Dr Juan Antonio Pinilla Rodríguez
Presidente del Consejo Editorial
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Director del Consejo Editorial
Editores
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Universidad Cristóbal Colón
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Universidad Cristóbal Colón
Diseño Editorial
C. Ronnie R. Barrios Castillo
ENTREVISTA EXCLUSIVA, Mateo Valero Cortés Director del Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputación.
Potencial Energético del Oleaje para Generar Electricidad en México: Una Aproximación Teórica
ENTREVISTA EXCLUSIVA, Mateo Valero Cortés Director del Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputación.
Potencial Energético del Oleaje para Generar Electricidad en México: Una Aproximación Teórica
ENTREVISTA EXCLUSIVA, Mateo Valero Cortés Director del Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputación.
ISSBN en trámite, esta revista es de dibulgacion científica de investigación, los contenidos en este documento son responsabilidad de los autores.
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Mateo Valero Cortés es Doctor Ingeniero en Telecomunicación por la Universidad Politécnica de Cataluña, profesor e investigador en Arquitectura de Computadores de la Universidad Politécnica de Cataluña y director del Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputación.
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“Director del Barcelona Supercomputing Center, Centro Nacional de Supercomputación.”
RESUMEN:
Pinilla Rodríguez, Juan Antonio ¹ jpinillar@ucc.mx
Pozos Texon, Felipe de Jesús ² fpozost@ucc.mx
Contacto: jpinillar@ucc.mx
Teléfono con lada: (229) 138 8616
Autor 1, Doctor, Área de Exactas, Universidad Cristóbal Colón. Autor 2, Doctor, Área de Exactas, Universidad Cristóbal Colón.
La disponibilidad de una oferta abundante y segura de diferentes tipos de energía constituye una de las prioridades estratégicas de las sociedades desarrolladas. Las energías renovables pueden contribuir en gran medida a seguir la dinámica de desarrollo y mitigar los efectos indeseados del cambio climático. Las energías marinas son una fuente energética libre de CO2 que pueden favorecer a globalizar el acceso a la electricidad de forma universal. La energía de las olas tiene un alto potencial de aprovechamiento para transformarla en electricidad, debido a que es 5 veces más concentrada que la energía eólica, de 10 a 30 veces más concentrada que la energía solar y se puede producir electricidad de forma constante las 8760 h del año, con lo cual se puede garantizar la continuidad del servicio. En este trabajo de investigación se diseñó un modelo teórico para evaluar el potencial energético del oleaje. La propuesta de modelo se fundamenta en tres variables a considerar; la primera Variable Ambiental, en segundo lugar, la Variable de Factibilidad Técnica, y, por último, la Variable Social.
PALABRAS CLAVE:
PALABRAS CLAVE: Electricidad, Energía eólica, Energía marina, Energía solar, Energía renovable.
Theavailabilityofanabundantandsecuresupplyofdifferenttypesofenergyisoneofthestrategicprioritiesofdevelopedsocieties.Renewable energiescanplayanimportantroleinfollowingthedynamicsofdevelopmentandmitigatingtheunintendedeffectsofclimatechange.Marine energies are a CO2-free energy source, which can help to globalize access to electricity on a universal basis. Wave energy has a high potentialtotransformenergyintoelectricity,becauseitis5timesmoreconcentratedthanwindenergy,10to30timesmoreconcentratedthan solarenergyandelectricitycanbeproducedconstantlyfor8760hoursayear,withwhichthecontinuityoftheservicecanbeguaranteed. Inthisresearchstudy,amodelwasdesignedtoevaluatetheenergypotentialofwaves.Themodelproposalisbasedonthreevariablesto consider:thefirstEnvironmentalVariable,secondly,theTechnicalFeasibilityVariable,andlastly,theSocialVariable.
KEYWORDS: Electricity, wind power, marine energy, solar energy, renewable energy.
La energía garantiza la cobertura de las necesidades básicas como la iluminación, calefacción, movilidad o comunicación. La electricidad es una fuerza invisible que nos hace más fácil la vida, nos brinda confort en los hogares y es un detonante para el desarrollo y crecimiento económico en todos los países. El crecimiento demográfico en el mundo trae consigo que cada vez consumimos más energía, y las formas tradicionales en que la generamos, a través de los combustibles fósiles, nos da como resultado importantes efectos negativos sobre el bienestar humano.
La disponibilidad de una oferta abundante y segura de diferentes tipos de energía constituye una de las prioridades estratégicas de las sociedades desarrolladas. La infraestructura energética actual, responsable de importantes emisiones de CO2, dificulta y encarece el cumplimiento de los objetivos de la lucha contra el cambio climático y, al tener aún una larga vida útil, los compromete gravemente (González M., 2012).
