TFG Alejandro José Perdomo Feo

7/22/2019 TFG Alejandro Jos Perdomo Feo

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Posibilidades de integracin de sistemas energticos

renovables marinos en Infraestructuras PortuariasTFG

I. Martima

1 Alejandro Perdomo Feo

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.

-

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


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


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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TFG Alejandro José Perdomo Feo

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