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NDICE
1. Introduccin62. Pueden producir los puertos energa renovable de origen marino?..102.1. Infraestructura Inteligente y sistemas energticos marinos.12
2.2. De puerto medieval a puerto contemporneo12
2.3. Un poco de historia: De Arqumedes a la energa de las olas...13
2.4. La marea como recurso15
2.4.1. Un poco de historia. De los tide mills o los molinos demarea de Londres del siglo III a la Central de La Rance
(Francia S.XX)..19
2.4.1.1. Una infraestructura que genera paisaje y ordena elterritorio. ...22
2.4.1.2. Molinos de mar y puerto..232.4.1.3. Una primera conclusin...242.4.1.4. Si fueron tan tiles y tan importantes, Por qu
dejaron de usarse los molinos de agua?......................24
2.4.2. El presente inmediato de las tecnologas que aprovechanla energa de las mareas27
2.4.2.1. Sistemas de generacin medianteembalse controlado. Centrales mareomotrices.
..27
2.4.2.1.1. Instalaciones en funcionamiento.292.4.2.1.2. Instalaciones de barrera con mayor tamao.312.4.2.1.3. La inversin econmica y el impacto
ambiental como factores limitantes31
2.4.2.2. Sistemas convertidores de la corrientes de las mareas31
2.4.2.2.1. Los sistemas convertidores de energa de lascorrientes marinas hoy32
2.5. La ola como recurso.34
2.5.1. La energa contenida en las olas..352.5.2. Un poco de historia. La energa de las olas en la historia
de la evolucin tecnolgica.382.5.3. Los sistemas Convertidores de energa de las olas hoy.40
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2.6. La energa maremotrmica, la temperatura del agua comorecurso.43
2.6.1. Un emplazamiento prximo a lugares profundos.462.6.2. Un poco de historia. George Claude, un emprendedor
colosal.47
2.6.3. La energa maremotrmica hoy...........50
2.7. La energa osmtica del agua salada como recurso...522.7.1. Presin retardada por osmosis (PRO).532.7.2. Electrodilisis Inversa (EDI)55
2.8. Conclusin 1: La respuesta a la primera pregunta es si.....57
3. Cmo justificar la puesta en servicio de convertidores energticos marinosen un recinto portuario?.....................................................................................59
3.1. Producir energa de origen renovable en Espaa....603.1.1. Los xitos del marco regulatorio renovable...653.2. Los Puertos y la Energa....703.2.1. Cmo justificar la puesta en servicio de convertidores
energticos marinos en un recinto portuario?........................73
3.2.2. Apunte 1. Un matiz relevante..733.2.3. La figura de la actividad Servicios Energticos en el
Espacio portuario..73
3.3. El uso del dominio Pblico Portuario estatal...743.3.1. Secuencia del Procedimiento autorizacin para el uso de
espacio en recinto portuario.77
3.3.2. Secuencia del procedimiento de concesin de uso deespacio en recinto portuario.78
3.3.3. Apunte 2. Solicitar una concesin administrativa..793.4. Barreras no tcnicas...79
3.5.
Conclusin 2. Fortalezas de los recintos portuarios para lageneracin de energa.............81
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4. Definicin de la propuesta...824.1. Trasformar energa, una manera de almacenarla.84
4.2. Infraestructuras en el espacio martimo.86
4.3. Infraestructuras en el espacio terrestre..87
5. La seleccin de los sistemas de generacin de corriente...885.1. El sector. Una primera impresin...89
5.1.1. El esfuerzo de Emec, de la IEA-OESiy de JackHardisty.90
5.2. Requisitos tcnicos para el volcado a red de los sistemas de
generacin de energa elctrica de origen marino.93
5.2.1. La produccin de corriente en continua o en alterna?5.2.2. Diversidad de sistemas de generacin.965.2.3. Sistemas de operacin y control..995.2.4. Supervisin de funcionamiento.1005.2.5. La propuesta de Hardisty seis instalaciones de energa
de las mareas...100
5.3. Requisitos que ha de cumplir la conexin a la red de los
convertidores marinos103
5.3.1. La frecuencia1055.3.2. La tensin.1055.3.3. Factor de potencia y control de tensin.1055.3.4. Calidad de la potencia Producida..1075.3.5. Protecciones del sistema..108 5.3.6. Toma a tierra...1105.4. Impacto generado por el volcado a red de la energa generada
con los convertidores marinos...112
5.4.1. Anlisis del sistema..115
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6. Tipos de generadores 1186.1. Tipos de Convertidores de la energa de las corrientes
marinas119
6.1.1. Tipos de turbinas empleadas en los convertidores de energade la corriente de las mareas120
6.1.1.1. Turbina Horizontal de flujo axial...1206.1.1.1.1. Sistema SeaGen..1216.1.1.1.2. La Turbina Gorlov1226.1.1.2. Turbina Horizontal de conducto con flujo axial...1236.1.1.3. Turbina vertical de flujo axial1246.1.1.4. Turbina de flujo cruzado1276.2. Tipos de Convertidores de la energa de las olas.128
6.2.1. Muchos y poco contrastados...130 6.2.2. Tipos de convertidores segn su posicin relativa a la costa.6.2.2.1. Instalaciones en la costa.1316.2.2.1.1. Sistema de columna oscilante (OWC).
Drakoo.131
6.2.2.1.2. Sistema OWC de desalacin directaOceanlinx133
6.2.2.1.3. Convertidores hidrulicos de costa.El Pendulor, el Seahorse134
6.2.2.1.4. Sistemas de generacin con Power Take Offelctrico...138
6.2.2.2. Instalaciones cerca del litoral1396.2.2.2.1. El sistema WaveStar. .1396.2.2.2.2. Sistemas flotantes1406.2.2.2.2.1. Sistema de generacin lineal
El Wedge y el OPT140
6.2.2.2.2.2. El sistema de masa rotanteEl Wello OY..143
6.2.2.2.2.3. Sistemas semi-sumergidos: El AWS.1466.2.2.2.2.4. Sistemas sumergidos. El Oyster1476.2.2.2.3. Instalaciones en mar abierto.1486.2.2.2.3.1.
Sistemas atenuadores. El Pelamis.148
6.2.2.3. Sistemas totalizadores El Wave Dragon...150
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7. Una propuesta para el Puerto Deportivo Marina Lanzarote comocaso prctico...152
7.1. El Puerto Deportivo Marina Lanzarote...153
7.1.1. Presentacin. Caractersticas del Puerto Deportivo MarinaLanzarote..154
7.2. Estimacin de los Recursos energticos renovables marinos del
Puerto Deportivo Marina Lanzarote...157
7.2.1. Corrientes de marea. Tnel de desage del Puerto MarinaLanzarote.158
7.2.2. Olas de pequeo tamao producidas por el viento y lascorrientes de marea. .158
7.2.3. Olas de primer impacto y retorno. La Punta de laLagarta.159
7.2.4. Olas en el frente litoral...1607.3. Criterios a tener en cuenta en la seleccin de equipos162
7.4. Cuatro artefactos flotantes convertidores de energa marinapara el Puerto Deportivo Marina Lanzarote...163
7.4.1. Drakoo para electrificar pantalanes con la ola pequea1647.4.2. Sistema Gorlov para desalar agua con las corrientes de
marea167
7.4.3. Wello Oy para la fabricacin de hielo de la Cofrada delPuerto de Arrecife...171
7.4.4. SeaHorse para la dotacin de aire comprimido en varadero...175
7.5. Prospeccin econmica..180
8. Conclusin.183
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1.Introduccin
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Puerto de Los ngeles, California. Octubre de 2013. Se inicia el servicio de
conexin elctrica desde el buque al muelle para embarcaciones de gran eslora(http.www.marinelink.com, 2013)
No es nuevo que las embarcaciones tomen corriente de la red elctrica del puerto,
ni agua, ni hielo. No es nuevo. Tal vez la novedad est en la dimensin, esta vez
el servicio alcanza a las embarcaciones de marina mercante de gran eslora, en eso
y en que supone el inicio de lo que puede ser una tendencia en el objetivo
estratgico de reducir las emisiones de en puerto.
Con la conexin elctrica desde el muelle al buque, una gran embarcacin de
crucero puede recortar el consumo de combustible hasta en 20 toneladas mtricas
y reducir las emisiones de en 60 toneladas mtricas durante una estancia de
10 horas enpuerto (Marquart, 2012,p57, Revista ABB4/10).
Imagen 1: Infografa Puerto de CaliforniaFuente: Elaboracin propia con imgenes rescatadas de http://www.abb.com/industries/ap
Una estrategia de trabajo, reducir emisiones , que se asienta en un entramado
normativo impulsado a lo largo de los ltimos aos, tanto desde el mbito
nacional con la EPA (Agencia de Proteccin Ambiental de los Estados Unidos),
como de organismos supranacionales como la CEE, la ONU o la propia OMI
(Organizacin Martima Internacional), que haciendo uso del convenio MARPOL
y ms en concreto de su Anexo VI de prevencin de contaminacin atmosfrica,
ha venido definiendo una sucesin de medidas de control que como la
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MEPC.190(60) 26 de marzo de 2010 de control de emisiones frente a la costa de
Norteamrica, que han ayudado a materializar esta conexin a tierra
californiana.
