Central undimotriz de Motrico para niños
La central undimotriz de Motrico es una instalación que produce electricidad usando la fuerza de las olas del mar. Se encuentra en la localidad de Motrico, en Guipúzcoa, País Vasco, España. Fue inaugurada el 8 de julio de 2011. Cuenta con 16 turbinas que, en total, pueden generar 296 kW de potencia y producir 970 MWh al año. Es la primera planta comercial de energía undimotriz del mundo.
Esta planta está construida en el dique exterior del puerto de Motrico. Utiliza una tecnología llamada "columna de agua oscilante" (OWC, por sus siglas en inglés). Funciona así: cuando las olas suben y bajan, el nivel del agua dentro de unas cámaras cerradas también lo hace. Este movimiento del agua empuja y aspira aire, y ese aire es el que mueve las turbinas.
El proyecto es propiedad del Ente Vasco de la Energía (EVE). Costó 6,7 millones de euros. El gobierno vasco aportó 2,7 millones de euros. La central en sí costó 2,3 millones, y el dique donde se ubica, 4,4 millones. La empresa escocesa Wavegen, que forma parte del grupo Voith, fue la encargada de la instalación. La división Voith Siemens Hydro Power Generation de Voith desarrolló la tecnología OWC. Las turbinas se fabricaron en la planta que esta empresa tiene en Tolosa, Guipúzcoa.
A menudo, esta planta se llama "central mareomotriz", pero en realidad es una central undimotriz o de olas. El término "mareomotriz" se usa para instalaciones que aprovechan la energía de las mareas, mientras que la undimotriz usa la energía de las olas. Ambas son formas de aprovechamiento energético del mar.
Contenido
¿Cómo funciona la energía de las olas?
Desde hace mucho tiempo, las personas han buscado formas de usar la energía del mar. En 1799, se registró en Francia la primera patente para un aparato que aprovechaba el movimiento de las olas. Antes de eso, ya se usaban los molinos de mareas para aprovechar el flujo y reflujo del agua. A principios del siglo XXI, existían más de mil patentes para usar la energía de las olas, pero solo unas veinte se habían convertido en prototipos reales.
Las tecnologías para aprovechar la energía de las olas se dividen en tres grupos principales:
- Dispositivos rebosantes: Almacenan el agua de las olas y las mareas en un gran depósito y luego la usan para mover una turbina.
- Dispositivos oscilantes: Aprovechan el movimiento de las olas para mover verticalmente un aparato que, a través de la presión de un fluido, mueve la turbina.
- Dispositivos de columna de agua oscilante (OWC): Usan los cambios de volumen en un espacio cerrado para crear corrientes de aire que mueven las turbinas. Una ventaja de esta tecnología es que el agua del mar no toca directamente las turbinas, lo que ayuda a que duren más.
En Motrico, la central está integrada en un dique de abrigo. Esto significa que su diseño tuvo que adaptarse a la función principal del dique: proteger el puerto y facilitar la entrada de barcos. También era importante que los cambios para instalar la central fueran mínimos.
Por estas razones, se eligió la tecnología de "columna de agua oscilante". En ese momento, ya existían dos prototipos de esta tecnología funcionando: uno en la isla de Islay en Escocia y otro en la isla de Pico en las Azores. En ambos casos, las instalaciones tenían una turbina horizontal y la empresa Wavegen participaba en ellas.
El principio de la columna de agua oscilante
El funcionamiento de la tecnología de "columna de agua oscilante" es bastante sencillo. Se basa en crear corrientes de aire aprovechando cómo sube y baja el nivel del agua dentro de una cámara debido al movimiento de las olas.
Cuando una ola llega a la cámara, el agua en su interior sube y comprime el aire. Este aire comprimido sale a gran velocidad por una abertura en la parte superior y mueve la turbina, que está conectada a un generador eléctrico. Cuando la ola se retira, el nivel del agua dentro de la cámara baja, lo que hace que se aspire aire por la misma abertura superior. Este aire también mueve la turbina. Las turbinas están diseñadas para girar siempre en la misma dirección, sin importar si el aire entra o sale, lo que asegura un movimiento continuo del generador.
Detalles de la central de Motrico
Los estudios sobre el clima marítimo de la zona de Motrico mostraron que la energía de las olas varía mucho a lo largo del año. Hay dos periodos principales: el invierno (de octubre a marzo) y el verano (de mayo a agosto), con meses de transición en abril y septiembre. También se vio que la energía cambia según la orientación de la costa y si está protegida.
En aguas profundas, la energía media es de 26 kW/m. Esto cambia así durante el año:
- Invierno: 44 kW/m.
