A “Qué Pasa Energía” el profesor Cienfuegos contribuyó sobre energía udimotriz

El profesor Rodrigo Cienfuegos concentra en un artículo el estado del arte en energía udimotriz. Lo publicó revista "Qué Pasa Energía"

A “Qué Pasa Energía” el profesor Cienfuegos contribuyó sobre energía udimotriz

Energía Udimotriz

Introducción

El debate energético está encendido y las propuestas en este ámbito debieran constituir un eje importantísimo de los programas de gobierno de los candidatos a la presidencia del país. Sin energía no hay crecimiento, eso está claro. Sin embargo, el debate hoy es mucho más complejo puesto que sobre la mesa está planteada la pregunta de cómo el país podrá satisfacer sus demandas energéticas futuras, combinando criterios de eficiencia y competencia que ayuden a disminuir los costos, de seguridad de suministro, y por su puesto, de sustentabilidad ambiental y justa compensación para los ciudadanos que reciben las externalidades negativas de los proyectos energéticos. La ecuación es de difícil solución, pero el debate ya está instalado y eso es bueno para el país.

Dentro de este cuadro, las Energías Renovables No Convencionales (ERNC), pueden y deben jugar un rol relevante en la diversificación de nuestra matriz energética en el mediano y largo plazo. Algunos han planteado una meta ambiciosa del 30% de aportes de ERNC al 2030, meta que plantea enormes desafíos para cumplir con los criterios evocados anteriormente, pero existen buenos argumentos para situar a Chile dentro los países con mejores perspectivas de desarrollo de nuevas fuentes de ERNC. Dentro de éstas, las tecnologías de generación hidroeléctrica son por supuesto las más maduras y confiables en la actualidad, y Chile aún tiene muchos recursos que aprovechar. Sin embargo su desarrollo deberá adecuarse a las nuevas exigencias medioambientales, y el Estado, que duda cabe, deberá jugar un rol mucho más activo para consensuar una mirada país respecto de los costos, beneficios y externalidades que la sociedad estará dispuesta a aceptar. Por otro lado, y en base a estimaciones objetivas, es posible afirmar que Chile posee niveles envidiables de recursos disponibles en energía solar, eólica, geotérmica y marina. El aprovechamiento de las energías del viento y del sol, ya son una realidad y existen numerosos proyectos en operación (en el caso eólico) y muchos otros aprobados o en fase de desarrollo (eólico y solar). Si bien persisten dificultades técnico-económicas diversas para su masificación e integración a la red, éstas han ido entrado sin mucha ayuda, impulsadas por los altos costos de la energía que hoy aquejan al país. Para las energías geotérmicas y marinas, la historia es distinta. Los altos costos de exploración de las primeras, han inhibido su implementación en Chile a pesar de que las tecnologías para su aprovechamiento existen desde hace largo tiempo. Una iniciativa de investigación científica financiada por el programa de Centros de Excelencia Fondap de Conicyt, debiera permitir potenciar el desarrollo de la energía geotérmica y preparar al país para una explotación sostenible y económicamente competitiva de este recurso en el mediano plazo. Por otro lado, puesto que el estado de avance de las tecnologías de aprovechamiento de energías marinas es aún incipiente a nivel mundial, bien vale la pena analizar con mayor detalle su potencial contribución al desarrollo del país.

Desarrollos Actuales en Energías Marinas

La idea de transformar el continuo movimiento del océano en energía aprovechable por el hombre lo ha acompañado desde tiempos inmemoriales. A lo largo de la historia han existido numerosos esfuerzos e intentos para hacerlo, pero hasta el día de hoy éstos no han convergido a soluciones satisfactorias desde el punto de vista de su eficiencia y costo-efectividad. El desafío es grande puesto que la operación y sobrevivencia de dispositivos de aprovechamiento de la energía del mar, a costos competitivos, aún requiere de innovaciones y desarrollos tecnológicos que siguen poniendo a prueba la inventiva humana. Por este motivo, el hombre ha pospuesto esta tarea en forma consciente a lo largo de la historia, a sabiendas que llegado el momento se haría indispensable abordarla. Todo indica que ese tiempo ha llegado, y en la última década el financiamiento para la investigación y desarrollo (I&D) de estas tecnologías ha vivido un apogeo que parece no tener vuelta atrás. Los países Europeos fueron los primeros en entenderlo así, destinando fondos interesantes para la I&D en este tema y fomentando la reconversión de capacidades científicas, tecnológicas e industriales instaladas para desarrollar en serio alternativas viables de aprovechamiento de las energías del mar desde comienzos del siglo XXI. La coronación de esta visión fue la creación el 2003 del European Marine Energy Centre[1] (EMEC) instalado en las islas Orkney en el norte de Escocia. Este centro nació para ofrecer una alternativa a los desarrolladores de tecnologías para probar y mejorar sus invenciones, estandarizando las fases de prueba en sitio y entregando certificaciones respecto de la performance de los dispositivos. Posee instalaciones únicas para la evaluación de las capacidades de conversión de energía de oleaje y corrientes de marea de los dispositivos, en cuanto a conexión a la red y monitoreo en tiempo real de su funcionamiento. En este centro se han llevado a cabo por ejemplo las primeras pruebas de los dispositivos Pelamis[2] y Oyster[3] para oleaje, OpenHydro[4], Deepgen[5] y HS1000[6], para corrientes de marea, entre muchas otras tecnologías. América del Norte siguió el mismo modelo con la creación en Nueva Escocia, Canadá, del Fundy Ocean Research Center for Energy[7] (FORCE) para prueba de dispositivos de generación de energía a partir de corrientes de marea. Otros países desarrollados se han ido sumando a estos esfuerzos fomentando alianzas entre universidades, desarrolladores de tecnologías y empresas eléctricas, como en Estados Unidos a través del Northwest National Marine Renewable Energy Center[8] (NNMREC), formado por la Universidad Estatal de Oregon (oleaje) y la Universidad de Washington (mareas), o el New England Marine Renewable Energy Center[9] (MREC), consorcio formado por diversas universidades del Estado de Massachusetts, entre las que se cuentan la Universidad de Massachusetts, el Massachusetts Institute of Technology y el Woods Hole Oceanografic Institution. Francia, Corea del Sur, China, Australia o Japón, también han comenzado a destinar recursos interesantes para favorecer la I&D en energías marinas. Estas iniciativas han permitido impulsar la fase de desarrollo y pruebas de tecnologías, producir capacidades técnicas para la evaluación de recursos energéticos, los impactos ambientales que pudieran tener los dispositivos, su eficiencia y durabilidad en condiciones de operación reales, además de la estimación racional de los costos asociados a su fabricación, instalación y operación.

