LA IMPORTANCIA Y EL FUTURO DE LA ENERGÍA DEL OCEANO EN MÉXICO Laboratorio de Ingeniería y Procesos Costeros (LIPC) Instituto de Ingeniería, UNAM-Campus Sisal *Bernardo Figueroa Espinoza Paulo Salles Afonso de Almeida Alec Torres-Freymuth E. Tonatiuh Mendoza Christian Appendini José López

Contenido Introducción Importancia de las Costas Energías Oceánicas Problemáticas Qué sigue (o debería de seguir)?

CAMBIO DE ACTITUD: respeto al medio ambiente y al ser humano. INTRODUCCIÓN Los recursos fósiles y minerales para generación energética van a existir durante varias décadas más, pero... Creciente costo de producción (no viable a largo plazo) Creciente costo ambiental (consecuencias graves) Las energías renovables son la alternativa evidente y sustentable para que la especie humana pueda perdurar en sociedades desarrolladas CAMBIO DE ACTITUD: respeto al medio ambiente y al ser humano. Todo mundo habla de las energías renovables y de desarrollo sustentable como si se tratara de una MODA. Reflexionar en nuestra ADICCION al uso indiscriminado de la energía y de la toma de decisiones basadas en términos de $$$$$$ REFLEXIONAR--NUEVA ACTITUD. Así se usen100% renovables, TODA INTERVENCIÓN HUMANA EN LOS ECOSISTEMAS TIENE SUS CONSECUENCIAS AMBIENTALES Y SOCIALES. Esto plantea UN CONTEXTO de uso racional de la energía, la optimización de los esquemas de generación y distribución, y esquemas de consumo (y comercio) que EVITEN EL DESPERDICIO y fomenten el RECICLAJE (tanto de bienes como de la energía misma) Si vamos a trabajar con las comunidades costeras, hay que CONSULTAR, y fomentar su PARTICIPACION en los proyectos

Sol tierra, atmósfera y océano  energía INTRODUCCIÓN Sol tierra, atmósfera y océano  energía La capacidad de los océanos de transformar y concentrar la energía transferida del sol es enorme Más del 70% del planeta está cubierto por agua Las costas “están a la mano del ser humano” para aprovechar y explotar los recursos del mar. PARECE CLARO QUE LOS OCÉANOS SON UNA FUENTE VIABLE DE ENERGÍA. Los retos son importantes, pero no insalvables… Todas las energías renovables en realidad provienen del sol, ni siquiera las mareas se salvan de estar influenciadas por él. El sol es el MOTOR DE LOS CICLOS HIDROLÓGICOS Y METEOROLÓGICOS Pone en movimiento los fluidos. Qué queremos decir con energía concentrada? Si medimos la densidad de energía (W/m2) de los rayos del sol directamente, y luego medimos la misma dens. de E de la brisa marina veremos que la E del viento es mayor. La E de una corriente marina es aún mayor. La energía se concentra en algunos lados y se “diluye” en otros. EL AGUA EN MOVIMIENTO TIENE MUCHÍSIMA ENERGÍA. Las costas son nuestra PLATAFORMA DE LANZAMIENTO para aprovechar la energía del mar.

IMPORTANCIA DE LA COSTA EN MÉXICO Históricamente México ha estado volteado hacia el interior: Época prehispánica (aprovechamiento y exploración menores, pesca, salinas…) Colonia (+puertos de entrada y salida, +VALOR ESTRATEGICO) … Siglo XX (piscicultura+PETROLEO+TURISMO) Siglo XXI (+Energías renovables) A través de la historia las costas han tenido distintos usos. Quizás la única energía renovable que se ha aprovechado a lo largo del tiempo ha sido el VIENTO. Las actividades se centran en pesca, transporte, extracción de …, salinas, TURISMO.

