Cooperación transnacional para el desarrollo de una solución que ahorre energía y agua en instalaciones costeras mediante dispositivos de captura de energía oceánica.

A lo largo de este proyecto se ha procedido a la revisión documental de los últimos avances y estado del arte de las tecnologías involucradas en el desarrollo del mismo. En particular se ha revisado el funcionamiento de la tecnología Cool Steam (CS) utilizada para la obtención de agua dulce a partir de fuentes de agua salada. Se ha visitado el prototipo situado en el CIMNE de Castelldefels (Barcelona), así como una planta funcional cuyas pruebas de operación fueron llevadas a cabo en PLOCAN (Canarias, partner del proyecto europeo) en Mayo de 2022. Asimismo, se ha evaluado su potencialidad y las necesidades de escalabilidad para la generación de agua dulce en las cantidades necesarias en el caso de estudio, que es un resort de vacaciones en la costa norte de la República Dominicana, como está mencionado en la memoria técnica del proyecto. Se han cuantificado las necesidades energéticas del proceso de desalación para el suministro de la cantidad total estimada necesaria diaria de agua dulce. La estimación no tiene en cuenta las necesidades de bombeo del lazo primario dedicado al suministro del flujo frío en el proceso de desalación (que proviene de agua marina a gran profundidad) así como el de almacenaje de agua salada para ser purificada. La evaluación de estas necesidades se ha realizado junto con las del sistema de refrigeración SWAC (refrigeración por agua de mar, siglas en inglés), que consume la mayor parte del flujo de aguas profundas. Se ha analizado también la situación en materia de energía y disponibilidad de agua potable de las Islas de San Andrés y Providencia, en el caribe colombiano. Se ha concluido que son una localización de interés para la instalación del sistema propuesto y se ha analizado la viabilidad de instalación de un sistema como el propuesto en estas islas. La clave para el funcionamiento del sistema es el acceso a aguas frías de las capas profundas del océano, aspecto que se ha analizado pormenorizadamente. Además, se ha procedido a analizar la viabilidad de uso de las tecnologías SWAC en la localización del resort de República Dominicana. Se han analizado informes técnicos sobre las características climáticas y oceanográficas del lugar y analizado los perfiles de temperaturas con la profundidad y rango de temperaturas anuales. La tecnología SWAC está muy relacionada con el uso de la energía térmica oceánica (OTEC) y la tecnología de desalinización de baja temperatura y presión desarrollada en CIMNE en el marco del proyecto europeo y denominada Cool Steam, en tanto en cuanto extrae agua de las capas profundas del océano y la utiliza como fuente de “frío” en el sistema. El gradiente de temperatura entre el agua profunda (fría) y el agua superficial (caliente), que recibe directamente la acción solar (o cualquier otra fuente de calor como puede ser el calor residual industrial o doméstico) será la clave para la generación de energía, agua potable y satisfacer las necesidades de climatización. De hecho, los sistemas OTEC son capaces de producir electricidad y desalar simultáneamente. En el marco común para todas las tecnologías del proyecto, del uso de las aguas profundas frías, se han revisado las aplicaciones y los avances de OTEC en el mundo, así como los proyectos y tecnologías disponibles en la actualidad. Como resultado de estas tareas se ha generado el trabajo Ocean thermal energy conversion and other uses of deep sea water: a review, trabajo publicado en la revista Journal of Marine Science and Engineering. En este trabajo se revisan los fundamentos de la tecnología OTEC y se presenta la dependencia de la temperatura del agua del mar con la profundidad. También se analizan las diferentes localizaciones para este tipo de plantas y se recogen los principales proyectos OTEC desarrollados o en desarrollo en todo el mundo. Este apartado es especialmente interesante para la realización del estudio de viabilidad y futuro plan de negocio para el sistema propuesto. Se analizan también otros posibles usos del agua de mar de capas profundas en la agricultura y se revisa su impacto ambiental y económico. Se revisa así mismo el uso de plantas OTEC para satisfacer simultáneamente la demanda de electricidad y agua potable. Como conclusión de relevancia para el proyecto se propone el uso de la tecnología OTEC como complemento a la tecnología WEC, propuesta inicialmente en el proyecto, dado que con la tecnología OTEC se contribuye a cumplir con los objetivos marcados inicialmente en el mismo. La clave para el funcionamiento del sistema propuesto en el proyecto es la viabilidad de la extracción de agua fría de las capas profundas del océano. Éste es el punto en común entre la propuesta inicial