Publicaciones de la Fundación Gas Natural Fenosa
Guías técnicas de energía y medio ambiente:
1 Depuración de los gases de combustión en la industria cerámica 2 Generación eléctrica distribuida
3 La degradación y desertificación de los suelos en España 4 El uso del gas natural en el transporte: fiscalidad y medio ambiente 5 La protección jurídica de los espacios naturales
6 Los jóvenes españoles ante la energía y el medio ambiente. Buena voluntad y frágiles premisas
7 La fiscalidad ambiental de la energía
8 Las energías renovables en España. Diagnóstico y perspectivas 9 Guía de la eficiencia energética en edificios para Administradores de Fincas 10 Las tecnologías de la información y las comunicaciones y el medio ambiente 11 El papel de los bosques españoles en la mitigación del cambio climático 12 Recuperación energética ecoeficiente de residuos.
Potencial en España
13 El consumo de energía y el medio ambiente en la vivienda en España. Análisis de ciclo de vida (ACV)
14 El periodismo ambiental. Análisis de un cambio cultural en España 15 La electricidad solar térmica, tan lejos, tan cerca
16 Redes energéticas y ordenación del territorio 17 Empresa, tecnología y medio ambiente.
La aplicación de la norma IPPC en la Comunidad Valenciana 18 La contribución del gas natural a la reducción de las emisiones
a la atmósfera en España
19 El CO2 como recurso. De la captura a los usos industriales 20 Casos prácticos de eficiencia energética en España 21 La energía de los vegetales. Contribución de las plantas
y los microorganismos a la producción de energía 22 Las redes eléctricas inteligentes
23 La eficiencia energética en el alumbrado 24 La energía eólica
Cuadernos de energía y medio ambiente:
1 Señalización de sendas en el Parque Regional de Picos de Europa 2 Cambio de clima en el sector de la energía: una nueva ola de oportunidades
de inversión respetuosa con el medio ambiente 3 Guía de la eficiencia energética en la vivienda de Navarra 4 Calidad del aire urbano, salud y tráfico rodado
5 La energía solar térmica y el gas natural en la Comunidad de Madrid 6 Mejora de la calidad del aire por cambio de combustible a gas natural en
automoción. Aplicación a Madrid y Barcelona
7 Conciencia ambiental y ahorro energético. Estudio con escolares de la Comunidad de Madrid
Internacional:
1 Condiciones de entrada de productos argentinos a la Unión Europea
Una referencia especial a las consecuencias medioambientales y de sostenibilidad 2 Foreste e ciclo del carbonio in Italia: come mitigare il cambiamento climatico
Biblioteca de historia del gas:
1 Una historia del gas en Alicante 2 La industria del gas en Córdoba (1870-2007)
3 La industria del gas en Galicia: del alumbrado por gas al siglo XXI, 1850-2005 4 La familia Gil. Empresarios catalanes en la Europa del siglo XIX
5 La Real Fábrica de Gas de Madrid 6 La tecnología del gas a través de su historia
Museo del gas:
1 Juli Batllevell, un gaudinià oblidat
La energía
eólica
Félix
Avia
(CENER)
Energía y medio
ambiente
24
24
(Santa Cruz de la Zarza-Toledo 1953)es Ingeniero Superior Aeronáutico en la especialidad de “Motores Misiles y Motopropulsores” por la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos de la Universidad Politécnica de Madrid (1980). Desde 1980 viene desarrollando actividades de investigación en el campo del desarrollo de la Energía Eólica.
Fue socio fundador de la empresa GEDEON S. Coop., empresa dedicada a la investigación desarrollo y realización de instalaciones eólicas, en la que trabajó desde Noviembre de 1982 hasta Septiembre de 1985, fecha en la que se incorporó a la División de Energías Renovables del Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), con el objetivo de crear la División de Energía Eólica, de la que fue director desde su creación hasta 1990. En Marzo de 2006 se incorporó al Centro Nacional de Energías Renovables (CENER) en donde actualmente es responsable de la línea de investigación sobre Plantas Eólicas Marinas. En 1997 fue nombrado vicepresidente de la Agencia Internacional de la Energía en Investigación y Desarrollo de la Energía Eólica (IEA Wind), cargo que ocupó hasta diciembre de 2000. Actualmente es agente operador de la tarea 11 de la IEA Wind.
En 2009 fue nombrado presidente de la Academia Europea de Energía Eólica (EAWE), cargo que ocupó hasta 2010. En 2010 recibió el premio anual de la Asociación Empresarial Eólica (AEE) por su larga trayectoria dedicada al sector eólico, primero como tecnólogo pionero y posteriormente por su tarea en diversos organismos, siempre relacionados con la energía eólica, y por su proyección internacional reconocida recientemente al asumir la presidencia de la Academia Europea de Energía Eólica.
Ha participado en numerosos proyectos nacionales e interna-cionales de desarrollo de la tecnología eólica, cubriendo diferentes áreas tecnológicas. En particular fue el director técnico del proyecto “Diseño, construcción y ensayo del prototipo AWEC-60, de 1200 kW” que financiado a través de la DG XII de la Unión Europea, y en colaboración con Asinel, Unión Fenosa y MAN Technologie (Alemania) era el mayor aerogenerador desarrollado e instalado en España. Ha cubierto diferentes áreas tanto en el diseño (grandes y pequeños aerogeneradores), fabricación (desarrollo de palas) y ensayos, donde ha sido responsable de varios proyectos desde el desarrollo y construcción de infraestructuras de ensayos, hasta la realización de ensayos de parques eólicos, aerogene-radores y componentes de aerogeneaerogene-radores.
Ha participado como profesor en más de setenta cursos en relación con la divulgación de la tecnología eólica, impacto medioambiental y energías renovables.
www.fundaciongasnaturalfenosa.org
Fundación Gas Natural Fenosa
Plaça del Gas, 808201 Sabadell (Barcelona) Teléfono: 93 402 59 00 Fax: 93 745 03 20 www.fundaciongasnaturalfenosa.org 1ª. edición, 2012 ISBN:978-84-615-7876-4 Impreso en España Edita Coordinador
Félix Avia Aranda Con la colaboración de:
Guías técnicas de energía y medio ambiente
24. La energía eólica
Reservados todos los derechos. Está prohibido, bajo las sanciones penales y el resarcimien-to civil previsresarcimien-tos en las leyes, reproducir, registrar o transmitir esta publicación, íntegra o parcialmente, por cualquier sistema de recuperación y por cualquier medio, sea mecánico, electrónico, magnético, eletroóptico, por fotocopia o por cualquier otro, sin la autoriza-ción por escrito de la Fundaautoriza-ción Gas Natural Fenosa.
Ignacio Martí Pérez, Director Técnico Adjunto. Coordinador de I+D del Cener.
Yolanda Loureiro Rodríguez, Área “Evaluación y Predicción del Recurso Eólico” del Cener. Elena Cantero Nouqueret, Área “Evaluación y Predicción del Recurso Eólico” del Cener. Raquel Garde Aranguren, Área de Integración en Red de Energías Renovables del Cener.
Vicente Mena Gutiérrez, Director de la unidad de Promoción Eólica de Gas Natural Fenosa Renovables. Consolación Alonso Alonso, Responsable de la Unidad de Renovables de Gas Natural Fenosa Engineering. Francisco Javier Alonso Martínez, Subdirector de Innovación y Soporte Tecnológico de Gas Natural Fenosa. Carlos Gutiérrez Sánchez del Río, Técnico del Área de Análisis de Recurso y Gestión Técnica de Proyectos, Departamento Operaciones de Gas Natural Fenosa Renovables.