IMPORTANCIA DE LA COSTA EN MÉXICO La costa es la frontera entre el mar y la tierra En nuestro caso: Cerca de la mitad de los municipios son costeros México tiene 11,122 km de litoral, de los más altos del mundo (relativo a su superficie) 23% de la población vive en zonas costeras

Línea de Costa rel. (m/km2) País Superficie (km2) Orden Línea de Costa (km) Línea de Costa rel. (m/km2) Canadá 9,976,140 3 202,080 1 20.256 11 Indonesia 1,919,440 17 54,716 2 28.506 8 Groenlandia 2,166,086 14 44,087 20.353 10 Rusia 17,075,200 37,653 4 2.205 15 Filipinas 300,000 25 36,289 5 120.963 Japón 377,835 22 29,751 6 78.741 Australia 7,686,850 7 25,760 3.351 Noruega 324,220 23 21,925 67.624 Estados Unidos 9,629,091 19,924 9 2.069 Antárctica 14,000,000 17,968 1.283 Nueva Zelanda 268,680 26 15,134 56.327 China 9,596,960 14,500 12 1.511 20 Grecia 131,940 28 13,676 13 103.653 Reino Unido 244,820 27 12,429 50.768 México 1,972,550 11,150 5.653 Italia 301,230 24 7,600 16 25.230 Dinamarca 43,094 29 7,314 18 169.722 Turquía 780,580 21 7,200 19 9.224 LISTA DE LOS 19 PAÍSES CON MAYOR LINEA DE COSTA

Línea de Costa rel. (m/km2) País Superficie (km2) Orden Línea de Costa (km) Línea de Costa rel. (m/km2) Canadá 9,976,140 3 202,080 1 20.256 11 Indonesia 1,919,440 17 54,716 2 28.506 8 Groenlandia 2,166,086 14 44,087 20.353 10 Rusia 17,075,200 37,653 4 2.205 15 Filipinas 300,000 25 36,289 5 120.963 Japón 377,835 22 29,751 6 78.741 Australia 7,686,850 7 25,760 3.351 Noruega 324,220 23 21,925 67.624 Estados Unidos 9,629,091 19,924 9 2.069 Antárctica 14,000,000 17,968 1.283 Nueva Zelanda 268,680 26 15,134 56.327 China 9,596,960 14,500 12 1.511 20 Grecia 131,940 28 13,676 13 103.653 Reino Unido 244,820 27 12,429 50.768 México 1,972,550 11,150 5.653 Italia 301,230 24 7,600 16 25.230 Dinamarca 43,094 29 7,314 18 169.722 Turquía 780,580 21 7,200 19 9.224

Línea de Costa rel. (m/km2) País Superficie (km2) Orden Línea de Costa (km) Línea de Costa rel. (m/km2) Canadá 9,976,140 3 202,080 1 20.256 11 Indonesia 1,919,440 17 54,716 2 28.506 8 Groenlandia 2,166,086 14 44,087 20.353 10 Rusia 17,075,200 37,653 4 2.205 15 Filipinas 300,000 25 36,289 5 120.963 Japón 377,835 22 29,751 6 78.741 Australia 7,686,850 7 25,760 3.351 Noruega 324,220 23 21,925 67.624 Estados Unidos 9,629,091 19,924 9 2.069 Antárctica 14,000,000 17,968 1.283 Nueva Zelanda 268,680 26 15,134 56.327 China 9,596,960 14,500 12 1.511 20 Grecia 131,940 28 13,676 13 103.653 Reino Unido 244,820 27 12,429 50.768 México 1,972,550 11,150 5.653 Italia 301,230 24 7,600 16 25.230 Dinamarca 43,094 29 7,314 18 169.722 Turquía 780,580 21 7,200 19 9.224 SI QUITAMOS LOS PAISES INSULARES, COMPUESTOS POR DECENAS O CENTENAS DE ISLAS…

Línea de Costa rel. (m/km2) País Superficie (km2) Orden Línea de Costa (km) Línea de Costa rel. (m/km2) Canadá 9,976,140 3 202,080 1 20.256 6 Groenlandia 2,166,086 14 44,087 20.353 5 Noruega 324,220 23 21,925 8 67.624 Grecia 131,940 28 13,676 13 103.653 2 México 1,972,550 15 11,150 5.653 Italia 301,230 24 7,600 16 25.230 4 Dinamarca 43,094 29 7,314 18 169.722 Turquía 780,580 21 7,200 19 9.224 7 …LA LISTA SE REDUCE A ESTO.