- Verano: 9 kW/m.
- Transición: 19 kW/m.
En la costa de Motrico, protegida por el cabo Machichaco, los valores a 30 metros de profundidad son:
- Invierno: 18 kW/m.
- Verano: 4,8 kW/m.
- Transición: 8,8 kW/m.
Para decidir dónde ubicar la planta en el dique, se estudiaron varias opciones. Se tuvo en cuenta principalmente cómo las olas reflejadas podrían afectar la navegación. De cuatro posibles ubicaciones, se eligió instalar la planta en la parte curva del dique, a una profundidad de 4 a 7 metros.
Las cámaras se diseñaron cuidadosamente, considerando su forma, el tamaño de la abertura hacia el mar, la separación entre aberturas, la altura de las cámaras y el grosor de las paredes. Se hicieron pruebas con modelos a escala en 3D.
Finalmente, se decidió instalar la planta en 100 metros del tramo curvo del dique. Allí se colocaron 16 cámaras, cada una con un grupo de turbina y generador. Cada grupo tiene una potencia de 18,54 kW, sumando una potencia total de 296 kW.
Las turbinas son del tipo Wells. Miden 2,83 metros de largo, 1,25 metros de ancho y pesan 1.200 kg. Sus palas son simétricas, lo que les permite girar siempre en la misma dirección, sin importar la dirección del aire. Tienen dos rotores con cinco palas cada uno, unidos a los extremos del generador. También incluyen un volante de inercia para que la potencia de salida sea más estable. Están colocadas verticalmente sobre una tobera que se cierra con una válvula de mariposa. Los equipos tienen un sistema de limpieza con agua dulce para evitar que se acumule sal. Además, cuentan con sistemas para reducir el ruido.
Los 16 turbogeneradores están organizados en dos grupos de control de 8 aparatos cada uno. La velocidad de cada turbina se controla según la presión del aire en su cámara, buscando siempre la máxima potencia de salida. Los generadores trabajan a 400V en corriente alterna de frecuencia variable. Esta corriente se convierte a corriente continua y luego de nuevo a alterna, pero con la frecuencia correcta de la red (50Hz) y en fase con ella. Para inyectar la energía a la red eléctrica, la tensión se eleva a 13,2 kV.
La planta genera 600.000 kW h de energía al año. Esto ayuda a evitar la emisión de 600 toneladas de CO2 a la atmósfera. La empresa escocesa Wavegen fue la encargada del diseño. El costo inicial fue de 1,7 millones de euros, pero finalmente ascendió a 2,7 millones.
La inauguración estaba prevista para el otoño de 2009, pero se retrasó hasta junio de 2011. Esta central forma parte de la Estrategia Energética de Euskadi, que busca que el 12% de la energía consumida provenga de energía renovables a principios de la segunda década del siglo XXI. El proyecto también se enmarca dentro del Protocolo de Kioto, un acuerdo internacional para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Recibió financiación parcial del VII Programa Marco de la Comisión Europea, bajo el proyecto "Nereida MOWC".
La construcción del dique y la central
El puerto de Motrico se encuentra en una pequeña bahía natural, protegida por los promontorios de Burumendi al noroeste y Punta Alkolea al este. Este lugar ha sido usado como puerto desde hace mucho tiempo. Se sabe que en el siglo XIII, antes de que se fundara la villa de Motrico, los habitantes pagaban un tributo anual a la corona con una ballena.
A finales del siglo XIX, Evaristo de Churruca, originario de Motrico, diseñó los muelles de protección del puerto. Sin embargo, la orientación de la bahía hacía que el oleaje dentro del puerto fuera muy fuerte, a veces impidiendo que los barcos permanecieran allí. A mediados del siglo XX, Ramón Iribarren Cavanilles estudió el oleaje en el puerto y encontró un problema de resonancia de la ola de resaca. Iribarren lo solucionó dragando el fondo del puerto y colocando escolleras (montones de rocas) en varios lugares. A pesar de esto, con mal tiempo, la entrada al puerto seguía siendo complicada y peligrosa.
El puerto tiene dos diques, uno al norte y otro al sur, que forman una entrada de 20 metros de ancho. Paralelo al dique norte hay otro que protege la entrada. A finales del siglo XX, se propuso mejorar el acceso al puerto de Motrico usando técnicas modernas de modelización matemática para analizar cómo se propagaban las olas desde aguas profundas hasta la costa y cómo se agitaba el agua dentro del puerto.