Un marco normativo que plantea reducir la contaminacin atmosfrica generada
por las embarcaciones que termina depositndose en el espacio terrestre,
continental o insular.
Tierra adentro, impulsados por la dinmica de los vientos, los residuos emitidos
desde la chimenea de cualquier embarcacin, son incontrolables.
Imagen 2: Dispersin de la contaminacin atmosfrica generada por las embarcaciones de marina mercante.Fuente:http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php 8 de febrero 2013
As es ms fcil entender la filosofa del marco normativo que intenta aliviar el
problema controlando la fuente de emisin, exigiendo responsabilidades, va
sancin a quien contamine ms de la cuenta, y por otro lado abrir soluciones.
Si un buque que est en puerto, la mejor forma de aminorar su huella ecolgica
es exigirles que pare sus motores, y se conecte a la red del puerto.
Aunque ya la Unin Europea con la Recomendacin 2006/339/CE de la
Comisin, de 8 de mayo, sobre el fomento del uso de electricidad en puerto
por los buques atracados en puertos comunitarios [Diario Oficial L 125 de
12.5.2006], fue la que abri posibilidad de que los buques puedan engancharse a
http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.phphttp://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php -
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tierra. Despus del puerto alemn de Ldeck (2008) y de Rotterdan (2012), el
Puerto de California ha sido el tercero en ponerlo en marcha.
Un nuevo concepto de puerto, que abre una nueva rea de negocio, venderelectricidad a las embarcaciones a cambio de ahorrar combustible, de no generar
emisiones, a cambio de no generar ruido.
Un rea de negocio que acerca a los sistemas de generacin renovable marinos al
puerto por ser el mar un acumulador de energa.
Adems de almacenar parte de la energa solar que recibe (aproximadamente
194 W/ ), el mar acta como transformador de las diferencias de atraccin
gravitatoria sobre las aguas por la accin de la luna y el sol que combinadas con
las inercias de la propia rotacin terrestre origina las mareas y las corrientes
marinas (Migulez Pose, 2009, p.67).
Una acumulacin energtica en el medio marino que es bastante superior a las
necesidades energticas mundiales actuales y en la que se identifican cuatro
fuentes o recursos, estos son:
- La energa contenida en las olas.- La energa generada por las mareas corrientes marinas.- La energa que se puede generar por el gradiente trmico.- La energa que se puede generar por el gradiente de salinidad.
El presente Trabajo de Fin de Grado en Ingeniera Martima hace una prospeccin
de cmo se puede aprovechar la energa renovable marina en una infraestructura
portuaria y la articula en torno a seis cuestiones:
1) Pueden producir los puertos energa renovable de origen marino?2) Cmo justificar la puesta en servicio de convertidores energticos
marinos en un recinto portuario?
3) Definicin de la propuesta.4) Criterios tcnicos para la eleccin del sistema de generacin marino.5) Tipos de generadores que se pueden instalar en un espacio portuario.6) Un caso prctico para el Puerto Deportivo Marina Lanzarote.
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2.Pueden producir los puertos energa renovablede origen marino?
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Imagen 3: Puerto de Stromness (Islas Orcadas, Escocia) Fuente: Elaboracin propia.
Visita a Stromness, el puerto con ms energa renovable marina del mundo.
Stromness, en La isla de Mainland (15.000 habitantes), en el archipilago de las
Islas Orcadas, Norte de Escocia, cuenta con el primer centro dedicado a la prueba
en mar abierto de convertidores energticos marinos del mundo. Financiado por la
Unin Europea, el EMEC (The European Energy Marine Centre Ltd.), gestiona
desde 2003 dos reas para la prueba de convertidores marinos:
- El punto de vertido de Billia Croo Wave Site en el que se prueban equiposconvertidores de olas.
- El puerto de Kirkwall desde el que se gestiona el Tidal Test Site destinadoa la prueba de equipos convertidores de corriente de marea de la Isla de
Eday.
Una actividad de prueba de equipos en mar abierto que, como veremos ms
adelante, tambin ha servido para optimizar el volcado a la red elctrica de tierra
de la energa producida.
Para obtener informacin sobre experiencias de aprovechamiento de energa
marina en puertos, visit las instalaciones del Emec y sus puertos. Dos pequeos
puertos de abrigo, sin apenas servicios, que sirven para dar logstica a la prueba de
equipos (de esfuerzos y componentes) en mar abierto, puertos sobre los que no se
ha planteado todava una reutilizacin de la energa captada.
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Imagen 4: Localizacin del punto de volcado a red ms prximo a StromnessFuente: Fotos de elaboracin propia con Plano tomado de www:// emec.uk.org
2.1. Infraestructura inteligente y sistemas energticos marinos.
La ausencia de servicios energticos en los puertos de las Islas Orcadas puede
estar debida a su ya comentado pequeo tamao y su escasa poblacin (15.000habitantes). Una ancdota, pues como podr ver el lector en este texto, producir
energa en puerto no es otra cosa que reivindicar que la infraestructura portuaria
gane en intencin, en servicio, en inteligencia. No es otra cosa que reivindicar con
las debidas matizaciones lo que ya se hizo antes.
2.2. De puerto medieval a puerto contemporneo.
Es decir, si queremos que los puertos produzcan energa debemos saber que antes
ya se produjo trabajo usando la energa del mar. Si queremos minimizar el
impacto, aprender de errores, debemos reconocer antes el paisaje, en l est la
respuesta.
Si el lector pudiera hacer un recorrido por la costa Este de Canad y Estados
Unidos, la costa de el Reino Unido, Francia, Espaa y Portugal, podra acumular
suficiente informacin de ejemplos prcticos de un tipo de infraestructura, los
molinos de mar (Tide Mills), que ya desde el ao 200 d.c. hasta entrado el sigloXX usaron la energa de la subida y la bajada de las mareas para producir trabajo.
Un patrimonio de casi dos millares de molinos de mar asentados en estuarios y
brcenas, con los que el hombre consigui moler grano aprovechando el empuje
de las mareas.
Un patrimonio, que nos da una primera respuesta y nos acerca a una de las
aventuras ms sorprendentes de la historia de la humanidad. Esa que imbrica las
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soluciones de Arqumedes en la Siracusa del Siglo III A.C. con los prototipos que los
tcnicos del EMEC prueban en las Islas Orcadas del Siglo XXI.
La lgica de la evolucin tecnolgica no siempre es lineal y rtmica. Como veremos a lo
largo de este repaso histrico introductorio, la evolucin de los sistemas que aprovechan
los potenciales del medio marino est lleno de intermitencias que en muchas ocasiones
dependen de coyunturas, de casualidades o de intuiciones puntuales.
A lo largo de este texto el lector encontrar referencias a distintas propuestas, a instantes
y personas que consiguieron aportar/concretar alguna idea que sirvi para este presente.
As con este texto el lector tiene oportunidad de revisionar una historia en la que todo est
por hacer.
2.3.Un poco de historia: De Arqumedes a la energa de las olas.La figura de Arqumedes surge como un referente irrenunciable. Es posible que a su
nombre se le hayan aadido ms mritos de los que acumul en vida, pero el hecho de
trabajar y definir conceptos como empuje, densidad, el nmero pi, la catapulta regulable,
las poleas, el empleo de los espejos parablicos, el clculo de los volmenes de distintas
figuras geomtricas, el tornillo para elevar agua, los mecanos que invento o sus estudios
sobre la palanca delatan una gran libertad mental y una enorme astucia.
Imagen 5: Composicin con los inventos de Arqumedes ms conocidos, tornillo sinfn, catapulta, polea, palancavolumen de la esfera, nmero , espejos convexos, definicin del empuje.
Fuente: Elaboracin propia con diversas fuentes.
Arqumedes, y la coyuntura en la que le toc vivir.
La experiencia vital de Arqumedes sirve para reivindicar la lgica con la que se
gestionaba el conocimiento durante el imperio de Alejandra. El concepto de
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museo vivo como una universidad sin filsofos. La creacin de una biblioteca universal.
La consolidacin de la geometra, el nacimiento de la ingeniera cientfica, son ejemplos
de un instante de la humanidad, que permita a ciudadanos como, Hern de Alejandra,
Euclides, Ptolomeo y el mismo Arqumedes, entre otros, afianzar un lenguaje que lesfacilitaba expresar los destellos de su intuicin.
La procedencia insular del genio pudo ayudar a que el omnipresente medio marino fuera
un recurso ms en las soluciones que impulsaba. Un esfuerzo que la comunidad cientfica
reconoce casi 2.200 aos despus incluyendo la denominacin de Arqumedes a varios
proyectos de energas renovables marinas.
As la propia definicin del empuje que experimenta un cuerpo al desalojar un volumen,
es, en s mismo, un yacimiento energtico renovable, pues es el principio que activa los
sistemas de generacin de energa de las olas denominados undimotrices.
