Energía eólica

Esta energía es producida por los vientos generados en la atmósfera terrestre. Se puede transformar en energía eléctrica mediante el uso de turbinas eólicas que basan su funcionamiento en el giro de aspas movidas por los vientos. Bajo el mismo principio se puede utilizar como mecanismo de extracción de aguas subterráneas o de ciertos tipos de molinos para la agricultura.

Al igual que la energía solar se trata de un tipo de energía limpia, la cual sin embargo presenta dificultades, pues no existen en la naturaleza flujos de aire constantes en el tiempo, más bien son dispersos e intermitentes.

Este tipo de energía puede ser de gran utilidad en regiones aisladas, de difícil acceso, con necesidades de energía eléctrica, y cuyos vientos son apreciables en el transcurso del año.

Historia de la energía eólica

La primera referencia histórica sobre el aprovechamiento del viento para mover máquinas son unos molinos de eje vertical del siglo V a. de C. que se empleaban para el riego y moler el grano. Los molinos construidos entre los siglos XV y XIX tenían otras aplicaciones, como el bombeo de agua en tierras bajo el nivel del mar, aserradores de madera, fábricas de papel, prensado de semillas para producir aceite, así como para triturar todo tipo de materiales.

El uso de las turbinas de viento para generar electricidad comenzó en Dinamarca a finales del siglo pasado y se ha extendido por todo el mundo. Los molinos para el bombeo de agua se emplearon a gran escala durante el asentamiento en las regiones áridas del oeste de Estados Unidos. Pequeñas turbinas de viento generadoras de electricidad abastecían a numerosas comunidades rurales hasta la década de los años treinta, cuando en Estados Unidos se extendieron las redes eléctricas. También se construyeron grandes turbinas de viento en esta época.

Historia de la energía eólica en España

En 1979 el Ministerio de Industria y Energía Español, a través del Centro de Estudios de la Energía, puso en marcha un programa de investigación y desarrollo para el aprovechamiento de la energía eólica y su conversión en electricidad. El primer paso fue el diseño y fabricación de una máquina experimental, de 100 Kw. a una velocidad de viento de 12 m/s. Su objetivo era facilitar el proyecto de grandes aerogeneradores con potencias del orden del MW. La máquina, estaba formada por una aeroturbina de eje horizontal con tres palas de fibra de vidrio y poliéster de 20 metros de diámetro. Para su emplazamiento se hizo un estudio previo de las curvas de potencial eólico en España, escogiéndose la región de Tarifa por ser la que presenta un mayor número de horas de viento al año y una intensidad de mas de 500 W/m2 de media anual.

El estudio de la potencia eólica Española se realizó por el Centro de Estudios de la Energía en colaboración con el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial "Esteban Terradas" para ello se inició un análisis de datos que permitió trazar un mapa del potencial existente. Como consecuencia de estos trabajos previos, se decidió construir la planta experimental en Punta de Tarifa (Cádiz), pasándose en 1983 a la segunda fase del proyecto, consistente en las pruebas de la máquina.

Figura 11. Esquema general de un parque eólico

Galicia, Andalucía, Canarias, Navarra y Aragón tuvieron los parques más ambiciosos, otras como Castilla y el País Vasco contaron con instalaciones gracias a las subvenciones estatales por su pobre rentabilidad. En 1992 se pusieron en funcionamiento 14 proyectos y en abril de 1996 había instalados en España 36 parques, con una potencia de 115 MW.

En 1.997 ya es competitiva la producción de electricidad con generadores eólicos de 600 Kw y en lugares donde la velocidad media del viento supera los 7 metros por segundo.

En 1998, el sector eólico español dio trabajo directo e indirecto a más de 4.000 personas, en los sectores de promoción, implantación, fabricación, operación y mantenimiento de parques eólicos.

Alcanzar los 2.500 MW en el año 2.005 era un objetivo ambicioso pero factible técnica y económicamente, dadas las ventajas de la energía eólica: reducido impacto ambiental, recurso renovable, independencia de las importaciones e impacto positivo en la generación de empleo. Las inversiones totales para el periodo 1.998-2.005 ascendieron a 300.000 Mpta, cantidad equivalente o inferior al de una central nuclear de 1.000 MWe.