Los recursos naturales de nuestro planeta son usados a un ritmo acelerado, si no se toman medidas al respecto, las condiciones de vida de los que vengan después que nosotros serán mucho peor a las que tenemos hoy en día.
Las energías renovables son aquellas que están presentes en la naturaleza donde sus capacidades de utilización son prácticamente ilimitadas. Este tipo de tecnología tiene una desventaja notoria, debido a que la mayoría de estas presentan intermitencia, no es constante su producción ya que su régimen de funcionamiento depende exclusivamente de las condiciones meteorológicas existentes, y al no abastecer la seguridad del suministro su utilización se ve limitada (The Boston Consulting Group, 2011).
En nuestro planeta el agua de los mares y océanos cubren aproximadamente el 71% de nuestra superficie. La energía marina es una alternativa atractiva a que se trata de un recurso continuo y predecible, el cual puede contribuir a sumar en la matriz energética de la generación de electricidad. Los recursos provenientes del océano están catalogados como una opción para la generación, conversión y uso de energía eléctrica, en relación con el cuidado del medio ambiente (Ortiz, 2019).
Las energías renovables provenientes del mar se deben a la influencia de la radiación solar y de los campos gravitatorios solar, terrestre y lunar sobre los océanos. Si se comparan con el resto de las energías renovables, las investigaciones y los proyectos para conseguir energía procedente del mar se encuentran en una fase inicial, sin embargo, su potencial es muy alto (Amundarain, 2011).
Se ha estimado un potencial teórico de energía oceánica superior a 100,000 TWh/año (como referencia, el consumo de
electricidad en el mundo ronda los 16,000 TWh/año). Con la tecnología actual se estiman 45,000 TWh/año para la energía de las olas, 2.200 TWh/año para la procedente de las mareas, 20,000 TWh/año para las provenientes del gradiente salino y 33,000 TWh/año para la térmica oceánica (European Renewable Energy Council, 2010). Durante la investigación, se ocuparon 3 tipos de metodologías, las cuales detallaremos la utilidad de cada una:
1) Metodología Cuantitativa: Se utilizó para el análisis de datos que se obtendrán de acuerdo con el tipo de tecnología para la evaluación del potencial energético, con la conclusión de la investigación estamos seguros de que contribuirá a la generación de conocimiento.
2) Estudio Exploratorio y Descriptivo: En la actualidad existe poca información sobre la generación de electricidad a través de los mares y océanos a gran escala en nuestro país, es por ello que se utilizará este tipo de estudio:
3) Investigación No Experimental con Diseño Longitudinal: Se analizará este tipo de diseño de acuerdo con las características particulares del mismo.
Para la construcción del modelo teórico, se elaboró una revisión a la literatura existente; aunado a realizar la evaluación y la determinación de las variable implicadas en el objeto de estudio, definiendo los conceptos fundamentales relacionados.
El World Energy Council estimó que alrededor del mundo la potencia del recurso de la energía undimotriz es de 2 TW, equivalente a una disponibilidad anual de 17,500 TWh. En la figura 1 se observa el estudio que realiza la agencia internacional de energía donde nos muestra la distribución global de energía de las olas en Kw/m en el mundo, identificamos de forma general las zonas con características más favorables para aprovechar el potencial energético del oleaje.
El sector de la energía oceánica ofrece oportunidades significativas para contribuir a la producción de energía renovable con bajo contenido de carbono en todo el mundo. La utilización de los recursos energéticos oceánicos contribuirá al futuro suministro de energía sostenible de nuestro planeta. La energía oceánica suministrará electricidad, agua potable y otros productos a precios competitivos, creando empleos y reduciendo la dependencia de los combustibles fósiles. Reducirá las emisiones de carbono del sector energético mundial, al tiempo que minimizará los impactos en los entornos marinos (Huckerby, 2011).
Como etapa inicial en el proceso de implementación del modelo para evaluar el potencial de proyectos de conversión de energía del oleaje consiste en realizar la identificación de las variables a considerar en el desarrollo de la presente investigación.
El modelo de estudio se basó en 3 variables:
1) Variable Ambiental: Para esta variable se deben de tomar en consideración las restricciones ambientales, las cuales pueden exigir que se eviten algunas regiones que sean áreas con alto valor ecológico, ya sea por formar parte de alguna reserva ecológica, por albergar especies en peligro de extinción o por pertenecer a una ruta de migración de especies marinas, condiciones adicionales entre los cuales se debe considerar si en la región de interés existen actividades importantes como navegación, explotación de hidrocarburos, pesca, acuacultura, recreación, investigación submarina o actividades militares y algunas otras que estén relacionadas con este aspecto.
