”, derivado de “motus”, que significa “movimiento”. Por lo tanto, “undimotriz” se refiere al movimiento de las olas.
Esta forma de energía implica la captura de la energía transmitida a través de las ondulaciones de las aguas oceánicas. Las olas se originan a partir de las diferencias de temperatura y presión que se manifiestan en distintas regiones de los océanos. Los rayos del sol que inciden sobre la superficie de la Tierra son responsables de su calentamiento. Sin embargo, la intensidad de esta radiación varía considerablemente en diferentes partes del globo, lo que genera disparidades en la temperatura atmosférica y da origen a los vientos.
“A medida que los vientos se deslizan sobre la superficie de los océanos, una fracción de la energía cinética de este aire en movimiento se transfiere al mar” (Solarpedia.info, 2021), dando lugar a la formación de olas. Estas olas pueden viajar a través de los océanos de manera expansiva y sin perder mucha energía en el trayecto. Sin embargo, cuando llegan a la costa, donde la profundidad del agua es considerablemente menor que mar adentro, su velocidad se reduce, mientras que su altura aumenta significativamente. Finalmente, “las olas golpean en la costa, descargando enormes cantidades de energía cinética” (Ecologiahoy.net, 2019). Esta última parte del trayecto de las olas es la que resulta interesante de aprovechar mediante tecnologías conocidas como convertidores de energía undimotriz.
¿Cómo se puede extraer esta energía?
Existen diversas formas clasificar los sistemas de captura de la energía de las olas, las cuales pueden ser:
O Según sus principios de funcionamiento: es decir, se pueden clasificar según sus formas de convertir la energía de las olas en energía eléctrica.
O Según la profundidad del agua del océano donde está ubicado el tipo de convertidor de energía (costera, cerca de la costa y costa afuera).
O Según la relación entre la magnitud de la longitud de onda y la estructura con la que interactúa la ola, (extractores puntuales, terminadores, atenuadores).
En este caso se utilizará la clasificación según el principio de funcionamiento.
Tecnología de la columna de agua oscilante (O.W.C.)
Es uno de los primeros sistemas desarrollados para extraer energía de las olas del mar. Los primeros O.W.C. se ubicaban en estructuras fijas en la costa, cercanas a ella, o en formaciones naturales o artificiales rígidas, como rompeolas o acantilados rocosos en el mar. También pueden diseñarse como dispositivos flotantes.
El funcionamiento de la columna oscilante de agua es relativamente sencillo. Se construye una estructura parcialmente sumergida con una abertura en la sección submarina para capturar el aire sobre la superficie del agua. El aire dentro de este espacio interno se mueve según el movimiento oscilatorio de la columna de agua, impulsando una turbina colocada transversalmente. Se han desarrollado y probado numerosos prototipos basados en O.W.C.
El rendimiento de estos dispositivos está influenciado por varios factores, incluyendo la profundidad del agua, la dirección de las olas, así como la altura y el período de las olas, que se utilizan para estimar el potencial de recursos.
Dispositivo de desbordamiento
Son sistemas diseñados para capturar agua cerca de la cresta de una ola y dirigirla hacia una cámara que la almacena a un nivel más alto que el promedio del nivel del mar. La energía potencial contenida en el agua almacenada se transforma en energía utilizable a través de una turbina hidráulica de baja altura. La hidrodinámica de estos dispositivos no es lineal. Dos de los dispositivos de desbordamiento más populares son el Wave Dragon y el Seawave Slot Cone Generator.
Estos dispositivos pueden ser utilizados en la costa cuando se integran con estructuras como rompeolas. Sin embargo, los tipos flotantes instalados en alta mar pueden recolectar más energía, ya que aprovechan la mayor potencia de las olas en aguas más profundas. Este es el caso del Wave Dragon.
Sistema amortiguador de punto
Los sistemas de cuerpo oscilante son un dispositivo que se desplaza en respuesta al movimiento de las olas del océano, pudiendo realizar movimientos traslacionales (principalmente de elevación) o rotacionales (principalmente de cabeceo). Estos sistemas pueden estar tanto flotando como sumergidos.
Existen diferentes conceptos de captura de energía de las olas, lo que permite diversos modos de oscilación, como el movimiento en oleaje-oscilación y el oleaje-cabeceo. Este método de captura es más adecuado para regiones con una profundidad considerable, ya que estas áreas suelen tener olas más potentes y el fondo del dispositivo flotante no afectará al fondo marino.
Se ha observado que este método puede alcanzar su máxima eficacia cuando el cuerpo oscilante entra en resonancia con las olas del océano.
Potencial de la energía de las olas
Aunque la energía de las olas no presenta interrupciones en su suministro, presenta desafíos debido a su distribución desigual en el planeta. Las regiones expuestas a vientos constantes son las que cuentan con un mayor potencial energético aprovechable de las olas. En consecuencia, la actividad de las olas tiende a aumentar entre las latitudes de 30° y 60° en ambos hemisferios.
El escenario óptimo para la eficiente explotación de esta energía se encuentra en áreas costeras dominadas por acantilados, que proporcionan la profundidad de agua adecuada para la instalación de estructuras o dispositivos destinados a capturar la energía de las olas. Estas olas, al romper contra los paredones, contienen una cantidad significativa de energía. Sin embargo, la mayoría de las zonas costeras presentan aguas poco profundas. En estas áreas, las olas pierden gradualmente su fuerza debido a la fricción entre las capas de agua más profundas y el fondo marino. Este efecto se acentúa especialmente cuando la profundidad del agua es inferior a una cuarta parte de la longitud de la ola.
