La mayor parte de la electricidad que alimenta el mundo industrial proviene de generadores de inducción. El primero se puso en funcionamiento en 1896 y fue impulsado por la cascada de agua que cae en las Cataratas del Niágara. Sin embargo, la mayoría de los generadores de inducción modernos funcionan con vapor, y los combustibles de elección para calentar el agua han sido durante mucho tiempo bobinas, petróleo y gas natural, los llamados combustibles fósiles.
En 2011, los combustibles fósiles suministraban el 82 por ciento de la electricidad mundial, pero sigue aumentando la evidencia de los efectos devastadores que los subproductos de la combustión tienen en el medio ambiente. En octubre de 2018, los científicos advirtieron que el calentamiento global, al que la combustión de combustibles fósiles es un contribuyente principal, se acerca rápidamente a un punto de inflexión irreversible. El resultado de tales advertencias es un cambio de los combustibles fósiles hacia las fuentes de energía renovables, como los paneles fotovoltaicos, la energía geotérmica y las turbinas eólicas.
La energía de las olas es una de las opciones sobre la mesa. Los océanos representan una vasta reserva de energía sin explotar. Según el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica, la energía de las olas potencial alrededor de la costa de los Estados Unidos, incluida Alaska, es de alrededor de 2.640 teravatios-hora / año. Eso es suficiente energía para abastecer a 2,5 millones de hogares durante todo un año. Otra forma de verlo es que una sola onda tiene suficiente energía para impulsar un automóvil eléctrico a lo largo de cientos de millas.
Existen cuatro tecnologías principales para aprovechar la energía de las olas. Algunos trabajan cerca de la costa, otros en alta mar y otros en las profundidades del mar. Los convertidores de energía de las olas (WEC) están diseñados para permanecer en la superficie del agua, pero difieren en la orientaciones de los colectores al movimiento de las olas y en los métodos utilizados para generar electricidad. Los cuatro tipos de generadores de electricidad de las olas son absorbedores puntuales, terminadores, dispositivos de desbordamiento y atenuadores.
¿De dónde proviene la energía de las olas?
Lo crea o no, la energía de las olas es otra forma de energía solar. El sol calienta diferentes partes del globo en diferentes grados y las diferencias de temperatura resultantes crean los vientos que interactúan con el agua del océano para crear olas. La radiación solar también crea diferencias de temperatura en el agua misma, y estas impulsan las corrientes submarinas. Puede que sea posible aprovechar la energía de estas corrientes en el futuro, pero por ahora, la mayor parte de la atención de la industria energética se ha centrado en las ondas superficiales.
Estrategias de conversión de energía undimotriz
En una presa hidroeléctrica, la energía del agua que cae hace girar directamente las turbinas que generan electricidad CA. Este principio se utiliza casi inalterado en algunas formas de generación de ondas, pero en otras, la energía del el agua que sube y baja tiene que pasar por otro medio antes de que pueda hacer el trabajo de girar el turbina. Este medio suele ser aire. El aire está sellado en una cámara y el movimiento de las olas lo comprime. Luego, el aire comprimido se fuerza a través de una pequeña abertura, creando un chorro de aire que puede hacer el trabajo necesario. En algunas tecnologías, la energía de las olas se transfiere a energía mecánica mediante pistones hidráulicos. Los pistones, a su vez, impulsan las turbinas que generan electricidad.
La energía de las olas se encuentra todavía en gran parte en la fase experimental, y se han patentado cientos de diseños diferentes, aunque solo una fracción de estos se ha desarrollado realmente. Uno que suministró energía comercial operó frente a la costa de Portugal en 2008 y 2009, y el gobierno escocés está considerando el desarrollo de un gran proyecto en las agitadas aguas del Mar del Norte. Se planea un proyecto similar frente a las costas de Australia. Actualmente existen cuatro tipos principales de generadores de olas:
1 - Los amortiguadores de puntos se asemejan a boyas
Un absorbedor puntual es principalmente un dispositivo de aguas profundas. Permanece anclado en su lugar y se balancea hacia arriba y hacia abajo sobre las olas que pasan. Consiste en un cilindro central que flota libremente dentro de una carcasa y, a medida que pasa la ola, el cilindro y la carcasa se mueven entre sí. El movimiento impulsa un dispositivo de inducción electromagnética o un pistón hidráulico, que crea la energía necesaria para impulsar una turbina. Debido a que estos dispositivos absorben energía, pueden afectar las características de las olas que llegan a la orilla. Ésta es una de las razones por las que se utilizan en ubicaciones lejanas a la costa.