Sus estudios sobre la palanca, el desarrollo de la garra como sistema de defensa anti
naval, el tornillo de Arqumedes como antesala de la hlice que el austriaco Joseph
Ressel consigue definir, casi 22 siglos despus (1897), nos acercan la realidad insular y
martima del genio.
En su pgina web el EMEC (www.emec.co.uk), hace un esfuerzo por aglutinar en una
misma vista la prctica totalidad de desarrolladores de sistemas energticos renovables
que evolucionan prototipos para producir energa con la fuerza de las olas y corrientes
marinas. Resulta llamativo y destacable como buena parte de esos inventos retoman y
afinan conceptos que Arqumedes impuls 22 siglos antes.
Imagen 6: Composicin de convertidores marinos que usan soluciones inventadas por ArqumedesFuente: Elaboracin propia con imgenes obtenidas de varios autores.
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2.4. La marea como recurso
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En un texto que Williams G.E. public en el ao 2000 en Reviews of Geophysics
titulado Geological constraints in the precambrian history of the earths rotationand the Moons orbit, encontramos un dato que nos ayudar a contextualizar una
definicin de la energa de las mareas, aqu lo tienes (traducido):
El fenmeno de las mareas da lugar a una prdida continuada de
energa mecnica en el sistema Tierra-Luna, debido al bombeo de agua a
travs de las restricciones del lecho marino. Esta prdida de energa
produce la disminucin de la velocidad de rotacin terrestre, de tal forma
que el periodo de rotacin se ha incrementado desde 21,9 horas hasta las
24 horas actuales en los ltimos 620 millones de aos, periodo en el que
la Tierra ha perdido un 17% de su energa rotacional.
Un dato que nos ayuda a entender que la energa de las mareas depende de:
- La atraccin lunar la que origina el desplazamiento de las aguas.- Las mareas son la manifestacin terrestre de los flujos de energa cintica
y potencial en el sistema Tierra-Luna y Sol.- La influencia del sol produce la aparicin de 2 abultamientos mareales de
origen solar.
- Los 2 abultamientos mareales parecen viajar alrededor de la Tierra almismo ritmo que la rotacin terrestre.
- Estas interacciones Luna-Sol sobre las aguas de la Tierra dan lugar a quela superficie de los ocanos se eleve.
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Cuando los abultamientos mareales lunar y solar se superponen es cuandose dan las grandes mareas vivas. En la imagen 7 vemos cual es la relacin
del campo gravitatorio que forman la Luna, Tierra y Sol durante las
mareas vivas.
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Imagen 7: Marea Viva o Equinoccial.Fuente:http://es.libros.redsauce.net
Imagen 8: Marea Muerta o de Cuadratura. Fuente: http://es.libros.redsauce.net
En la imagen 8 vemos cual es la posicin en la que se encuentran la luna, el
Sol y la Tierra durante las mareas muertas.
Todos los das las aguas del ocano suben y bajan de nivel dos veces, es decir
que a lo largo de 24 horas hay dos pleamares y dos bajamares.
Las mareas estn influenciadas por la luna, cuando esta se encuentra sobre el
meridiano de un lugar la atraccin es mayor, se produce entonces el flujo o
ascenso de agua al que corresponde otro flujo en el lado contrario de la tierra.
La hidrosfera o superficie de agua adopta en consecuencia la forma de una
elipsoide en cuyo eje menor se encuentran las bajamares.
La subida y bajada de la marea es ms apreciable en la franja litoral y el
intervalo de tiempo entre bajamar y pleamar es de doce horas y veinticinco
minutos, lo que produce un retraso de 15 minutos al da (que coincide con el
retraso que acumula cada da la Luna para alcanzar su punto ms alto).
La amplitud de la marea no es la misma en todos los lugares de la Tierra,
siendo nula en algunos mares interiores, como el Mar Negro, escasa en el
http://es.libros.redsauce.net/http://es.libros.redsauce.net/http://es.libros.redsauce.net/http://es.libros.redsauce.net/ -
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Mediterrneo (20-40 cm), al igual que en el Pacfico. Y alcanzando valores
notables en determinadas zonas del ocano Atlntico.
Los lugares de la tierra en los que la diferencia de cota entre marea alta y bajaes mayor los encontramos en la siguiente imagen:
Imagen 9: Localizaciones con mayor amplitud de marea del planeta.
Fuente: Energies Renovables Marines: implicaci en el mn actual i futur i fonts existents. Viabilitat de
subministrament energtic dun port catal. Autor: Denis Pons Fernndez.
Imagen 10: Distribucin del recurso energtico de la marea en el litoral de la Unin EuropeaFuente:http://www.emec.uk.org
En la prctica, la energa de las mareas termina siendo un recurso estable y
predecible por ser una consecuencia de procesos astronmicos regulares y no de
procesos atmosfricos.
Esa constancia y disponibilidad del recurso mareomotriz, no pas desapercibida
en la historia de la humanidad. Como veremos en las siguientes pginas, el
http://www.emec.uk.org/http://www.emec.uk.org/http://www.emec.uk.org/http://www.emec.uk.org/ -
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hombre no dej nunca de buscar soluciones que le permitieran aprovechar la
energa de las mareas.
2.4.1. Un poco de historia. De los tide mills o molinos de marea deLondres del siglo III a la Central de La Rance ( Francia S.XX).
No tenemos del pasado ms que una imagen deformada, y en todo caso
incompleta. Es necesario admitir que lo imposible a veces tambin pudo
realizarse(Torija Herrera, 2009, p.76).
Destinados a generar trabajo con la energa de las mareas, los molinos de marea
(tide mills) se construyeron a lo largo de casi 18 siglos.
Desde una primera referencia que lo ubica en el mismo ro Tmesis en el Londres
del siglo III, hasta la construccin (en 1961) de la Instalacin de la Rance en la
Bretaa Francesa y la de la baha de Kislaya (URSS, 1968). (construcciones que
no son molinos de mar pero que si aprovechan la energa de las mareas), se estimaen casi dos millares el nmero de molinos de mar dispuestos en las costas del
hemisferio Norte que baa Ocano Atlntico.
As a lo largo de esos 18 siglos de historia de la humanidad, el litoral que
conforman Canad, Estados Unidos a un lado del Atlntico, y el Reino Unido,
Irlanda, Pases Bajos, Blgica, Francia, Espaa y Portugal al otro lado ha sido
protagonista de la evolucin del molino de mar un artificio menor(Tajamar,
2005, p.27) cuya singularidad nos obliga a relacionarlo dentro del campo de la
tecnologa, con la evolucin econmica de las regiones.
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Imagen 11: Distribucin de Molinos de Marea por el litoral Europeo.Fuente: Molinos de mar y estuarios. Litoral Atlntico 2005.
Una infraestructura que tuvo su momento de mximo apogeo a lo largo de los
siglos XVII, XVIII y XIX, y que paulatinamente se dej de utilizar una vez se
inventa la mquina de vapor primero (1763), y que casi desaparece una vez se
consolida el empleo de los motores de combustin interna bien entrado el siglo
XX.
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Imagen 12: Secuencia histrica de los molinos ms antiguos.Fuente: Elaboracin propia con datos tomados de varios autores.
Los molinos de mar, se pueden describir como infraestructuras localizadas en el
espacio intermareal bien en el litoral, bien en los estuarios marinos, ensenadas o
brcenas. Su cometido es interceptar directamente el flujo de las mareas y, por
tanto, interviene en la regulacin de los caudales y salinidad de sus aguas.
Existen diferentes tipos de modelos dependiendo de su adaptacin al entorno
medioambiental, es decir, a las mareas, a las condiciones topogrficas y a la
disposicin de la propia rueda de molino.
Imagen 13 : Diferentes disposiciones de ruedas de molino de marea.
Fuente: Molinos de mar y estuarios. Litoral Atlntico 2005.
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Su implantacin propici a lo largo del siglo XVIII la creacin de instalaciones
industriales en el medio rural de toda la cornisa cantbrica, molinos de mar
ferreras y astilleros.
Con el siguiente Cdigo QR, el lector podr visualizar un video editado por El
Diario Montas sobre el molino de marea de Santa Olaja rehabilitado en 2003.
http://www.eldiariomontanes.es/videos/cantabria/cantabria-
general/2346962266001-santa-olaja-molino-mareas-marismas-joyel.html
2.4.1.1. Una infraestructura que genera paisaje y ordena territorio.
Los caudales provocan los cambios morfolgicos al desplazarse los puntos de
equilibrio entre aguas marinas y fluviales y por lo tanto los lugares de depsitos
de limos y arenas. La salinidad, sus diferentes grados, da lugar a variados sistemas
de flora y fauna que por encima de ciertos lmites hace incompatibles sus hbitats.
Y de la misma forma que flora y fauna son diferentes de ste o aquel lado de las
presas, sucede que en el subsuelo ocurren fenmenos interrelacionados, que
tendrn influencia en la agricultura o en el abastecimiento de agua a laspoblaciones.
As la implantacin de un molino de mar implica la generacin de un paisaje pues
con el paso de los aos se forj una estrecha interrelacin entre la actividad
humana tradicional, como la molinera y la pesca que a su vez ocasion
transformaciones geomorfolgicas que afect a la organizacin social de cada
lugar.
