El crecimiento de la población mundial y la creciente demanda mundial de energía están impulsando la búsqueda de fuentes de energía limpias, neutras en carbono y renovables. Las energías renovables marinas podrían respaldar el crecimiento sostenible de la economía azul al proporcionar una parte considerable de las necesidades energéticas del mundo en los próximos años.
Una transición energética global hacia fuentes de energía renovables juega un papel esencial en la mitigación del cambio climático y la creación de un futuro energético más sostenible y bajo en carbono. Esta transición energética está habilitada por las innovaciones tecnológicas, especialmente en el campo de las energías renovables marinas.
El sector de las energías renovables marinas ha crecido notablemente en las últimas dos décadas, según la Comisión Europea. Debido a los vastos recursos de energía renovable disponibles en alta mar, las energías renovables marinas se están convirtiendo en un factor clave para las necesidades energéticas mundiales. Proporcionan energía a gran escala, confiable y baja en carbono, especialmente en países con alta densidad de población y usos que compiten por la tierra disponible.
Fuente: Comisión Europea Observatorio de la Economía Azul de la UE
Las energías renovables marinas, también conocidas como energías renovables marinas, son tecnologías que permiten la generación de energía a partir de fuentes renovables ubicadas en entornos marinos. La producción de energía renovable en alta mar implica varios pasos, incluida la selección del sitio, la planificación del proyecto, los permisos, la instalación y la operación. El proceso específico puede variar según el tipo de tecnología que se utilice, los requisitos reglamentarios de la jurisdicción y las características únicas del sitio del proyecto.
Trabajar con profesionales experimentados, incluidos ingenieros, especialistas ambientales y gerentes de proyectos, es esencial para garantizar el éxito de un proyecto de energía renovable marina. HSB Marine ofrece una variedad de soluciones que permiten la generación eficiente y sostenible de energía a partir del entorno marino.
Las energías renovables marinas ofrecen ventajas notables sobre la producción de energía terrestre, tales como: el potencial para producir proyectos a gran escala, reducir los impactos visuales y de ruido o utilizar los recursos que no están disponibles en tierra.
El entorno marino abunda en muchas fuentes de energía renovable, como el sol, el viento y el océano. Las tecnologías de energía renovable marina incluyen:
• Energía del océano
• Energía eólica marina
• Fotovoltaica flotante
• Plantas de energía híbrida
Las tecnologías de energía oceánica son tecnologías que aprovechan el poder de los recursos naturales del océano, como olas, mareas, corrientes, gradientes de temperatura y gradientes de salinidad, para generar electricidad o realizar otras tareas útiles. Los ejemplos de tecnologías de energía oceánica son:
Los convertidores de energía de las olas (WEC) son dispositivos que capturan la energía cinética de las olas del océano y la convierten en electricidad. Los dispositivos de energía de las olas pueden ser flotantes, instalados en la superficie del océano o sumergidos bajo el agua. Estos dispositivos generalmente se instalan en alta mar para generar electricidad a partir del movimiento ascendente y descendente de las olas. Utilizan diversos mecanismos, como columnas de agua oscilantes, puntos de absorción o dispositivos de desbordamiento.
El convertidor de energía de las olas Mocean Energy Blue X (Crédito: Colin Keldie, Emec)
Los convertidores de energía mareomotriz (TEC) son dispositivos que capturan la energía cinética de las corrientes de las mareas y la convierten en electricidad. Estos dispositivos pueden estar sumergidos o flotar.
La energía de las mareas se puede capturar usando turbinas submarinas o sistemas de presas. Permiten que el agua fluya a través de las turbinas durante los cambios de marea. Esta tecnología es altamente predecible y confiable debido a la consistencia de las mareas.
Los convertidores de energía de corriente oceánica (OCEC) son dispositivos que utilizan la diferencia de temperatura entre las aguas superficiales cálidas y las aguas profundas frías del océano. Las aguas cálidas de la superficie se utilizan para vaporizar un fluido de trabajo, que luego impulsa una turbina para producir electricidad.
Las aguas profundas frías se utilizan para condensar el vapor de nuevo en un líquido. OTEC se puede amarrar al fondo del océano o suspenderse en la columna de agua. Pueden operar tanto en aguas someras como profundas.
Los sistemas de energía de gradiente de salinidad son tecnologías que capturan la energía de la diferencia de salinidad entre el agua salada y el agua dulce en el océano. Estos sistemas suelen utilizar membranas semipermeables, ósmosis retardada por presión (PRO) o sistemas de electrodiálisis inversa (RED).