Segundo Alfonso Fernández, Responsable del Área de Análisis de Recurso y Gestión Técnica de Proyectos, Departamento de Operaciones de Gas Natural Fenosa Renovables.
Javier de Los Rios Martín de Argenta, Responsable de Explotación Eólica y Minihidráulica de Gas Natural Fenosa Renovables.
Prólogo de Pedro-A. Fábregas ...7
Introducción ...11
1. La historia ...15
1.1. Historia de la energía eólica ...16
1.1.1. Las primeras máquinas eólicas ...16
1.1.2. Los molinos europeos ...18
1.1.3. Los aeromotores de la Revolución Industrial ...20
1.1.4. Tecnologías del siglo XX ...21
1.2. Nueva generación de sistemas de conversión de energía eólica ...26
1.3. Orígenes del desarrollo de la energía eólica en España ...27
1.4. La I+D en España como base del desarrollo de la energía eólica ...32
1.5. Estímulo del mercado...35
Referencias ...37
2. El sector ...39
2.1. Situación mundial de la energía eólica ...42
2.2. Estado de desarrollo en España ...52
2.2.1. Fabricantes españoles presentes en el mercado ...61
2.3. Eólica marina ...69
2.3.1. La energía eólica marina en España...……74
Referencias ...79
3. El viento ...81
3.1. Generalidades...81
3.1.1. Circulación general de la atmósfera...82
3.1.2. Efectos locales ...83
3.1.3. Estabilidad de la atmósfera ...85
3.1.4. Orografía del terreno ...87
3.2. Energía contenida en el viento. El límite de Betz ...89
3.3. Evaluación del recurso eólico ...91
3.3.1. Medida del viento ...100
3.3.2. Modelos de evaluación del potencial eólico...104
3.3.3. Predicción eólica ...109
3.4. Estudio de sensibilidad de la producción energética de un aerogenerador ...112
3.4.1. Velocidad media del emplazamiento...113
3.4.2. Presión atmosférica ... .115
3.4.3. Temperatura atmosférica ...116
3.4.4. Rugosidad del terreno ...117
Referencias ...119
4. La tecnología ...121
4.1. Introducción ...121
4.2. Tipos de aeroturbinas ...123
4.2.1. Aeroturbinas de eje horizontal ...123
4.2.2. Aeroturbinas de eje vertical ...127
4.3. Partes de una aeroturbina: componentes...130
4.3.1. Sistema de captación ...131
4.3.2. Sistema de transmisión mecánica ...133
4.3.3. Sistema eléctrico ...134
4.3.4. Sistema de regulación y control ...137
4.4. Situación actual del mercado tecnológico. Tecnologías disponibles ...138
4.5. Situación de desarrollo tecnológico de la eólica marina ...149
4.5.1. Estructuras de soporte ...149
4.5.2. Aerogeneradores marinos ... 161
4.6. Tecnología de pequeños aerogeneradores para sistemas aislados de la red ...165
Referencias ...174
5. La red y el almacenamiento...175
5.1. La conexión de los parques eólicos a la red eléctrica ...176
5.1.1. Estructuras para la conexión de un parque eólico a la red ...176
5.1.2. Requerimientos técnicos de conexión ...180
5.2. Impacto de una alta penetración de energía eólica en la red eléctrica...184
5.2.1. Balance de energía ...186
5.2.2. Adecuación de la potencia...187
5.2.3. La red ...187
5.2.4. La contribución de las centrales de gas de ciclo combinado ...189
5.3. Beneficios de los sistemas de almacenamiento de electricidad ...192
5.3.1. Bombeo hidráulico ...194
5.3.2. Almacenamiento de energía con aire comprimido (CAE) ...195
5.3.3. Volantes de inercia ...196
5.3.5. Superconductores magnéticos SME ...197
5.3.6. Almacenamiento de energía en baterías ...197
5.3.7. Hidrógeno ...199
5.4. Aplicaciones de los sistemas de almacenamiento de energía ...204
5.5. Gestión de la demanda ...206
Referencias ...208
6. La economía ...211
6.1. Introducción ...211
6.2. Impacto económico delsector eólico en España ...213
6.3. Contribución a la generación de empleo...217
6.4. Mecanismos de incentivo...218
6.4.1. Feed-in tariff ...218
6.4.2. Cuota obligatoria ...219
6.4.3. Subastas ...220
6.4.4. Incentivos fiscales ...221
6.5. Análisis de inversión para un proyecto eólico ...221
6.5.1. Criterios para la valoración ...221
6.5.2. Parámetros de entrada ...223
6.5.3. Resultados del modelo. Comparando rentabilidad de los proyectos ...226
6.5.4. Gestión de la incertidumbre: análisis de sensibilidad y comparación de escenarios ...228 6.6. Financiación de proyectos ...230 Referencias ...231 7. El medio ambiente...233 7.1. El impacto visual ...236 7.2. El ruido...236
7.3. La fauna silvestre y las aves...238
7.4. Fauna silvestre y murciélagos ...242
7.5. Parques eólicos marínos...243
Referencias ...245
8. El futuro ...247
8.1. Tecnología y desarrollo industrial ...249
8.2. Preocupaciones ambientales ...250
8.3. Seguridad de abastecimiento ...250
8.5. Escenarios de evolución de la energía eólica en el mundo ...252
8.6. Escenarios de evolución de la energía eólica en España en el horizonte de 2030 ...257
8.7. Claves de la evolución previsible en España: costes, retribución, adecuación a la red, tecnologías de almacenamiento y eólica off-shore ...263
8.8. Eólica marina ...264 Referencias ...268 Anexo 1 ...269 Glosario de términos ...269 1. Máquinas y componentes ...269 2. Meteorología ...271
3. Actuaciones, parámetros de diseño y seguridad ...272
Prólogo
A Eolo lo hace aparecer Homero en la Odisea, no como dios del viento, sino como administrador de la isla Eolia, pero habiendo recibido de Zeus el poder de administrar los vientos, es decir, que los podía aplacar o excitar de acuerdo con su libre albedrío. Tan antiguo o más es el conocimiento de la fuerza de los vientos, en las épocas más primitivas se conocía que el viento podía producir energía mecánica, sea para mover un barco empujado por la fuerza del viento en sus velas, sea para moler grano o subir agua de un pozo o de un río, utilizando los molinos de viento tradicionales en tantas partes, sustituyendo la energía humana por energía de los vientos.
Sin embargo, en las épocas más modernas, el aprovechamiento de la energía del viento viene más por las posibilidades de su transformación en energía eléctrica, después mucho más fácilmente utilizable in situ o a largas distancias. La energía del viento se aplica sobre grandes palas metálicas que aprovechan de una forma extraordinariamente eficiente la energía del viento y la transforman en electricidad. Antes, sin embargo, debe estudiarse dónde se colocan los modernos molinos para que el recurso, el viento, sea claramente aprovechable, por su magnitud y su continuidad, dando lugar a aprovechamientos rentables y eficientes del recurso primario.
