Cómo funciona esta calculadora de energía mareomotriz
Las mareas pueden convertirse en electricidad de dos maneras muy distintas, y la calculadora modela las dos.
La carrera de marea (presas y lagunas) consiste en retener el agua tras un muro en pleamar y soltarla a través de turbinas de bajo salto cuando ya se ha formado una diferencia de altura. En la práctica es una central hidroeléctrica movida por la Luna. La energía disponible crece con la superficie de la cuenca y con el cuadrado de la carrera de marea.
Las turbinas de corrientes de marea se colocan en zonas de corriente rápida, como aerogeneradores submarinos. Su potencia depende del área del rotor y del cubo de la velocidad de la corriente. El agua de mar es unas 840 veces más densa que el aire, de modo que un rotor mareomotriz de 18 m en una corriente de 3 m/s produce tanto como un rotor eólico de 70–80 m con viento de 12 m/s, aunque solo donde las corrientes son fuertes.
Las mareas siguen el ciclo lunar semidiurno de 12,42 horas, y su amplitud crece y mengua a lo largo del ciclo de mareas vivas y muertas de 14,77 días. La calculadora simula un año entero: marea a marea en el caso de una presa y cada 10 minutos en el de una turbina de corriente, con la carrera o la corriente máxima variando entre los valores de vivas y de muertas que indiques.
Las fórmulas
Corrientes de marea: P(t) = min(P_rated, ½ × ρ × A_rotor × Cp × |u(t)|³ × η) u(t) = U_peak(t) × sin(2π t / 12.42 h), U_peak varía entre vivas y muertas a lo largo de 14.77 días
Para el agua de mar, ρ = 1.025 kg/m³. El factor de extracción (por defecto, 38 % para generación en vaciante, 32 % en llenante y 50 % en funcionamiento en los dos sentidos) recoge el rendimiento de las turbinas, el salto necesario para empezar a generar y el tiempo que se pasa esperando a que ese salto se forme.
Ejemplo práctico: un parque de turbinas de corriente
Los valores por defecto modelan un parque de cuatro turbinas de 1,5 MW con rotores de 18 m en un canal donde la corriente máxima promediada en profundidad llega a 3,5 m/s en mareas vivas y 1,8 m/s en muertas, algo parecido a la primera fase del proyecto MeyGen, en el Pentland Firth escocés.
- Con Cp = 0,42 y un rendimiento de transmisión del 90 %, cada turbina alcanza su potencia nominal a unos 3,1 m/s.
- Las turbinas generan siempre que la corriente supera 1 m/s (unas 6.450 horas al año), pero solo trabajan a plena potencia unas 640 horas, casi todas en mareas vivas.
- Con una disponibilidad del 92 %, el parque produce unos 13,6 GWh al año, con un factor de capacidad cercano al 26 %, suficiente para unos 3.800 hogares medios de la UE.
- Con 7.500 €/kW de inversión y un 3,5 % de O&M, el LCOE supera los 400 €/MWh, el doble del precio de apoyo supuesto de 200 €/MWh. Esa diferencia explica que los proyectos actuales de corrientes de marea dependan de contratos por diferencias específicos y que abaratar costes sea el gran objetivo del sector.
Si eliges el preajuste de presa tipo La Rance (22 km², carrera de 11 m en vivas y 5,5 m en muertas, 240 MW, generación en vaciante), el modelo da unos 535 GWh al año, cerca de los aproximadamente 500 GWh que la central real lleva décadas entregando.
Cómo leer los resultados
- Energía anual y factor de capacidad: las centrales mareomotrices suelen moverse entre el 20 % y el 40 %.
- Velocidad nominal de la corriente (turbinas). Una velocidad nominal más baja sube el factor de capacidad, pero desperdicia energía en mareas vivas; los promotores la ajustan buscando el mejor equilibrio con el coste.
- Energía por marea (presa). El gráfico muestra la oscilación entre vivas y muertas; una marea viva puede dar cuatro veces más energía que una muerta, porque la energía crece con R².
- Mareas limitadas por la potencia. Si esta cifra es alta, con más turbinas se aprovecharía más energía.
Valores típicos
| Parámetro | Corrientes de marea | Carrera de marea |
|---|---|---|
| Recurso necesario | corriente máxima en vivas > 2,5 m/s | carrera media > 5 m |
| Tamaño unitario | 0,1–2,5 MW | turbinas bulbo de 10–26 MW |
| Factor de capacidad | 25–40 % | 20–30 % |
| Inversión | 5.000–12.000 por kW | 3.000–8.000 por kW |
| Ejemplo | MeyGen (Reino Unido), 6 MW | La Rance (FR) 240 MW; Sihwa (KR) 254 MW |
Consejos
- Mide a la profundidad del buje. La corriente pierde velocidad cerca del fondo; usa mediciones ADCP a la altura del rotor, no velocidades en superficie.
- Cuentan tanto las vivas como las muertas. Un emplazamiento con vivas fuertes pero muertas flojas produce menos de lo que sugiere su corriente máxima.
- Las lagunas de doble sentido generan tanto en llenante como en vaciante y pueden bombear en pleamar para ganar salto; dan una producción más regular que las presas que solo generan en vaciante.
- Combínala con almacenamiento u otras renovables. La producción mareomotriz es predecible, pero llega en cuatro pulsos al día, así que complementa bien a la eólica y la solar.
Limitaciones
La marea se modela como una sola componente sinusoidal modulada por el ciclo de vivas y muertas; las mareas reales incluyen desigualdad diurna, máximos equinocciales y asimetrías entre llenante y vaciante propias de cada sitio. Las turbinas de corriente se tratan de forma independiente, sin estelas entre ellas ni efectos de bloqueo del canal, y se ignora el perfil vertical de velocidades. El modelo de presa usa un factor de extracción empírico en lugar de una simulación completa de la operación, así que cuenta con una precisión de ±20–30 %. Los efectos ambientales sobre los sedimentos, los peces y los hábitats intermareales quedan fuera de su alcance, aunque en las presas suelen ser los que deciden.
Método e hipótesis
Carrera de marea (presa/laguna): el agua retenida sobre un área A con una carrera R guarda una energía potencial E = ½ ρ g A R² por cada llenado o vaciado (ρ = 1.025 kg/m³). La carrera varía en cada marea entre los valores de muertas y vivas a lo largo del ciclo de 14,77 días; se suman 706 mareas al año, un factor de extracción convierte la energía potencial en entregada y cada marea se limita a potencia instalada × horas de generación. Corrientes de marea: P = ½ ρ A Cp u³ η, limitada a la potencia nominal y nula por debajo de la velocidad de arranque, simulada cada 10 minutos durante un año con una marea M2 sinusoidal cuya amplitud sigue el ciclo de vivas y muertas. LCOE = costes descontados ÷ MWh descontados.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula la energía mareomotriz?
¿Cuánta potencia da una turbina de corrientes de marea?
¿Qué velocidad de corriente hace falta para aprovechar las corrientes de marea?
¿Cuánta energía produce la central mareomotriz de La Rance?
¿Por qué la energía mareomotriz es predecible?
¿Por qué es cara la energía mareomotriz?
Fuentes y referencias
- Ocean Energy Systems (IEA Technology Collaboration Programme): informes anuales
- Charlier, R.H. (2007). Forty candles for the Rance River TPP tides provide renewable and sustainable power generation. Renewable and Sustainable Energy Reviews 11(9)
- Neill, S.P. & Hashemi, M.R.: Fundamentals of Ocean Renewable Energy, Academic Press, 2018
- IRENA: Tidal Energy Technology Brief (2014)
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