El gobierno español esperaba que en el 2010 el 15% de la energía consumida en España fuese renovable. La meta a alcanzar es instalar 10.000 MW eólicos en el año 2.020. Para el año 2.030 la EWEA ha propuesto instalar un total de 100.000 MW en la Unión Europea.

Figura 12. Previsión de energía eólica en España (2005 - 2010)

La energía eólica aglutina el protagonismo de un espectacular crecimiento en los últimos años acompañado de un interés también creciente por parte de empresas y comunidades autónomas.

Greenpeace asegura que las compañías eléctricas se resistieron en los primeros años al desarrollo de la eólica pero después, "cuando han visto que es un negocio, se han apuntado al carro".

Futuro

Su utilización va en aumento, aunque en la actualidad el coste de las instalaciones es muy elevado. Según un estudio elaborado por el Instituto de Medio Ambiente de Estocolmo, en el año 2100 (y junto a la energía solar), podría aportar más del 75% del consumo energético mundial.

Las máquinas eólicas

En la actualidad existen dos modelos de aerogeneradores: los de eje horizontal (las tareas de mantenimiento son menores) y los de eje vertical. Además, un aerogenerador se puede dividir en los siguientes elementos:

¾ Soporte: es capaz de resistir el empuje del viento y con altura para evitar las turbulencias del suelo.

¾ Sistema de captación o rotación: compuesto por un numero de palas cuya misión es la transformación de energía cinética a eléctrica.

¾ Orientación: mantiene el rotor cara al viento, minimizando los cambios de dirección del rotor con los cambios de dirección de viento; Estos cambios de dirección provocan pérdidas de rendimiento y genera grandes esfuerzos con los cambios de velocidad. ¾ Regulación: controla la velocidad del rotor y el par motor en el eje del rotor, evitando

fluctuaciones producidas por la velocidad del viento.

¾ Transmisión: utilizado para aumentar la velocidad de giro del rotor, para poder accionar un generador de corriente eléctrica, es un multiplicador, colocado entre el rotor y el generador.

¾ Generador: para la producción de corriente continua (DC) dinamo y para la producción de corriente alterna (AC) alternador, este puede ser síncrono o asíncrono.

Durante dos años, se ha investigado una técnica que mejorará, aún más, el rendimiento de los aerogeneradores, ya que no se optimizaba la captación de la energía del viento a determinadas velocidades.

Figura 13. Esquema de un aerogenerador

El resultado ha sido un sistema de velocidad variable y generación síncrona, que permite que las palas puedan girar a diferentes velocidades en función de las variables de viento, lo que propicia una mayor producción de energía eléctrica.

Actualmente la energía eólica se aprovecha de dos formas bien diferenciadas: Para sacar agua de los pozos un tipo de eólicas llamados aerobombas, actualmente hay un modelo de máquinas muy generalizado, los molinos multipala del tipo americano. Directamente a través de

la energía mecánica o por medio de bombas estos molinos extraen el agua de los pozos sin mas ayuda que la del viento. Por otra, están ese tipo de eólicas que llevan unidas un generador eléctrico y producen corriente cuando sopla el viento, reciben entonces el nombre de aerogeneradores, es decir, que la conversión de la energía eólica en electricidad se realiza mediante aerogeneradores que se sitúan en donde hay gran velocidad del viento (5 y 25m/s). Los aerogeneradores pueden producir energía eléctrica de dos formas:

¾ Conexión directa a la red de distribución convencional viene representada por la utilización de aerogeneradores de potencias grandes. Aunque en determinados casos y gracias al apoyo de los estados de las energías renovables es factible la conexión de modelos más pequeños. Pero siempre hay que tener en cuenta los costes de enganche a la red (equipos y permisos) o por la agrupación de máquinas conectadas entre sí y que vierten su energía conjuntamente a la red eléctrica.

¾ Aplicaciones aisladas por medio de pequeña o mediana potencia se utilizan para usos domésticos o agrícolas (iluminación, pequeños electrodomésticos, bombeo, irrigación, etc.). En caso de estar condicionados por un horario o una continuidad se precisa introducir sistemas de baterías de acumulación o combinaciones con otro tipo de generadores eléctricos (grupos diesel, placas solares fotovoltaicas, centrales minihidráulicas, ...). También se utilizan aerogeneradores de gran potencia en instalaciones aisladas para usos específicos; Desalinización de agua marina, producción de hidrógeno, etc.

