Energía Cinética. Frentes Frias Hidrocinéticos (FHCs)

Reflexionar que el Universo se encuentra en continua perfección y movimiento -nuestro sistema planetario con sus diversos satélites giraran en trayectorias prácticamente circulares alrededor de la estrella solar-, hacen muy oportuno y conveniente analizar y estudiar este fenómeno integral-natural para aprovechar la interminable energía cinética almacenada en las principales cuencas fluviales y marítimas de La Tierra para transformarla en inmensos ríos de electricidad.

Es decir, la esencia de los movimientos de rotación y traslación -lo cual asocia cualquier fenómeno meteorológico y definen el clima terrestre-, es proporcional a la permanente energía hidrocinética por extraerse de caudalosos ríos y estrechos marinos. Aunado a que la velocidad del agua en aquellos sistemas fluviales y marítimos con igual dirección a dichos desplazamientos (del occidente al oriente), es mayor a otras corrientes que fluyen en sentido opuesto. Aún así, todo sistema hidrodinámico que cumpla con los lineamientos técnicos básicos y sea factible de utilizar, resultará sumamente atractivo a fin de producir abundante energía limpia y renovable.

FHC. Grupos Turbogeneradores Sumergibles para Extraer-Transformar la Interminable Energía Cinética.

Si la velocidad de traslación de la Tierra entorno al Sol es del orden de 29 470 metros por segundo (m/s) y que la celeridad de rotación depende de la latitud -en el Ecuador gira a 445 m/s y a 45 grados norte a 298 m/s-, da una idea del inmenso potencial energético disponible en el Universo y de su favorable uso en zonas bien definidas de nuestro planeta. Por lo mismo, al satisfacerse un alto porcentaje de la demanda de energía eléctrica mediante una fuente inagotable, los crecientes consumos de combustibles fósiles que ahora se emplean para generar electricidad, con sus inherentes problemas ambientales y alteraciones ecológicas, se reducirían progresivamente.

Además, por la influencia del fenómeno de nutación (inclinación del eje terrestre), las lluvias más intensas y prolongadas, así como la formación e incidencia mayor de ciclones-huracanes-tifones ocurren al norte del Ecuador. Significa que las cuencas hidrológicas localizadas en las inmediaciones y en el hemisferio septentrional, cuentan con más volumen por unidad de área, respecto a las cuencas ubicadas al sur del Ecuador. Referencia que permite evaluar mejor -junto con los movimientos propios de La Tierra- el potencial hidrocinético de los principales sistemas fluviales y marinos.

De acuerdo a lo anterior y con la intención de aprovechar las partes medias y bajas de caudalosos ríos, que por sus condiciones fisiográficas -cauces anchurosos, planicies extensas de inundación, vegetación densa, ingentes volúmenes de sedimentos, ausencia de estribaciones montañosas- no es posible construir proyectos hidroeléctricos convencionales, el criterio por prevalecer en los sitios propuestos para instalar modernos y productivos Frentes Hidrocinéticos (FHC) consiste:

1.   Que los sistemas fluviales tengan abundante caudal y variaciones moderadas de niveles y escurrimientos. En los FHC sugeridos en el mar este requisito no es relevante, pero se requiere que en algunos sitios preseleccionados, los grupos turbogeneradores submarinos queden bien protegidos contra contingencias naturales (ciclones, tsunamis, congelación…).

2.   Profundidad dentro de un intervalo de 20 a 50 metros, tanto en los grandes ríos como en el mar, a fin de facilitar la construcción y optimizar el funcionamiento. En los ríos intermedios y en aquellos sugeridos como modelos naturales para evaluar los beneficios y ventajas de los FHC, el fondo mínimo sería de 5 a 15 metros. De ser necesario, se dragarían y acondicionarían las secciones hidráulicas definitivas para satisfacer las especificaciones y normas de proyecto y obtener así, una alta producción y participación energética.

3.   Debido a que la mayoría de los FHC estarían en zonas con intenso tráfico fluvial-marítimo, es imprescindible que no interfieran la navegación. Al quedar en las partes centrales de ríos y estrechos marinos -zonas de cuatro a siete kilómetros de longitud y su anchura en función del número de líneas paralelas de extracción de energía cinética fluvial o marina por colocar-, las filas de los conductos de acceso, ventilación y salida de cables conductores, equivaldrían a una bien delimitada y señalizada división de una vialidad terrestre.