2) Variable de Factibilidad Técnica: Esta variable considera de forma intrínseca dos criterios fundamentales, los cuales son:
A. Potencia estimada de la ola: Se basa en la evaluación de las características de las olas (altura y periodo) y la potencia en kW/m explotable.
B. Infraestructura: Se investigará las condiciones extremas de mar a las que estarían expuestos los convertidores de energía, para el cual se requiere evaluar preliminarmente el comportamiento hidrodinámico de los mismos.
3) Variable Social: Sabemos que la electricidad trae consigo desarrollo y bienestar, así que la necesidad de contar con este tipo de servicio en el mundo es preponderante y es uno de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, de manera particular el 7.
En este capítulo se abordará cada una de las variables involucradas en el modelo, las cuales forman parte de los ODS (ver figura 2), los criterios que se tienen que atender para instalar la tecnología undimotriz en nuestro país. Es menester resaltar que las metas fijadas para que se cumplan los ODS tienen como eje rector la sustentabilidad.
La Variable Ambiental es primordial en la implementación de cualquier proyecto que tenga como objetivo el diseño y construcción de centrales undimotrices en cualquier parte del mundo, ya que de esta depende su vialidad y factibilidad del mismo para que se pueda llevar a cabo, es indispensable considerar las restricciones ambientales, las cuales pueden exigir que se eviten algunas regiones que sean áreas con alto valor ecológico, ya sea por formar parte de alguna reserva ecológica, por albergar especies en peligro de extinción o por pertenecer a una ruta de migración de especies marinas, arrecifes, condiciones adicionales entre los cuales se debe considerar si en la región de interés existen actividades importantes como navegación, explotación de hidrocarburos, pesca, acuacultura, recreación, investigación submarina o actividades militares.
En la figura 3, la Variable Ambiental se divide en dos subvariables: Ecosistema Marino y
Reserva Ecológica. Los ecosistemas marinos están formados por animales y plantas que viven en el mar y que se interaccionan entre sí, desde los más pequeños o microscópicos, hasta los más grandes. Los seres humanos formamos parte de los ecosistemas, y tenemos la gran responsabilidad de proteger y respetar las interacciones de vida para que no se dañen los mismos y siga existiendo un balance saludable de especies y florezca la vida tal y como la conocemos hasta el día de hoy.
En la figura 4, se muestra las mediciones de las toneladas equivalentes de dióxido de carbono por sector que las genera, a simple vista identificamos que el sector electricidad es el que más gases de efecto invernadero emite a la atmosfera y de ahí radica la importancia de encontrar fuentes alternativas que nos brinden este tipo de energía y que sean más amigables con el medio ambiente.
Figura4.Emisionesdegasesefectoinvernaderopor sector.Fuente:OurWorldinData,México(2018)
En la Variable de Factibilidad Técnica se analizaron las características técnicas del modelo que se deben considerar para los estudios de factibilidad (ver figura 5), al inicio de la investigación era el aspecto que se consideraba más importante a
tomar en cuenta, pero en el desarrollo de esta investigación se identifico su peso en específico a incluirse dentro del artículo.
La disponibilidad del recurso en kw/m, ubicación de la zona identificando la necesidad del servicio de electricidad y la cercanía a la infraestructura eléctrica existente son los criterios para tomar en cuenta en esta variable de estudio. La potencia disponible aprovechable del oleaje en kW/m, se puede calcular con datos de la altura significativa de la ola (m) y el periodo (s) con la finalidad de generar los mapas de distribución espaciotemporal de la potencia aledaña a la costa, esta información nos ayuda a identificar las posibilidades de aprovechamiento de energía undimotriz en nuestro país.
Para la Variable Social, en el fondo, la Agenda 2030 pide un cambio radical de los fundamentos de las economías mundiales. Esto llevaría al progreso de todas las personas de una manera inclusiva y justa, y que puedan mantenerse a lo largo del tiempo y a través de las generaciones. Las nuevas rutas para el progreso sostenible e inclusivo exigen una mentalidad sistémica, razón por la cual, la Agenda concibe a los ODS como un paquete integrado, es decir, interrelacionado a través de las dimensiones económica, social y ambiental del desarrollo (Unidas, 2018).