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2.4.1.2. Molinos de mar y puerto.
En el texto ya comentado de Molinos de mar y estuarios, encontramos una
ilustracin realizada por los arquitectos Luis Azurmendi y M ngeles Gmez quenos ayuda a visualizar la relacin que tenan los molinos de mar con los puertos.
La organizacin territorial en base a la actividad productiva y comercial
queda ilustrada en el plano del estuario del rio Asn. El trigo procedente
de Francia y Castilla era transformado en harina en los molinos de mar
(azul). El mineral de hierro es transformado en herramientas y clavazn
para la industria naviera en las ferreteras y martinetes (en rojo). Los
astilleros (azul claro) puertos (amarillo) y almacenes morado son los
elementos que articulaban toda la produccin y comercializacin(Asoc.
Cult. Tajamar, 2005,p.56).
Molinos de mar en azul, ferreras en rojo, astilleros en azul claro, puertos en amarillo y almacenesen moradoImagen 14: Detalle Organizacin territorial en base a la actividad productiva
Fuente: Luis Azurmendi y M ngeles Gmez. Molinos de mar y estuarios. Litoral Atlntico 2005.
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2.4.1.3. Una primera conclusin:
Esta perspectiva integradora del recurso energtico renovable marino con la
infraestructura portuaria nos puede servir para contestar afirmativamente a
la pregunta con la que hemos iniciado este captulo. Esa que nos peda
encontrar precedentes de generacin de energa renovable de origen marino
vinculada a infraestructuras portuarias.
Una respuesta, que automticamente nos abre una duda.
2.4.1.4. Si fueron tan tiles y tan importantes, Por qu dejaron de usarse losmolinos de agua?
La respuesta a esta cuestin puede tener tres recorridos, el social, el tecnolgico y
el legislativo.
a. Los molinos y la gente.En un catlogo de exposicin que el escritor Sammlung Goetz realiza para el
artista Andreas Slominski denominada Mouling Rouge, Goetz apunta algunas
claves que pueden ayudar al lector a descifrar el motivo por el que los molinos
dejaron de aparecer en centro de los cuadros, porqu dejaron de usarse. Segn
Goetz los molinos no tienen horas normales de trabajo, por lo que sus
trabajadores no pueden participar en la vida normal del pueblo.
La vida del molinero, en la costa, est sometida a la alternancia de las
mareas. En su actividad profesional hay dos periodos muy diferentes que
se repiten sin cesar: el periodo de las aguas vivas aprovechado para la
molienda, y el de las aguas muertas, dedicado a la conservacin del
molino y a los viajes, si el molinero trabaja solo(Slominski, 2012,p89).
Segn Goetz la localizacin de los molinos (de viento) son sospechosas de ser
siniestras o misteriosas, al fin y al cabo deban ser lugares ventosos, expuestos al
rigor de los vientos y de las corrientes.
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Si buscramos en la literatura clsica referentes sobre los molinos y las personas
nos encontraramos, en su captulo octavo a Don Quijote, a todo galopar, lanza en
mano, dispuesto a vencer a los gigantes que resultaron ser molinos. Es de destacar
como Cervantes, fino e irnico, encuentra la forma de protestar contra los
molinos, un escritor manco que tena por profesin la de recaudar impuestos por
toda la orografa espaola, pone a su hidalgo caballero a luchar contra los
molinos.
Pero no es Cervantes el nico autor de la literatura universal que nos apunta
captulos de polmica relacionada con los molinos.
En el Siglo XX y con el texto Rebelin en la granja, George Orwell, describe en
uno de sus captulos ms intencionados la lucha que provoca la construccin de
un molino en la granja. La enorme sensibilidad y preocupacin que demostr
tener Orwell (autor de la clebre 1984), con la tica de la evolucin tecnolgica,
aporta momentos especialmente decepcionantes en la construccin de un molino
de viento que:
Hara funcionar una dinamo y suministrara energa elctrica a la finca.
Eso permitira dar luz a las cuadras y poner calefaccin en invierno, y
tambin hara funcionar una trituradora de paja una cortadora de
remolacha forrajera y una ordeadora elctrica(Orwell, 1944, p87).
Un objetivo que desencadena, una trama de guerras de poder, de traiciones y de
abusos que Orwell consigue sintetizar en una frase.
Si hubiera podido expresar sus pensamientos habra sido para decir que
no era eso lo que haban querido al ponerse a trabajar, haca aos
Al enorme esfuerzo que supone la construccin de molinos de mar, que
normalmente eran edificaciones aisladas y expuestas a un entorno riguroso, haba
que aadirle el esfuerzo que requera su explotacin.
La rotacin de las mareas haca que la apertura y cierre de compuertas no tuviera
un horario regular. Organizar la salida y la entrada de grano en la molienda, las
averas, las crecidas del ro, las tormentas, con los mantenimientos nos ayudan aentender que las personas que los explotaban participaran poco en la vida social.
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b. La evolucin tecnolgica como causa de la desaparicin de los molinosde mar.
Es fcil entender que con la llegada de sistemas de generacin energtica ms
constantes como la mquina de vapor o los motores de combustin interna, los
molinos de mar empezaran a dejar de usarse.
As, con el tiempo y las nuevas tecnologas, los astutos molinos de mar quedaron
expuestos a la intemperie, al desuso, al rigor de las crecidas del mar, del ro, a los
vientos que poco a poco los fueron borrando del paisaje un patrimonio
arquitectnico mecnico del que por alguna razn consciente o inconscientemente
decidimos olvidar.
c. El marco normativo que oblig a desecar las marismas.Pero ese olvido colectivo fue reforzado con la ley de Camb que en 1918
promovi la desecacin de las marismas por entender que era un suelo
improductivo. As los cambios tecnolgicos y de productividad, de los hbitos de
alimentacin, de organizacin de los sectores productivos del campo, los molinospierden su funcin y se abandonan los estuarios, dentro de una poltica general
higienista, rural y urbana, son sometidos a una presin de saneamiento, que se
traduce en una euforia de desecaciones y concesiones que la propia ley Camb
impulsa, aparecen los grandes muros de desecacin, incluso las propias presas de
los molinos ser a veces utilizadas como muros de contencin, y las grandes
extensiones del mar en ensanches de ciudades o praderas.
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2.4.2. El presente inmediato de las tecnologas que aprovechan la energa delas mareas
El resultado al igual que ocurre con electricidad la corriente continua y la
corriente alterna con el motor diesel y de gasolina, la energa de las mareas ha
encontrado dos opciones preferentes bien:
- Sistemas de generacin mediante embalse controlado. CentralesMareomotrices.
- Sistemas convertidores de la corrientes de las mareas.
2.4.2.1. Sistemas de generacin mediante embalse controlado. Centrales
mareomotrices.
Como hemos visto en la introduccin anterior la combinacin de embalse
controlado mediante compuertas con molino de mar es una de las primeras
opciones que se desarroll para explotar el recurso energtico de la marea.
Una opcin a considerar cuando:
La diferencia de cota entre la pleamar y la bajamar supera los 4 metros
de altura.
Lo permitan las condiciones orogrficas Preferentemente en estuarios
y embalses.
No genere un impacto ambiental irreversible, por afeccin al ciclo vital
de la biodiversidad.
La clave del funcionamiento de una central mareomotriz, es contener el agua en
un depsito artificial durante la pleamar y soltarla durante la bajamar.
Al igual que en las centrales hidroelctricas, el agua pasa a travs de unas turbinas
para generar electricidad.
La forma ms simple de construir este depsito artificial es levantando un dique
de contencin en la parte estrecha de un estuario.
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Imagen 15: Planta general e hidrulica del Molino de Santa Olaja.Fuente: Molinos de mar y estuarios. Litoral Atlntico 2005.
Un 25% del tiempo produciendo.
La cantidad terica de energa extrable por ciclo de marea (unas 12 horas), el
rendimiento probable de las centrales mareomotrices no superar el 25%, por lo
que el potencial aprovechable es considerablemente menor que el disponible.
Como ya se ha indicado, slo hay un nmero limitado de lugares en todo el
mundo, donde las condiciones de la marea son adecuadas para su explotacin (que
tengan mareas de unos 4 metros de altura), ya que se requieren circunstancias muy
especiales de acumulacin en bahas en las que la friccin del agua crea un
desnivel suficiente para permitir su paso por turbinas de gravedad.
La clave est en que cuando la marea est crecida se cierra el estuario de forma
que, al bajar la marea, se establece una diferencia de niveles de agua, entrando en
funcionamiento la turbina hasta que, debido a la siguiente marea, los niveles se
igualan.
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Imagen 16: El ciclo de la marea y el ciclo de funcionamiento de un sistema captador de marea de efecto simple.Fuente: El posible aprovechamiento de las corrientes marinas en Veracruz. Camacho Barrradas Jos Miguel. 2011.