Una columna de agua oscilante (OWC) es un tipo particular de absorbedor puntual. También parece una boya, pero en lugar de un cilindro interno que flota libremente, tiene una columna de agua que sube y baja con las olas. El movimiento del agua empuja el aire comprimido a través de una abertura para impulsar un pistón.
2 - Los terminadores generan electricidad ondulatoria a partir del aire comprimido
Los terminadores pueden ubicarse en la costa o cerca de la costa. Son básicamente tubos largos y, cuando se despliegan en alta mar, capturan agua a través de las aberturas de los puertos subterráneos. Los tubos están anclados para extenderse en la dirección del movimiento de las olas, y el ascenso y descenso de la superficie del océano empuja una columna de aire capturado a través de una pequeña abertura para impulsar una turbina. Cuando se ubica en tierra, las olas rompiendo en la playa impulsan el proceso, por lo que las aberturas están ubicadas en los extremos de los tubos. Cada terminador puede generar energía en un rango de 500 kilovatios a 2 megavatios, dependiendo de las condiciones de las olas. Eso es suficiente energía para todo un vecindario.
3 - Los atenuadores son convertidores de energía undimotriz multisegmentados
Al igual que los terminadores, los atenuadores son tubos largos que se despliegan perpendicularmente al movimiento de la onda. Están anclados en un extremo y construidos en segmentos que se mueven entre sí a medida que pasa la ola. El movimiento impulsa un pistón hidráulico o algún otro dispositivo mecánico ubicado en cada segmento, y la energía impulsa una turbina, que a su vez produce electricidad.
4 - Los dispositivos de desbordamiento son como mini represas hidroeléctricas
Los dispositivos de desbordamiento son largos y se extienden perpendicularmente a la dirección del movimiento de las olas. Forman una barrera, muy parecida a un malecón o presa, que recoge agua. El nivel del agua sube con cada ola que pasa y, cuando vuelve a bajar, impulsa turbinas que generan electricidad. La acción general es aproximadamente la misma que la empleada en las represas hidroeléctricas. Las turbinas y el equipo de transmisión a menudo se encuentran en plataformas marinas. También se pueden construir dispositivos de desbordamiento en tierra para capturar la energía de las olas que chocan contra la playa.
Problemas con la generación de energía undimotriz
A pesar de la obvia promesa de la energía de las olas, el desarrollo está muy por detrás del de la energía solar y eólica. Las instalaciones comerciales a gran escala siguen siendo cosa del futuro. Algunos expertos en energía comparan el estado de la electricidad de las olas con el de la electricidad solar y eólica hace 30 años. Parte de la razón de esto es inherente a la naturaleza de las olas del océano. Son irregulares e impredecibles. La altura de las olas y su período, que es el espacio entre ellas, puede variar de un día a otro o incluso de una hora a otra.
Otro problema es la transmisión de energía. La energía de las olas no puede servir para nada hasta que se transmite a la costa. La mayoría de los WEC incorporan transformadores para aumentar el voltaje y lograr una transmisión más eficiente a lo largo de las líneas eléctricas submarinas. Por lo general, estas líneas eléctricas descansan sobre el lecho marino y su instalación aumenta significativamente el costo de una estación de generación de energía de las olas, especialmente cuando la estación está ubicada lejos de la costa. Además, existe una cierta pérdida de potencia asociada con cualquier transferencia de energía eléctrica.