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a participación de las ener-gías renovables dentro del mix energético ha crecido a lo largo de las últimas décadas a nivel mundial. La evolución del sistema de generación eléctrica convencional hacia un sistema de generación distribuido –es decir, a partir de un mayor número de fuen- tes de energía, de menor potencia y de forma descentralizada– está faci- litando la integración de las energías renovables a la red y de la energía eólica, en particular; contribuyendo a la reducción de las emisiones de carbono ante un perfil creciente de demanda de energía.
El escenario energético que se está perfilando facilitará la conse- cución de los objetivos fijados por las políticas energéticas de la UE para el 2020, también conocidos como 20-20-20: recortar las emisio-
nes de CO2 en un 20%, mejorar la
eficiencia energética en otro 20% y que el 20% de la energía consumi- da proceda de fuentes renovables. El papel de la energía eólica para cumplir con las directrices europeas es fundamental.
Según la European Wind Energy
Association (EWEA), la potencia
eólica instalada en Europa pre- senta un crecimiento medio anual del 15,6% desde 1995 hasta 2011. Según estadísticas publicadas por esta misma asociación, la poten-
cia instalada en Europa era de 93.957 MW en 2012, por lo que la potencia instalada acumulada cre- ció un 11% respecto al año anterior, siendo Alemania el país de la UE con la mayor potencia eólica insta- lada, seguido por España, Francia, Italia y Reino Unido.
La potencia eólica instalada a finales de 2011 producirá –en un año normal de viento– unos 204 TWh de electricidad (el 6,3% del consumo total), siendo Dina- marca el país con mayor penetra- ción de energía eólica en el consu- mo de electricidad (casi un 26%), seguido de España (casi un 15,9%), Portugal (15,6%), Irlanda (12%) y Alemania (10.6%).
Todos estos datos apuntan hacia un futuro esperanzador para el sec- tor eólico, pero los emplazamientos terrestres con los perfiles de viento más adecuados para instalar aeroge- neradores no son infinitos y, la gran
mayoría ya están ocupados por pro- yectos finalizados, en construcción o ya planificados pero pendientes de desarrollar. Frente a esta problemá- tica, existen fundamentalmente dos soluciones que permitirán seguir incrementando la potencia eólica generada a pesar de la saturación de los mejores emplazamientos te- rrestres.
Eólica offshore
La primera solución consiste en ubicar los aerogeneradores mar adentro (conocida como eólica offs-
hore y como deep offshore cuando se
trata de aguas profundas). Además de representar una alternativa a las instalaciones terrestres (también denominadas onshore), las ubica- ciones marinas ofrecen perfiles de viento más favorables (más cons- tantes, con menores turbulencias), suelen presentar menor oposición social debido a su menor impacto
n Evolución de la potencia nominal de los aerogeneradores desde 1985 hasta la actuali- dad. Fuente: Wind Energy Basics, EWEA (European Wind Energy Association).
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Generación eléctrica
visual y permiten la instalación de aerogeneradores de mayores dimensiones y, consecuentemente, de mayor potencia (ver figura en página anterior). Esta tendencia hacia instalaciones eólicas offshore se puede apreciar en la evolución de la potencia eólica anual instalada en los últimos diez años en Euro- pa. En 2001, se habían instalado 4 MW offshore y 4377 MW onsho-
re. En 2011, se habían instalado
866 MW offshore y 8750 MW ons-
hore. De estos datos se deduce que,
en el caso offshore, la potencia eólica anual instalada se ha multiplicado en un factor mayor a 200, y en el caso terrestre se ha duplicado.
Con la instalación de parques eólicos offshore, el diseño de los ae- rogeneradores ha evolucionado para lograr la producción de mayores potencias con el mínimo manteni- miento de las unidades generadoras. Teniendo en cuenta que uno de los componentes con mayor tasa de fallo en aerogeneradores era la transmisión mecánica y multiplica- dora (que permite adaptar la veloci- dad de la turbina a la velocidad del generador), los últimos diseños de aerogeneradores han suprimido este elemento gracias a la utilización de generadores síncronos multipolares. Los convertidores de plena potencia, conectados a este tipo de máquinas eléctricas, garantizan un mayor con- trol del aerogenerador (ver figura adjunta). La tecnología asociada a los convertidores también está en pleno desarrollo, con tendencias hacia convertidores de varios nive- les, convertidores modulares inte- grados con generadores polifásicos y pensados también como interfaz para sistemas de almacenamiento. Debido a la gran variabilidad de los recursos eólicos, en un futuro podría verse que la instalación de dispositivos como baterías, super- condensadores o volantes de inercia permite almacenar la energía en exceso cuando la generación supera a la demanda y entregar la energía necesaria cuando la generación es inferior a la demanda.