Esta disminución de potencia es crítica, ya que reduce la cantidad de energía que se puede obtener del oleaje. Por lo general:
“olas con una densidad de potencia de 50kW/m, en aguas profundas, pueden reducir su densidad a 20kW/m o menos cuando están más cerca de la costa, en aguas poco profundas, dependiendo de la distancia recorrida en aguas poco profundas y de la rugosidad del fondo del mar” (Aneiros., 2018).
En el contexto de la Armada, que depende en gran medida de las energías fósiles y del sistema eléctrico nacional, existe la oportunidad de explorar la implementación de dispositivos convertidores de energía de las olas en colaboración con ASMAR. Entre los diversos dispositivos disponibles, las columnas de agua oscilantes destacan por su diseño simple.
Una estrategia prometedora para mejorar la viabilidad económica de estos dispositivos es su integración en estructuras marítimas, como los rompeolas. Esta integración permite compartir costos de construcción, instalación y mantenimiento, al tiempo que ofrece la posibilidad de crear una infraestructura que brinde refugio para los buques en puerto y genere un suministro significativo de energía limpia y renovable. Esto no solo reduciría el impacto ambiental, sino que también fortalecería la auto generación energética de la infraestructura en puerto.
Las ventajas de esta integración en comparación con los dispositivos convertidores son:
O Compartir costos de construcción y mantenimiento con el rompeolas.
O Ofrecer tanto extracción de energía como protección costera.
O Limitar el impacto ambiental negativo al utilizar una estructura de protección portuaria.
O Brindar estabilidad, resistencia y mayor vida útil a los dispositivos convertidores de energía de las olas, permitiendo la extracción de energía incluso en condiciones de olas fuertes.
O Proteger las piezas mecánicas, como las turbinas, de las olas mediante la estructura del rompeolas.
En la actualidad
La energía undimotriz posee mucho potencial, pero, aun así, esta forma de energía no ha experimentado un crecimiento masivo o una adopción generalizada en comparación con otras energías renovables no convencionales.
En los últimos años, la energía undimotriz ha sido objeto de investigación y desarrollo en varios lugares del mundo. A pesar de sus ventajas, como su mayor flexibilidad geográfica al poder instalarse en múltiples ubicaciones costeras, esta forma de energía se enfrenta a los siguientes desafíos:
O Afectar sectores turísticos, debido a la implementación de esta energía, y convirtiendo las playas en zonas de impacto de la aplicación de estas tecnologías.
O Resistencia a las condiciones extremas del mar y los retos tecnológicos asociados con la infraestructura de energía undimotriz son aspectos que aún deben superarse.
O Los costos aún elevados asociados con la construcción y mantenimiento de la energía de las olas representan un desafío significativo para su adopción generalizada, especialmente cuando compiten con fuentes establecidas como la energía eólica y solar.
O Las olas no siempre van a ser grandes, por lo que la cantidad de electricidad generada no es tan constante como se pensaba.
En resumen, la energía undimotriz se encuentra en una etapa más temprana de desarrollo y aún no ha alcanzado el mismo nivel de implementación a gran escala que otras fuentes de energía renovable. Si bien presenta ventajas en términos de flexibilidad geográfica y potencialmente costos iniciales reducidos, los desafíos técnicos y económicos aún deben trabajarse más a profundidad, para que esta forma de energía pueda desempeñar un papel más significativo en la transición hacia un futuro más sostenible y libre de emisiones de carbono.
Conclusiones
La necesidad de transición energética a futuro y el desarrollo económico están intrínsecamente ligados. El aumento del consumo de energía, especialmente de fuentes no renovables, plantea desafíos significativos para la seguridad energética y el medio ambiente.
La energía undimotriz ofrece una alternativa sostenible y prometedora. Posee un gran potencial, y saber aprovechar esta energía puede contribuir significativamente a la reducción de la dependencia de los combustibles fósiles.
A pesar de que Chile posee más de 6.000 kilómetros de costa y tiene disponibilidad inmediata de esta energía, sumado a su bajo impacto ambiental, todavía enfrenta desafíos tecnológicos y económicos. La optimización de la eficiencia y la reducción de los costos de construcción y mantenimiento son aspectos claves para su desarrollo a futuro.
La participación de la Armada de Chile podría ser crucial para impulsar el desarrollo de la energía undimotriz, aprovechando su capacidad y presencia marítima para colaborar en la investigación, implementación y explotación de esta fuente de energía renovable.
La integración de dispositivos convertidores de energía undimotriz en estructuras, como los rompeolas presenta una ventaja significativa, como es la reducción de costo total.
En conjunto estas conclusiones resaltan la importancia de la energía undimotriz como una alternativa prometedora en la transición hacia un futuro más sostenible y menos dependiente de los combustibles fósiles, al tiempo que subrayan la necesidad de abordar los desafíos técnicos, económicos y ambientales asociados con su implementación a gran escala.
Lista de referencias
El nacimiento y desarrollo de las civilizaciones ha estado invariablemente unido a la facultad del hombre para innovar e...
En abril de 2017, el Estado de Chile ratificó el acuerdo global para hacer frente al fenómeno del cambio climático alcanzado en la ciudad de París, comprometiéndose a reducir sus emisiones de CO² y a descarbonizar su matriz energética. De esta manera, la defensa nacional tiene el desafío de enfrentar el problema del cambio climático, aportar con sus capacidades a las mejores soluciones y también a minimizar sus efectos. Consecuentemente, la Armada creó recientemente una nueva orgánica institucional para hacer frente al cambio climático, basado en los principios de sustentabilidad en el cumplimiento de la misión, a través del cuidado y protección del medio ambiente, uso responsable de los recursos energéticos y una acción efectiva respecto de los efectos del cambio climático.
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Año CXXXIX, Volumen 142, Número 1004
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