En la actualidad, las tecnologías han comenzado a converger, llegando a una fase de desarrollo pre-comercial. Es así como diversos actores mundiales del mercado eléctrico y de turbinas, como Siemens, Electricité de France (EDF), Voith, o el líder mundial en defensa naval, DCNS, han puesto sus ojos en estas aplicaciones con el objetivo de acelerar el proceso de desarrollo comercial de las tecnologías, pasando a la fase de pruebas de granjas de dispositivos, resolver las dificultades técnicas que aún persisten y disminuir los costos de fabricación. En la actualidad estamos en presencia de una competencia global del tipo first to market que augura un buen futuro para hacer por fin realidad el sueño de extraer la energía del oleaje y corrientes de marea en condiciones competitivas.

Todos estos elementos indican que la generación comercial de energía a partir de los océanos está cerca. Los proyectos pilotos que buscan demostrar la viabilidad de los desarrollos tecnológicos actuales están proliferando alrededor el globo. Sólo en el Reino Unido existen hoy más de 4MW instalados en energía de oleaje y cerca de 7MW en corrientes de marea, pero se han otorgado concesiones marinas para desarrollar cerca de 2GW de aquí al 2020[10].

En cuanto a los costos de generación, éstos siguen siendo muy altos en vista del nivel actual de desarrollo de las tecnologías y la inexistencia de proyectos de gran escala. Las proyecciones más recientes, sugieren que recién hacia el año 2020, esta forma de generación de energía podría llegar a costos comparables con los que tenía la energía solar hace algunos años atrás. Por ejemplo, una vez superadas las pruebas en granjas de dispositivos, el costo de la energía proveniente de las olas podría fluctuar entre los 340 y 550 USD/MWh, mientras que para la energía de origen mareomotriz, este costo se situaría entre los 200 y 420 USD/MWh. Sin embargo, a medida que la capacidad instalada mundial aumente, la curva de aprendizaje de las tecnologías debiera permitir seguir bajando los costos para situarlo a partir del año 2030 como una alternativa competitiva frente a otras fuentes de ERNC.

Desafíos para Chile

Nuestro país ha estado hasta ahora alejado de los desarrollos tecnológicos en curso, a excepción de algunas iniciativas aisladas que han contado con un tímido apoyo otorgado por organismos públicos como Corfo y Fondef de Conicyt. Estos financiamientos han priorizado la actividades de I&D enfocados en la precisión de los recursos energéticos disponibles en las costas de Chile y los desarrollos de dispositivos de pequeña escala (~kW). La información disponible en la actualidad, sugiere que Chile tiene un potencial bruto en energía del oleaje cercano a los 200 GW a lo largo de su costa, del que podría extraerse sin mayores problemas del orden del 2,4% (ver Tabla 1). Respecto del potencial asociado a corrientes de marea que está fundamentalmente localizado al sur de Puerto Montt, éste es aún incierto puesto que se requieren realizar estudios locales de mayor resolución. Sin embargo, estimaciones conservadores indican que existiría una potencia media bruta disponible del orden de varios GW, donde destaca el Canal de Chacao con cerca de 1GW disponible. Esta cifra abriría la posibilidad de desarrollar proyectos de explotación energética del orden de los 200MW sólo en ese canal[11]. 