El mundo en el que vivimos tiene innumerables desafíos y uno de los principales es el de brindar electricidad a todos, es sabido que donde existe electricidad el desarrollo está vinculado fuertemente al progreso, la disponibilidad de poder contar energía proporciona en la mayoría de los casos cambios significativos en las personas, ya que es un medio que facilita el trabajo de forma
significativa. Ver figura 6: Se tiene identificado que el desarrollo industrial sostenible aumenta la productividad, genera un gran número de empleos y contribuye a la innovación tecnológica en todos los ámbitos. En nuestro país aproximadamente 1,665,385 personas no tienen acceso a electricidad, con datos del Consejo Nacional de Población (CONAPO) identificamos que existen 8 estados con menor población a los que hoy no cuentan con electricidad, los cuales se mencionan a continuación: Quintana Roo (1,664,667), Zacatecas (1,600,412), Aguascalientes (1,321,453), Tlaxcala (1,313,067), Nayarit (1,268 ,460), Campeche (935,047), Baja California Sur (809,833), Colima (747,801), las personas que hoy no tienen acceso a electricidad en México sería el equivalente a un estado sin energía eléctrica, es una información alarmante la cual debiera tener prioridad en la gestión de
cualquier gobierno.
Se obtuvo como objetivo general proponer un modelo teórico que aborde el potencial energético eléctrico del oleaje y que este alineado a los ODS 2030, mostrando que México cuenta con todas las condiciones geográficas para convertirse en uno de los principales exponentes en este tipo de energía a nivel mundial.
Por tanto, una de las aportaciones que se presenten impulsar a partir de los resultados aquí plasmados y en un efecto multiplicador, es la de pasar del imaginario y la investigación, al impulso dentro del campo de acción promoción de este tipo de tecnologías, generando el interés de inversionistas relacionados con el sector energético y de la construcción, de académicos y de la sociedad mexicana en su conjunto.
A continuación, presento las principales conclusiones alcanzadas al respecto y algunas sugerencias sobre posibles líneas de investigación que pueden derivarse del presente artículo científico.
• La aportación principal consiste en la propuesta de diseño del modelo teórico para evaluar el potencial teórico del oleaje en costas mexicanas, identificando las variables a considerar en su implementación.
• La identificación de las variables del modelo y el desarrollo de cada una de ellas,
considerando las dimensiones de la teoría del Triple Bottom Line: Economía, Ambiente y Sociedad son fundamentales para que este tipo de tecnología se pueda incluir en proyectos estratégicos incluyendo la sostenibilidad como eje rector, con la finalidad de fortalecer las matrices energéticas de todos los países.
Hemos rescatado a partir de la revisión, que las dimensiones de los diecisiete Objetivos de Desarrollo Sostenible 2030 se agrupan y se ajustan a la teoría del Triple Bottom Line (ver figura 7) y que este tiene concordancia extensiva a nuestro modelo de estudio para la factibilidad de utilizar la energía undimotriz y así generar energía eléctrica renovable.
se impulsa el desarrollo económico de México, impactaría en un todo en materia industrial; aprovechar los recursos naturales y las condiciones geográficas del territorio mexicano para obtener energía sin alterar, afectar o impactar el medio ambiente de manera negativa, es factible a través del modelo propuesto. Hacerlo en uno de los países más ricos en diversidad ambiental como México, sin destrucción, mutilación, ni agotamiento de recursos naturales, es más que posible a través del aprovechamiento del oleaje, por lo que considero nuestra responsabilidad el promoverlo y difundir la posibilidad de un futuro sostenible en materia energética.
Figura7.DimensionesdelosODS. Elaboraciónpropia(2022).
La energía es uno de los desafíos más importantes y urgentes a los que se enfrenta el mundo moderno, consideramos por esto vital el lograr obtenerla en nuestro país de una manera sostenible. Por razones de equidad, es necesario brindar el acceso a la energía moderna a las poblaciones que carecen de ella, pero, si las tecnologías utilizadas para acelerar el acceso a la energía tienen un significativo impacto ambiental, como hasta ahora sucede, sin duda se empeorarán los problemas ambientales y, en particular, aquellos relacionados con el cambio climático. Es por esto que parte de las aportaciones que el presente documento comunica a través de los resultados obtenidos de nuestra investigación, en el que, la energía de las olas es la opción más amigable, viable, factible, constante y propicia a desarrollar en México.