Desde luego, de la calidad y confiabilidad de la información básica de los lugares recomendados -hidrología, geología, topografía, batimetría, oceanografía- garantizaría que los conceptos, criterios y métodos por aplicar se cumplan plenamente, y que durante la larga vida útil y operación de los equipos electromecánicos subacuáticos, se conserven altos índices energéticos, técnico-económicos y de seguridad.

Así, los potentes grupos turbogeneradores tipo Kaplan-Bulbo u otros equipos sumergibles-submarinos similares que se diseñen y fabriquen con procesos científico-tecnológicos de vanguardia para sustentar esta nueva era de desarrollo industrial, facilitarían convertir la valiosa e interminable energía cinética fluvial- marítima en continuos flujos eléctricos, hecho que reimpulsaría el uso intenso de la hidroelectricidad.

Significa que la viabilidad técnica y económica, radicaría en lograr que la velocidad del agua en las secciones hidráulicas definitivas aumente considerablemente. Esto exige una invención original para desarrollar un río artificial -que serían los FHC- dentro de importantes ríos y estrechos marinos naturales. Sin duda este requisito resulta factible; pues si las corrientes marinas funcionan como grandes ríos subterráneos, su imitación e instauración es posible conforme a conceptos y estructura especiales.

Es necesario precisar que la protección de los grupos turbogeneradores emplazados en las profundidades de ríos y estrechos marinos resulta prioritaria -cimentación, estabilidad, confiabilidad-, así como en los conductos de acceso, ventilación y salida de los cables eléctricos, lo cual evitaría daños y la entrada de agua a las salas de máquinas. De igual manera, las líneas de transmisión (de preferencia serían de corriente continua) que transportarían la energía eléctrica a tierra firme, podrían alojarse dentro de tuberías subacuáticas…

Frentes Frias HidroCinéticos (FHCs). Principales Ríos del Mundo para Extraer-Transformar la Energía Cinética en Ríos de Electricidad

¹ En los treinta ríos más caudalosos de la Tierra, los 221 sitios recomendados para instalar productivos FHC se formarían con cinco líneas paralelas de extracción de energía. Cada línea tendría diez turbogeneradores tipo Kaplan-Bulbo u otros equipos semejantes de máxima potencia.

 ² Al interconectarse los FHC con las redes eléctricas internas y externas regionales, participarían a cubrir la demanda de electricidad, tanto en naciones en vías de desarrollo como industrializadas. Al ahorrar ingentes volúmenes de combustibles fósiles, ayudarían a reducir la contaminación y alteración ambiental 

 ³ El caudal del río Hudson se forma con sus escurrimientos propios y el volumen de las mareas

 ⁴ En el río Nilo, además de optimizarse los trasvases propuestos en del proyecto de infraestructura África Crepúsculo Norte-Crepúsculo Sur, sus FHC aportarían abundante electricidad.

 ⁵ El desfiladero del Rhin es un modelo natural para corroborar las ventajas y beneficios de los FHC

Si en lo futuro es posible transmitir la electricidad a las subestaciones de interconexión y centros de consumo sin emplear torres ni cables conductores -parecido a la comunicación inalámbrica electrónica- se lograría un avance exponencial dentro de todo el contexto innovador de los FHC.

Respecto a las grandes estructuras tubulares que canalizarían los caudales de diseño a cada línea de extracción-producción, desde el primero hasta el último equipo turbogenerador, la sección inicial sería rectangular para finalizar la transición en forma semicircular (semejante a un invernadero); con lo cual, además de satisfacer estrictas condiciones de proyecto para suministrar con certeza y seguridad el volumen demandado, facilitarían aumentar la velocidad del agua. Para su ejecución, los materiales, sistemas de fabricación, montaje, anclaje y las secciones transversales de transición para mantener las máximas velocidades de proyecto, deben cumplir todo requisito preestablecido.

Por lo que al tener como referencia inicial la aplicación de este reformador y sui generis planteamiento en el río más caudalosos del mundo, el Amazonas -su descarga promedio al mar, 175 000 metros cúbicos por segundo, equivale a la suma de los subsiguientes ríos en importancia: Congo, Orinoco, Yangtzé, Ganges y La Plata-, facilitaría diversificar de manera ordenada y creciente, un proceso de generación masiva de energía eléctrica de origen cinético. Al empezar de lo mayor a lo menor -en contraposición con lo convencional y frecuente- se podría incluir cualquier sistema fluvial que reúna los criterios y normas de concepto, proyecto y diseño.