El funcionamiento de una central mareomotriz puede optimizarse disponiendo de
ms una presa de almacenamiento y secuenciando convenientemente la descarga
de las mismas. En el siguiente cdigo QR vemos un proyecto Surkoreano para
incoporar una doble etapa en las instalaciones de Sihwa Tidal Power Plant.
http://www.youtube.com/watch?v=lnHwb8BKJzU
2.4.2.1.1. Instalaciones en funcionamiento:
La mayor central de energa mareomotriz del planeta se ha instalado en el borde
del lago artificial de Sihwa frente al mar cercano a Sel, y ocupa una superficie de
140.000 metros cuadrados. Cuenta con diez turbinas de 25,4 megavatios y ocho
compuertas operan en la parte inferior de esta estacin de 15 pisos de altura, cuya
construccin se inici en 2004 y supuso un desembolso de 335 millones de
dlares.
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La segunda planta ms grande de energa mareomotriz con una capacidad de
240Mw est en el estuario de La Rance, al norte de Francia. Esta estacin deenerga ha estado en operacin desde 1968, con una disponibilidad del 93% y es
la nica en operacin hoy en da sobre una base comercial.
Otra instalacin a destacar es el Proyecto de Energa de Mareas Annapolis de
20Mw, en Annapolis real, en Nueva Escocia en la baha de Fundy oper en su
primer ao (1984) con un 99% de disponibilidad.
Estos emplazamientos han proporcionado valiossima informacin para el
desarrollo de esta tecnologa y han servido para demostrar la viabilidad de esta
fuente de energa.
La antigua Unin Sovitica construy una pequea planta de demostracin de 400
kilowatts en Kislogubskaya en 1967.
Imagen17: Mosaico de instalaciones maremotrices de Sihwa y La Rance.Fuente: Elaboracin propia con imgenes de tomadas de varios autores.
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2.4.2.1.2. Instalaciones de barrera con mayor tamao.
Instalacin Pas Sistema de Power Take Off
Barrera de La Rance Francia Turbina de Bulbo
Barrera de Annapolis Nueva Escocia, Canad Turbina de Straflo
Silwa Tidal Barrag Korea Turbina de Bulbo
Jiangxia China No especificada
Kislaya Guba Rusia Turbina de Bulbo
Offshore Tidal Lagoons Reino Unido No especificado
Tidal Delay Australia No especificado
Two-Basin Barrage Mxico No especificado
Tabla 1: Sistemas de barreras de mayor tamao.Fuente:Ocean Energy:Global technology development status. IEA-OES Document No. T0104
2.4.2.1.3. La inversin econmica y el impacto ambiental como factores limitantes.
Este tipo de soluciones requiere de una infraestructura de gran tamao, y por tanto muy
costosa, su explotacin es compleja y adems de generar energa de forma intermitente
genera impacto ambiental por afeccin a la salinidad de los suelos, y al cambio del ciclo
vital de la biodiversidad presente en los embalses.
Un cuadro de conclusiones que hacen que estas instalaciones no sean rentables y muy
poco competitivas frente a los convertidores de las corrientes de las mareas.
2.4.2.2. Sistemas convertidores de la corrientes de las mareas.En el ltimo bloque de este mismo trabajo veremos el detalle del cmo funcionan los
convertidores de energas de las corrientes marinas, denominados TEC (Tidal Energy
Converter).
Como primera nota podemos apuntar que en principio son sistemas que no requieren tanta
infraestructura para su puesta en servicio como los de barrera, que son ms verstiles y
que por el momento alcanza un tamao ms contenido.
En la actualidad se contabilizan hasta 88 desarrolladores de sistemas TEC que tratan de
alcanzar el diseo ms eficiente para el recurso corriente marina.
Una lnea de trabajo que aprovechando los avances de la energa elica, se inicia a
mediados de la dcada de 1980 y que hasta 1990 destaca por ser un periodo en el que no
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se consiguieron avances significativos, una lgica de funcionamiento en la que se
empleaban componentes convencionales para conseguir una fiabilidad segura a un coste
mnimo.
Es el ao 1988 en el estrecho de Kurashima Japn se instala una turbina de 1,5 metros
que era capaz de generar 3,5kW.
La segunda fase en el desarrollo de los equipos TEC se inicia a partir de 1990 y va a
suponer un aumento del nmero de sistemas a desarrollar e instalar y va a mejorar el
detalle tanto en los materiales empleados como en la calidad y profundidad de los
estudios sobre las corrientes.
Una de las consecuencias de este avance en la prueba de equipos y conocimiento es queentre 1992-1993, se consigue reducir el coste de produccin del kWh producido hasta
unos 15 euros, una cifra que no est lejos de otras tecnologas como la fotovoltaica que
alcanzaba por entonces un coste de casi 10 /kWh.
En 1994, en el lago Linnhe, Escocia, Marine Current Turbines S.A.( MCT) va a conseguir
poner en marcha un rotor flotante de 3,5 metros de dimetro que ser capaz de generar 15
kW de potencia con una corriente de 2,25 m/s.
Ser a partir de 1996 cuando se va a desarrollar rotores, para aguas poco profundas, quealcanzan los 15 metros de pala y potencias de entre 200 a 700 kW. Una generacin de
rotores que tuvo complejos problemas tcnicos y de mantenimiento que se intentaron
subsanar con una segunda generacin de rotores con multiplicadora de baja velocidad o
cambio de velocidad hidrulico.
1.4.2.2.1. Los sistemas Convertidores de energa de las corrientes marinashoy:
En la actualidad se est desarrollando la tercera generacin de estos equipos a los
que se han incorporados nuevos sistemas de control y electrnica de potencia.
En la ltima parte de este trabajo el lector tiene ocasin de ver un anlisis ms
detallado sobre las caractersticas tcnicas de este tipo de equipos.
En la siguiente imagen se incorpora una vista mural en la que aparece la totalidad
de sistemas Tidalque linkea la pgina web del emec (noviembre 2013).
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Imagen 18: Composicin vistas de sistemas de generacin con energa de las mareas.
Fuente: Elaboracin propia con imgenes enlazadas de http://www.emec.org.uk/
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2.5.La ola como recurso
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2.5.1. La energa contenida en las olas.
En el libro La energa que viene del mar, encontramos una definicin sinttica
que nos ayuda a entender mejor este recurso:
La energa de las olas es una forma de energa solar concentrada
Su tamao y frecuencia depende de la velocidad del viento, por lo que
puede considerarse como energa elica y por tanto solar concentrada-
almacenada.
La ola transmite dos pulsos a las partculas de agua que la forman:
La energa cintica y la energa potencial.
Imagen 19: Energas cintica y potencial de la ola.
Fuente: Una aproximacin al aprovechamiento de la Energa de las olas Julia Fernndez Chozas. 2008
Imagen 20: Origen de la energa de las olas.
Fuente: Una aproximacin al aprovechamiento de la Energa de las olas Julia Fernndez Chozas. 2008
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La ola es, por tanto, un derivado terciario de la energa solar (imagen 16). El
calentamiento de la superficie terrestre produce viento y este a su vez genera oleaje. Las
diferencias de densidad generan desplazamientos del aire (viento), de distinta intensidad y
duracin que consigue producir una ola.
El oleaje acta como acumulador de energa, pues consigue recibir energa almacenarla
en su capa superficial y transportarla a lo largo de miles de millas marinas con mnimas
prdidas de energa.
La energa generada en cualquier parte del ocano acaba en el borde continental.
Pese a que las prdidas de energa son mnimas, la densidad energtica del oleaje es
menor cerca de la costa, por la interaccin de las olas con el lecho marino. Una prdida de
energa que puede ser compensada por los fenmenos de reflexin y de refraccin de las
olas provocadas por el choque de las olas con los obstculos presentes en la trama del
litoral que originan las llamadas concentraciones de energa o hot spot.
Otra caracterstica destacable del recurso ola es que es ms estable que el viento, es
concentrado, predecible, de alta disponibilidad y cercano a los consumidores.
El potencial energtico de las olas.
La potencia de las olas depende del cuadrado de la altura de la ola, o lo que es lo mismo,
de su energa cintica y del periodo o frecuencia del movimiento.
La potencia del frente de ola por unidad de longitud (b=1) es:
En la que:
es el peso especfico del agua
H es la altura de la ola
C es la velocidad de la ola
L es la longitud de la onda.
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El EMEC (European Maritime Energy Centre) ha realizado un esfuerzo
divulgativo de definicin del recurso primero a la vez que ha establecido cual es elprocedimiento que ha de seguirse para medir la energa de las olas y generado un
plano de cul es la potencia media en los distintos puntos del litoral europeo.
Imagen 21: Distribucin del tamao medio de las olas por el globo terrqueo.Fuente imagen generada por la NASA y divulgada en el espacio webhttp://www4.rgu.ac.uk
Por su parte el Instituto para la diversificacin y el ahorro de energa Idae hagenerado un plano de detalle sobre cul es la potencia media que tienen las olas
que baan la costa espaola y que vemos en la siguiente imagen.
Imagen 22: Vista del plano de potencial de la energa de las olas generado por el Idae.Fuente:http://www.enola.ihcantabria.com
http://www4.rgu.ac.uk/http://www4.rgu.ac.uk/http://www4.rgu.ac.uk/http://www.enola.ihcantabria.com/http://www.enola.ihcantabria.com/http://www.enola.ihcantabria.com/http://www.enola.ihcantabria.com/http://www4.rgu.ac.uk/ -
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2.5.2. Un poco de historia. La energa de las olas en la historia de la evolucin
tecnolgica.