Línea de Costa rel. (m/km2) País Superficie (km2) Orden Línea de Costa (km) Línea de Costa rel. (m/km2) Canadá 9,976,140 3 202,080 1 20.256 6 Groenlandia 2,166,086 14 44,087 20.353 5 Noruega 324,220 23 21,925 8 67.624 Grecia 131,940 28 13,676 13 103.653 2 México 1,972,550 15 11,150 5.653 Italia 301,230 24 7,600 16 25.230 4 Dinamarca 43,094 29 7,314 18 169.722 Turquía 780,580 21 7,200 19 9.224 7 SIAHORA QUITAMOS LOS PAISES CON LA MAYOR PARTE DE SUS COSTAS INHOSPITAS…

Línea de Costa rel. (m/km2) País Superficie (km2) Orden Línea de Costa (km) Línea de Costa rel. (m/km2) Noruega 324,220 23 21,925 8 67.624 3 Grecia 131,940 28 13,676 13 103.653 2 México 1,972,550 15 11,150 5.653 6 Italia 301,230 24 7,600 16 25.230 4 Dinamarca 43,094 29 7,314 18 169.722 1 Turquía 780,580 21 7,200 19 9.224 5 El potencial de aprovechamiento de la costa es enorme. Los retos para su conservación son numerosos y complejos Es la parte más baja de las cuencas Las presiones que experimenta son elevadas Su equilibrio es frágil y dinámico El primer paso: CAMBIO DE ACTITUD El segundo paso: evaluar el recurso, proponer soluciones  I&D Los problemas de las zonas costeras son muy variados y complejos: desde problemas de peligro, vulnerabilidad y riesgo, impacto ecológico, salud, EROSION, etc. Decisiones importantes, x eso digo ACTITUD DE RESPETO AL MEDIO AMBIENTE, A LAS COMUNIDADES COSTERAS.

Alta densidad de energía (concentrada) ENERGÍAS OCEÁNICAS Ventajas: Renovable Alta densidad de energía (concentrada) Una vez instalado el equipo, la energía ES GRATIS! Bajo impacto ambiental (en general) Desventajas: El ecosistema marino es peligroso Problemas de corrosión, crecimiento de organismos en los dispositivos A veces es difícil predecir la disponibilidad del recurso Problemas de transmisión de la energía $$$$$$$$$$$$ Amigable con el ambiente (si se hace bien), no hay problemas de tenencia de tierras (casi), no hay insumos. Desv: esto presenta retos técnicos que se describirán más adelante. $$$$$$$$$$$ inicial, mantenimiento (punto 1) Diseño estructural. Cuantificación del recurso aprovechable para cada sistema. Altos costos de instalación y mantenimiento. Mecanismos de extracción de la energía. Procesos hidrodinámicos no-lineales. Uso del océano. Ambientales. Mecanismos de transmisión de la energía generada. Anclajes. Sistemas de control. Financiamiento.

La energía del océano se puede aprovechar de distintas formas: ENERGÍAS OCEÁNICAS La energía del océano se puede aprovechar de distintas formas: Mareas (ascenso y descenso del Nivel del Mar; ondas largas) Existen zonas donde las mareas son suficientemente importantes para ser aprovechadas Similar a las plantas hidroeléctricas, se aprovecha la diferencia de altura (energía potencial) por medio de un embalse para generar electricidad. Las mareomotrices pueden ser de barrera o de laguna de marea, con distintos tipos de operación (flujo/reflujo). La tecnología actual no permite aprovechar eficientemente diferencias de alturas menores a 5-6m. Debido a las bajas difs. De alturas se requieren instalaciones grandes con muchas turbinas en paralelo. Modos de operación de una mareomotriz con un embalse (fuente: http://www.darvill.clara.net y http:// futuristic technology.page)