El viento es un recurso, en principio, inagotable, renovable y sin coste de adquisición, sin embargo, también presenta algunos problemas. La continuidad del recurso es limitada, no siempre sopla el viento, y a veces su intensidad no es la adecuada, por lo que no podemos construir un sistema energético basado solo en la fuerza del viento, y debemos tener una capacidad de generación alternativa en reserva para cuando el recurso no está presente. En definitiva, debemos tener duplicada la potencia instalada, en energía eólica para cuando hay viento, y en otra línea de actuación, normalmente ciclos combinados a gas natural para cuando no lo hay. Esta duplicidad es una externalidad económica del sistema relevante a tener en cuenta.
Evidentemente, la problemática es debida a las dificultades de almacenamiento de la energía eléctrica que, como es conocido, no es una energía sino un vector energético, es decir, no existe en la naturaleza sino que debe producirse. La extremada complejidad de su almacenamiento, es claramente un problema no resuelto, y solo enunciado con las centrales de bombeo o la conversión de eólica en hidrógeno, por ejemplo.
Por otra parte, los emplazamientos de alto valor del recurso son limitados, y en los esquemas actuales son los primeros que se han aprovechado, siendo por tanto poco susceptibles de aprovechamientos masivos en el futuro.
Una de las ventajas de la energía eólica, la dispersión sobre el territorio, es a la vez uno de sus inconvenientes, si se produce la energía eólica donde hay viento y debe transportarse como electricidad a los puntos de consumo es preciso la realización de infraestructuras de recolección y transporte sobre el territorio con dificultades adicionales y evidentes de coste económico de ocupación de espacios naturales. Finalmente, y hasta los momentos actuales, la energía eólica ha requerido una aportación económica, una prima, que a pesar de ser de las más pequeñas de las denominadas energías renovables, ha contribuido al incremento del problema conocido del déficit de tarifa del sector eléctrico en los últimos años, problema de una gran importancia económica y de difícil planteamiento y solución y que grava los próximos años del sector energético español.
Sin embargo, es evidente que la energía eólica ha ido mejorando claramente sus estándares en los últimos años, el progresivo aumento del tamaño de los molinos, la eficiencia de rotores y de los cálculos de previsión del viento, han ido construyendo un sector muy próximo a las posibilidades de funcionamiento sin ayudas, ni primas, ni subvenciones, sobre todo en las zonas donde el recurso es de elevada calidad. La energía eólica es sin duda, de las energías renovables, la más próxima en costes a las energías convencionales.
El coste/rendimiento de los parques eólicos ha pasado de un coste de generación de 40 céntimos de euro por kilovatio hora en el año 1979 a un coste de 4/7 céntimos el kWh en el año 2006, con un impresionante avance de eficacia. Por otra parte, las
posibilidades de la eólica marina y de la microeólica abren nuevas perspectivas de actividad, desarrollo y eficiencia.
Una parte del desarrollo de la tecnología ha sido posible por la importante difusión de la energía eólica en los últimos años que ha facilitado el desarrollo de nuevos conceptos, nuevos diseños y nuevos desarrollos. La potencia instalada en el mundo en 1995 era de 4.778 MW mientras que en 2010 era ya de 199.520 MW, es decir, en solo 15 años la potencia instalada se había multiplicado más de 40 veces. El empleo del sector es asimismo de una gran importancia, en el año 2010 ya superaba los 180.000 empleos. En el caso de España, el crecimiento y la difusión del sector eólico han sido igualmente importantes siendo uno de los líderes europeos en este sector, dado que el 24% de la potencia instalada en Europa en eólica estaba ubicada en España con 20.676 MW (2010), cifras solo superadas por Alemania. Por otra parte, en el contexto de la cobertura de la demanda eléctrica española de 2010 la aportación de la energía eólica ya alcanzó el 16,4% de la demanda, cifras realmente espectaculares de crecimiento.
Este libro aporta la breve pero intensa historia de la energía eólica, pero también el análisis del recurso, el viento, la evolución de la tecnología, las necesidades de redes y los problemas de almacenamiento, así como la evaluación de esta tecnología desde una perspectiva energética, económica y ambiental, penetrando también en los elementos de la gestión operativa.
Por otra parte, también se plantean las posibilidades y alternativas de la posible evolución futura, del recorrido de los costes y de la tecnología, así como de las posibilidades de eólica marina.
Para el desarrollo de este trabajo hemos tenido la suerte de disponer de un reconocido experto en la materia, Félix Avia Aranda, del Centro Nacional de Energías Renovables (CENER), que ha desarrollado su actividad en el sector desde 1980, habiendo sido vicepresidente de la Agencia Internacional de la Energía en Investigación y Desarrollo de la Energía Eólica y presidente de la Academia Europea de Energía Eólica. Realmente ha sido un placer el trabajo desarrollado con Félix, tanto por sus evidentes conocimientos científicos como por sus indudables calidades humanas, consiguiendo un resultado de
Pedro-A. Fábregas Director General Fundación Gas Natural Fenosa un gran nivel, y una evolución del trabajo de investigación claramente estructurado de acuerdo con los programas establecidos.
Esperamos que la publicación de este libro estimule el conocimiento y la observación de qué es y qué puede aportar la energía eólica, se han intentado plantear sus ventajas así como sus inconvenientes para permitir una evaluación seria, profesional y de nivel de las posibilidades y limitaciones de la energía eólica en el complejo futuro energético de la humanidad.
Introducción
En la civilización actual el sector energético es fundamental en el desarrollo económico y en el bienestar del ser humano.
Uno de los retos principales al inicio de este nuevo siglo XXI es el desarrollo de un nuevo modelo energético que permita cubrir las crecientes necesidades del mundo actual minimizando la contaminación medioambiental.
Vivimos en una sociedad que presenta un elevado consumo energético, principalmente en los países más desarrollados, si bien los países en vías de desarrollo están experimentando un importante aumento en su consumo de energía debido al incremento tanto de su población como de sus economías.
Por otro lado, a nivel mundial, el cambio climático se percibe como uno de los principales problemas a los que nos enfrentamos actualmente.
El proceso de generación de electricidad es la principal fuente de emisiones de gases de efecto invernadero, con valores en torno al 33% de las emisiones totales. La producción de energía eléctrica debe ser compatible con la competitividad económica, la seguridad de abastecimiento y la protección medioambiental, buscando un crecimiento sostenible. El suministro sostenible de energía eléctrica es hoy en día uno de los mayores desafíos actuales de la humanidad.
En términos ambientales, la energía eólica es una de las maneras más limpias de producir la electricidad que necesitamos, por lo que el impulso a su expansión ha venido motivado en gran medida por la urgente necesidad de combatir el cambio climático global.
La energía eólica es una de las opciones energéticas emergentes con mayor potencialidad de futuro, que ha de contribuir de forma importante a cubrir las elevadas necesidades energéticas.
En nuestro país se inició el desarrollo del sector a principios de los ochenta del pasado siglo, pero nadie pensó que en tres décadas la eólica representaría el papel que hoy en
día tiene. Las plantas eólicas contribuyen con un 19,4% del total de potencia instalada del sistema nacional de generación eléctrica, solo por detrás de las centrales de ciclo combinado. La energía eólica está hoy en día completamente integrada en el sistema eléctrico nacional.
El objetivo de este libro es esencialmente la divulgación sobre la energía eólica, evaluando su situación tanto a nivel nacional como mundial, e identificando las principales líneas de desarrollo futuro.