En un sistema PRO, la presión creada por el flujo osmótico de agua se usa para generar electricidad al accionar una turbina. En un sistema RED, el gradiente de salinidad se utiliza para generar electricidad a través de un proceso electroquímico. Este proceso implica pasar iones de sal a través de membranas de intercambio iónico, creando una diferencia de voltaje que puede usarse para generar electricidad.
La biomasa o el gas biometano se producen a partir de materia orgánica como algas, aguas residuales o desechos agrícolas. Estos se encuentran en cuerpos de agua y también se pueden utilizar como fuente de energía renovable para calefacción, transporte y generación de electricidad.
La electricidad de carga base se puede producir de manera eficiente a partir de la energía del océano, ya que es altamente predecible. La energía marina e hidrocinética puede suministrar más del doble de las necesidades actuales de electricidad en el mundo. Según la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), el potencial teórico de todas las tecnologías de energía oceánica oscila entre 45 000 teravatios-hora (TWh) y más de 130 000 TWh al año.
La energía eólica marina es capturada por grandes turbinas eólicas en mar abierto, donde los vientos suelen ser más fuertes y consistentes que en tierra. Los aerogeneradores se pueden montar sobre cimientos fijos o plataformas flotantes.
(Wiser, R. et al., 2011)
La principal diferencia entre los dos está en la forma en que la turbina eólica está unida al fondo del mar. A diferencia de los de fondo fijo, las turbinas eólicas flotantes no necesitan estar conectadas a tierra en el lecho marino. Esto les permite ubicarse más mar adentro, donde los vientos son más fuertes.
Los recursos eólicos existentes en el mar son mayores y más regulares que en tierra, aumentando así la generación eléctrica de aerogeneradores de las mismas dimensiones. Además, la menor rugosidad de la superficie del mar requiere una torre de menor altura en comparación con un aerogenerador terrestre.
Las turbinas eólicas marinas con cimientos fijos son estructuras montadas en el fondo del océano. Según los cimientos utilizados en su construcción, se clasifican en: ‘monopilote’ (cilindro de acero que soporta la torre enterrada en el fondo marino); ‘soporte por gravedad’ (plataforma de hormigón o acero que requiere una preparación previa del fondo marino); ‘chaquetas’ o ‘trípode’ (estructuras con 3 o 4 puntos de anclaje).
La principal limitación de este tipo es que todavía están restringidas a aguas de menos de 50-60 metros de profundidad. Los mercados potenciales más grandes para alta mar, como Japón, Francia y la costa oeste de EE. UU., tienen pocos sitios de aguas poco profundas, lo que hace que este tipo no sea aplicable.
Una turbina eólica flotante es una turbina eólica marina montada sobre una base flotante. El sector eólico marino se beneficia de dos ventajas significativas que proporcionan las cimentaciones flotantes: permiten el acceso a lugares con aguas más profundas (por debajo de los 50 metros) y lugares a hasta 80 kilómetros de la costa.
Las turbinas eólicas flotantes generalmente consisten en una plataforma flotante, que proporciona estabilidad y flotabilidad; y un aerogenerador montado encima de la plataforma. La plataforma se puede construir utilizando varios diseños, como plataformas de patas de tensión (TLP), plataformas semisumergibles o boyas de viga, según la ubicación y las condiciones ambientales.
El aerogenerador en la parte superior de la plataforma captura la energía cinética del viento y la convierte en electricidad mediante un generador. Luego, la energía se transmite a la costa a través de cables submarinos para su distribución a la red eléctrica.
Según IRENA, la capacidad eólica marina podría alcanzar los 228 GW en 2030 y los 1 000 GW en 2050. Este crecimiento se verá impulsado por la disminución de los costes tecnológicos. A modo de comparación, solo 160 MW podrían ser generados por el primer parque eólico marino de Dinamarca de forma comercial cuando se puso en funcionamiento en 2002.
Adiciones anuales de capacidad eólica marina (2000-2050). Fuente: IRENA
La energía solar flotante, también conocida como fotovoltaica flotante (FPV) o granjas solares flotantes, son conjuntos de paneles solares que se instalan en cuerpos de agua para generar electricidad a partir de la energía del sol. La energía solar flotante es un enfoque prometedor e innovador para aprovechar la energía solar aprovechando una gran superficie de agua para maximizar la generación de energía solar con impactos ambientales reducidos.
El diseño general de un solar flotante consiste en paneles solares montados directamente sobre estructuras flotantes con pasarelas de mantenimiento. Por lo general, la estructura flotante puede estar hecha de los llamados flotadores puros o flotadores que se combinan con armaduras metálicas. Una configuración de flotador puro utiliza cuerpos autoflotantes especialmente diseñados a los que se pueden fijar directamente los paneles fotovoltaicos. Dependiendo de la ubicación del sitio, la carga del viento, la profundidad del agua y la variabilidad en el nivel del agua, la plataforma flotante se mantiene en su lugar mediante diferentes sistemas de anclaje y amarre.