Comienzo de operaciones ENERGÍAS OCEÁNICAS (mareas) En operación Capacidad (MW) Pais Comienzo de operaciones La Rance 240 Francia 1966 Kislaya Guba 0.4 Rusia 1968 Jiangxia 3 China 1980 Annapolis 20 Canadá 1985 Udlolmok 1 Corea del Sur 2009 Lago Sihwa 255 2011 Proyectadas Capacidad (MW) País Bahía de Garorim 480 Corea del Sur Mersey 700 Reino Unido Proyecto Golfo de Kutch 900 India Similar a las plantas hidroeléctricas, se aprovecha la diferencia de altura (energía potencial) por medio de un embalse para generar electricidad. Las mareomotrices pueden ser de barrera o de laguna de marea, con distintos tipos de operación (flujo/reflujo). La tecnología actual no permite aprovechar eficientemente diferencias de alturas menores a 5-6m. Debido a las bajas difs. De alturas se requieren instalaciones grandes con muchas turbinas en paralelo. PRINCIPALES PROBLEMÁTICAS TECNOLÓGICAS Ambientales. cambiando la hidrología y la salinidad. Esto puede hacer peligrar los ecosistemas cercanos: por una parte, se impiden las migraciones naturales de los animales marinos y por otra parte, se altera el patrón de las corrientes generadas por la marea haciendo que, por ejemplo, ecosistemas intermareales se vean seriamente afectados. Altos costos de instalación y mantenimiento. escala relativamente grande grandes riesgos, y por lo tanto requieren necesariamente de apoyo gubernamental. recuperación de la inversión inicial es lenta, degradación de los materiales. Mecanismos de transmisión de la energía generada. En construcción Incheon (1,320MW) Corea del Sur, 2015

La energía del océano se puede aprovechar de distintas formas: ENERGÍAS OCEÁNICAS La energía del océano se puede aprovechar de distintas formas: Oleaje generado por el viento (ondas cortas) Dispositivo de rebase (izq: http://www1.eere.energy.gov/water/marine_hydro_glossary der: www.wavedragon.net) Boya AquaEnergy© (fuente: www.ocsenergy.anl.gov/documents/docs/OCS_EIS_WhitePaper_Wave.pdf y) Sistema de flotadores Pelamis© (fuente http://www.pelamiswave.com/pelamis-technology) Columna de agua oscilante Limpet en la isla de Islay, UK y esquema (fuente: http://www.wavegen.co.uk)

ENERGÍAS OCEÁNICAS (oleaje) Más cerca que nunca de su explotación comercial. Algunas plantas en Europa, Australia, e Israel. Otros dispositivos se encuentran en la etapa final de I+D Aún falta establecer su competitividad real en el mercado global de la energía. Un reporte del Carbon Trust (2006) estima que los costos de la energía para el mejor dispositivo es aproximado a $0.19 dólares kWh-1. Es esperable que estos costos se reduzcan a $0.09 dólares kWh-1 cuando una capacidad igual o mayor a 200WM sea instalada y eventualmente llegue a los $0.06 dólares kWh-1 en las estimaciones más optimistas. En México el Dr. Steven Czitrom Baus del Instituto de Ciencias de Mar y Limnología de la UNAM (bombeo agua de mar, E. de oleaje) Inv. Independiente Ing. Antonio Bautista Cervantes que es un dispositivo tipo absorbedor puntual Dr. Mendoza-Baldwin, del Instituto de Ingeniería de la UNAM, un dispositivo que pretende reproducir el comportamiento hidráulico de los blowholes geológicos (por ejemplo “La Bufadora” en Baja California). En México el Dr. Steven Czitrom Baus del Instituto de Ciencias de Mar y Limnología de la UNAM ha desarrollado el sistema Sibeo para bombeo de agua de mar aprovechando la energía de oleaje. costa de Oaxaca, Inv. Independiente Ing. Antonio Bautista Cervantes que es un dispositivo tipo absorbedor puntual que trabaja en base de engranes accionado por la oscilación vertical del oleaje. Por otro lado, el Dr. Mendoza-Baldwin, del Instituto de Ingeniería de la UNAM, diseño un dispositivo basado en el Tapchan que pretende reproducir el comportamiento hidráulico de los blowholes geológicos (por ejemplo “La Bufadora” en Baja California).