En su elaboración se ha enfocado hacia un lector que tiene interés tanto por los aspectos tecnológicos, como por los aspectos económicos, empresariales y ambientales de la energía eólica.
El capítulo 1 presenta una visión de la historia del aprovechamiento de la energía eólica, haciendo especial hincapié en su evolución de los últimos años focalizada a la producción de energía eléctrica y describiendo el desarrollo que ha permitido que nuestro país sea en estos momentos uno de los países líderes a nivel mundial tanto en potencia instalada como en tecnología.
En el capítulo 2 se realiza un repaso del estado actual de desarrollo de la energía eólica en el mundo y en España, incluyéndose el nuevo nicho de las instalaciones eólicas marinas.
En el capítulo 3 se describen las características del viento, analizándose los procedimientos y metodologías de evaluación del recurso eólico en los emplazamientos. El capítulo 4 está dedicado a la tecnología de los actuales aerogeneradores, describiéndose los subsistemas y componentes y valorándose las diferentes opciones tecnológicas.
El capítulo 5 se centra en aspectos relacionados con la integración de los sistemas eólicos en las estructuras para la producción y distribución de energía eléctrica y en las opciones de almacenamiento energético.
El capítulo 6 analiza aspectos económicos del sector y el capítulo 7 las afectaciones medioambientales.
Por último, el capítulo 8 analiza las perspectivas de desarrollo futuro, tanto a nivel nacional como mundial.
Esperamos que esta nueva publicación ayude a los lectores a conocer las enormes posibilidades que este sector presenta y contribuya a captar su interés para participar en el mismo, pues la presencia de personal técnico cualificado para la producción, instalación y operación de los parque eólicos, ha sido identificada como una de las principales necesidades para que pueda llevarse a cabo la evolución esperada del mercado.
La historia
1
Los primeros mecanismos impulsados por el viento fueron unas ruedas de oraciones que se utilizaron en el Tibet y en Mongolia, cuyo objeto era reproducir sonidos rituales en las ceremonias religiosas. Herón de Alejandría, que vivió en el siglo III a.C., describió un sencillo molino de eje horizontal y cuatro palas, utilizado para soplar un órgano.
Los molinos de agua y de viento fueron las únicas máquinas de tracción no animal al servicio del hombre capaces de suministrar energía mecánica hasta la aparición de la máquina de vapor en el siglo XIX, siendo las máquinas más rápidas, potentes y técnicamente perfectas, y que han tenido mayor influencia tanto en el terreno técnico como social.
Ilustración 1.1. Órgano eólico.
Los ingenios hidráulicos fueron las primeras máquinas utilizadas ya que las de viento presentan mayores dificultades técnicas. Las peculiares características de los vientos, su comportamiento irregular tanto en intensidad como en dirección, exigen para su aprovechamiento una tecnología capaz de desarrollar mecanismos de regulación y orientación más complejos que los de los molinos hidráulicos.
La primera y más sencilla aplicación de la energía del viento corresponde al uso de las velas en la navegación. La referencia más antigua que se conoce relativa a la navegación data del V milenio a.C.
A pesar de que el historiador A. Flettner cuenta que en el siglo VII a.C. el emperador babilonio Hammurabi planeó la utilización de molinos para sus ambiciosos proyectos de irrigación, no es probable que los molinos de viento fueran conocidos hasta ya avanzados los primeros siglos de nuestra era. Parece ser que los primeros ingenios eólicos debieron de desarrollarse en la antigua Persia, cuyos territorios eran muy ventosos y donde se reunían los más avanzados conocimientos técnicos del momento, tanto del Extremo Oriente como de la cultura helénica.
1.1. Historia de la energía eólica
La primera referencia escrita fiable sobre los ingenios eólicos se encuentra en el Libro de ingenios mecánicos de los hermanos Banu Musa, fechado en el año 850. El documento ubica el desarrollo de estas máquinas en Sijistán, antigua Persia Oriental, en la frontera de las actuales Irán y Afganistán. No se conservan detalles de molinos persas, pero se supone que a mediados del siglo VII d.C. comenzó el desarrollo de los molinos de viento en esa parte del mundo.
1.1.1. Las primeras máquinas eólicas
Los primeros molinos de eje vertical aparecieron mucho antes que los de eje horizontal. Algunos de estos diseños eran, sin duda, bastos y mecánicamente ineficientes, pero cumplieron largamente su cometido durante bastantes siglos, como lo hicieron también en Europa tiempo después sus sucesores, con diseños diferentes y más efectivos.
Ilustración 1.2. Molino persa.
Fuente: Archivo.
Ilustración 1.3. Panémoma china.
Fuente: Archivo.
Desde tiempos inmemoriales, en China utilizaban unos molinos de viento llamados panémonas para bombear agua en las salinas, y algunos historiadores apuntan a que podrían ser las precursoras de los molinos persas. Estas panémonas eran de eje vertical y sus palas estaban construidas a base de telas sujetas a largueros de madera. La posición de las palas podía variarse para regular la acción del viento sobre el molino.
1.1.2. Los molinos europeos
Hay una gran distancia entre los escasos datos acerca de los molinos persas y los llamados molinos europeos con velas montadas en un eje horizontal. Se ha especulado acerca de su introducción en los países del oeste europeo por parte de los cruzados durante su retorno de Oriente Medio, pero es dudoso que se utilizaran molinos de eje horizontal en Oriente Medio por aquella época. Posiblemente los cruzados conocieron estas máquinas a su paso por algún país europeo donde eran utilizados.
Los primitivos molinos de eje horizontal tenían una serie de lonas dispuestas a lo largo de una estructura de madera que se debía orientar hacia el viento incidente. Esta construcción aparece ilustrada ya en el siglo XIII en documentos alemanes y, entre los papeles de Leonardo da Vinci (1452-1519), aparece una máquina eólica con seis velas. Los molinos de bombeo utilizados en Holanda desde 1430 en la desecación de los pólderes respondían a un esquema preciso: la base se construía en ladrillo o piedra, y sobre ella se orientaba la torre de estructura de madera. Las aspas podían alcanzar hasta 30 m de diámetro y desarrollaban una potencia de unos 10 kW. En la cúpula se alojaban el eje principal y el engranaje que transmitía el movimiento hasta la base. El eje motor descendía verticalmente a través de un poste hueco hasta la base del molino donde se acoplaba al mecanismo de bombeo.
El siglo XVII es un siglo de grandes avances científicos y tecnológicos. Sin embargo, a finales del mismo los principios teóricos de los molinos son todavía apenas conocidos. Las innovaciones no alteraron el formato exterior de los molinos, que se mantuvo sin demasiadas modificaciones, en cambio mejoraron los detalles de diseño y construcción, apareciendo los sistemas mecánicos de orientación y regulación. La orientación del rotor y del recinto de los mecanismos había sido, desde siempre, el problema más grave de las grandes máquinas de eje horizontal. A lo largo de los siglos se utilizaron ruedas, poleas y manubrios. Los rodamientos y las piezas deslizantes facilitaron las cosas de forma apreciable.
Ilustración 1.4. Molino holandés del S. XVII.
Fuente: Archivo.
Ilustración 1.5. Molino manchego.
Fuente: Archivo.