y la tecnología OTEC, de tal forma que la viabilidad de una implica y es implicada por la viabilidad de la otra. Típicamente, la diferencia de temperatura de funcionamiento idónea se alcanza a los 1000 m de profundidad, donde la temperatura se ha estabilizado de forma independiente de la latitud en los 4-5 ºC. La viabilidad del sistema de extracción de aguas profundas depende, por tanto, de la viabilidad de extraer agua de una profundidad de 1000m en un lugar cercano a la costa. Este criterio determina esencialmente los lugares en los que la tecnología propuesta será de interés. Por este motivo se ha analizado la batimetría del lugar propuesto como caso de estudio (San Andrés y Providencia, así como otros puntos del caribe colombiano) con objeto de determinar los lugares en los que el acceso a profundidades de 1000 m es más sencillo. El resultado está publicado en el artículo Colombian Caribbean Bathymetry for an OTEC system location, publicado en el Journal of Marine Science and Engineering. En este trabajo se seleccionan los mejores lugares para la construcción de una instalación OTEC, que son asimismo lugares apropiados para la instalación del sistema propuesto (energía, agua potable y SWAC) por su viabilidad en la extracción de aguas frías de las capas profundas. En el trabajo Economic Viability Analysis for an OTEC Power Plant at San Andrés Island, publicado en el Journal of Marine Science and Engineering, se ha procedido a realizar la valoración económica de la implementación de una planta OTEC de 2MW en la Isla de San Andrés a partir de la localización propuesta en el artículo anterior. En este trabajo se diseñan y dimensionan los diferentes sistemas y componentes de la planta, y se analiza su viabilidad económica tanto en la situación en la que solo se genera energía como cuando también se desala agua de mar. Como resultado de todas las tareas de análisis se han evaluado las necesidades de refrigeración del resort caso de estudio (Aldiana club Cabarete, Rep. Dominicana) y la posibilidad de satisfacerlas por medio de la tecnología SWAC. Se ha estimado el flujo de agua de refrigeración necesario y las necesidades energéticas para el bombeo de agua de mar en el flujo primario de refrigeración. En la Figura 1 se puede observar la arquitectura general del sistema SWAC. Para la estimación del coste energético del bombeo primario de agua se ha considerado tres veces el necesario con el objeto de cubrir el coste para la tecnología CS y el posible bombeo de agua para el depósito de almacenaje. Finalmente se han analizado los dispositivos de conversión de energía oceánica (WEC en inglés). Se ha revisado la densidad de potencia disponible en las costas cercanas al resort de estudio. Se ha llegado a la conclusión de que disponen de una densidad energética relativamente baja (10 kW/m frente a 40-50 kW/m en las costas noruegas), pero constante a lo largo de casi todo el año y con una oscilación entre valores máximos y mínimos muy baja, lo que lo hace especialmente interesante para el uso eficiente de dispositivos, puesto que su diseño puede optimizarse para las condiciones de operación en concreto. Se ha elegido como punto de partida para el análisis de viabilidad un dispositivo DEXA y se han recopilado sus características de generación de potencia. Una vez analizada cada una de las tecnologías por separado se ha propuesto la arquitectura global del sistema mostrada en la Figura 2, donde se plantea cómo deben integrarse todas ellas. La propuesta de integración ha dado como resultado el trabajo Design of sustainable coastal holiday resorts by means of sea energy aceptado y presentado en la conferencia International Conference on Sustainable Development (Roma (virtual), 8-9 Septiembre 2021). Además de proponer la arquitectura global del sistema, este trabajo presenta la estimación de la energía necesaria para cada una de ellas y el balance entre la energía consumida y la generada por medio de convertidores de energía oceánica. Como resultado de este análisis de viabilidad se ha llegado a la conclusión de que el sistema propuesto es viable y representa una alternativa real para su uso en instalaciones cerca de la costa. Como resultado de este trabajo se han integrado satisfactoriamente las tres tecnologías en un único sistema capaz de proporcionar refrigeración y agua dulce a partir de energía renovable (de origen marino en este caso), estimándose las necesidades energéticas. Otra de las conclusiones importantes del estudio realizado es que el sistema de bombeo (pumping system) es el que más necesidades energéticas representa de todo el sistema. Por ello, la optimización de este subsistema se ha revelado como uno de los aspectos más importantes del diseño global. Se ha llevado a cabo la propuesta del modelo de negocio para el sistema diseñado a través de la metodología Blue Ocean.