La energía del océano se puede aprovechar de distintas formas: fuente: Dr. José López González, Instituto de Ingeniería, UNAM. ENERGÍAS OCEÁNICAS La energía del océano se puede aprovechar de distintas formas: Corrientes v Boya AquaEnergy© (fuente: http://www1.eere.energy.gov/water/marine_hydro_glossary) Canal de Ohmsett New Jersey Boya AquaEnergy© (fuente: http://www1.eere.energy.gov/water/marine_hydro_glossary.html)

ENERGÍAS OCEÁNICAS (corrientes) Turbinas axiales   Turbinas axiales MORLID 2 - Floating Tidal Power System Etapa de pruebas, demostración y operación en aguas abiertas. Morild Power Plant Etapa de integración del sistema y demostración tecnológica en laboratorio. TidalStar Etapa inicial de desarrollo diseño e ingeniería. …  Dispositivos Oscilantes o de reciprocidad Pulse Tidal Ltd. Etapa de integración del sistema y demostración tecnológica en laboratorio. bioSTREAM inicial de desarrollo diseño e ingeniería. Turbinas Venturi HydroVenturi Etapa inicial de desarrollo diseño e ingeniería. HydroGen 10 de pruebas, demostración y operación en aguas abiertas. Rotech Tidal Turbine (RTT) Etapa inicial de desarrollo diseño … … (http://www.emec.org.uk/tidal_developers.asp) http://www.emec.org.uk/tidal_developers.asp The European Marine Energy Centre

Otras fuentes de energía en el mar son: fuente: proyecto IMPULSA, Dr. Gerardo Hiriart Le Bert, Instituto de Ingeniería, UNAM. ENERGÍAS OCEÁNICAS Otras fuentes de energía en el mar son: Gradientes de temperatura Gradientes salinos Ventilas hidrotermales (geotermia submarina) Biomasa fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_thermal_energy_conversion

Densidades de potencia para distintos dispositivos: INTRODUCCIÓN Densidades de potencia para distintos dispositivos: Corrientes: Oleaje: ½*1025kg/m3*(2m/s) 3=1.44kW/m2 1/8*1025kg/m3*9.81m/s2*(1m) *8m/s=10kW/m2 deep water c=gT/2/pi Rebase y : Mareas:

Estimados de la energía del mar a nivel global: ENERGÍAS OCEÁNICAS Estimados de la energía del mar a nivel global: Consumo mundial por año: aprox. 150,000 TWhr. No alcanza, pero ayudaría mucho. IEA-OES Review and analysis of ocean energy system development and supporting policies Consumo mundial por año: aprox. 150,000 TWhr.

ENERGÍAS OCEÁNICAS Oleaje Mareas Corrientes

Convertidores de Oleaje: ENERGÍAS OCEÁNICAS La tecnología está actualmente en desarrollo, con diferentes grados de avance Maremotrices: 6 en operación (520MW) 2 en construcción (1320MW) y 15 en proyecto (2300MW) Convertidores de Oleaje: 3 en operación (con problemas técnicos), 100+ en desarrollo Corrientes: 30 en desarrollo y algunos en prueba de prototipos Mundialmente.

Principales Problemáticas y retos: ENERGÍAS OCEÁNICAS Principales Problemáticas y retos: Cuantificación del recurso No linearidad del forzamiento Ambientales, uso de la costa Técnicos: Diseño, eficiencia, anclajes, control Materiales, resistencia, corrosión Transmisión de energía Financiamiento Transferencia tecnológica (ojo! Oportunidad)

Caracterización / Identificación del Recurso QUÉ SIGUE (O DEBERÍA DE SEGUIR) Caracterización / Identificación del Recurso Monitoreo sistemático y permanente Modelos computacionales de simulación hidrodinámica a diferentes escalas Modelos físicos para estudios específicos Existe sobradamente la capacidad técnica nacional para hacerlo Y PARA HACERLO AHORA! Estudios específicos como arrastre de sedimentos, comportamiento en caso de eventos extraordinarios, etc.

CREACIÓN DE UN CENTRO DE ENERGÍAS OCEÁNICAS QUÉ SIGUE (O DEBERÍA DE SEGUIR) Financiamiento para I&D Gubernamental y privado (políticas precisas y constructivas, con visión a largo plazo; subsidios,…), Confianza en la capacidad existente para generar y aplicar conocimiento, Creación de Centros de I&D dedicados 100% al desarrollo de tecnología, estudio, atención y solución de los problemas. CREACIÓN DE UN CENTRO DE ENERGÍAS OCEÁNICAS

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN bfigueroae@ii.unam.mx psallesa@ii.unam.mx MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN