Energías del mar: tipos, ejemplos y potencial energético

El mar es una gigantesca reserva de energía que apenas acabamos de empezar a aprovechar. Olas, mareas, corrientes, diferencias de temperatura y de salinidad esconden un potencial capaz de generar electricidad limpia y constante, complementando a la eólica y la solar en la transición energética.

Aunque solemos oír hablar casi siempre de la eólica marina (offshore), existe todo un abanico de tecnologías marinas que buscan convertir la dinámica del océano en kilovatios hora: energía undimotriz, mareomotriz, de corrientes, maremotérmica y del gradiente salino. Algunas están en fase muy avanzada y otras siguen en estado incipiente, pero todas comparten el mismo objetivo: sacar partido a ese 70 % de la superficie del planeta cubierto por agua.

Qué son las energías del mar y cómo se clasifican

Cuando hablamos de energías del mar nos referimos a las fuentes renovables que aprovechan los movimientos y propiedades físicas del agua marina para producir electricidad. No se trata de una única tecnología, sino de varias familias distintas que se apoyan en fenómenos oceánicos diferentes.

La energía del océano se manifiesta en forma de oleaje, mareas, corrientes, gradientes térmicos y gradientes salinos. Cada uno de estos recursos requiere dispositivos de captación específicos y presenta ventajas e inconvenientes propios en términos de coste, madurez tecnológica y posibles impactos ambientales.

En términos generales, las principales tipologías de energías marinas son:

• Energía de las olas o undimotriz, basada en el movimiento ondulatorio de la superficie.
• Energía de las mareas o mareomotriz, que explota la subida y bajada periódica del nivel del mar.
• Energía de las corrientes marinas, que convierte en electricidad la energía cinética de los flujos de agua.
• Energía térmica oceánica o maremotérmica (OTEC), vinculada a la diferencia de temperatura entre aguas superficiales y profundas.
• Energía del gradiente salino u “energía azul”, que saca partido a la diferencia de salinidad entre aguas dulces y marinas.

Este conjunto de alternativas hace que, a pesar de su juventud, las energías oceánicas se perciban como claves en los escenarios de descarbonización a medio y largo plazo, especialmente en regiones costeras con buenos recursos de oleaje, mareas o corrientes.

Energía de las mareas: centrales mareomotrices

La energía mareomotriz se basa en aprovechar el ascenso y descenso del nivel del mar causado por la atracción gravitatoria de la Luna y el Sol. En lugares con una diferencia de altura muy marcada entre la pleamar y la bajamar se puede instalar una central específica para convertir ese desnivel en electricidad.

Para que una central mareomotriz salga mínimamente rentable, se suele exigir una amplitud de marea de unos 5 metros como referencia. Se estima que al menos un centenar de zonas del planeta cumplen esa condición, y algunos estudios elevan a más de cien las áreas con este potencial solo en Europa. A escala global, el potencial teórico de esta tecnología se ha evaluado por encima de los 30 GW.

El esquema clásico de una planta mareomotriz se basa en la construcción de un dique o presa costera que cierra una bahía, estuario, cala o desembocadura de río y crea una especie de embalse. El dique incorpora compuertas y turbinas: cuando la marea sube, se permite la entrada de agua para llenar el embalse; al bajar la marea, el agua almacenada se deja salir a través de las turbinas, generando electricidad en uno o en ambos sentidos según el diseño.

La instalación más emblemática de este tipo es la central mareomotriz del estuario del río Rance, en la Bretaña francesa, operativa desde 1967. Allí, una barrera de unos 750 metros separa el estuario del mar abierto, abarcando una superficie superior a los 22 km². El complejo cuenta con 24 turbinas de 10 MW cada una, lo que le ha permitido ser durante décadas un referente mundial en aprovechamiento de mareas.

Actualmente solo existe una planta comparable en Corea del Sur; el resto de centrales mareomotrices en funcionamiento tienen potencias mucho menores. Ha habido proyectos muy ambiciosos en estudio, como en la Bahía de Fundy (Canadá) o en el canal entre Cardiff y Bristol (Reino Unido), pero la enorme inversión inicial y el riesgo de impactos ambientales significativos han frenado su materialización.

Entre los principales retos de la energía de mareas mediante diques destacan el posible alteración de ecosistemas costeros, cambios en los patrones de sedimentación y en la dinámica de nutrientes, así como afecciones a la pesca o a usos recreativos. Por eso, en los últimos años se investiga también en soluciones menos invasivas, como las turbinas de corrientes de marea, de las que hablaremos más adelante.

Con el desarrollo de turbinas más eficientes, estructuras flotantes y diseños optimizados, se espera que el coste de la energía mareomotriz vaya reduciéndose, lo que podría convertirla en un actor relevante en sistemas eléctricos costeros con grandes marismas y estuarios.

