Energía marina

La energía marina, también llamada energía oceánica, agrupa las tecnologías que obtienen electricidad del movimiento, la temperatura o la salinidad del agua del mar: mareas, corrientes de marea, olas, gradientes térmicos y la mezcla de agua dulce y salada. Sobre el papel, el recurso es inmenso. El Special Report on Renewable Energy Sources (2011) del IPCC estimó el potencial teórico mundial en varios miles o decenas de miles de TWh al año solo para la energía de las olas y la térmica, y las mareas figuran entre los flujos de energía más predecibles del planeta. En la práctica, el sector es minúsculo. En el mundo funcionan unos 0,5 GW, que producen del orden de 1 TWh al año, menos del 0,01 % de la electricidad mundial, y casi todo sale de dos centrales mareomotrices de presa. A continuación repasamos cada tecnología, por qué avanza tan despacio y en qué punto están sus costes y su despliegue.

Cómo funciona la energía marina

Todas las tecnologías marinas se enfrentan al mismo problema de ingeniería: el mar es un medio hostil. Los equipos deben resistir cargas extremas de oleaje, la corrosión del agua salada, la bioincrustación y los temporales, y la instalación y el mantenimiento dependen de ventanas meteorológicas cortas y de buques especializados. La física de cada tecnología, eso sí, es distinta.

Mareomotriz de presa (diques y lagunas)

La energía de amplitud de marea es, en el fondo, hidroeléctrica de salto bajo. Un dique que cierra un estuario, o el muro de una laguna construida mar adentro, retiene el agua en la pleamar. Cuando el mar exterior ha bajado varios metros, el agua vuelve a salir por turbinas bulbo de salto bajo. Algunas centrales también generan con la marea entrante (generación en dos sentidos) o bombean en la pleamar para ganar salto. La energía disponible en cada marea crece con el cuadrado de la amplitud, así que solo compensa desarrollar emplazamientos con mareas muy grandes, en general de más de unos 5 m.

Las centrales reales solo recuperan una parte de la cifra teórica, normalmente un tercio o menos. Las turbinas no pueden trabajar con todo el rango de salto, y la operación tiene que respetar límites de navegación y ecológicos. La calculadora de energía mareomotriz estima la producción con los dos enfoques.

Corrientes de marea

Las turbinas de corrientes de marea se colocan en corrientes rápidas de estrechos y frente a cabos, donde el flujo máximo supera con regularidad los 2–2,5 m/s. El agua de mar es unas 840 veces más densa que el aire, de modo que una turbina mareomotriz necesita un rotor mucho más pequeño que un aerogenerador para dar la misma potencia. Una corriente de 2,5 m/s tiene aproximadamente la densidad de potencia de un viento de unos 24 m/s. La ley del cubo y el límite de Betz se aplican igual que en la energía eólica. Hay turbinas de eje horizontal fijadas al lecho marino, plataformas flotantes con turbinas colgadas debajo (como la O2 de 2 MW de Orbital Marine Power) y dispositivos tipo cometa que «vuelan» dentro de la corriente.

Energía de las olas

Los convertidores de energía undimotriz capturan el movimiento de las olas superficiales, que reciben su energía del viento que sopla sobre grandes extensiones de océano. Los mejores recursos, a menudo de 40–70 kW por metro de frente de ola, están en las costas orientadas al oeste de latitudes medias y altas: Escocia, Irlanda, Portugal, Chile, el sur de Australia y el noroeste del Pacífico en EE. UU. La densidad de potencia del oleaje es proporcional al cuadrado de la altura de ola y al periodo. La eólica acabó convergiendo en el aerogenerador tripala; la undimotriz no ha convergido en ningún diseño:

• Absorbedores puntuales: boyas cuyo movimiento de subida y bajada acciona un generador hidráulico o eléctrico lineal.
• Columnas de agua oscilante (OWC): una cámara parcialmente sumergida en la que las olas comprimen y descomprimen aire, que mueve una turbina de aire. La planta del rompeolas de Mutriku, en España (unos 0,3 MW), funciona desde 2011.
• Atenuadores: estructuras flotantes largas y articuladas que se flexionan al paso de las olas, como el dispositivo Pelamis.
• Convertidores de oscilación por oleaje: compuertas abisagradas en el fondo, cerca de la costa, que las olas empujan adelante y atrás, como el Oyster de Aquamarine.
• Dispositivos de rebase: las olas se derraman en un depósito elevado y el agua vuelve al mar por turbinas de salto bajo.

Conversión de energía térmica oceánica

La OTEC hace funcionar una máquina térmica entre el agua superficial tropical, cálida, y el agua fría bombeada desde unos 1.000 m. Los sistemas de ciclo cerrado evaporan un fluido de trabajo como el amoniaco. Los de ciclo abierto convierten el agua de mar cálida en vapor a baja presión y, de paso, pueden producir agua desalada. Con una diferencia de temperatura de solo unos 20–24 °C, el rendimiento de Carnot ronda el 7 % y el neto, descontado el bombeo, se queda en un 2–3 %, por lo que las plantas necesitan caudales de agua y tuberías de agua fría muy grandes. Hay plantas de demostración de unos 100 kW en Hawái (Makai Ocean Engineering) y en Okinawa (Japón). La OTEC interesa sobre todo a islas tropicales que dependen de una costosa generación con diésel.

Gradiente salino

Donde el agua de un río se encuentra con el mar, la diferencia de concentración de sal puede convertirse en electricidad. La ósmosis por presión retardada deja pasar agua dulce a través de membranas hacia agua de mar presurizada; la electrodiálisis inversa usa membranas selectivas de iones para crear una tensión. Statkraft operó un pequeño prototipo osmótico en Tofte (Noruega) entre 2009 y 2013 y concluyó después que las membranas rendían demasiado poco para un uso comercial. La tecnología sigue en fase de laboratorio y piloto.

Principales proyectos

Los grandes proyectos de mareomotriz de presa en Reino Unido, como el Severn Barrage (unos 8,6 GW) y la Swansea Bay Tidal Lagoon (320 MW), se han rechazado una y otra vez por su coste y su impacto ambiental.

Rendimiento y factor de capacidad

Las turbinas de corrientes de marea suelen alcanzar un coeficiente de potencia de 0,35–0,45 y un factor de capacidad de alrededor del 25–45 %, según cómo se fije la potencia nominal respecto a la velocidad máxima de la corriente. Las turbinas de MeyGen han registrado disponibilidades superiores al 90 % en los buenos años. Las centrales de presa trabajan en torno al 20–30 %, porque solo generan durante una parte de cada ciclo de marea; La Rance saca unos 500 GWh al año de 240 MW, cerca del 24 %. Se espera que los dispositivos undimotrices maduros lleguen al 20–35 % en buenos emplazamientos, pero pocos han funcionado el tiempo suficiente para dar cifras fiables. Como la temperatura del océano es estable, la OTEC podría en principio funcionar en base con factores de capacidad superiores al 90 %.

El gran punto fuerte de la energía mareomotriz es la previsibilidad, no el rendimiento. La producción se puede prever con años de antelación, y las mareas alcanzan su máximo a horas distintas a lo largo de una costa, así que repartir los emplazamientos suaviza la producción conjunta. Sigue siendo una renovable variable, pero sin errores de previsión debidos al tiempo.

Costes

La energía marina está muy lejos de competir en coste con las renovables consolidadas, sobre todo porque se ha construido demasiado poco para activar los efectos de aprendizaje que abarataron la eólica y la solar. Las estimaciones publicadas de LCOE varían mucho:

• Corrientes de marea: entre 0,20 y 0,45 EUR/kWh para los parques piloto actuales, según el Innovation Outlook: Ocean Energy Technologies (2020) de IRENA y Ocean Energy Europe. Las subastas de contratos por diferencia de Reino Unido dieron a los proyectos de corrientes de marea precios de ejercicio de unas 178 £/MWh en la cuarta ronda (Allocation Round 4, 2022) y de unas 170–200 £/MWh en rondas posteriores (todo a precios de 2012), más del triple que la eólica marina en las mismas rondas.
• Energía de las olas: más cara todavía; suele situarse en 0,30–0,55 EUR/kWh o más para los primeros parques, con mucha incertidumbre.
• Mareomotriz de presa: diques y lagunas tienen un CAPEX inicial altísimo, pero la obra civil dura 100 años y los costes de operación son bajos. La Rance amortizó sus costes hace mucho; los nuevos proyectos de lagunas no han logrado demostrar un LCOE competitivo con tasas de descuento comerciales.
• OTEC: las estimaciones para plantas comerciales de 10–100 MW varían muchísimo, a menudo entre 0,15 y 0,40 USD/kWh, y no existe ninguna planta a escala comercial que permita comprobarlas.

El SET Plan de la Comisión Europea fija como objetivo para las corrientes de marea 0,15 EUR/kWh en 2025 y 0,10 EUR/kWh en 2030, y para las olas 0,20 EUR/kWh en 2025 y 0,15 EUR/kWh en 2030. Alcanzar esas cifras depende de que el despliegue acumulado pase de decenas a cientos de megavatios. Con la calculadora de LCOE puedes comparar estos costes con otras opciones.

Suelo, agua y materiales

Los dispositivos marinos ocupan espacio en el mar, no en tierra. Los parques de corrientes de marea y de olas necesitan zonas de exclusión que pueden chocar con la navegación, la pesca y el ocio, aunque la superficie por MW es parecida a la de la eólica marina. Los diques y las lagunas son otro caso: transforman de forma permanente grandes zonas intermareales y estuarios. Los dispositivos se fabrican sobre todo con acero, hormigón y materiales compuestos, con cables submarinos de cobre, y la protección anticorrosión y las pinturas antiincrustantes plantean sus propios problemas químicos. No consumen agua dulce, y las plantas OTEC de ciclo abierto incluso la producen.

Emisiones de CO2 en el ciclo de vida

Los análisis de ciclo de vida de la energía marina se basan en un puñado de instalaciones, casi todas prototipos, así que conviene tomar las cifras como orientativas. El IPCC AR5 WGIII Annex III (2014) da un rango de unos 5,6–28 gCO2e/kWh para la energía oceánica (mareas y olas), con una mediana de unos 17 gCO2e/kWh, parecida a la de la eólica y la solar. Los prototipos con mucho acero y factores de capacidad bajos colocan a los primeros dispositivos en la parte alta del rango; parques más grandes y mejor diseñados deberían acercarse a la parte baja. En las centrales de presa, como en las presas hidroeléctricas, pesa sobre todo el carbono incorporado en el hormigón, repartido a lo largo de una vida muy larga. Consulta las emisiones de ciclo de vida para ver cómo se calculan estas cifras.

Seguridad e impacto ambiental

La energía marina tiene un buen historial de seguridad para las personas. Los riesgos son sobre todo los laborales propios del trabajo en alta mar. Las cuestiones ambientales dependen del emplazamiento:

• Los diques alteran los flujos de marea, el transporte de sedimentos, la calidad del agua y las llanuras fangosas intermareales donde se alimentan las aves. Tras su construcción, el estuario de La Rance tardó cerca de una década en alcanzar un nuevo equilibrio ecológico. Los peces que atraviesan las turbinas de salto bajo sufren lesiones, y la preocupación por la mortalidad de peces contribuyó al cierre de Annapolis Royal.
• Las turbinas de corrientes de marea despiertan inquietud por posibles colisiones con mamíferos marinos, aves buceadoras y peces. El seguimiento en MeyGen y en EE. UU. y Canadá ha registrado muy pocos encuentros hasta ahora, y las puntas de las palas se mueven mucho más despacio que las hélices de los barcos, pero los datos todavía son escasos.
• El ruido submarino durante la instalación (sobre todo el hincado de pilotes) y los campos electromagnéticos de los cables se han estudiado y, en general, se consideran menores en parques pequeños.
• La OTEC vierte grandes volúmenes de agua profunda fría y rica en nutrientes, que podría alterar los ecosistemas locales si no se gestiona bien.

Perspectivas

La energía marina está más o menos donde estaba la eólica marina a principios de los años 2000: probada en principio, cara y dependiente del apoyo público. De las tecnologías nuevas, la de corrientes de marea es la más avanzada, con Reino Unido, Francia, Canadá y China a la cabeza. Gracias a un apoyo específico a los ingresos, Reino Unido tiene una cartera de más de 100 MW en proyectos de corrientes de marea contratados, y los proyectos franceses del Raz Blanchard esperan seguir el mismo camino. La undimotriz sigue en fase precomercial tras varios fracasos empresariales muy sonados; programas como Wave Energy Scotland y el centro de pruebas PacWave del Departamento de Energía de EE. UU. intentan encaminar los diseños hacia un enfoque común. La mareomotriz de presa tiene un potencial enorme en un puñado de emplazamientos, pero se topa con obstáculos ambientales y financieros serios. La OTEC y el gradiente salino siguen siendo un nicho.

A largo plazo, sus argumentos son la previsibilidad, una producción que alcanza el máximo en momentos distintos que la eólica y la solar, y el valor de la electricidad local para islas y comunidades costeras remotas. Ocean Energy Europe y el programa Ocean Energy Systems de la IEA prevén decenas de gigavatios en Europa en 2050 si los costes bajan según lo previsto, lo que seguiría siendo poco al lado de la eólica y la solar. Para ver cómo se compara la energía marina con otras renovables, consulta la comparación de tecnologías, la eólica marina y el mapa mundial de la energía.