Tabla 1: Estimaciones de potencia media disponible a nivel mundial (P), extraíble (PHI), y eficiencia (ETAphi)[12]

    Nuestro país se encuentra hoy en un punto de inflexión respecto de las definiciones estratégicas que debieran permitirle alcanzar el desarrollo. Sin lugar a dudas, la situación actual respecto del tema energético podría transformarse en un lastre para cumplir con este objetivo por cuanto los costos de generación son muy altos y las dificultades que enfrentan las empresas para desarrollar proyectos eléctricos pueden comprometer la competitividad de mediano plazo del país. Si bien es evidente que las energías marinas no son una solución a las urgentes necesidades que enfrenta Chile en este plano, existe hoy una real oportunidad de hacer una inversión interesante que podría rendir frutos en diversos ámbitos en el futuro. Las condiciones excepcionales con que cuenta nuestro país respecto de los recursos energéticos marinos disponibles, han hecho que numerosos actores a nivel mundial hayan puesto los ojos en Chile. En el contexto de la competencia tecnológica desatada (first to market) por liderar el mercado global de las energías marinas, varios desarrolladores y empresas ven a nuestro país como una estación obligada para hacer la demostración definitiva de la viabilidad de los dispositivos de extracción, y un potencial polo de desarrollo para su posterior expansión en Latinoamérica. La evolución que ha seguido el mercado I&D de las energías marinas, indica que en cada continente, sólo existiría espacio para que uno o dos países lideren las etapas que aún faltan por abordar antes de pasar a la fase comercial de venta de turbinas, proyectos eléctricos, y servicios asociados, lo que debiera ocurrir a partir del año 2020. Por consiguiente, la decisión que es necesario tomar hoy tiene más que ver con la posibilidad real de participar activamente en el mercado futuro de las energías marinas que con una solución a los problemas actuales de suministro que enfrenta el país. Es decir, tenemos la oportunidad de imaginar acciones proactivas más que reactivas; de participar en los desarrollos tecnológicos más que adoptar las soluciones una vez que estén disponibles. Podríamos transformarnos en actores relevantes respecto de desarrollos científico-tecnológicos de impacto global y de paso favorecer la creación en Chile de un tejido de innovación que podría fomentar la migración de capacidades industriales, profesionales y de investigación instaladas en el país hacia la producción de tecnologías y la generación de conocimientos y servicios complejos de ingeniería para acompañar la fase de implementación de proyectos de explotación de energías marinas. Tenemos en nuestras costas un verdadero laboratorio natural, quizás el más exigente a nivel mundial, con una de las condiciones de oleaje y de corrientes de marea más energéticos; con terremotos y tsunamis que nos asolan de tiempo en tiempo y que requerirán de desarrollos específicos; con una de las biósferas marinas más ricas del planeta, lo cual plantea muchas preguntas científicas y desafíos para cuantificar y controlar los potenciales efectos ambientales que las granjas de dispositivos pudieran tener; con asociaciones de pescadores artesanales muy bien organizadas que será necesario considerar desde el comienzo, con el fin de asegurar una correcta comprensión de los alcances de los proyectos a implementar y diseñar las compensaciones justas en el caso en que existieran externalidades negativas.

Existe aún una ventana de tiempo razonable (~10 años) antes de que proyectos de escala comercial comiencen a operar. Por tanto, hoy están dadas las condiciones para que el Estado invierta en I&D y genere incentivos que permitan atraer a Centros Internacionales o desarrolladores de tecnología para abordar también en Chile la última etapa de desarrollo que estas tecnologías requieren. Al mismo tiempo se podría favorecer la investigación local sobre dispositivos de pequeña escala pensando en resolver necesidades energéticas de zonas aisladas o recuperar en, corrientes libres, algo de la energía residual que aún fluye por algunos ríos o canales. Ofrecer a Chile como un laboratorio natural es sin duda una buena estrategia que sin embargo debe ser llevada a la práctica asegurando una efectiva transferencia de conocimientos y tecnologías hacia nuestro país para generar o reconvertir industrias y servicios que serán naturalmente acompañados por la creación de empleos de buena calidad. Desde la perspectiva de la investigación, las energías marinas podrían dar el impulso definitivo para que Chile se transforme en un referente mundial en Ciencias del Mar e Ingeniería Marítima y de Costas puesto que la cantidad de investigación e innovaciones que es necesario desarrollar para llevar las tecnologías a la fase comercial es tan diversa como apasionante y requerirá de esfuerzos multidisciplinarios significativos, y un trabajo de campo intenso para caracterizar variables físicas y ambientales a lo largo de nuestras costas. El desarrollo de las energías marinas bien podría servir para que dejemos de darle la espalda al mar y entremos definitivamente en él.

Agradecimientos      

La ingeniera Maricarmen Guerra, gerente del proyecto Fondef D09I1052, contribuyó a actualizar información relativa a proyectos y proyecciones de costos en energías marinas.

Dr. Rodrigo Cienfuegos Carrasco

Profesor Asociado – Escuela de Ingeniería UC

Director del proyecto Fondef D09I1052 “Evaluación del recurso energético asociado a corrientes mareales en el canal de Chacao para la selección e implementación de dispositivos de recuperación de energía”.