Los estudios mostraron que, sin importar la dirección del oleaje, las olas empezaban a romper en el lado oeste de la entrada de la bahía. A medida que las olas eran más altas, la rotura se extendía hacia el centro. Para olas de más de 5 metros, la rotura ocurría en todo el frente de la bahía.
De los estudios surgieron 17 alternativas. La solución elegida fue construir un dique exterior que protegiera el puerto, comenzando desde Burumendi y llegando hasta el cañón submarino del eje de la ensenada. El proyecto final incluía separar el dique de la costa para preservar el acantilado y permitir la construcción de una playa interior. Además, se instalaría en el dique la central de energía undimotriz.
El dique de Motrico
El dique tiene 440 metros de largo y dos extremos. El más cercano a la costa está a una profundidad de -2 metros, y el más lejano, a -17 metros, medidas desde la BMVE (bajamar máxima viva equinoccial, que es el nivel más bajo del mar en ciertas mareas). Se accede al dique por un camino de unos 370 metros.
El dique es de tipo talud (con una pendiente) y tiene un muro de hormigón cubierto de mampostería (piedras unidas con mortero) a lo largo de toda su extensión. El centro del dique está hecho de todo-uno (una mezcla de materiales) y capas de escolleras y piedra natural, con rocas de 45, 25 y 15 toneladas.
- Datos del dique de abrigo
- Profundidad del fondo (respecto a la BMVE): entre -2 y -17 metros.
- Volumen del núcleo: 600.000 toneladas de todo-uno (de 0 a 200 kg).
- Volumen de escollera (bloques de entre 1 y 3 toneladas): 145.000 toneladas.
- Volumen de escollera (bloques de caliza de >15 toneladas): 19.500 toneladas.
- Volumen de escollera (bloques de caliza de >25 toneladas): 112.500 toneladas.
- Volumen de escollera (bloques de caliza de >45 toneladas): 65.500 toneladas.
- Altura superior del muro de hormigón: 16,5 metros.
- Ancho de la base del muro de hormigón: 10 metros.
Las obras se adjudicaron en mayo de 2005. Los estudios para integrar la central en el dique terminaron en la primavera de 2006, y se esperaba que todo estuviera listo para 2009. Sin embargo, hubo problemas y las obras se paralizaron en 2010. La central pudo inaugurarse en 2011, aunque la construcción del dique aún no había terminado.
La central undimotriz
Después de varios estudios de ubicación, se decidió construir la planta undimotriz en la sección curva del dique. Esta sección ocupa 100 metros del dique y no afecta su diseño ni su función.
La modificación principal fue cambiar el tipo de dique en esa sección, de un dique en talud a uno vertical. El tramo curvo tiene un radio de 220 metros por la parte exterior y una profundidad de 5 metros respecto a la BMVE. Se cimenta a una profundidad de -4,20 metros con una losa de hormigón armado de 0,80 metros de espesor y anclajes de 1,5 metros incrustados en la roca.
Se quitó la capa exterior de escolleras de bloques de caliza de 25 toneladas. En su lugar, se construyeron las cámaras de presión dentro de un muro vertical de hormigón. La abertura de las cámaras hacia el mar, por donde entra el movimiento de las olas, mide 3,20 metros de alto por 4 metros de ancho y está a una profundidad de -3,40 metros, por lo que siempre está bajo el agua.
Las celdas que forman las cámaras de aire se construyeron con piezas prefabricadas de hormigón armado en la propia obra. Estas piezas pesan 45 toneladas y tienen paredes de 0,4 o 0,5 metros de espesor. Son de forma trapezoidal y tienen 2 o 3 celdas de aligeramiento (espacios vacíos para reducir peso) además de la celda que forma la cámara de presión. Se hicieron dos tipos de piezas: unas abiertas por el frente (las primeras 4 de cada columna) y otras con todos los lados cerrados. En total, se construyeron 256 piezas: 64 abiertas y 192 cerradas. Cada columna tiene 4 piezas abiertas (desde -3,40 m hasta -0,20 m) y 12 cerradas (desde -0,20 m hasta 9,60 m).
- Datos de las piezas
- Forma: trapezoidal.
- Longitud: 12,25 metros.
- Lados: 6,10 y 5,80 metros.
- Canto: 0,80 metros.
- Espesor de las vigas: 0,40 y 0,50 metros.
- Número de celdas: 2 o 3 de aligeramiento, una para la cámara de presión.
- Material utilizado: Hormigón armado HA-35.
- Peso: 45 toneladas.
- Número de pasatubos para el izado: 4.
Las piezas se fabricaban en la obra en bloques de 8 unidades y tardaban unos 3 días en construirse.