Energía de las olas o energía undimotriz

La energía undimotriz aprovecha el movimiento de las olas generado principalmente por el viento al rozar la superficie del mar. Este oleaje transporta una cantidad notable de energía: se estima que en muchas costas del mundo las olas pueden liberar del orden de 15 a 30 kW por metro de frente de costa, una cifra nada despreciable.

Si esa energía pudiera transformarse de forma eficiente, un tramo de 30 a 60 km de litoral con buenos recursos de oleaje podría producir tanta electricidad como una gran central térmica fósil o nuclear. El problema es que el oleaje es un fenómeno muy variable: cambia según la meteorología, la estación del año y la orientación de la costa, lo que complica el diseño de dispositivos robustos, duraderos y rentables.

En el Cantábrico, por ejemplo, los vientos dominantes generan olas que rondan los tres metros de altura media, lo que concede a regiones como Euskadi un potencial undimotriz muy interesante. No en vano, esta comunidad autónoma se ha convertido en uno de los polos mundiales de investigación en energías oceánicas, con instalaciones singulares y eventos científicos de primer nivel.

Para capturar la energía de las olas se han desarrollado múltiples tipos de convertidores, entre los que destacan:

• Dispositivos de columna de agua oscilante (OWC), donde el movimiento de la ola comprime y descomprime una cámara de aire que acciona una turbina.
• Dispositivos móviles articulados, consistentes en estructuras segmentadas que se doblan con el paso de la ola y transforman ese movimiento en energía mecánica.
• Placas u elementos oscilantes, que basculan con el oleaje y mueven generadores lineales o hidráulicos.
• Estructuras flotantes, a menudo ancladas mar adentro, que convierten el vaivén vertical y horizontal en energía eléctrica.

Un hito relevante fue la instalación, en Escocia, de una de las primeras centrales comerciales de tipo articulado, que lleva desde principios de siglo generando una potencia del orden de 500 kW. En España destaca la planta undimotriz de Mutriku, en la costa vasca, con 16 turbinas OWC que suman cerca de 296 kW y que inyectan regularmente a la red la energía producida por las olas desde 2011.

En Mutriku, el principio de funcionamiento es sencillo pero muy ingenioso: la ola entra en una cámara parcialmente inundada, comprimiendo el aire atrapado en la parte superior y expulsándolo a través de una turbina. Cuando la ola se retira, la columna de agua desciende y el aire vuelve a aspirarse por la misma turbina, que está diseñada para girar en el mismo sentido tanto en el soplado como en la succión. Este tipo de sistemas está siendo optimizado por grupos de investigación como ITSAS REM de la UPV/EHU para mejorar su rendimiento y fiabilidad.

Uno de los grandes retos de la energía undimotriz es gestionar la intermitencia y variabilidad del recurso. Al igual que ocurre con la eólica o la fotovoltaica, la producción depende de condiciones meteorológicas cambiantes que, además, no son homogéneas en todo el planeta. Esto obliga a combinarla con otras fuentes o con sistemas de almacenamiento para garantizar el suministro.

Energía de las corrientes marinas

A diferencia de las olas o del viento, muchas corrientes presentan una variabilidad baja y un carácter casi continuo, lo que las convierte en una de las fuentes renovables más interesantes para aportar generación no intermitente. En zonas de estrechos y canales naturales, estas corrientes se intensifican, dando lugar a velocidades idóneas para instalar turbinas submarinas.

La tecnología que explota este recurso es muy similar a la de la eólica, pero bajo el agua. Se colocan generadores en el flujo de la corriente, equipados generalmente con palas o rotores que giran al paso del agua. Según su diseño, se distinguen varios tipos básicos:

• Rotores de flujo axial, muy parecidos a los aerogeneradores convencionales, con un eje paralelo a la dirección de la corriente.
• Rotores de eje vertical, en los que las palas giran alrededor de un eje perpendicular al flujo, lo que facilita la captación desde múltiples direcciones.
• Dispositivos con alerones o perfiles oscilantes, que convierten el movimiento alternativo inducido por la corriente en energía eléctrica.

Uno de los sistemas más conocidos es SeaGen, instalado en el Estrecho de Strangford (Irlanda del Norte) en 2008. Se trata de un generador de dos hélices bipala de 16 metros de diámetro, capaz de producir del orden de 1,2 MW, y que ha sido durante años un referente mundial en el campo de las corrientes de marea.

En España, el potencial para esta tecnología está relativamente limitado porque las velocidades de corriente en la mayor parte de la costa no alcanzan los valores óptimos que exigen estos dispositivos para operar de forma eficiente. Aun así, existen localizaciones con cierto interés, como el Estrecho de Gibraltar o algunas corrientes en la costa gallega, donde se han realizado estudios preliminares.