En 1799 Girard Messers propone una patente en la que un sistema flotante queda
conectado a la costa por una palanca, que consegua transmitir un movimiento
alternativo que por medio de un trinquete se terminaba convirtiendo en
movimiento rotativo.
En 1869, aparece el registro de un invento del espaol Ruiz que aprovechaba el
paso de las olas a travs de un dique hacia un depsito interior. Una creacin que
mejor el tambin espaol Bernot en 1881 sustituyendo el complicado sistema de
vlvulas por compuertas.
En 1885 Jos Barrufet y Veciana (12) public en un opsculo de 32 pginas un
ingenio para aprovechar la energa de las olas que denomin marmotor que
contaba con flotadores que suban y bajaban libremente a impulso de las olas, y
que a travs de un trinquete transmitan energa al eje horizontal, asociado a su
vez al volante de inercia.
1892 A.W. Stahl, publica uno de los primeros artculos que abordan la energa de
las olas y que titul The utilization of the power of ocean waves.
En 1898 P. Wright patenta un motor que recibe la denominacin de Wave motor y
que McCormick analiza en una publicacin de 1981.
En 1910 Bochaux-Praceique consigue generar la luz y la energa de su casa en
Royan cerca de Burdeos en Francia. En la que es reconocida como la primeracolumna de oscilacin de agua.
En 1911, esta vez en Estados Unidos la revista Power publica un artculo sobre
la ltima tecnologa en motores de olas inventada por la Wave Power Company.
1921 el Instituto Oceanogrfico de Mnaco, utiliza una bomba accionada por las
olas para elevar agua a 60 m con una potencia de 400 W.
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En 1926, Volvemos a los sistemas de generacin de energa el seor Coyne
experimenta en la costa de la Bretaa un sistema que alcanza un rendimiento del
5%.
En 1945 Yoshio Masuda inicia una serie de experimentos con la idea de utilizar
la energa de las olas para alimentar las luces de navegacin. Entre ellos estaba el
concepto de extraccin de energa a partir del movimiento angular en las
articulaciones de una balsa articulado, que fue propuesta en 1950 por Masuda.
En 1974 Stephen Salter publica en la revista Nature un artculo sobre la captacin
de la energa de las olas con un convertidor denominado Duck, que consigue
captar la atencin de la comunidad cientfica internacional.
1974 M.E. McCormick publica un artculo en of Hydronautics sobre, Analysis of
a Wave-Energy Conversion Buoy, con el que se inicia una labor de divulgacin de
un tipo de soluciones que de forma simultnea e inconexa empiezan a
desarrollarse en pases como Noruega, Francia y Japn entre otros.
1976 Mashuda promueve la construccin del primer convertidor de gran tamao
para desarrollar pruebas en mar abierto. Un sistema que denomin Kamei y queconsista en una embarcacin de 80 metros de eslora por 12 de manga que se
utiliz como plataforma de pruebas de distintos equipos de columna de agua
oscilante.
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Imagen 23: Evolucin histrica de los primeros convertidores de energas de las olas.Fuente: Elaboracin propia con recursos y anotaciones tomadas de varios autores.
2.5.3. Los sistemas Convertidores de energa de las olas hoy:
De 1855 a 1973, ya haba 340 patentes registradas solamente en el Reino Unido.
Esta ltima referencia al elevado nmero de patentes nos ayuda a entender el
paisaje. Si el lector cuenta con un sistema de Smartphone, el siguiente cdigo bidi
le permitir acceder a la pgina web del Emec en el que se incorpora una lista de
desarrolladores de sistemas WEC (Wave Energy Convertors) que producen
energa con la energa de las olas.
http://www.emec.org.uk/marine-energy/wave-developers/
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Un total de 188 patentes con distinto nivel de maduracin y para el que es
complejo organizar una clasificacin ntida. Muchas de ellas son solucionesconceptuales, que no terminan de definir cul va a ser su rgimen de uso, es decir,
la frecuencia, la altura o la estacionalidad de la ola, para la que estn pensados.
Son muchos los autores que tratan de organizar una clasificacin segn su
ubicacin si estn vinculados a estructuras de tierra, (On Shore), estructuras de
mar (Off Shore), o cerca de tierra (Near Shore), segn si est aislado, apoyado en
el fondo, en dique, si es flotante o sumergido, segn su tamao, o segn el
sistema de generacin, bien por turbina vertical, turbina horizontal, si es activado
por un sistema hidrulico, o accionado por aire etc.
Imagen 24: Sistemas Off-shore Flotantes.Fuente:http://www.tecnalia.info
El propio Emec propone una clasificacin que incorporamos en la siguiente vistapero que no nos ayuda puesto que abarca a la totalidad de sistemas.
Imagen 25: Clasificacin de convertidores de olas segn el principio de captacin.Fuente: http://www.emec.uk.org
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Para que el lector comparta la complejidad he elaborado, en la siguiente imagen,
un mosaico de propuestas de sistemas de generacin de energa de las olas.
Imagen 26: Mosaico de grficos de sistemas convertidores de olas.Fuente: Elaboracin propia empleando imgenes de varios autores.
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2.6. La energa maremotrmica, la temperatura del agua como recurso.
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Es en el libro 20.000 leguas de viaje submarino, de Julio Verne (1870), en el que
por primera vez se anticipa la idea, el concepto de generar energa aprovechando
el gradiente trmico entre las aguas superficiales y las profundas.
A diferencia de otros recursos energticos marinos no existe una variedad de
tecnologas y sistemas tan abultada.
El principio de funcionamiento que activa de estos sistemas de generacin
denominado Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC), es el de la diferencia de
temperatura, de un mnimo de 20C, entre la lmina de agua superficial y la
profunda.
Imagen 27: Disposicin Esquemtica de una Central C.E.T.O.Fuentehttp://es.libros.redsauce.net
Entre el foco fro y el caliente incorporamos un compresor y una turbina de bajapresin que viene a funcionar atendiendo a las etapas que dispuso Rankine en su
ciclo trmico y que segn el tipo de fluido caloportador empleado puede ser un
sistema en ciclo trmico cerrado (con amoniaco o tetrafluoretano ),
o en ciclo abierto (utilizando agua caliente como fluido de trabajo).
http://es.libros.redsauce.net/http://es.libros.redsauce.net/http://es.libros.redsauce.net/http://es.libros.redsauce.net/ -
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Imagen 28: Esquema conceptual de una central maremotrmica de ciclo abierto.
Fuente: Energies Renovables Marines: implicaci en el mn actual i futur i fonts existents. Viabilitat desubministrament energtic dun port catal. Autor: Denis Pons Fernndez
Imagen 29: Esquema conceptual de una central maremotrmica de ciclo cerrado.Fuente: Energies Renovables Marines: implicaci en el mn actual i futur i fonts existents. Viabilitat de
subministrament energtic dun port catal. Autor: Denis Pons Fernndez.
La idea es que el agua caliente de la superficie de mar se bombea hacia un
intercambiador de calor por el que circula el fluido caloportador de trabajo que
se vaporiza al absorber el calor del agua, siendo la expansin del vapor la que
hace girar la turbina de baja presin que arrastra un alternador que genera energa
elctrica.
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Una vez sale de la turbina el fluido de trabajo, todava en fase de vapor, atravesar
un segundo intercambiador de calor por el que circula el agua fra con el que seconsigue condensar, para que una vez lquido pueda reiniciar el ciclo.
Este tipo de plantas requiere costosas inversiones, tanto para su materializacin
como para su explotacin, ya que trasladar la energa producida al punto de
consumo implica salvar grandes distancias y a que para su generacin requiere
considerables profundidades.
2.6.1. Un emplazamiento prximo a lugares profundos.
Como hemos visto los criterios de operacin en condiciones aceptables de
rendimiento, requieren de una localizacin en la que la diferencia de temperatura
entre las aguas superficiales y profundas, supere los 18C de forma constante y
durante todo el ao.
Unos requisitos que son posibles a una profundidad aproximada a los 100 m.
Esta premisa hace como mejores candidatos las regiones ecuatoriales tropicales ysubtropicales. Siendo los emplazamientos con mejores condiciones los siguientes
archipilagos:
Las islas de la Polinesia.
La Indias Occidentales
El Golfo de Guinea
El Mar del Coral
Islas Canarias.
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Imagen 30: Diferencia de temperatura entre la capa superficial del mar y los 1000 metros de profundidadFuente: http://ecofactory.blogspot.com.es/2008/02/otec-energia-termica-oceanica.html.
2.6.2. Un poco de historia. George Claude, un emprendedor colosal.
En 1930 y con cmaras de cine como testigos George Claude, discpulo del fsico Jacques
Arsene drsonval (que en 1881 haba propuesto el empleo de la energa trmica del mar
para producir energa).