Las celdas de aligeramiento se rellenaron con hormigón y pedraplén (relleno de piedras) para que la estructura se comportara como una sola pieza y se uniera bien al dique. Todo el conjunto está rodeado por una estructura de hormigón armado. En la parte superior, tiene un forjado de 80 cm de espesor sobre el que se asientan las turbinas.
La sala de turbinas tiene una altura de 5,40 metros, un ancho de 6,10 metros y una longitud de 100 metros, con refuerzos cada 25 metros. La altura total es de 16,50 metros, la misma que la parte superior del dique.
Frente a la sala de turbinas, en la parte trasera de la instalación, hay una explanada de 1.600 m² que ocupa el espacio del talud y el núcleo del dique. Esta explanada está cerrada a los lados por bloques prefabricados de hormigón de 3 metros de ancho, 6 de largo y 1,60 de alto. Se fabrican con dos celdas de aligeramiento que luego se rellenan de hormigón para darles solidez. El espolón del dique se conecta a una galería central, cerrando el conjunto, con una sección similar a la del muro. Todo está cubierto con mampostería de caliza. La central está completamente integrada en el dique, y todas las líneas de servicio (electricidad, agua, telecomunicaciones) pasan por el camino de acceso al dique.
- Datos de las líneas de servicio
- Electricidad: dos tubos corrugados de 160 mm de diámetro.
- Agua potable: un tubo de polietileno de 90 mm de diámetro.
- Telecomunicaciones: cuatro tubos corrugados de 110 mm de diámetro.
¿Cómo se construyó la central?
La construcción de la central comenzó con el camino de acceso y una parte del dique ya terminados. Para la cimentación, se dragó un área de 14,25 metros de ancho y 102 metros de largo, con una profundidad de medio metro. Esto se hizo con una pontona flotante que rompía la roca del fondo y una grúa desde tierra que sacaba los restos. La zanja se cubrió con una capa de 20 cm de hormigón para nivelar, sobre la cual se colocó una losa de 90 cm de espesor de hormigón armado. Esta losa es la base de apoyo para las piezas prefabricadas. Ocho anclajes de 32 cm, introducidos metro y medio en la roca, fijan los cimientos. Además, 36 arranques (barras de acero) introducidos 80 cm en la losa de hormigón y embebidos en las celdas de las piezas, fijan el resto del conjunto que forma las cámaras de presión o columnas de aire.
Las piezas se colocaban desde el dique con una grúa grande capaz de levantar 50 toneladas a 40 metros. Con la ayuda de buzos, las piezas se posicionaron con una tolerancia máxima de 4 cm, que se corregiría con el recubrimiento de hormigón posterior.
Una vez colocadas todas las piezas y formadas las cámaras de presión, se rellenaron las celdas de aligeramiento para asegurar que la estructura fuera monolítica (una sola pieza). Las celdas grandes (de 4,30 x 4,5 metros) se rellenaron hasta la cota 0,00 con hormigón sumergido y, desde esa cota, se completó con pedraplén. Las celdas pequeñas delanteras (de 0,75 m de altura) y traseras (de 0,85 m) se rellenaron con hormigón sumergido y armadura. Las uniones verticales se rellenaron con hormigón usando tubos de PVC de 400 mm como pivotes.
Cuando la estructura de las cámaras de presión alcanzó los 6 metros de altura, se unió al cuerpo del dique. Para ello, se retiró la capa de rocas calizas de 25 toneladas y se cerró la central lateralmente con piezas prefabricadas de dos celdas. El espacio entre la estructura vertical de la central y el cuerpo del dique se rellenó con pedraplén.
La sala de turbinas se construyó sobre las columnas de aire, cerrándolas con una estructura prefabricada que sirvió de encofrado para una losa de hormigón armado de 80 cm de espesor. Esta losa se calculó para soportar la presión del aire en las cámaras y el peso de las turbinas. En el cierre de cada cámara de presión se hizo un agujero de 0,75 metros de diámetro, donde se colocaría la turbina correspondiente. Las paredes de la galería de turbinas son de hormigón armado: la del lado del mar tiene 1,65 metros de espesor y las otras tres, 0,85 metros. Tres contrafuertes de hormigón dividen la sala en 4 espacios.
El conjunto se integró en el dique mediante el diseño de barandillas, recubrimientos y accesos.
La construcción finalizó con la pavimentación de la plaza de 1.600 m² que se creó en la parte trasera de la central y la instalación de las líneas de servicio de agua potable, telecomunicaciones y electricidad.
Galería de imágenes
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Vista del nuevo dique de abrigo que alberga la central undimotriz.
Véase también
En inglés: Mutriku Breakwater Wave Plant Facts for Kids