Conseguir generar energía limpia, a la vez que
El sector académico es otro ámbito importante que se debe de explotar en gran medida. La academia es donde se debiera desarrollar el pensamiento científico, se difunde la frontera del conocimiento y se forma a los futuros profesionales. Esto debe ser ampliado a la comunidad estudiantil, para generar conciencia, interés y empatía sobre estos conceptos por parte de las nuevas generaciones; fomentando el motivar a los jóvenes a investigar más sobre este tema, abundar en el conocimiento de éstas tecnologías, de tal forma que se genere un colectivo que en el futuro tenga los conocimientos necesarios para respaldar acciones, inversiones y políticas públicas que impulsen el desarrollo económico y de nuevas tecnologías, de la mano del cuidado al medio ambiente en nuestro país. En la necesaria vinculación entre ciencia y política, los sectores académicos en particular las universidades están llamadas a analizar la coherencia de las políticas públicas. En la construcción de una institucionalidad para la evaluación de cualquier tipo de programa, por ejemplo, las universidades pueden ofrecer conocimiento, experiencia e imparcialidad para la evaluación de este tipo de proyectos, con la finalidad de construir un mundo sustentable.
En México, tenemos una responsabilidad enorme de poner la energía al alcance de todos de la forma en la que aquí se expuso, con respeto al ambiente. En un país mayoritariamente de pobres y con millones de habitantes carentes de energía, ha llegado la hora de aprovechar lo que nuestro propio territorio nos regala con su enorme litoral. Es nuestra obligación impulsar esta tecnología para el desarrollo de mejores prácticas industriales en el sector energético, que sirva de ejemplo para los otros tipos de industria y así incidir fuertemente en todo el modelo económico nacional. Empezando por difundir los resultados, para generar el interés
de la sociedad, la academia, el empresariado y los gobiernos, para motivar la inversión y crear un nuevo estilo de aprovechamiento amigable con el ambiente, que por último nos lleve a lograr una obligatoriedad, a través de leyes y ordenanzas, que conviertan lo que hoy parece lejano, en posible y después obligado para nuestro país. En el proceso de construcción del modelo teórico de estudio (ver figura 8) se considera la secuencia que se debe de seguir en la evaluación de cada una de las variables, en primer lugar es primordial que en la variable ambiental este contemplada cada uno de los elementos indispensables y de carácter obligatorio para la continuidad de la propuesta del modelo, dentro de los cuales se destaca el área en la cual se pretende construir la central de generación undimotriz no sea un espacio protegido o reserva natural, que no se vea afectada las especies marinas en esa zona, ya que la premisa fundamental se basa en que pueda generar electricidad de una forma más amigable con nuestro planeta, en segundo lugar, la variable social y la de factibilidad técnica están en el mismo nivel en la representación de nuestro modelo de estudio, lo cual quiere decir que ambas variables se evalúan de forma simultánea y que deben de validarse con las características particulares de cada una para continuar con la implementación del mismo.
si se cumple esa condición, se continua con el modelo teórico de estudio, sino se interrumpe el proceso.
3) Validación técnica y social, debe de considerarse para el cumplimiento del mismo, las características particulares del lugar al cual se le suministrará la energía, necesidad de la misma, disponibilidad del aprovechamiento del oleaje para convertir en electricidad, infraestructura existente, por mencionar algunos aspectos.
4) Implementación del modelo teórico de estudio, con la validación positiva de las 3 variables el proceso de cualquier proyecto a realizarse tiene altas posibilidades de ser
Para llegar a la implementación del modelo teórico (ver figura 9) hemos desarrollado anteriormente cada una de las variables, demostrando su importancia y haciendo referencia específica en
nuestro sitio de interés para el estudio: México.
1) Identificar la energía del oleaje, nuestro país cuenta con las características necesarias para poder utilizar este tipo de tecnología, con los más de 11 000 km de costa.
2) Validación ambiental, que todas las condiciones de esta variable estén cubiertas,
exitoso.
En la figura 10, se describe en un esquema elemental la idea central del modelo teórico de estudio propuesto para generar energía eléctrica a través de las olas de forma sustentable con nuestro mundo, una de las motivaciones para avanzar hacia utilizar una forma de energía más
amigable con nuestro entorno, es el aumento de la demanda de materias primas y la escasez de cualquier tipo recursos, muchas de las materias primas primordiales son limitadas y, como la población mundial siempre está en constante crecimiento, la demanda también aumenta en todos los aspectos. El crecimiento económico de un país está fuertemente vinculado a la electricidad que se produce y se utiliza para el desarrollo del mismo, soy un convencido que la energía y el ambiente no son antagónicos, son una ecuación difícil de resolver, pero haciendo uso de este tipo de tecnologías es posible que puedan crecer juntas
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