Los molinos de viento manchegos, responden al tipo de molino mediterráneo. Están formados, por una torre de mampostería de piedras y adobe. Sobre la torre, rigurosamente cilíndrica, se sitúa una techumbre cónica, en cuyo interior se aloja toda la maquinaria, ejes y engranajes de transmisión. El rotor se compone de cuatro palas fabricadas con un entramado de madera, recubierto de lienzo.
Los molinos de La Mancha se introdujeron hacia mediados del siglo XV y se difundieron ampliamente en el XVI y XVII. Su decadencia comenzó a finales del siglo XIX, si bien estuvieron en servicio hasta mediados del XX. Los molinos manchegos se extendieron por toda Castilla-La Mancha. Existen ejemplares en Madridejos, Quintanar de la Orden, Consuegra y Puebla de Almonacid, en la provincia de Toledo; Alcázar de San Juan, Campo de Criptana y Argamasilla, en la provincia de Ciudad Real; Belmonte y Mota del Cuervo, en la provincia de Cuenca; y Villarrobledo, en la provincia de Albacete (Jiménez-Ballesta, 2001).
A finales del siglo XVIII, la imagen de los molinos de viento se puede encontrar por todos los rincones de Europa, y tampoco resultan raros en Estados Unidos, Canadá, Australia, América del Sur y, en general, en aquellos países del Nuevo Mundo donde los
emigrantes europeos se establecieron. Los molinos de viento evolucionaron en su desarrollo hasta mediados del siglo XIX, introduciéndose continuas mejoras tecnológicas a partir de elementos mecánicos.
1.1.3. Los aeromotores
de la Revolución Industrial
Las primeras bombas eólicas aparecen en Estados Unidos en 1854, desarrolladas por Daniel Halladay. Son rotores de múltiples álabes acoplados a una bomba de pistón a través de un sistema biela-manivela. El multipala era un molino mucho más ligero que sus antecesores y esta característica lo iba a diferenciar también de sus sucesores.
En 1983 el fabricante americano Stewart Perry presentó un aeromotor de bombeo, que se exportó a muchos países del mundo, llegándose a fabricar más de seis millones de unidades de las que 150.000 podrían estar todavía en funcionamiento. El tamaño medio de estos multipala era de unos 3 m de diámetro, con un número de palas que oscilaba entre 18 y 24. El campo de aplicación de las aerobombas es aún importante y presenta una potencialidad enorme, especialmente para aplicaciones en los países en vías de desarrollo.
Ilustración 1.6. Multipala americano.
Fuente: Archivo.
Su sencillo diseño presenta grandes ventajas que se reflejan en la facilidad de operación, mantenimiento y reparación, que pueden realizarse in situ sin requerimientos de utillaje excesivamente especializado.
1.1.4. Tecnologías del siglo XX
En los países europeos que tradicionalmente habían considerado el viento como una importante fuente de energía, las bombas eólicas no ofrecían demasiado interés, por lo que la única posibilidad de seguir utilizándolas era reconvertir los viejos molinos de forma que pudieran producir electricidad. En 1890, el gobierno danés inició un programa de desarrollo eólico en este sentido, encargando al profesor Lacour la dirección de los trabajos. Después de numerosos ensayos, Lacour acabó diseñando el primer prototipo de aerogenerador eléctrico. La máquina utilizaba un rotor cuatripala de 25 m de diámetro, capaz de desarrollar entre 5 y 25 kW mediante un generador situado en la base de una torre metálica de 24 m de altura. Este modelo se empezó a fabricar en los primeros años del siglo, llegándose a instalar más de 70 unidades hacia 1908 y unas 120 antes de la Primera Guerra Mundial.
Los trabajos de Lacour constituyeron los primeros pasos en el campo de los aerogeneradores modernos, pero la teoría aerodinámica estaba todavía insuficientemente desarrollada y sus plantas eólicas, a pesar de ser las más avanzadas de la época, seguían utilizando los rotores clásicos de bajo rendimiento, con sistemas de regulación de persiana.
La teoría aerodinámica desarrollada durante las primeras décadas del siglo XX, permitió comprender la naturaleza y el comportamiento de las fuerzas que actúan alrededor de las palas de las turbinas. Los mismos científicos que las desarrollaron para usos aeronáuticos (Joukowsky, Prandt y Betz, entre otros) establecieron los criterios básicos que debían cumplir las nuevas generaciones de turbinas eólicas. Betz demostró en 1927 que ningún sistema eólico podía recuperar más del 60% de la energía cinética contenida en el viento. En los años 20 se empezaron a aplicar a los rotores eólicos los perfiles aerodinámicos que habían sido diseñados para las alas y hélices de aviones. En 1927, el holandés A. J. Dekker construyó el primer rotor provisto de palas con sección aerodinámica.
Ilustración 1.7. Aerogeneradores Lacour.
Fuente: Archivo.
Como consecuencia de la aplicación de estos nuevos desarrollos surgió en los años veinte toda una nueva industria en relación con los aerogeneradores, siendo uno de los ejemplos más significativos los pequeños aerogeneradores fabricados en Estados Unidos por la empresa Jacobs Wind Electric, que fabricó cientos de miles de unidades de su modelo de 1 kW y que se exportaron a numerosos países. Por esa misma época, Darrieus desarrolló su famosa turbina de eje vertical (Francia, 1927), convirtiéndose en una de las opciones de interés dentro del campo de los modernos aerogeneradores.
Ilustración 1.8. Aerogenerador Darrieus. Parque Eólico Monte Ahumada (Tarifa).
Fuente: Archivo.
Durante este periodo se realizaron innumerables desarrollos de plantas eólicas, algunas de ellas de gran potencia, especialmente en Estados Unidos y en Europa (Francia, Rusia, Dinamarca...). Destacaremos el primer aerogenerador de potencia superior a un megavatio, el Smith-Putnam, construido en Estados Unidos en 1941. Este aerogenerador tenía un rotor de dos palas fabricadas en acero inoxidable y dispuestas a sotavento.
Al final de la Segunda Guerra Mundial se inicia un largo periodo de precios bajos del petróleo (que se mantuvo hasta 1973), como consecuencia de ello, el interés de los países en el desarrollo de la tecnología eólica desaparece completamente.
Hay que mencionar una afortunada excepción que estableció los cimientos de la actual tecnología. En 1952, en Dinamarca, y dentro de un programa de desarrollo eólico, se comenzó a elaborar el mapa eólico danés. En 1957 se instaló en la localidad de Gedser un aerogenerador de 200 kW, con hélice tripala de 24 m de diámetro. La planta, altamente
instrumentada, continuó utilizándose como banco de pruebas hasta 1979. Como consecuencia de este programa, Dinamarca es en la actualidad uno de los países líderes en tecnología eólica y sus desarrollos han servido como modelos para los actuales diseños en construcción en distintos países.
Después de la crisis energética de 1973, algunos países realizaron planes de investigación y desarrollo que supondrían los orígenes de la tecnología actual. Particularmente notable fue el programa iniciado en Estados Unidos, cuyo primer resultado importante fue la instalación en 1975 del aerogenerador MOD-0 de 100 kW de potencia nominal. A continuación se construyeron una serie de nuevos aerogeneradores dentro del mismo programa, que concluyó con la instalación del aerogenerador MOD-5B de 3,2 MW y 100 m de diámetro, construido por la compañía Boeing e instalado en Oahu (Hawai) en agosto de 1987.
Ilustración 1.9. Aerogenerador Boeing MOD-02.