En general, las turbinas de corrientes pueden cubrir un rango amplio de potencias, desde equipos relativamente pequeños para aplicaciones aisladas hasta máquinas cercanas a los 2 MW en entornos de alta velocidad de flujo. Sus principales desafíos pasan por el mantenimiento en condiciones marinas exigentes, la minimización del impacto en fauna marina y la reducción del coste por kilovatio instalado.

Energía térmica oceánica u OTEC (maremotérmica)

La energía maremotérmica, también denominada OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion), utiliza la diferencia de temperatura entre el agua superficial caliente y el agua profunda fría para generar electricidad mediante un ciclo termodinámico.

Para que esta tecnología sea viable se requiere un gradiente térmico mínimo de unos 20 °C entre la superficie y profundidades del orden de 800-1000 metros. Esta condición se da sobre todo en mares tropicales, donde el sol calienta de manera constante la capa superior del océano, mientras que las aguas profundas permanecen frías.

Las plantas OTEC suelen emplear variantes del ciclo de Rankine. En términos simplificados, el sistema dispone de un fluido de trabajo (que puede ser agua o un fluido de bajo punto de ebullición, según el tipo de diseño). El proceso típico incluye:

• Un evaporador, donde el fluido se vaporiza gracias al calor del agua superficial cálida.
• Una turbina, que es impulsada por el vapor a alta presión y mueve un generador eléctrico.
• Un condensador, que enfría y condensa el vapor usando agua de mar fría bombeada desde gran profundidad.
• Bombas para mantener la circulación de agua caliente y fría a través del sistema.

En el llamado ciclo cerrado, se emplea un fluido como el amoníaco, que se evapora y condensa sin mezclarse con el agua de mar. En el ciclo abierto, es el propio agua de mar la que, al reducir su presión, se evapora y acciona la turbina, para luego condensarse de nuevo con el agua fría profunda. También existen configuraciones híbridas que combinan ambas aproximaciones.

La principal ventaja de la energía térmica oceánica es que puede proporcionar generación eléctrica casi continua, siempre que se mantenga el gradiente de temperatura, algo bastante estable en ciertas regiones tropicales. No obstante, la eficiencia teórica es baja debido a la pequeña diferencia térmica disponible, lo que obliga a manejar grandes caudales de agua y a construir infraestructuras de gran tamaño, con costes aún elevados.

Energía del gradiente salino o energía azul

La llamada energía azul aprovecha la diferencia de salinidad que existe entre el agua de mar y el agua dulce, por ejemplo en la desembocadura de un río o en grandes estuarios. Esa diferencia de concentración de sales puede utilizarse para generar energía mediante procesos osmóticos controlados.

En esencia, se recurre a membranas semipermeables que permiten el paso del agua pero no de los iones de sal. Cuando el agua dulce y el agua salada se colocan a ambos lados de la membrana, el agua dulce tiende a pasar hacia el lado salado para igualar concentraciones, generando una diferencia de presión que puede convertirse en energía mecánica y después en electricidad.

Entre las tecnologías propuestas destacan:

• Ósmosis directa a presión retardada (PRO), donde se aprovecha el aumento de presión en el lado salado para accionar una turbina.
• Electrodiálisis inversa (RED), que genera un potencial eléctrico a partir de la migración selectiva de iones a través de membranas de intercambio iónico.

Esta forma de energía marina se considera todavía en un estado incipiente de desarrollo. Sus principales retos se relacionan con el coste y durabilidad de las membranas, los problemas de ensuciamiento (biofouling) y la necesidad de integrar las instalaciones en entornos estuarinos sensibles sin comprometer su equilibrio ecológico.

Otras formas de aprovechamiento marino y tecnologías históricas

Más allá de las grandes categorías modernas, existe toda una tradición de usos históricos de la energía del mar. Un ejemplo clásico son los molinos de marea, que llevan utilizándose desde hace siglos, especialmente entre los siglos XVI y XIX, para la molienda de cereales en zonas de marismas.

Estos molinos funcionaban de forma similar a las actuales centrales mareomotrices, pero a escala mucho menor: se construía un dique con compuertas que permitía llenar un estanque durante la pleamar. Cuando la marea bajaba, el agua almacenada se dejaba salir a través de un canal equipado con una rueda hidráulica que movía la maquinaria del molino.

En regiones como Cádiz y Huelva se conserva un patrimonio notable de antiguos molinos de marea, lo que ha motivado estudios específicos sobre su localización, su tecnología y el marco legislativo asociado a su posible restauración o reutilización con fines didácticos o turísticos.

Hoy en día, las nuevas tecnologías marinas han evolucionado hacia dispositivos submarinos avanzados, plantas flotantes y plataformas de ensayo en mar abierto, pero no deja de ser curioso ver cómo muchas ideas actuales beben de aquellos aprovechamientos tradicionales de la energía del mar.

