Resumen de Tidal Energy Potential in the Center Zone of the Colombian Pacific Coast

Gabriel Esteban Quintero Aguilar, Juan Rueda Bayona

• español

  Introducción: La energía de las mareas está evidenciando un interés a nivel mundial porque se puede estimar con precisión debido al comportamiento cíclico de las mareas. Esta energía puede extraerse de las diferencias en la altura del nivel del mar mediante el uso de compuertas y turbinas de un embalse (planta de energía mareomotriz), o extraerse de las corrientes de marea a través de una red de microturbinas reversibles de eje horizontal como se propone en este estudio. Así, la región del Pacífico colombiano tiene la oportunidad de implementar microturbinas en áreas estratégicas con el desafío de optimizarlas para extraer energía con alturas de marea locales de hasta 4 m y velocidades de corriente de hasta 1.5 m/s.

  Objetivo: Calcular los potenciales energéticos de las corrientes de marea en la zona central de la costa pacífica colombiana obtenidos mediante modelado hidrodinámico (Delft3D) validado con información in situ.

  Metodología: El presente estudio parte del nivel 1 de desarrollo tecnológico (Niveles de desarrollo tecnológico, TRL en inglés) hasta llegar a TRL 2. Luego, la investigación realizó una revisión documental de experiencias nacionales e internacionales relacionadas con la energía mareomotriz, evidenciando la gran oportunidad que tiene Colombia para aprovechar este tipo de energía y sumarnos al creciente interés internacional por el desarrollo de energías limpias y renovables. Además, este estudio caracterizó las alturas de las mareas y realizó cálculos de potenciales energéticos a partir de corrientes de marea en el Pacífico colombiano derivados de modelos hidrodinámicos (Delft3D) validados con datos medidos in situ. Los resultados de este estudio incentivan la aplicación de estas tecnologías en Colombia y representan un aporte al cumplimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU (Energía asequible y no contaminante, ODS 7).

  Resultados: De los 4 puntos de análisis, el punto B (Buenaventura) registró el mayor potencial acumulado de generación eléctrica por mes (31,546.56 Wh/mes). Las alturas máximas de marea en los puntos A, B, C y D durante 2018 fueron de 1.88 m. Además, el rango de velocidad media en los puntos A, B, C y D fue de 0.28 m/s a 0.54 m/s, y la velocidad máxima para estos puntos fue de 0.54 m/s, 0.49 m/s, 0.31 m/s y 0.28 m/s respectivamente. Luego, mediante 5 microturbinas mareales con eje horizontal reversible de 1 m de área de barrido para el punto de mayor potencial (B), es posible generar energía eléctrica para cubrir el consumo eléctrico de una casa, y con 544 microturbinas el consumo de 99 casas. La granja de mareas (544 microturbinas) requeriría un área de 2079.36 m2 (por ejemplo, 45.6 m x 45.6 m) y una profundidad media de 5 m; estos requisitos son factibles de cumplir debido a las características del área de estudio.

  Conclusiones: Esta investigación determinó el potencial energético de las mareas en la zona central del Pacífico colombiano para 4 puntos de interés, (A, B, C y D) y los mayores potenciales se encontraron en los puntos A y B ubicados en Bahía Málaga y Buenaventura respectivamente. Además, se analizaron las velocidades mínimas, la duración de estas y el régimen de mareas diurno (12 h), y se encontró que los puntos A y B mostraron los tiempos más bajos (1 h y 2 h) de velocidad mínima, evidenciando una capacidad de generación eléctrica diaria de 22 h y 20 h respectivamente. En consideración a los resultados obtenidos, esta investigación muestra la oportunidad de realizar estudios para promover el desarrollo de microturbinas reversibles de eje horizontal para el aprovechamiento de la energía mareomotriz. La energía generada podría ser suministrada a comunidades con dificultades de acceso a la red de distribución eléctrica, lo que reduciría la pobreza y la emisión de Gases de Efecto Invernadero (GEI) por la quema de combustibles fósiles y vegetales (leña).

• English

  Introduction: Tidal energy is evidencing interest worldwide because it can be accurately estimated due to the cyclical behavior of the tides. This energy can be extracted from differences in sea level height through the use of gates and turbines of a reservoir (tidal power plant), or extracted from tidal currents through a grid of reversible horizontal axis microturbines as proposed in this study. Thus, the Colombian Pacific region has the opportunity to implement microturbines in strategic areas with the challenge of optimizing them to extract energy with local tidal heights up to 4 m and current velocities up to 1.5 m/s.

  Objective: Calculate the energy potentials from tidal currents in the central zone of the Colombian Pacific coast obtained through hydrodynamic modeling (Delft3D) validated it with in situ information.

  Methodology: The present study starts from level 1 of technological development (Technology Readiness Levels, TRL) till reaching the TRL 2. Then, the research performed a documentary review of national and international experiences related to tidal energy, evidencing the great opportunity that Colombia has to take advantage of this type of energy and join to the growing international interest in the development of clean and renewable energies. In addition, this study characterized the tidal heights and did calculations of energy potentials from tidal currents in the Colombian Pacific derived from hydrodynamic modeling (Delft3D) validated with measured in situ data. The results of this study encourage the application of these technologies in Colombia and represents a contribution to the fulfillment of the UN sustainable development objectives (Affordable and non-polluting energy, SDG 7).

  Results: From the 4 analysis points, the point B (Buenaventura) registered the highest accumulated potential for electricity generation per month (31,546.56 Wh / month). The maximum tidal heights at points A, B, C and D during 2018 were 1.88 m. Furthermore, the mean velocity range at points A, B, C and D was 0.28 m/s to 0.54 m/s, and the maximum velocity for these points were 0.54 m/s, 0.49 m/s, 0.31 m/s and 0.28 m/s respectively. Then, by means of 5 tidal microturbines with a reversible horizontal axis of 1 m sweep area for the point of highest potential (B), it is possible to generate electrical energy to meet the electrical consumption of a house, and with 544 microturbines the consumption of 99 houses. The tidal farm (544 microturbines) would require an area of 2079.36 m2 (e.g. 45.6 m x 45.6 m) and an average depth of 5 m; these requirements are feasible to be met because of the study area characteristics.

  Conclusions: This research determined the tidal energy potential in the central zone of the Colombian Pacific for 4 points of interest, (A, B, C and D) and the highest potentials were found in points A and B located in Bahía Málaga and Buenaventura respectively. In addition, the minimum velocities, the duration of these and the diurnal tidal regime (12 h) were analyzed, and it was found that points A and B showed the lowest times (1 h and 2 h) of minimum velocity, evidencing a capacity of daily electricity generation of 22 h and 20 h respectively. In consideration of the obtained results, this research shows the opportunity to perform studies for promoting the development of reversible horizontal-axis microturbines for the exploitation of tidal energy. The generated energy could be supplied to communities with access difficulties to the electricity distribution network, what would reduce poverty and the emission of Greenhouse Gases (GHG) due to the burning of fossil and plant-based fuels (firewood).

    Conclusions: It was determined that the tidal energy potential in the central zone of the Colombian Pacific for 4 points of interest, (A, B, C and D) and the highest potentials were found in points A and B located in Bahía Málaga and Buenaventura respectively. In consideration of the results obtained, this research shows the opportunity performe studies for promoting the development of microturbines for electricity generation from tidal energy. The generated energy would supply to communities with difficulties in accessing the networks of electricity distribution, thus reducing poverty and the emission of Greenhouse Gases (GHG) due to the burning of fossil fuels and of vegetable origin (firewood).