Como consecuencia del encarecimiento del precio del petróleo en el periodo 1973-1986 se produjo un resurgimiento de las tecnologías de aprovechamiento de las energías renovables, y en particular de la energía eólica, que se materializó con la aparición de los actuales aerogeneradores, capaces de producir electricidad partiendo de una fuente de energía natural, renovable y no contaminante.
La energía eólica para la producción de energía eléctrica en sistemas conectados a la red, representa en la actualidad una fuente energética tecnológicamente madura, de bajo impacto medioambiental y con bajo coste de generación en emplazamientos con elevado recurso eólico.
Si tenemos en cuenta los costes externos debidos a efectos medioambientales (habitualmente no incluidos en las evaluaciones de costes de los sistemas energéticos convencionales), la energía eólica representa hoy en día una de las formas de generación energética más competitiva.
Por todo ello, se ha producido su consolidación en el mercado mundial, con un incremento anual de la potencia instalada en crecimiento en los últimos años y con unas perspectivas futuras, de acuerdo con los análisis de previsión realizados, que sitúan esta fuente renovable de energía en un lugar privilegiado.
Ilustración 1.10. Parque eólico de La Losilla (Albacete).
1.2. Nueva generación de sistemas
de conversión de energía eólica
La evolución que ha experimentado la tecnología de aprovechamiento de la energía eóli-ca para la producción de energía eléctrieóli-ca en las dos últimas déeóli-cadas, ha seguido un eóli- ca-mino esencialmente basado en la optimización de los desarrollos tecnológicos existentes en los años ochenta. Por otro lado la economía de escala, derivada del incremento del número de unidades fabricadas, ha influido notablemente en la disminución de costes. La optimización de los diseños, mediante la aplicación de las nuevas herramientas de diseño desarrolladas en los programas de I+D llevados a cabo en las dos últimas décadas, ha sido fundamental en el proceso de madurez tecnológica y competitividad económica realizado. Por otro lado, la optimización de componentes y el paso de una fabricación artesanal a la producción en serie (aunque continúe tratándose de series cortas), ha permitido una reducción
Ilustración 1.11. Prototipo Aerogenerador GE 3,6 MW. Barrax (Albacete).
importante en el coste de los aerogeneradores y asimismo se ha conseguido disminuir notablemente los costes de explotación (operación y mantenimiento). Como consecuencia directa de la disminución de los costes de instalación, operación y mantenimiento, y por el incremento de la eficiencia y la disponibilidad de los aerogeneradores, se ha producido una importante reducción en los costes de producción. Paralelamente a esta disminución de costes se ha producido un incremento en el tamaño unitario de los aerogeneradores, pasando de aerogeneradores de 100 kW de potencia nominal y 20 metros de diámetro, a los actuales aerogeneradores en el entorno de 2 MW y 60-80 metros de diámetro. En el capítulo 4 se presenta un informe detallado de la situación actual de desarrollo tecnológico del sector y de la evolución experimentada en los últimos años.
1.3. Orígenes del desarrollo
de la energía eólica en España
La creación en 1952 de la Comisión Nacional de Energía Eólica dentro del Consejo Su-perior de Investigaciones Científicas, supone el inicio del desarrollo de la energía eólica en nuestro país. En 1955 aparece la primera publicación de la citada comisión, firmada por L. Fontan y J.A. Barasoaín, en la que se presentan datos de los primeros estudios realizados sobre la evaluación del recurso eólico en España. En dicho documento se citan publicaciones previas como la presentada por Lafita, Blanco y La Cierva en el II Congreso Nacional de Ingeniería de 1950 «Aprovechamiento de la Energía Eólica» y, también, la incluida en la Revista del Instituto Nacional de Racionalización del Traba-jo, en 1953, «Aprovechamiento de la Energía del Viento» firmada por Luis de Azcárraga. De estos trabajos realizados por la Comisión Nacional de la Energía Eólica surgieron los primeros mapas eólicos, en los que se evaluaban las áreas ventosas dentro del territorio nacional. De ahí hasta el inicio de actividades a principios de los años ochenta transcurre un largo periodo con pocas iniciativas en el sector. Hasta 1980, en España existían unas 3.000 instalaciones eólicas de bombeo mecánico, de las cuales la mitad se encontraban en operación en las islas –unas 550 en Canarias y más de 1.000 en Baleares–. La mayoría de estas instalaciones fueron abandonadas ante la ampliación de la red eléctrica y la aparición de grupos electrógenos y/o motobombas de bajo coste.
Como continuación de los trabajos iniciados por la citada Comisión de Energía Eólica, en el año 1981 se firmó un convenio de colaboración entre el Instituto Nacional de Meteorología
(INM), la Dirección General de Innovación Industrial y Tecnología, el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), y la Asociación de Investigación Industrial Eléctrica (ASINEL) para la elaboración del que fue denominado «Mapa Eólico Nacional». Para ello se recopilaron los datos de viento existentes en el INM, registrados en los observatorios de su red nacional, complementándose con la instalación de 80 estaciones automáticas de medida del viento, repartidas por el territorio nacional. Por razones diversas, el proyecto no produjo los resultados esperados y no contribuyó de forma importante al conocimiento de los recursos eólicos de nuestro país. Son los estudios locales, o los realizados por las diferentes comunidades autónomas, los que produjeron resultados realistas de la evaluación del recurso.
El auténtico pionero en el desarrollo de tecnología fue Talleres Electromecánicos Gemz, que se autoproclamaba como el fabricante más antiguo de España y que en un catálogo del año 1984 afirmaba que sus aerogeneradores son el resultado de «40 años de experiencia, práctica y perfeccionamiento en el desarrollo de la tecnología». De hecho, esta empresa tenía una oferta de cinco modelos diferentes desde 500 W a 1.836 W, con salidas a 12, 24, 36 y 125 voltios.
Ilustración 1.12. Portada del catálogo de GEMZ.
El logro más importante de la incorporación de las plantas eólicas a la estructura energética de nuestro país, ha sido que dicho proceso ha venido acompañado por el desarrollo de un importante tejido industrial que nos ha situado en una posición prominente dentro del mercado mundial de tecnología eólica. Hoy en día, los fabricantes españoles, tanto de aerogeneradores como de componentes, ocupan una parcela importante del mercado eólico mundial, con excelentes perspectivas de continuar manteniendo, e incluso incrementando, su cuota de participación en el emergente mercado futuro.
Si revisamos los hechos que han favorecido este desarrollo tecnológico, encontraremos diferentes acciones, programas y proyectos cuya contribución ha sido determinante. En general, el proceso se fue construyendo con acciones que en su momento fueron consideradas débiles para el alcance que se proponía y con una aportación económica muy limitada por parte estatal, aunque con el tiempo han demostrado su eficacia.
La fase de desarrollo de la energía eólica en España se inició en la práctica con la instalación en Tarifa, en 1981, de un prototipo de 100 kW financiado por el Centro de Estudios de la Energía, dependiente del Ministerio de Industria. Desde 1981 a 1986, y gracias a la unión de esfuerzos públicos y privados, se llevaron a cabo desarrollos tecnológicos de instalaciones de máquinas de pequeña y media potencia que permitieron dar un contenido tecnológico a la naciente industria del sector, al tiempo que se acumularon experiencias en cuanto a la operación y mantenimiento de las mismas. Los conocimientos así obtenidos permitieron, a comienzos de los 90, disponer de una capacidad tecnológica y de fabricación que impulsó el desarrollo de la tecnología nacional, hasta alcanzar el lugar que en la actualidad mantiene dentro del mercado mundial. En los siguientes párrafos se presentan las acciones identificadas como más importantes en el desarrollo tecnológico de la energía eólica en España.
