L'energia de les ones: cada vegada més a prop

1999/10/01 Mujika, Alfontso - Elhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Energia berriztagarriak

En la dècada de 1970, després de la famosa "crisi del petroli", els països més avançats van començar a desenvolupar amb serietat les seves recerques en el camp de l'energia de les ones. L'objectiu és que l'energia elèctrica de les ones es torsione i es rendibilitzi econòmicament per a poder explotar-la comercialment. A això es dediquen els enginyers en diferents llocs del món. I, sorprenentment, en aquest camp els estatunidencs no estan al capdavant, els europeus i els japonesos són els més avançats. En l'àmbit europeu, els britànics i noruecs són els que més han treballat.

Convertidors d'ones

Fins avui s'han inventat una dotzena de sistemes de transformació de l'energia cinètica i potencial de les ones en energia elèctrica: convertidors d'ones, fixos i flotants, ancorats en el fons marí i assentats en la costa. En mar oberta l'energia de les ones és entre 3 i 8 vegades major que en costa. En aquest sentit, l'ús d'ones en mar oberta pot ser el més adequat, però el cost de portar energia elèctrica de mar a terra és molt elevat, per la qual cosa la majoria dels sistemes inventats són per a situar-se en la pròpia costa o al costat de la costa.

La transformació de l'energia de l'ona en energia útil passa per convertir-la primer en un moviment mecànic o en la pressió d'un fluid per a convertir-la posteriorment en energia elèctrica. Però això no és fàcil, ja que mentre el cicle de les ones –període– és de diversos segons, el generador elèctric ha de girar molt més ràpid.

Un dels primers sistemes inventats és l'Ànec "Salter", inventat en la dècada de 1970 pel professor Stephen Salter de la Universitat d'Edimburg. Està format per una sèrie de flotadors de manera especial, uns 25, que poden circular sobre un eix entutorado sobre el fons marí. Enfront de les ones agressives, l'ona empeny el flotador per la part inferior cap amunt i, una vegada passada l'ona, el flotador descendeix a la posició inicial. Els flotadors transmeten aquest moviment a l'eix i, mitjançant l'engranatge, s'utilitza per a moure el generador elèctric. En lloc del sistema mecànic, el moviment de balança dels flotadors es pot utilitzar per a comprimir un fluid, per a després fer girar la turbina injectant aquest fluid a una turbina i fer que aquesta faci girar el generador elèctric. És un sistema interessant, encara que requereix desenvolupament tecnològic.

No obstant això, el sistema més desenvolupat fins al moment és el de les columnes d'aigua oscil·lants (Oscillating Water Column, OWC). El sistema es basa en el fet que si es col·loca un conducte vertical amb la part inferior submergida en l'aigua i es fixa perquè la canonada romangui immòbil, amb el pas de les ones l'aigua que es troba a l'interior del tub, la columna d'aigua, circula cap amunt i cap avall. Si la part superior del tub continent es tanca, l'aire que es troba en el seu interior es comprimirà en pujar l'aigua i es descomprimirà o expandirà quan l'aigua descendeixi. L'aire, per tant, està captivat en el tub. Si se circula per aquesta cambra d'aire, l'aire sortirà i penetrarà amb força quan l'aigua pugi i baixa. Col·locant la turbina en aquest circulo, l'aire mou el generador elèctric. Això permet obtenir energia elèctrica.

El problema era que la majoria de les turbines només treballaven quan l'aire circula en un sentit. Però aquest problema està actualment superat gràcies a la turbina bidireccional. En aquesta mena de turbina (per exemple en la turbina Wells) el rotor es mou sempre en el mateix sentit, independentment del sentit del fluid que la travessa. Això s'aconsegueix gràcies al disseny especial de les aspes (veure en el dibuix la secció de les aspes). Per tant, l'ús d'aquesta mena de turbines facilita l'obtenció d'energia elèctrica, ja que els generadors elèctrics convencionals –alternadors- giren en un només sentit.

Aquest tipus de convertidors d'ones es poden instal·lar en zones costaneres com a penya-segats marins. L'avantatge enfront dels sistemes que operen en alta mar radica en el fet que el generador elèctric, la turbina i l'equip elèctric es troben en terra, per la qual cosa les operacions de reparació i manteniment són molt més barates. D'altra banda, l'afecció al medi ambient ha de tenir-se en compte, entre altres, l'impacte paisatgístic.

Els sistemes OWC estan bastant desenvolupats i han estat provats en llocs com Regne Unit, Noruega i el Japó. Actualment s'estan desenvolupant OWCs de major rendiment. Així és el convertidor que se situarà pròximament a Açores, promogut per la Unió Europea: Dissenyada per a aconseguir una potència elèctrica de 400 quilowatts, serà la primera planta pilot europea de grandària industrial.

El futur?

Fins avui s'han dut a terme nombrosos intents per a governar i utilitzar l'energia de les ones, però encara no s'ha aconseguit un sistema econòmicament rendible. No obstant això, en els últims 25 anys s'han produït importants avanços tecnològics que arriben fins a les portes de la rendibilitat econòmica. A més, actualment no es té en compte el cost de l'impacte ambiental a l'hora de calcular la rendibilitat econòmica dels sistemes d'obtenció d'energia. Si això s'internalitzés en el cost de l'energia, les fonts d'energia renovables serien molt més rendibles del que són ara. Per tant, aquestes fonts d'energia que ara difícilment poden competir en el mercat, com és el cas de l'energia de les ones, seran acceptades i benvolgudes gràcies a l'avanç de la tecnologia demà o passat, o a l'augment de preus de les energies no renovables.

Balena Gegant

Els japonesos porten temps investigant els sistemes de transformació de l'energia de les ones. En la dècada de 1970 es va embarcar el prototip Kaimei, un vaixell amb columnes d'aigua oscil·lants. Després de diverses proves, des de 1987 s'ha iniciat el desenvolupament d'un nou artefacte flotant, denominat Balea Gegant. El nou prototip és de 50 m de llarg, 30 m d'ample i 12 m d'alt. Flota en l'aigua, submergint dos terços de la seva altura sota l'aigua. El prototip consta de tres cambres d'aire (amb una turbina) per a transformar l'energia de les ones en energia pneumàtica. Es tracta, per tant, d'un conjunt de columnes d'aigua oscil·lants sobre l'aigua, és a dir, no està assentada en la costa sinó ancorada en el fons marí, amb la "boca" sobre la direcció de les ones. L'ona entra per la boca de la balena, empeny l'aire de les cambres cap amunt i, a continuació, surt del "ventre" de la balena. L'aire comprimit mou la turbina. A la sortida de l'onatge es produeix una depressió en la cambra d'aire i l'aire entra per dalt amb força, movent de nou la turbina. S'estima que la Balena Gegant tindrà una potència total de 110 kW. La balena té diverses cambres de flotació, tres darrere de les cambres d'aire, una als costats i altres tres en cua. L'any passat va salpar en la badia japonesa Gokasho, en el Pacífic, i durant dos anys estarà en proves. En total mesuraran 48 variables. Els assajos en mar oberta tenen com a objectiu comparar els resultats obtinguts amb els obtinguts a nivell teòric i a petita escala en les basses d'assaig; conèixer les característiques de l'absorció d'energia, provar el sistema d'ancoratge i conèixer les càrregues hidrodinàmiques i altres càrregues que afecten l'estructura. Paral·lelament, s'analitzarà el comportament dels sistemes en la mar real i no en les tolles artificials, com les turbines o els generadors, i la influència del sistema en el medi ambient costaner.