Las técnicas de control avanza- do están posibilitando maximizar la energía capturada del viento,
minimizar las cargas mecánicas, estabilizar el control de estructuras flotantes y mejorar el control de los convertidores y generadores, así como el control durante per- turbaciones de la red. También se reducirá el peso de las palas y se aumentará su radio, gracias a la aplicación del análisis de elementos finitos y a técnicas de fabricación y materiales avanzados (como fibra de carbono).
Hasta el momento, la mayoría de los aerogeneradores de grandes di- mensiones desarrollados son tripala y de eje horizontal. Las estructuras para ubicarlos en emplazamientos
offshore se pueden clasificar en
monopila (monopile), tripila (tripi-
le), celosía (jacket) y basadas en la
gravedad. En el futuro se desarro- llarán estructuras flotantes, como las denominadas ballast stabilized,
mooring lines y buoyuancy, que
permitirán instalar aerogeneradores en aguas mucho más profundas.
Por lo tanto, los desarrollos tec- nológicos previstos para la siguiente década en el sector eólico incluyen nuevos conceptos de aerogenera- dores, técnicas de control avanzado para su regulación, nuevos diseños de palas, nuevas topologías de par- que y mejoras en la integración a red. Cabe subrayar que ha sido gracias a la posibilidad de instalar aerogeneradores en emplazamien- tos marinos que se ha invertido en
I+D para adaptar los aerogenerado- res existentes a un nuevo entorno y mejorar su diseño, operación, control y fiabilidad.
Repowering
La segunda solución para ampliar la generación eólica pese a la explo- tación de las mejores ubicaciones
onshore se inspira en la regla pro-
puesta de las 3R sobre los hábitos de consumo responsables y popula- rizada por la organización ecologista
Greenpeace: reducir, reutilizar y
reciclar. Concretamente, se basa en la segunda erre: reutilizar.
Reutilizar los aerogeneradores que actualmente ocupan los empla- zamientos con mejores perfiles de viento y que pueden ser sustituidos por otros de mayores potencias y con tecnología más avanzada. Esta sustitución permite, por un lado, ampliar la potencia instalada en di- cha ubicación y, por otro lado, apro- vechar los aerogeneradores que han sido remplazados, instalándolos en países en desarrollo, para estimular el uso de energías renovables, a un precio más accesible. Este proceso se conoce como repowering.
Según afirma Grontmij en Repla-
cement of existing wind turbines, la
sustitución de los aerogeneradores se puede realizar en base a cinco procedimientos. El primero con- siste en remplazar 1 aerogenerador antiguo solitario por 1 nuevo. El segundo es sustituir 2 aerogene- radores antiguos por 1 nuevo de mayor tamaño. El tercero fomenta agrupar aerogeneradores solitarios en un parque eólico con un empla- zamiento acotado (por ejemplo, 20 aerogeneradores solitarios podrían remplazarse por un clúster de 6 o 10 aerogeneradores nuevos). El cuarto procedimiento se basa en sustituir 1 aerogenerador antiguo por 1 nuevo de potencia parecida, pero con máquina más nueva. La quinta alternativa propugna una sustitución de 1 parque eólico an- tiguo por 1 nuevo. Cada opción presenta ciertas ventajas respecto a las otras, aunque claramente la que tiene un menor impacto en el paisaje es la tercera.
La instalación de nuevos aeroge-
n Convertidor de potencia (desarrollado
en CITCEA-UPC) que permite un control optimizado del aerogenerador cumpliendo con los códigos de red más exigentes.
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Generación eléctrica
neradores no solo permite generar más energía eólica sin utilizar más terreno, sino además hacerlo con un menor número de aerogeneradores, pues al tener mayor diámetro de ro- tor, el área abarcada por las palas es también mayor y, en consecuencia,
la potencia extraída del viento y, por lo tanto, la generada, también lo es. Dado que un menor número de aerogeneradores pueden producir la misma o incluso más potencia de la que estaba instalada, el impacto vi- sual se ve reducido (aunque la altura
de los nuevos aerogeneradores será mayor). El coste de producción de la energía eléctrica proveniente de estos nuevos parques eólicos tam- bién será inferior, pues la eficiencia de la conversión energética se ve incrementada. Además, hay que