En la década de los ochenta se inicia en nuestro país un nuevo periodo de actividad importante, que comienza con las actividades promovidas por el Centro de Estudios de la Energía (más tarde IDAE), para el diseño, construcción y ensayo de un aerogenerador de 100 kW. El prototipo se finaliza en 1983, si bien fueron necesarias diversas modificaciones,
poniéndose definitivamente en marcha en 1985, fecha en que se transfiere al Instituto de Energías Renovables-Junta de Energía Nuclear (IER-JEN, posteriormente IER-CIEMAT), para la realización de los ensayos de caracterización.
Ilustración 1.13. Plataforma eólica experimental de Tarifa (Cádiz).
Fuente: Archivo.
Esta planta experimental fue el centro nacional de desarrollo de procedimientos de ensayo de aerogeneradores y en ella se realizaron diferentes proyectos, desde ensayos de pequeños aerogeneradores a proyectos de medidas de las características del viento. En esta planta iniciaron su formación profesional varios de los investigadores que posteriormente han desempeñado un papel importante en el desarrollo de esta nueva tecnología.
Otra de las acciones con una importantísima repercusión en el proceso de desarrollo tecnológico fue la iniciativa, en 1982, del Centro de Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI), que creó un crédito especial para el desarrollo de máquinas eólicas para las pymes. Este programa del CDTI fue una de las iniciativas cruciales en el desarrollo tecnológico llevado a cabo en nuestro país, tanto por los resultados directos del proyecto –como el lanzamiento de Ecotecnia, que ha sido una de las empresas nacionales con tecnología propia pioneras del sector–, como por el efecto indirecto de creación de know-how y formación de personal técnico en el sector. Y hay que hacer constar que fue una iniciativa con muy bajo coste.
Ilustración 1.14. Prototipo aerogenerador GDN310. Santa Cruz de la Zarza (Toledo).
Fuente: Archivo.
Las compañías eléctricas nacionales han estado claramente involucradas desde el inicio en el proceso de desarrollo del sector eólico en nuestro país. La mayoría de las actividades fueron canalizadas a través del Plan Energético Unesa-INI (PEUI), del Plan de Investigación Electrotécnica (PIE) y de la Oficina de Coordinación de la Investigación y Desarrollo Electrotécnica (OCIDE).
Muchos han sido los proyectos realizados por las compañías eléctricas, siendo las más activas Unión Fenosa, Iberdrola, Sevillana de Electricidad y las integradas en el grupo Endesa (Enher, Erz, Gesa y Unelco).
En 1984 se inicia la construcción del primer parque eólico español, el Parque del Empordá, fruto de la colaboración entre el Plan Energético Unesa-INI, la empresa eléctrica Enher y la Generalitat de Catalunya, en el que se instalan cinco aerogeneradores PEUI-10 fabricados por la empresa Made S.A. que, posteriormente, sería otra de las empresas pioneras con tecnología propia dentro del panorama nacional. De acuerdo con la información suministrada por los promotores [4], fue el segundo parque eólico instalado en Europa, ya que el único en funcionamiento en aquel momento era el de la isla de Kythnos (Grecia), con una potencia total de 100 kW.
Ilustración 1.15. Parque eólico piloto del Empordá.
Fuente: Archivo.
1.4. La I+D en España como base del
desarrollo de la energía eólica
Asociado a las primeras iniciativas en el desarrollo del aprovechamiento de la energía eólica en nuestro país, se inician las primeras actividades en el campo específico de la investigación en empresas privadas (Ecotecnia, Gedeon, Gesa-Made), en universidades (Universidad Politécnica de Madrid, Universidad de las Palmas de Gran Canaria) y centros de investigación (CIEMAT, ITER, ITC, ASINEL).
La creación en 1985 del Instituto de Energías Renovables (IER), dentro de la Junta de Energía Nuclear (JEN), posteriormente transformada en el actual Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), representó un papel muy importante en la investigación. De acuerdo con las líneas marcadas dentro del Plan de Energía Renovables 1986-1988 (PER), era responsabilidad del IER la coordinación del programa nacional de investigación, así como la integración de los proyectos nacionales de investigación dentro del programa comunitario que se estaba llevando a cabo por la DG XII de la CEE. El IER participó en numerosos proyectos de investigación y desarrollo, tanto dentro de programas europeos, nacionales o mediante acuerdos con empresas privadas. En junio de 1986 tuvieron lugar las Primeras Jornadas Nacionales sobre Energías Renovables: Solar y Eólica, organizadas por el IDAE en Tenerife, en las que se presentan las líneas de investigación definidas en el Plan de Energías Renovables (PER) y que, en cierta medida, supuso el inicio oficial de la coordinación de las acciones de investigación en el país. Diversos centros y departamentos universitarios iniciaron actividades de investigación, entre los que citaremos el Instituto de Energías Renovables (ITER) en Tenerife, el Instituto Tecnológico Canario (ITC) en Las Palmas, el departamento de Mecánica de Fluidos de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid y el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria.
La incorporación de España a la Unión Europea supuso un importante acontecimiento en el desarrollo de la tecnología, al permitir a la incipiente industria nacional participar en los programas de I+D realizados dentro de las direcciones generales XII y XVII, que supusieron la base para el desarrollo de la tecnología eólica europea, hoy líder del mercado mundial. La participación en estos programas fue muy importante, no solo por el acceso al soporte económico, sino también por el trasvase de conocimiento que se produjo al participar en proyectos compartidos con empresas y centros de investigación, que se encontraban en un avanzado estado de desarrollo.
La incorporación española al programa de I+D comunitario en energía eólica puede ser considerado como un caso excepcional, al conseguirse en la primera participación más del 20% del total del presupuesto comunitario para los proyectos presentados por las empresas, universidades y centro de investigación de nuestro país.
Uno de los proyectos pioneros en el desarrollo de la tecnología eólica, fue el proyecto AWEC-60 (Advanced Wind Energy Converter 60 m diameter, 1200 kW), que el CIEMAT desarrolló junto a Unión Fenosa, Asinel y Man Neue Technology, proyecto financiado por la DG XII de la Unión Europea y la Oficina de Coordinación de la Investigación y Desarrollo Electrotécnica (OCIDE). Este proyecto fue un hito importante en el desarrollo,
al ser el primer aerogenerador de potencia nominal superior al megavatio desarrollado e instalado en nuestro país, lo que supuso un acicate para que las compañías eléctricas empezaran a considerar la energía eólica como una clara opción de futuro en la generación de energía eléctrica.
Dentro del proyecto liderado tecnológicamente por el CIEMAT, se desarrollaron en nuestro país las palas de 30 metros, construidas en un astillero de El Ferrol (La Coruña), la torre soporte, los sistemas eléctrico y de adquisición de datos, mientras que el buje, el sistema mecánico de transmisión y el sistema de control fueron desarrollados por la empresa alemana Man Neue Technology.
Ilustración 1.16. Aerogenerador AWEC – 60. Camariñas (A Coruña).