Entonces, los fundamentos integrales y la planeación general para aprovechar caudalosos ríos, donde no es factible desarrollar obras hidroeléctricas tradicionales, así como en aquellos estrechos marinos, que por sus características resulte conveniente aplicar esta innovadora concepción, serían:

a)      No se necesitaría ejecutar ningún tipo de obra civil superficial (presa, vertedor, planta hidroeléctrica, obras de desvío…) ni instalaciones electromecánicas externas, excepto las líneas de corriente directa; que conforme avancen las investigaciones en transmisión eléctrica en alta tensión, podrían evolucionar a la completa supresión de torres y cables conductores.

b)      Al no formarse embalses se evitaría inundar centros urbanos, tierras de cultivo, reservas ecológicas, ruinas arqueológicas, con lo cual se eliminarían conflicto de intereses, afectaciones e indemnizaciones, además de problemas de azolve y oposiciones de organizaciones políticas, sociales, insurgentes y ambientales.

c)      De fabricarse potentes turbogeneradores sumergibles, los FHC formados con varias líneas paralelas de producción y separadas en forma proporcional al tamaño de los equipos y a la celeridad de diseño -también podrían instalarse equipos electromecánicos que funcionen a velocidad variable para prever contingencias o alteraciones hidrodinámicas-, sería conveniente que la celeridad del agua en las secciones de extracción se conserve e inclusive aumente dentro de la estructura de conducción (un río con flujo natural y otro artificial encauzado a mayor velocidad) a fin de que sus dimensiones faciliten su manufactura y montaje.

d)      El acceso a cada grupo de generación se efectuaría mediante lumbreras (equivalente al periscopio-ingreso de un submarino), con la altura y geometría apropiada para impedir que durante la temporada de inundaciones o incidencia de fenómenos naturales, entre agua y azolve al interior de los equipos turbogeneradores. Significa que únicamente emergerían del agua tubos-chimeneas, decorados y señalizados que se confundirían con el paisaje fluvial-marítimo.

e)      Asimismo se colocarían barreras de boyas y estructuras guías para delimitar las zonas exclusivas de los FHC y canalizar el volumen total de producción. Estas barreras flotantes, incluirían mallas transversales para controlar la incursión de la fauna y maleza acuática, y prevenir así, que algún animal se dañe o enrede en las hélices de las turbinas.

f)       Cada FHC ocuparía la parte central de las secciones elegidas. El volumen de agua por fluir en el primer grupo turbogeneradores submarino, sería el mismo que accionaría la siguiente unidad -ubicada a una distancia idónea para restablecer la velocidad de diseño- y así sucesivamente hasta el último equipo electromecánico… Si para aprovechar los recursos de una cuenca en forma normal se construyen proyectos hidroeléctricos en cascada; en los grandes ríos sería algo similar, sólo que las líneas de producción de los FHC se situarían en el sentido del flujo.

Así como se edifican plataformas de perforación para extraer hidrocarburos (petróleo y gas natural) del subsuelo marino y en la actualidad se prevé explotar yacimientos de recursos no-renovables con tirantes de agua a más de tres mil metros de profundidad, desarrollar potentes, seguros y modernos equipos turbogeneradores subacuáticos para extraer-transformar-generar ríos de electricidad limpia y renovable se traduce en un congruente objetivo en el futuro energético mundial. Esto exige una plena coordinación de industriales y centros de investigación a fin de sumar y aplicar su experiencia y conocimiento científico en construir, instalar y operar turbinas y generadores de alta tecnología, que por su ubicación, tamaño y características serían una trascendente aportación en el siglo XXI.

Ante este horizonte de trabajo y reto industrial, la conjunción de esfuerzos e inversiones energéticas y de capital de los fabricantes internacionales asociados con gobiernos y empresarios regionales resulta fundamental. La misma finalidad y compromiso debe prevalecer para la ejecución de los sistemas de transmisión y transformación de energía eléctrica, ya que por las restricciones de carácter ambiental, las distancias a los centros de consumo, las dificultades de tendido, las afectaciones… su construcción cada vez se complica y se encarece. De ahí que la transmisión e interconexión serían también mediante materiales, equipos y procesos de instalación-retransmisión de alta tecnología, a fin de que en un futuro exista la posibilidad de conectar toda subestación sin infraestructura convencional (torres, cables, aisladores…).