Claude, que para entonces ya era un prestigioso, famoso y millonario ingeniero qumicofrancs que a comienzos de Siglo XX haba conseguido inventar y patentar las luces de
nen, licuar el oxgeno, separar los gases que forman el aire, el argn, el helio, fabricar
amoniaco y fundar la que hoy es una de las mayores multinacionales del mbito qumico,
Air Liquide.
Como decamos, en 1930, el inventor George Claude consigue construir en la isla de
Cuba una planta de 22 kW de potencia que funcionaba mediante el ciclo abierto de
Rankine (con agua de mar), entre dos fuentes trmicas con 14C de diferencia, y que para
obtener un rendimiento del 1% emple un total de 2 kilmetros de tubera de 1,6 metros
de dimetro.
Una planta que el lector puede ver en el cdigo adjunto a pie de texto, videos del propio
Claude describiendo, con mpetu, el funcionamiento de la planta, en el mismo espacio
web el lector encontrar imgenes del cmo se armaron y botaron a la baha de Matanzas
los 2 kilmetros de tubos que hicieron funcionar a la mquina hasta que 11 das despus
una tempestad destruy la conduccin de agua fra.
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En la misma web podremos encontrar del segundo experimento de Claude que en
1935 construy sobre la Tuinisie, un buque mercante de 10.000 Toneladas quefonde en aguas profundas en la costa de Brasil y que estaba equipado con un
total de 8 turbinas de ciclo abierto, con 257 kW cada una, que unidas entre s
activaban un alternador de 800 kW, y un compresor rotativo de amoniaco
destinado a fabricar hielo (Friedich, 1991, p.231).
http://www.otecnews.org/2013/01/georges-claude-the-genius-gone-astray/
El enorme coste de explotacin de este tipo de plantas es el factor que ms limitasu uso En Costa de Marfil (1954), la compaa francesa Societ Energie des Mers
complet un proyecto con dos mdulos (de 5 MW cada) y una potencia neta de 7
MW que en ciclo abierto y con una tubera de 4 km alcanzaba un gradiente
trmico de 20 C. Un esfuerzo que qued abandonado a cuenta de los ya
mencionados costes de explotacin y la bajada del precio del petrleo.
Los sucesores de Claude.
En la dcada de los 60 y en Estados Unidos se desarrollan de forma simultnea
tres proyectos de gran potencia que funcionarn con amoniaco como fluido
caloportador en ciclo cerrado, estas son:
La central de Lockheed de 160 MW
La T.R.W. de 100 MW
La John Hopkins University de 100 MW
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Por su parte, la compaa elctrica Tokio Electric Power Company desarroll
entre 1970 y 1981 una experiencia piloto en la isla Nauru de una pequea
planta maremotrmica que funcion en ciclo cerrado de 100 kW, pero que
slo en consumo propio funcionamiento gastaba 90 kW. Tambin en este caso
los costes de explotacin forzaron su cierre.
Durante la dcada de los 70 se instal en Keahole Point (kona, Hawai), un
centro de investigacin que funcion ininterrumpidamente hasta 1999 y que
puso en marcha pequeas plantas con una potencia no superior a los 300kW.
Imagen 31: Evolucin histrica de los sistemas maremotrmicos.Fuente: Elaboracin propia con recursos tomados de varios autores.
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2.6.3. La energa maremotrmica hoy.
OTEC para desalar agua en los buques de la USNAVY:
En la actualidad cabe destacar el esfuerzo que la empresa Ocean Thermal
Energy Corporation est desarrollando para la marina de los Estados Unidos,
un diseo con el que se propone sustituir el uso de generadores auxiliares para
la desalacin de agua por una planta de OTEC de 13MW de potencia.
Hawaii, siguiente etapa:
El equipo Lockheed Martin se ha unido a Makai Ingeniera ocenica para
completar el diseo de una planta de OTEC cerrada de 10 MW que iniciar su
funcionamiento en 2013.
Hainan, China:
La empresa Lockheed, est construyendo una planta de 10 MW de capacidad
en Hainan, sur de China.
Isla de Kume, Okinawa, Japn:
En fase de pruebas durante los aos 2013 y 2014, se trata un trabajo que
coordina la Universidad de Saga y que cuenta con una planta OTEC de 50 kW
de potencia, que reutiliza un tubo de admisin preexistente (empleado como
toma de agua para la pesca y la agricultura), y tiene por cometido analizar los
cambios de temperatura que produce el cambio climtico sobre la masa de
agua.
Otros usos:
Desalacin:
Produce agua salada mediante la condensacin del vapor de agua en los
condensadores de superficie. Los primeros datos apuntan que una planta
de 2 megavatios podra producir alrededor de 4.300 metros cbicos de
agua desalada al da.
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Aire acondicionado:
El agua de mar fra utilizada en un sistema OTEC supone una oportunidad
para proporcionar grandes cantidades de refrigeracin para las industrias y
los hogares cercanos a la planta. El agua se puede utilizar en los
intercambiadores de calor para proporcionar aire acondicionado para
edificios.
El Hotel Intercontinental resort de Bora Bora.
Utiliza un sistema de OTEC que usa la fuente fra para generar aire
acondicionado. El sistema de agua de mar pasa a travs de un
intercambiador de calor donde se enfra el agua dulce en un sistema de
circuito cerrado.
El Copenhague Energy.
Inaugur en 2010 una planta de refrigeracin para el distrito de
Copenhague, Dinamarca. La planta suministra agua de mar fra para
edificios comerciales e industriales, y ha reducido el consumo de
electricidad en un 80 por ciento.
Bahamas.Ocano Thermal Energy Corporation (OTE) ha diseado un sistema
OTEC para un resort de vacaciones en las Bahamas.
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2.7. La energa osmtica. La salinidad como recurso.
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En 1960 con la creacin de las membranas sintticas de smosis a cargo del
Ingenieros Qumicos Sidney Loeb ySrinivasa Sourirajan, se abre una doble lneade trabajo, de un lado la desalacin de aguas y de otro la generacin de energa. A
lo largo de los ltimos aos se han desarrollado dos opciones para aprovechar las
membranas sintticas de smosis en generacin de energa:
- Presin retardada por Osmosis (PRO).- Electrodilisis Inversa (EDI).
2.7.1. Presin retardada por osmosis (PRO).
Tambin llamada energa osmtica, fue definida en el ao 1973 por el
Ingeniero norteamericano Sidney Loeb, y es desarrollada, desde 1998 por
la empresa noruega Statkraft.
El proceso consiste en introducir agua de mar (que en este proceso es
denominado fluido hipertnico), con agua de ro (denominado fluido
hipotnico). Ambos fluidos se introducen, mediante bombas de aspiracin,
en dos cmaras separadas por una membrana semi-permeable.La diferencia de concentracin salina produce una circulacin de fluido
hipotnico (agua dulce) a travs de la membrana hacia la cmara
hipertnica, para igualar la concentracin en ambas cmaras, se
incrementa la presin en la cmara donde se produce la mezcla.
ste incremento de la presin se denomina la presin osmtica y se puede
calcular de la siguiente manera:
=
Donde:
:es la presin osmtica.
: Densidad resultante de la mezcla de agua dulce y salada.
g: gravedad: 9,81 m/s2.
h: Diferencial de altura de la columna de agua.
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Imagen 32: Representacin del proceso (PRO) .
Fuente: Energies Renovables Marines: implicaci en el mn actual i futur i fonts existents. Viabilitat de
subministrament energtic dun port catal. Autor: Denis Pons Fernndez.
La presin osmtica es la que produce la elevacin de la columna de agua. Cuyapresin es la que se emplea para accionar un turbogenerador como vemos en lasiguiente fig
Imagen33: Esquema proceso PRO
Fuente: Energies Renovables Marines: implicaci en el mn actual i futur i fonts existents. Viabilitat desubministrament energtic dun port catal. Autor: Denis Pons Fernndez
A la simplicidad del sistema hay que aadir que el residuo producido es de
escasa toxicidad, pues como podemos ver en el esquema anterior, de un
lado obtendremos agua dulce y del otro agua salobre con una menor
salinidad que el agua de mar.
Con el siguiente cdigo QR el lector puede visualizar un video en el que se
explica el principio de funcionamiento del sistema PRO puesto en
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funcionamiento en la planta noruega de Statkraft (a 60 km de Oslo), y que
entr en funcionamiento en 2009.
http://www.youtube.com/watch?v=Oc5bXa5PcWo
2.7.2. Electrodilisis Inversa (EDI).
Fue el mismo ingeniero qumico norteamericano Sidney Loeb (1917-2008)
el inventor de este segundo proceso de generacin de energa por smosis
que despus desarroll la empresa Blue Energy en Holanda (2002).
Consiste en hacer circular el agua dulce de los ros y el agua salada marina
en sentido contrario por el espacio espacios libre entre dos tipos de
membranas, una permeable para los cationes y la otra, permeable tambin,
para los iones.
Las membranas estn dispuestas de forma alternativa y estn fabricadas en
un polmero que fuerza el trnsito, a travs de la membrana, de los iones
(no del agua) que componen la sal que han de estar previamente divididos
segn la carga.
