El puerto de la ciudad de Pecém, estado de Ceará, ubicado 60 kilómetros de la capital, Fortaleza, será el primer punto de la costa brasileña que se convertirá en sede de una usina piloto de generación de energía eléctrica mediante el empleo de las olas del mar. Cuando esté terminada y lista para operar en escala comercial, será capaz de generar inicialmente 500 kilovatios (kV), suficientes como para suplir las necesidades de consumo de 200 familias. La principal innovación tecnológica con relación a las centrales de olas desarrolladas en otros países, muchas de ellas todavía en etapa de pruebas, es el uso de una cámara hiperbárica – un recipiente de acero que almacena agua comprimida y simula las presiones existentes en el fondo del mar – para producir energía.
La cámara hiperbárica ya se usa en el Laboratorio de Tecnología Submarina de la Coordinación de Programas de Postgrado de Ingeniería (Coppe), dependiente de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), encargado de coordinar el proyecto para estudiar el comportamiento de estructuras utilizadas en la producción de petróleo en aguas profundas. Esta experiencia llevó a los investigadores de la institución, coordinados por el profesor Segen Stefen, del Programa de Ingeniería Oceánica, a concebir un dispositivo destinado a que la central funcione de manera análoga a una usina hidroeléctrica.
A una distancia de aproximadamente tres kilómetros de la playa, sobre la escollera del puerto, van instalados flotantes sobre el mar, conectados a una estructura metálica en forma de viga de 22 metros de largo. Con el paso de las olas, los flotantes se mueven hacia arriba y hacia abajo y actúan como una especie de bomba, empujando el agua almacenada en un tanque a través de un tubo hasta la cámara hiperbárica. Dicha cámara, de alta presión, simula la presión de una caída de agua, similar a la de una central hidroeléctrica, que acciona las turbinas para generar energía.
Después de represar el agua del río, una hidroeléctrica tiene una caída de agua de 100 a 200 metros, responsable de hacer girar la turbina que está debajo. En el caso de la central de olas, el agua del mar se almacena en la cámara hiperbárica. “La potencia de la hidroeléctrica es dada por el caudal de agua, multiplicado por la presión. Nuestro caudal está almacenado en la cámara, que mantiene el agua a una presión equivalente a una caída de agua de 300 metros”, dice Stefen. “Después de la cámara hiperbárica, todo funciona en forma convencional, como si fuera una hidroeléctrica. El agua en forma de chorro acciona la turbina que, acoplada al generador, produce electricidad. Esta secuencia de movimientos sigue en tanto y en cuanto haya olas, pero cesa si éstas cesan”, informa Stefen. Debido a ello, la elección del sitio para instalar la central es estratégica para el éxito del emprendimiento.
El viento continuo
En el caso del puerto del estado de Ceará, la central ella se beneficia de un fenómeno que sucede prácticamente en todo el nordeste brasileño, el del los vientos alisios, responsable de la brisa que sopla continuamente. “Esta región no tiene olas muy grandes, pero son constantes”, dice el coordinador del proyecto, quien empezó a pensar en construir esta usina en 2001, época en que en Brasil se discutían posibles alternativas energéticas para la crisis enegética que atravesaba el país. “Ese año, nosotros organizamos y fuimos sede de una conferencia internacional donde el tema central de discusión fue el mar”, comenta Stefen. El investigador se refiere a la International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering (Omae), es decir, la Conferencia Internacional de Mecanismos Costeros e Ingeniería Ártica, evento organizado anualmente por la Asociación Americana de Ingenieros Mecánicos, de la sigla en inglés Asme, con sede en Estados Unidos. Como la crisis energética brasileña era un tema que estaba presente en todas las ruedas de discusión a la época, uno de las cuestiones tratadas en el marco de la conferencia, además de las estructuras para la producción de petróleo, fue el aprovechamiento de la energía de las olas para generar electricidad.
El primer paso para llevar adelante la idea de aprovechar la energía del mar empezó con un estudio tendiente a informarse sobre qué se estaba haciendo en aquel momento en otros países. El proyecto empezó efectivamente a cobrar forma con estudios sobre tamaño, público objetivo y modelo de funcionamiento al cabo de un seminario sobre el potencial de la energía de las olas en Brasil, que contó con el apoyo del Ministerio de Minas y Energía y se realizó en 2002 en Río de Janeiro. Los investigadores hicieron diversos otros estudios para evaluar la viabilidad de desarrollar la primera central de olas de las Américas. Uno de éstos muestra que la costa brasileña tiene potencial como para suplir el 15% del total de energía eléctrica consumida en el país, que en los días actuales asciende a alrededor de 300 mil gigavatios por año. “Con 8,5 mil kilómetros de costa y alrededor del 70% de la población ocupando regiones ubicada hasta un máximo de 300 kilómetros de la costa, el país reúne las condiciones propicias como para obtener ventajas con esta fuete de energía abundante, renovable y no contaminante”, dice Stefen. La estimación del costo de la energía surgida de las olas apunta que se ubicaría entre los costos de una hidroeléctrica – 1 mil dólares el kV – y los de una central eólica – 1,4 mil dólares el kV. “Solamente la versión comercial nos dará el valor exacto”, subraya Eliab Ricarte Beserra, alumno de doctorado participante en el proyecto.