Desarrollo regional: Andalucía, Euskadi y otras zonas punteras

En España, varias comunidades autónomas están analizando en detalle el potencial de sus recursos marinos. Andalucía, por ejemplo, cuenta con la mayor longitud de costa del país y la particularidad de disponer tanto de litoral atlántico como mediterráneo, lo que le otorga un abanico muy interesante de condiciones de oleaje, mareas y corrientes.

La Junta de Andalucía ha impulsado documentos como el estudio del “Potencial bruto de las energías marinas en Andalucía”, donde se evalúan, a nivel básico, los recursos de todo su litoral para las tecnologías consideradas más prometedoras. Posteriormente se ha publicado una “2ª fase” más detallada, centrada en las corrientes del entorno del Estrecho de Gibraltar y en el oleaje de la franja Cádiz-Huelva y la Costa Oriental de Almería.

Otro trabajo reseñable es el “Estudio preliminar sobre los molinos de marea en Cádiz y Huelva”, que hace un inventario de estas instalaciones históricas, describe su tecnología y analiza aspectos legales relacionados con su protección y posible rehabilitación.

Además, se actualizan de forma periódica informes como “Plantas de generación e infraestructuras energéticas de Andalucía”, donde se recoge la situación de las instalaciones a escala municipal, provincial y autonómica, y se ponen a disposición herramientas como el Mapa Interactivo de Infraestructuras Energéticas de Andalucía (MIEA) para consultar la ubicación de plantas solares y otras infraestructuras energéticas relevantes.

Por su parte, Euskadi se ha consolidado como referente internacional en energías oceánicas. En el Cantábrico vasco se dan buenas condiciones de oleaje, especialmente en invierno, lo que ha favorecido la implantación de proyectos pioneros como la citada planta undimotriz de Mutriku y la plataforma BIMEP (Biscay Marine Energy Platform), un banco de ensayos en mar abierto donde empresas y centros de investigación pueden probar prototipos a escala real.

La presencia de infraestructuras como BIMEP y de grupos de investigación especializados ha atraído a Euskadi eventos de gran relevancia mundial, como el congreso ICOE, centrado en la industria offshore, o el congreso EWTEC, focalizado en la investigación en energías oceánicas. Estos foros reúnen a cientos de expertos e investigadores para debatir los avances más recientes en simulación, diseño de dispositivos y evaluación de recursos.

Un elemento clave para afianzar este liderazgo es la formación especializada. El Máster Erasmus Mundus en Energías Renovables en el Medio Marino (REM+), coordinado por la UPV/EHU y otras universidades europeas, colabora con más de 50 empresas del sector y ha sido premiado por la Ocean Energy Conference por su contribución a la formación de profesionales en este ámbito emergente.

Ventajas, retos y papel en la transición energética

Las distintas formas de energía del mar comparten una serie de ventajas estratégicas: se trata de recursos renovables, con un impacto en emisiones de gases de efecto invernadero prácticamente nulo durante su operación y que, en ciertos casos (mareas y corrientes), ofrecen una previsibilidad y regularidad muy valiosas para el sistema eléctrico.

Asimismo, las energías marinas pueden ayudar a diversificar la matriz energética de los países costeros, reducir la dependencia de combustibles fósiles importados, crear cadenas de valor industrial asociadas a la construcción y mantenimiento de equipos marinos y aprovechar el conocimiento acumulado en otros sectores offshore, como el petróleo y gas o la eólica marina.

Sin embargo, su despliegue masivo aún se enfrenta a desafíos importantes. Entre ellos destacan los elevados costes de inversión y operación, las condiciones extremas del entorno marino (corrosión, oleaje, biofouling), la necesidad de asegurar la compatibilidad con ecosistemas sensibles y actividades tradicionales (pesca, navegación, turismo), y la competencia con otras fuentes renovables ya consolidadas y cada vez más baratas.

En el plano tecnológico, siguen siendo claves aspectos como el aumento de la fiabilidad de los dispositivos, el diseño de soluciones modulares y fácilmente mantenibles, la mejora de sistemas de fondeo y anclaje, o la integración de almacenamiento energético que permita suavizar la variabilidad de recursos como el oleaje.

De cara al futuro, se espera que la combinación de innovación tecnológica, economías de escala y marcos regulatorios favorables permita que las energías del mar ocupen un lugar cada vez más relevante en la transición hacia un sistema energético bajo en carbono, especialmente en países con amplios litorales y acceso a buenos recursos marinos.

La fuerza del océano ofrece un abanico de soluciones que va desde las centrales mareomotrices clásicas hasta las turbinas de corrientes más avanzadas, pasando por las plantas undimotrices, las instalaciones maremotérmicas y los proyectos de energía azul; si se supera la barrera económica y tecnológica actual, estas alternativas pueden convertirse en un pilar estable y complementario de otras renovables más maduras.