La energía solar fotovoltaica flotante es una nueva tecnología con potencial de crecimiento significativo. El primer sistema FPV se construyó en 2007 en Aichi, Japón, seguido de varios otros países, incluidos Francia, Italia, la República de Corea, España y los Estados Unidos.
Según el Banco Mundial, la capacidad instalada global acumulada de las plantas FPV era de 1,1 GW a finales de septiembre de 2018. Un estudio de la revista Nature estimó que cubrir el 10 % de las superficies de agua del mundo con paneles solares flotantes podría producir 4.000 GW, que es igual a la electricidad producida por todas las centrales eléctricas de combustibles fósiles del mundo.
HSB Marine - Plataforma solar fotovoltaica flotante (Solar-Dock)
Los sistemas híbridos combinan dos o más tecnologías de producción de energía renovable marina para optimizar la generación de energía. Por ejemplo, el Proyecto Poshydon en los Países Bajos se está desarrollando para integrar tres sistemas de energía: energía eólica marina, gas e hidrógeno. Un parque eólico flotante se puede combinar con convertidores de energía de las olas o dispositivos de energía de las mareas para aprovechar múltiples fuentes de energía renovable y aumentar la producción total de energía. Dado que los paneles solares pueden flotar en el agua entre las turbinas eólicas marinas, es posible combinar ambos métodos de generación de energía para un uso más eficaz del espacio marino.
En general, la producción de energía renovable en alta mar ofrece numerosos beneficios, incluida una fuente de energía confiable y abundante, emisiones de gases de efecto invernadero reducidas, creación de empleo y beneficios económicos, seguridad energética mejorada, potencial para la innovación y ventajas ambientales. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el desarrollo y la implementación de energías renovables marinas deben realizarse de manera que se alinee con los principios de la economía azul, que enfatiza el uso sostenible y responsable de los recursos marinos en beneficio de las generaciones presentes y futuras.
Los expertos de la industria estiman que para 2050, alrededor de 5 GW a 30 GW de capacidad marina flotante podrían representar hasta el 15% de la capacidad instalada eólica marina mundial, alrededor de 150 GW. Se han lanzado 13 proyectos eólicos marinos flotantes a nivel mundial, incluidos 9 en Europa (Francia, Portugal y el Reino Unido), 3 en Asia (Japón y la República de Corea) y 1 en los EE. UU. (Power Technology, 2019). El Haliade-X 13 MW es un aerogenerador marino de última generación desarrollado por General Electric (GE),
Actualmente es el aerogenerador marino más grande y potente en funcionamiento. El parque eólico marino más grande del mundo, llamado Hywind Tampen, instalado en aguas de entre 260 y 300 metros de profundidad, está siendo planificado por la compañía energética noruega Equinor. Tampen incluirá 11 grandes aerogeneradores con cimientos flotantes, cada uno con un diámetro de rotor de 167 metros y palas de turbina de 81,5 metros de largo.
Muchos países, incluidos China, India, Taiwán, Corea del Sur, Alemania, los Países Bajos y los Estados Unidos, están construyendo granjas solares flotantes. El proyecto flotante operativo más grande es la granja solar Dingzhuang en el este de China, mientras que el proyecto FPV planificado más grande es la granja solar flotante Saemangeum en Corea del Sur. Este proyecto de 2,1 gigavatios pretende estar operativo en 2030.
El parque solar flotante más grande de Europa en construcción se encuentra en Portugal en el embalse de Alqueva. SolarDuck, un desarrollador solar flotante holandés-noruego, desarrollará un proyecto piloto marino de 500 kilovatios en el Mar del Norte que consta de seis plataformas interconectadas sobre anclas sintéticas en un parque eólico marino.
Las energías renovables marinas continúan diversificándose y desarrollándose. Los océanos del mundo ofrecen un lugar esencial para el desarrollo de fuentes de energía renovable. Los avances en tecnología e investigación continúan expandiendo el potencial de utilizar cuerpos de agua como una fuente sostenible de energía limpia. Como contribuyente clave a las necesidades energéticas globales, la industria de la energía marina se convertirá en la industria clave para la producción global de energía renovable.
Cada tecnología tiene sus ventajas, limitaciones y consideraciones, y la factibilidad de implementarlas depende de factores como la ubicación, la disponibilidad de recursos, los impactos ambientales y las consideraciones económicas. La planificación adecuada, la investigación y la consulta con expertos son esenciales al considerar la producción de energía renovable en el agua.