La concentración de un número importante de aerogeneradores permite obtener grandes cantidades de energía eléctrica formando una central productora que recibe el nombre de parque eólico. Estas instalaciones disponen de centros de control que regulan el funcionamiento y orientación de los aerogeneradores en función del viento.

Los avances en la aerodinámica han incrementado el rendimiento de los aerogeneradores del 10 hasta el 45%. Los futuros desarrollos tecnológicos buscan la reducción de costos mediante la elección de conceptos simplificados como, por ejemplo, el uso de trenes de potencia modulares, diseños sin caja de multiplicación, sistemas de comunicación pasivos y con orientación libre. Los desarrollos inciden también en la reducción de cargas y desgastes mecánicos mediante articulaciones y sistemas de velocidad variable, con control de par, reduciendo las fluctuaciones y mejorando la sincronización a la red. Todo esto se traducirá en trenes de potencia más ligeros y baratos. Los generadores sincronos parecen haber llegado a su fin, hoy se habla de generadores doblemente inducidos y velocidad variable, también se estudian generadores de imanes permanentes multipolares y con rotores conectados

directamente al rotor. Los nuevos diseños buscan, asimismo, la reducción del impacto visual y la disminución del ruido aerodinámico.

La energía eólica por sus condiciones de producción caprichosa está limitada en porcentaje al total de energía eléctrica. Se considera que el grado de penetración de la energía eólica en grandes redes de distribución eléctrica puede alcanzar sin problemas del 15 al 20% del total sin especiales precauciones en la calidad del suministro ni en la estabilidad de la red. Otros aerogeneradores

Otro tipo de aerogenerador es el ciclónico, un proyecto poco conocido, consistente en la mezcla de unir sistemas eólicos y solares. Se compone de un inmenso invernadero con una chimenea central.

El aire es calentado por efecto invernadero y asciende por la chimenea. Este aire ascendente mueve una turbina dispuesta en la embocadura de la chimenea, creando energía mediante energía mecánica.

Movimiento y clases de los molinos eólicos modernos

Las modernas turbinas de viento se mueven por dos procedimientos: ¾ El arrastre: en el que el viento empuja las aspas.

¾ La elevación: en el que las aspas se mueven de un modo parecido a las alas de un avión a través de una corriente de aire. Las turbinas que funcionan por elevación giran a más velocidad y son, por su diseño, más eficaces.

A lo largo de la historia ha habido varios modelos de molinos de viento y de los cuales se pueden hacer grupos, según sus ejes, su forma, la rapidez con la que se mueven sus aspas... Estructuración de un molino eólico.

Las formas de mayor utilización son las de producir energía eléctrica y mecánica, bien sea para autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua. Siendo un aerogenerador los que accionan un generador eléctrico y un aeromotor los que accionan dispositivos, para realizar un trabajo mecánico. Las partes de un aerogenerador son: cimientos, torre, chasis, buje y palas.

Aprovechamiento de la energía eólica

Hoy, cuando se utilizan molinos para generar electricidad, se usan los acumuladores para producir electricidad durante un tiempo cuando el viento no sopla.

El recurso energético eólico es muy variable tanto en el tiempo como en su localización. La variación con el tiempo ocurre en intervalos de segundos y minutos (rachas), horas (ciclos diarios), y meses (variaciones estacionales). Esta variación implica que los sistemas de aprovechamiento de la energía eólica se pueden operar mejor en las tres situaciones siguientes:

¾ Interconectados con otras plantas de generación, desde una pequeña planta diesel hasta la red de distribución eléctrica. En este caso, la potencia generada por el aeromotor de hecho permite ahorrar combustibles convencionales.

¾ Utilizados en conjunto con sistemas de almacenamiento de energía tales como baterías o sistemas de rebombeo.

¾ Utilizados en aplicaciones donde el uso de la energía sea relativamente independiente del tiempo, tenga una constante de tiempo que absorba las variaciones del viento, o donde se pueda almacenar el producto final, como en algunos tipos de irrigación, bombeo y desalinización de agua.

Ventajas de la energía eólica

La energía eólica no contamina, es inagotable (renovable) y frena el agotamiento de combustibles fósiles contribuyendo a evitar el cambio climático. Es una tecnología de aprovechamiento totalmente madura y puesta a punto.