Tanque oceánico
Los modelos en escala reducida de la usina de olas se probaron en el tanque oceánico de la Coppe, que simula ambientes marinos en profundidades de hasta 5 mil metros, para evaluar la resistencia del producto a condiciones adversas. También se ha hecho ya el dimensionamiento del prototipo en escala real. Dentro de un mes se harán las mediciones del lugar, y se prevé al final de 2005 empezarán a instalarse los dos primeros módulos del prototipo, que generará 50 kilovatios, la energía suficiente como para iluminar y hacer funcionar a una pequeña fábrica. La central se concibió de forma modular, con miras a facilitar la ampliación cuando haya necesidad de generar energía extra. “Durante dos años se hará un monitoreo del prototipo de la central para evaluar como se mejora el desempeño y se optimiza la máquina hasta llegar al producto final”, explica Stefen. Recién después, la energía en el modelo comercial llegará a la red de energía eléctrica convencional. En esta fase entrarán inicialmente en funcionamiento 20 módulos de la central.
Para que las investigaciones se ampliaran hasta llegar a la usina piloto se suscribió un convenio a comienzos del año pasado entre el Coppe, Eletrobrás y el gobierno del estado de Ceará. La universidad se hizo cargo del desarrollo del equipamiento y el monitoreo del prototipo. Para la etapa de implantación del prototipo, la empresa cederá la mitad del valor necesario para el proyecto, a un costo estimado en 3,5 millones de reales. La otra mitad depende de la aprobación de un pedido formulado ante la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep) por la propia Eletrobrás, cuyo resultado ha salir en septiembre. El gobierno del estado de Ceará se encargará de la infraestructura y del apoyo logístico, para hacer viable el monitoreo de las condiciones del mar.
La energía de las olas en la fase actual no tiene como objetivo sustituir a otras fuentes utilizadas en este momento, sino más bien complementarlas. No existe todavía una tecnología única para hacer funcionar a una central de este tipo. Uno de los modelos más estudiados es el de la planta piloto instalada en las islas Azores, en Portugal. Éste se basa en un sistema conversor de energía llamado de OWC (columna de agua oscilante, de la sigla en inglés Oscillating Water Column) para el aprovechamiento de las olas. En tierra se dispone una cámara de aire, que también contiene agua, conectada al mar a través de una boca sumergida. La elevación de las olas provoca una diferencia de presión del aire en la cámara. Esta diferencia funciona en un sistema de compresión y descompresión que hace que la turbina gire y produzca electricidad por medio de un generador.
Los posibles impactos ambientales relativos a la instalación de una usina de olas son mínimos, de acuerdo con los investigadores. Como la experiencia en la utilización de estos proyectos todavía es poca, no es posible evaluar en toda su extensión los efectos que podrá causar al ambiente circundante. “El principal impacto se sentirá durante el período de construcción, con todo el aparato de montaje emplazado a orillas del mar”, resalta Beserra. De cualquier manera, en el modelo real que se montará en el puerto del estado de Ceará el agua que pasa por la cámara hiperbárica y mueve la turbina permanece ubicado dentro de un circuito cerrado, de manera tal de evitar que vuelva al mar con algún tipo de contaminación.
Un sueño antiguo
El interés en obtener energía de las olas cobró impulso a partir de la década de 1970, con la crisis del petróleo, y un refuerzo, principalmente entre los países de Europa, con la firma del Protocolo de Kyoto, que prevé la reducción de emisiones de gases contaminantes en hasta un 12% entre 2010 y 2012. Una de las formas de alcanzar esta meta es aumentar la participación de las energías renovables en la generación de electricidad. Pero la idea de aprovechar esta matriz energética es muy antigua. En 1799 Francia ya registraba el primer pedido de patente de una usina de olas. La primera que efectivamente funcionó por medio de esta energía fue la del puerto de Huntington, en Gran Bretaña, en 1909, que se utilizaba para iluminar el muelle. “Esta usina fue destruida por la acción de las propias olas, pues el conocimiento técnico era escaso a la época”, dice Eliab Ricarte Beserra, de la UFRJ.
Estudios realizados en el Reino Unido sobre el potencial energético disponible en los océanos indican valores del orden de un teravatio (tV), lo que significa la posibilidad de suplir toda la demanda del planeta. “Aunque el aprovechamiento de toda la energía disponible en los océanos es prácticamente imposible, la conversión en electricidad de una pequeña fracción puede tener gran significación para los países que dominen dicha tecnología”, dice el profesor Segen Stefen.
Varios países han llevado adelante investigaciones en este sentido, como por ejemplo Estados Unidos, Canadá, Noruega, Suecia, Dinamarca, el Reino Unido, Holanda, España, Portugal, la India, China, Corea del Sur, Japón, Australia y Nueva Zelandia. Holanda ya tiene instalaciones en el mar en operación comercial, con el proyecto AWS, de 2 megavatios (mV) de potencia, Portugal, con el OWC, de 400 kilovatios (kV), y el Reino Unido, con el Limpet, de 500 kV. Dinamarca instaló recientemente en el mar la Wave Dragon, con 4 mV de potencia, y el Reino Unido un prototipo, que posee actualmente proporciones comerciales, llamado Pelamis, con 750 kV (lea en Pesquisa FAPESP nº 112). Japón tiene el mayor número de prototipos e hizo una serie de adaptaciones con fines específicos, como barcos que hacen el dragado utilizando la energía de las olas.
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