Imagen34: Esquema proceso EDI.Fuente: Energies Renovables Marines: implicaci en el mn actual i futur i fonts existents. Viabilitat de
subministrament energtic dun port catal. Autor: Denis Pons Fernndez
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As el flujo residual obtenido es un agua salobre con una concentracin de
sal mayor que el agua dulce y menor que el agua de mar.
El trnsito de electrones crea una diferencia de potencial a travs de lamembrana que se puede calcular mediante la ecuacin de Nernst (Walther
Nernst).
Donde:
E: Potencial electrico [V].R: Constante de los cases ideales: 8,31 J/(Kmol).
T: temperatura en Kelvin [K].
z: moles de electrones transferidos.
F: Constante de Faraday: 9,649 104 C/mol.
Esta ecuacin establece que cuando la membrana queda en equilibrio
termodinmico (finaliza el flujo a travs de la membrana), queda cargada a la
tensin E.
Un dato: Colocando 50 membranas intercambiadoras de iones y 50 membranas
intercambiadoras de cationes se obtiene un potencial de 8,6 V.
El potencial total es la suma de diferentes potenciales generados en cada una de
las membranas
Con el siguiente cdigo QR el lector puede visualizar un video de la empresa
Blue Energy que nos explica el principio de funcionamiento del proceso EDI.
http://www.youtube.com/watch?v=opLU5AsBoFc
http://www.youtube.com/watch?v=opLU5AsBoFchttp://www.youtube.com/watch?v=opLU5AsBoFc -
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2.8. Conclusin 1: La respuesta a la primera pregunta es si.
El primer bloque de este Trabajo de Fin de Grado en Ingeniera Martima se ha
hecho un repaso, de histrico a contemporneo, de los sistemas de generacin
energtica en el medio marino.
As el lector sabe que existen tres lneas de trabajo predominantes:
Una vista que nos ayuda a reconocer:
Primero, el dinamismo creativo que vive el sector de la generacin
energtica marina renovable.
Segundo, nos ayuda a visualizar que una proporcin elevada de estos
sistemas propuestos estn en fase de prototipo, que no han sido
desarrollados en escala real, y que por tanto, no han alcanzado la etapa de
comercializacin.
Tercero, muchas de estas propuestas o ingenios son Construcciones
Navales (legalmente reconocidos como artefactos navales), que flotando,
sumergidas o semi-sumergidas que pueden producir servicio.
Es este tercer matiz, que indica que muchos de los sistemas energticos
renovables son construcciones navales, es el que queremos explorar en el presente
Trabajo de Fin de Carrera para el Grado en Ingeniera Martima.
Pues entra de lleno en el marco de competencias profesionales del Graduado en
Ingeniera Martima.
Llegados a este punto, el lector puede entender que de alguna manera todos los
entornos econmicos ms relevantes del planeta. Los que cuentan con una mayor
capacidad industrial. Con una tradicin naval ms antigua se han posicionado para
no perder el paso en la guerra tecnolgica para evolucionar sistemas de
generacin de energa marina.
Tanto noruegos, como daneses, como britnicos, estadounidenses, canadienses,
japoneses, coreanos o chinos estn tratando de posicionarse ante una lnea detrabajo a la que an no se ha dimensionado ni el formato, ni el tamao ptimo.
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Pues no todas las zonas tienen igual potencial elctrico y no todas las
localizaciones cuentan con una fcil descarga a tierra.
La posibilidad de reconvertir los astilleros en fbricas de sistemas de generacinenergtica martima renovable, ya ha sido contemplada por algunos de los
astilleros ms grandes del mundo como es el Astillero Lind Yard (Dinamarca).
Un astillero, el Lind entre 2008-2009 construy la serie Emma, Eleonora, Elly,
Ebba, Estelle, Eugen y Evelin Maersk, un conjunto de 7 buques gemelos de 397
metros de eslora y con una capacidad de carga de 15.500 contenedores, y que se
ha planteado reorientar, readaptar su capacidad de trabajo hacia la evolucin de
los sistemas energticos renovables marinos. Una estrategia que apuesta por lacreatividad, recupera el atrevimiento para el sector astillero y lo vincula al
creciente sector de las energas renovables marinas.
La ltima edicin de la Bilbao Energy Week 2013, se apunt a esta tendencia y
program en el recinto ferial una secuencia de jornadas, exposicin y actos que
pretendan generar sinergias entre el sector naval y el de los desarrolladores de
sistemas energticos.
La propia localizacin de Aberdeen, centro logstico del negocio de las
plataformas petrolferas del Reino Unido, se ha reconvertido, con el apoyo del
EMEC, en el primer lugar de pruebas del mundo.
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3. Cmo justificar la puesta en servicio de convertidores
energticos marinos en un recinto portuario?
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Como hemos visto existen opciones tecnolgicas que pueden instalarse en un
espacio portuario y producir energa que se puede volcar a la red elctrica de
tierra.
Pero esa sencillez de lo tcnicamente posible ha de ser encajada en el marco
regulatorio que afecta:
- A la generacin transporte y distribucin de energa.- Uso y gestin del espacio portuario.
3.1. Producir energa de origen renovable en Espaa.
Con la Ley 54/1997 de 27 de noviembre del sector elctrico, se inicia un procesode liberalizacin del sector elctrico espaol que tiene por objetivo.
- Garantizar el suministro elctrico.- Garantizar la calidad de dicho suministro.- Garantizar que se realice al menor coste posible
Y que como principio inspirador, se apunta en su prembulo:
No considera necesario que el Estado se reserve para s el ejercicio de
ninguna de las actividades que integran el suministro elctrico. As, se
abandona la nocin de serviciopblico.
Un marco de referencia en el que la planificacin estatal, queda restringida a las
instalaciones de transporte, buscando as su imbricacin en la planificacin
urbanstica y en la ordenacin del territorio.
As con la Ley 54/1997 se delimita en la escala macro de la economa nacional un
nuevo espacio econmico y financiero que ha requerido un encadenado de
cambios regulatorios que termin redibujando el sector energtico nacional.
Una regulacin que no fue simultnea, ni homognea, ni escalonada, ni tuvo igual
porcin de xito en sus distintas lneas de actuacin, y que persiguiendo la
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mxima del ahorre de costes para la produccin y el consumo. Forz la roturacin
del negocio energtico en tres grandes reas:
- El negocio de la produccin de energa.- El negocio de la distribucin de energa.- El negocio de la comercializacin de energa.
Tr es lneas de negocio que termina soportando el usuario.
Ahora es el usuario quin ve, desde el punto ms alejado de la red, y a final de
mes. Como le llega una factura llena de conceptos como; compensaciones a la
produccin con renovables, a la produccin con carbn, al dficit tarifario, a la
subida de los combustibles, al mercado de futuros a la subasta energtica a la
estimacin de consumo.
Imagen 35: Incremento interanual del precio de la electricidad para consumidores industriales.Fuente: Eurostat .
Una tarifa elctrica que justifica en s misma las inercias de un sistema energtico
que no slo gan en complejidad sino que lleg a convertirse en una va
recaudatoria de ciclo corto del mecanismo financiero del Estado. Que en entre
otras figuras lleg a permitir el cobro, no slo la energa consumida, sino que
activ el cobro de estimaciones de consumo por un periodo de tiempo que con
frecuencia exceda el mes.
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Cmo hemos visto antes, con la Ley 54/1997 de 27 de noviembre del sector
elctrico se inicia la liberalizacin de la actividad de produccin de la energa:
- Inicia la privatizacin (mercado libre) de la generacin de energa enEspaa
- Genera la figura de ayuda a la competitividad de los operadorespreexistentes al objeto de permitir una transicin de un sistema
intervenido y burocratizado a un sistema ms libre de funcionamiento del
sector.
- Se desgrava la produccin y comercializacin de combustibles y debiocombustibles.
- Reconoce la produccin de energa con fuentes de origen renovable. Unalnea de trabajo que habilit el RD /2004 de 12 de marzo y cuyos aspectos
ms relevantes analizamos a continuacin:
o Establece unos primeros objetivos temporales de volumen degeneracin por tecnologa y para los que se crea una tarifa de
energa por kWh producido, y por tipo de tecnologa y que tendr
vigor por un periodo de tiempo estimado similar al de amortizacin
de los equipos.o La idea de este primer RD es que las instalaciones vivan el
periodo de amortizacin de costes con una tarifa positiva y que una
vez cubiertos los costes iniciales, pueda formar parte del conjunto
de infraestructuras energticas que operan en el mercado
energtico nacional.
- En 2007 el Estado decide apretar el acelerador y aprueba un segundo RealDecreto , el RD 661/2007 de 25 de mayo, que tiene por objeto iniciar unmarcaje en corto a los sectores elicos y fotovoltaicos que ya estaban a
punto de alcanzar los objetivos de produccin previstos por el RD
436/2004, y se propone repetir jugadas con otras tecnologas de
generacin de energa con fuente renovables que no terminaban de seducir
a los inversores como la produccin con biocombustible, biomasa,
residuos, geotrmica y por primera vez la produccin con energa marina,
en la siguiente imagen tenemos una vista en la que se puede contrastar que
tarifa correspondi a cada recurso energtico renovable.
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