Con imaginación, investigación, invención y decisión de consorcios financieros, industriales, constructores e inversionistas, los propuestos FHC al sustentarse en modernos conceptos de diseño y proyecto serían una realidad. Donde su abundante y económica producción hidrocinética (en los principales ríos se estima en doce millones de Gigawatts?hora, 70% de la actual generación mundial de electricidad) se convertiría en un apoyo estratégico y prioritario para ahorrar grandes volúmenes de combustibles fósiles (petróleo, gas natural, arenas bituminosas, carbón…) y uranio para reducir costos, riesgos y oposiciones inherentes a la energía nuclear, aunado a su amplia contribución para proteger y disminuir los cambios medioambientales.

Sin duda, su consecución exige otra visión y mentalidad para afrontar, traspasar y superar el desafío de aplicar, acrecentar y diversificar planes y programas de generación masiva de energía eléctrica, en ríos donde no es viable construir proyectos hidroeléctricos tradicionales. Por supuesto, organizaciones como Naciones Unidas, Banco Mundial, Fondo Monetario Internacional, Cuenca Económica Asia-Pacífico, Unión Europea y Comunidades Internacionales de Cooperación, Desarrollo y Fomento, tendrían una función preponderante para apoyar con renovadas políticas y alianzas de progreso, las diversas y sucesivas etapas que integrarían la instauración universal de los FHC tanto fluviales como marinos.

Hacer de los FHC un propósito equitativo y un compromiso ineludible entre países y pueblos que tienen y comparten importantes ríos y estrechos marinos, y extender sus aportaciones energética a otras regiones o naciones allende sus fronteras, fortalecería un mismo destino de colaboración y se alcanzaría un esfuerzo común para asegurar la posteridad y calidad de vida en La Tierra.

Principales Bahías y Estrechos Marinos. Frentes Frias HidroCinéticos (FHCs) para Extraer-Transformar la Energía Cinética en Ríos de Electricidad

Notas Principales para los FHCs Marinos:

1. Los cincuenta y dos sitios propuestos para instalar Frentes Hidroeléctricos Marinos (FHCm) de alta producción de electricidad emplearían lo mejor posible, las corrientes submarinas en compatibilidad con las características y ventajas técnicas que ofrecen las bahías y estrechos preseleccionados.

2. Los potentes equipos turbogeneradores tipo Kaplan-Bulbo u otros grupos similares -que se diseñen y construyan con procesos científico-tecnológicos de vanguardia-, permitirían transformar la interminable energía cinética del agua de mar en enormes corrientes submarinas de electricidad. Significa que la viabilidad técnica y económica, radicaría en lograr que la velocidad del agua en las secciones hidráulicas definitivas aumente considerablemente. Esto exige una invención original para desarrollar un río artificial -que serían los FHCm- dentro de importantes ríos y estrechos marinos. Sin duda este requisito resulta factible, pues si las corrientes marinas funcionan como grandes ríos subterráneos, su imitación e instauración es posible conforme a equipos y estructura especiales.

3. Es importante señalar que en algunos sitios donde quedarían los FHCm, la presencia de fenómenos meteorológicos es severa (ciclones, tsunamis, mareas, congelación). Por lo que la seguridad y protección de los grupos turbogeneradores resulta prioritaria, en especial lo relacionado a la cimentación y estabilidad de los equipos e instalaciones electromecánicos, así como en los conductos de acceso, ventilación y salida de cables conductores, a fin de evitar daños y la entrada de agua a las salas de máquinas. Las líneas de transmisión que transportarían la energía eléctrica a las subestaciones ubicadas en tierra firme se alojarían en tuberías subacuáticas bien protegidas.

4. Las grandes estructuras tubulares que conducirían los caudales de diseño a cada línea de producción, además de cumplir con estrictas normas y especificaciones para suministrar con plena certeza el volumen requerido (de 1000 m³/s a 1700 m³/s, según la potencia por emplazar), garantizarían una operación correcta, productiva y eficiente. Por supuesto, los materiales, los sistemas de anclaje y las secciones transversales de transición para mantener las velocidades de diseño y asegurar así la potencia instalada, deben de cumplir todo requisito y concepto de proyecto.

Del correcto aprovechamiento de la inacabable energía de movimiento que rige al infinito universo y de la voluntad y determinación política de gobiernos, organismos multinacionales e instituciones científicas, financieras, económicas e industriales, los ríos de energía que generarían los Frentes Hidrocinéticos, además de ser un productivo negocio internacional, representarían un invaluable beneficio para la humanidad.

Ing. Manuel Frías Alcaraz

Proyecto de País México Tercer milenio

www.energywatertm.com manuel.frias@mexicotm.com

México, D.F. Diciembre de 2004 (Actualizado-Ampliado a Julio de 2013)

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