Catastro del Recurso Energético Asociado a Oleaje para el Apoyo a la Evaluación de Proyectos de Generación de Energía Undomotriz

La investigación que motivó el presente proyecto se enmarcó dentro de las iniciativas para desarrollar Energías Renovables No Convencionales (ERNC) que permitan a Chile diversificar y ampliar su matriz energética. Chile posee un alto nivel de dependencia energética, donde más del 70% de los recursos energéticos del país son importados. En este escenario, se hace indispensable para el desarrollo sustentable del país la implementación de nuevas fuentes energéticas que permitan, en primer lugar, suplir una demanda creciente, minimizar la dependencia de suministros externos y finalmente fomentar la producción de energías limpias reduciendo de esta forma las emisiones de gases invernadero. En este tipo de fuentes alternativas de energía se encuentra la asociada al oleaje incidente en el litoral de Chile, recurso cuya evaluación es el objetivo de la investigación propuesta. El oleaje contiene energía mecánica (potencial y cinemática) que corresponde a la transferencia de la energía del viento que lo genera, el que a su vez es una transferencia de la energía solar incidente en la atmósfera terrestre. Esta energía incide en el litoral chileno con un comportamiento estocástico y una distribución espacial y temporal que, para un proyecto de producción de energía, debe ser conocida y evaluada. En el litoral de Chile inciden oleajes que pueden ser generados en toda la cuenca del Océano Pacífico y que al acercarse al borde costero experimentan transformaciones de ondas en función de la conformación del borde costero y los fondos marinos (batimetría). Según lo planteado, para evaluar el recurso energético asociado al oleaje, es necesario conocer su comportamiento en el largo plazo y también a lo largo de la costa del país. El segundo aspecto que se requiere para este aprovechamiento de energía es disponer de un dispositivo (central de generación) que permita transferir esta energía y entregarla a una línea de transmisión que se pueda, por ejemplo, conectar al Sistema Interconectado Central (SIC). A la fecha existen desarrollos internacionales de diversos dispositivos, varios de ellos ya en etapa de prototipos, y se espera que en los próximos años, estas tecnologías alcancen un estado que permita proyectar las primeras centrales de producción. De esta manera, la investigación propuesta tiene como objetivo evaluar el recurso de energía undimotriz (por oleaje) en la costa de Chile y de esta forma tener una base para el momento de evaluar los dispositivos de aprovechamiento energético en actual desarrollo. Así, los resultados permitirán evaluar sobre la base de fundamentos sólidos este recurso energético y la factibilidad técnica y económica para su aprovechamiento. Tal como se detalla en la revisión del Estado del Arte (Anexo 01), a la fecha se han ejecutado estudios para evaluar el recurso undimotriz en aguas profundas, a la cuadra de la costa chilena, y también se ha evaluado el recurso en aguas someras en algunos puntos de interés. Estos estudios han sido un progreso relevante pero las metodologías aplicadas corresponden a modelos matemáticos de oleaje global y de transferencia de los frentes de oleaje desde aguas profundas hasta las aguas costeras, y pese a que estos modelos cuentan con ciertos procesos de calibración y validación, en Chile no se cuenta con una base de datos confiable y estadísticamente representativa como para asegurar la confiabilidad de los resultados. Se debe tener presente que por tratarse de un aprovechamiento energético, es fundamental evaluar las condiciones medias del recurso. En variables naturales aleatorias como el oleaje, este tipo de condiciones representa complejidades que obligan a aplicar modelos de última generación y calibrar con mediciones específicas de oleaje oceánico en aguas profundas y simultáneamente en aguas someras en los puntos de interés. La energía del oleaje es proporcional al cuadrado de la altura de las olas, razón matemática por la cual los errores en el modelado de éstas pueden tener un impacto significativo en la evaluación del recurso. A la fecha las teorías de generación y propagación del oleaje, así como los modelos matemáticos y numéricos para su aplicación, han experimentado desarrollos relevantes, que han ido de la mano de los avances de las tecnologías informáticas y de los dispositivos de medición (boyas oceanográficas, altimetría satelital, teledetección, sensores ADCP y otros), pero pese a esto, la complejidad del oleaje no permite asegurar la confiabilidad de los modelos, lo que obliga a la verificación con mediciones directas (datos duros). En efecto, en términos más técnicos, el oleaje presenta interacciones no lineales cuya descripción física y modelado matemático aún no han sido totalmente resueltas. La experiencia mundial en este aspecto sugiere que es indispensable contar con mediciones de carácter físico que permitan obtener una caracterización más completa y confiable del recurso. En términos de un proyecto de inversión de aprovechamiento energético, es absolutamente necesario que la evaluación del recurso permita conocer sus valores medios así como su varianza y rangos de error. También es necesario lograr una cobertura espacial y temporal cuyas escalas son el litoral centro-sur y una serie de tiempo de al menos 20 años de extensión. Esto permite además estimar las solicitaciones extremas a las que se verán expuestas las estructuras, elemento relevante en el diseño de las obras civiles requeridas. En los párrafos anteriores se ha intentado establecer la naturaleza del problema y las complejidades que implicó la evaluación del recurso undimotriz y a continuación se plantean la metodología utilizada y recursos que se consideraron para abordar este desafiante e innovador proyecto. Un primer aspecto a considerar, y que es clave en el desafío, es el recurso humano y las instituciones que conformaron el equipo de trabajo. El proyecto fue liderado por el Instituto Nacional de Hidráulica (INH) que cuenta con gran experiencia en estudios de modelado matemático de oleaje y mediciones oceanográficas y que dispone de investigadores de experiencia y formación especializada en ingeniería hidráulica y de costas. Participaron también la Universidad Federico Santa María, la Universidad de Valparaíso y la Pontificia Universidad Católica de Chile, con investigadores doctores en ingeniería de costas, en temas de modelado matemático y mediciones de oleaje con técnicas de última generación. Otro integrante fue PRDW Aldunate Vásquez Ingenieros, firma líder nacional en proyectos de ingeniería de costas y puertos con amplia experiencia en estudios de modelado de oleaje y condiciones hidrodinámicas para proyectos complejos en Chile y otros países. Finalmente se destaca la participación de la empresa HydroChile, mandante del proyecto, cuyo prestigio, experiencia y capacidad, nacional e internacional, en proyectos energéticos fue fundamental en el lineamiento de las tareas.