Es una de las fuentes más baratas y segura, que puede competir en rentabilidad con otras fuentes energéticas tradicionales como las centrales térmicas de carbón (considerado tradicionalmente como el combustible más barato), las centrales de combustible e incluso con la energía nuclear, si se consideran los costes de reparar los daños medioambientales.

El generar energía eléctrica sin que exista un proceso de combustión o una etapa de transformación térmica supone, desde el punto de vista medioambiental, un procedimiento muy favorable por ser limpio, exento de problemas de contaminación, etc. Se suprimen radicalmente los impactos originados por los combustibles durante su extracción, transformación, transporte y combustión, lo que beneficia la atmósfera, el suelo, el agua, la fauna, la vegetación, etc.

Evita la contaminación que conlleva el transporte de los combustibles; gas, petróleo, gasoil, carbón. Reduce el intenso tráfico marítimo y terrestre cerca de las centrales. Suprime los

riesgos de accidentes durante estos transportes: desastres con petroleros (traslados de residuos nucleares, etc.). No hace necesaria la instalación de líneas de abastecimiento: canalizaciones a las refinerías o las centrales de gas.

La utilización de la energía eólica para la generación de electricidad presenta nula incidencia sobre las características fisicoquímicas del suelo o su erosionabilidad, ya que no se produce ningún contaminante que incida sobre este medio, ni tampoco vertidos o grandes movimientos de tierras.

Al contrario de lo que puede ocurrir con las energías convencionales, la energía eólica no produce ningún tipo de alteración sobre los acuíferos ni por consumo, ni por contaminación por residuos o vertidos. La generación de electricidad a partir del viento no produce gases tóxicos, ni contribuye al efecto invernadero, ni destruye la capa de ozono, tampoco crea lluvia ácida. No origina productos secundarios peligrosos ni residuos contaminantes.

La electricidad producida por un aerogenerador evita que se quemen diariamente miles de litros de petróleo y miles de kilogramos de lignito negro en las centrales térmicas. Ese mismo generador produce idéntica cantidad de energía que la obtenida por quemar diariamente 1.000 Kg de petróleo. Al no quemarse esos Kg de carbón, se evita la emisión de 4.109 Kg de CO2, lográndose un efecto similar al producido por 200 árboles. Se impide la emisión de 66 Kg de dióxido de azufre y de 10 Kg de óxido de nitrógeno principales causantes de la lluvia ácida.

La energía eólica es independiente de cualquier política o relación comercial, se obtiene en forma mecánica y por tanto es directamente utilizable. En cuanto a su transformación en electricidad, esta se realiza con un rendimiento excelente.

Rápido tiempo de construcción (inferior a 6 meses). Se trata de instalaciones móviles, cuya desmantelación permite recuperar totalmente la zona.

Beneficio económico para los municipios afectados (canon anual por ocupación del suelo). Su instalación es compatible con otros muchos usos del suelo. Recurso autóctono.

Inconvenientes de la energía eólica

El problema principal es el de la irregularidad del viento que cambia constantemente de dirección e intensidad.

El aire al ser un fluido de pequeño peso específico, implica fabricar máquinas grandes y en consecuencia caras. Su altura puede igualar a la de un edificio de diez o más plantas, en tanto que la envergadura total de sus aspas alcanza la veintena de metros, lo cual encarece su producción.

Dependiendo del tamaño de la instalación de su emplazamiento, produce una serie de alteraciones en el medio físico, como son impacto visual (genera una alta modificación del paisaje), peligro para las aves (por el choque de las aves contra las palas, efectos desconocidos sobre modificación de los comportamientos habituales de migración y anidación), ruido (el roce de las palas con el aire produce un ruido constante, por lo que la casa más cercana deberá estar al menos a 200 m) y erosión (posibilidad de zona arqueológicamente interesante).

Desde el punto de vista estético, la energía eólica produce un impacto visual inevitable, ya que por sus características precisa unos emplazamientos que normalmente resultan ser los que más evidencian la presencia de las máquinas (cerros, colinas, litoral). En este sentido, la implantación de la energía eólica a gran escala, puede producir una alteración clara sobre el paisaje, que deberá ser evaluada en función de la situación previa existente en cada localización.