Por otro lado supuso un impulso importante en el desarrollo del tejido industrial nacional, ya que en el mismo participaron muchas empresas sin experiencia previa en el sector eólico, como Dragados y Construcciones, Talleres CTM, Astilleros Astafersa, Alconza SL, SAC; Jupa SA, etc., que han continuado su actividad dentro del sector.
Quizá la aportación más importante al desarrollo de la eólica en España, fue el gran número de técnicos que iniciaron su contacto con el sector a través de su participación en el proyecto, algunos de los cuales en la actualidad ocupan puestos relevantes en las empresas eólicas nacionales.
Otro de los puntos importantes a resaltar es que fue el primer gran proyecto eólico en el que se colaboró con centros europeos de I+D y empresas con experiencia probada, que permitió acelerar el aprendizaje de nuestros técnicos.
En los años noventa emergieron otras empresas como Gamesa Eólica, Acciona Wind Power, Alstom-Ecotecnia, LM Spain, Ingeteam, etc., que con su contribución consiguieron situar a nuestro país liderando el sector del aprovechamiento de la energía eólica. En el capítulo 2 se presenta información específica sobre las empresas nacionales actualmente activas en el sector.
1.5. Estímulo del mercado
Los inicios del desarrollo del actual mercado eólico tuvieron lugar en los primeros parques eólicos de demostración, que se instalaron en diferentes áreas geográficas y tuvieron un efecto de captar el interés de los responsables de los programas energéticos de las diferentes comunidades autónomas hacia esta nueva fuente energética. Por otra parte, la experiencia conseguida con la operación de estos primeros parques eólicos permitió a los fabricantes nacionales progresar en la mejora de los desarrollos tecnológicos y abordar nuevos diseños basados en la experiencia generada.
La mayor parte de estos primeros parques eólicos fueron promovidos por el IDAE en colaboración con las empresas eléctricas, y eran parques de pequeña potencia formados por un pequeño número de aerogeneradores. El primero de estos parque fue el Parque Eólico de Granadilla (Tenerife) de 300 kW, promovido por IDAE, UNELCO y el Gobierno Canario, donde se instalaron 10 aerogeneradores de fabricación nacional: dos de la empresa Aerogeneradores Canarios de 55 kW, cuatro de Ecotecnia de 25 kW, y cuatro de Gesa-Made de 25 kW.
todo el territorio nacional (Galicia, Aragón, Cataluña, Castilla-La Mancha, Andalucía y Canarias) y tuvieron un importante efecto de estimulación del interés por esta nueva forma de producción de energía eléctrica, con el consiguiente impacto en el desarrollo futuro del mercado eólico en nuestro país.
El 13 de octubre de 1990, se firmó un preacuerdo para promover la instalación y explotación de la primera planta comercial española de energía eólica. El acuerdo se firma entre el IDAE, el Instituto de Fomento de Andalucía (IFA) y la empresa Plantas Eólicas S. A. (AWP), para la constitución de la Planta Eólica del Sur (PESUR), de 20 MW, con 150 aerogeneradores AWP 56/100 de 100 kW, y 34 aerogeneradores MADE AE/20 de 150 kW. La planta entra en funcionamiento a finales de 1992, siendo en la actualidad el parque eólico en operación con más antigüedad.
La aparición del Real Decreto 2366/94 de 1994, supuso el impulso definitivo para la incorporación de la energía eólica a la estructura energética nacional.
Ilustración 1.17. Parque eólico PESUR (Cádiz).
Referencias
1. IEA Wind Energy Annual Reports.
2. F. Avia y E. Soria. The Development of the Spanish Wind Industry. CanWea, 2001. 3. Cuadernos estadísticos de las energías renovables en España. IDAE, 1994.
4. La energía eólica en el Grupo Endesa. Colección Informes. Grupo Endesa, 1989.
5. Informe de realizaciones en España sobre energía eólica. IDAE, 1986 (distribución restringida). 6. Informes anuales de la Sociedad Eólica de Andalucía.
El sector
2
La energía eólica es una de las opciones energéticas emergentes con mayor potencialidad de futuro, que ha de contribuir de forma importante a cubrir las elevadas necesidades energéticas en los países en vía de desarrollo y a sustituir una parte importante de las actuales plantas energéticas alimentadas por combustibles fósiles.
El aprovechamiento de la energía eólica ha alcanzado un nivel de desarrollo que permite afirmar que nos encontramos ante una fuente energética limpia, económicamente competitiva y con una tecnología de aprovechamiento madura. En emplazamientos con un recurso eólico adecuado, los actuales aerogeneradores son capaces de producir electricidad a precios competitivos, partiendo de una fuente natural, renovable y no contaminante de energía. La energía eólica en los últimos años se ha erigido como la fuente energética de crecimiento más rápido en la Unión Europea [7].
Ilustración 2.1. Parque eólico.
El mercado de la energía eólica es un mercado joven que se está desarrollando, con una tasa anual de crecimiento en torno al 30%, habiendo pasado de los 60 GW instalados a finales de 2005 a 200 GW en 2010 [1], con lo que se proporciona energía suficiente para satisfacer las necesidades de unos 100 millones de hogares (unos 300 millones de personas).
Actualmente, la energía eólica ya está establecida como fuente de energía en más de 80 países [3]. Muchos de ellos han emprendido una política clara de introducción de la energía eólica en sus sistemas de producción energética, como es el caso de China, que con 18.928 MW instalados en 2010 ha duplicado en un año su capacidad total alcanzando los 44.781 MW de potencia instalada. En Estados Unidos finalizó el año con un total de 40.274 MW instalados, Alemania con 27.364 MW y España con 20.300 MW [2].
Dinamarca con 3.805 MW instalados produjo en el año 2010 el 21% de la energía eléctrica consumida en el país y presenta el mayor índice de potencia eólica instalada per cápita (0,675 kW/cap.), seguido de España con 0,442 kW/cap. y un grado de cobertura de la demanda eléctrica del 16%. Estos datos son claros ejemplos de la potencialidad de la energía eólica para la producción de energía eléctrica [3].
El impulso a la expansión de la energía eólica ha venido motivado en gran medida por la urgente necesidad de combatir el cambio climático global. Es una fuente de energía que evita la emisión de dióxido de carbono sin producir ninguno de los otros contaminantes asociados a los combustibles fósiles, o la generación de residuos de larga duración cuando la producción de energía es de origen nuclear. Los estudios de opinión realizados en diferentes países muestran resultados de apoyo mayoritario de la población a favor de la utilización de la energía eólica [4].
A medida que se ha ido desarrollando el mercado, los costes de la energía eólica han mostrado una drástica reducción. El coste de producción de la energía eólica es hoy en día una quinta parte que hace 20 años. Los costes de los aerogeneradores se sitúan en el rango de los 1.000 €/ kW, variando en función de la tecnología y el tamaño de máquina. Los precios por kilovatio instalado oscilan entre 1.200 y 1.400 €/kW [2].
Los costes de generación varían entre los 4 y 8 céntimos de euro por kilovatio-hora producido, siendo este amplio margen consecuencia de las diferencias en el tamaño del proyecto (lo que generalmente lleva a diferentes costes específicos de la instalación), pero fundamentalmente debido a las características de viento del emplazamiento. Asimismo, los costes financieros y los costes de operación y mantenimiento repercuten notablemente en el precio de la energía generada.
El próspero negocio de la energía eólica ha atraído la atención de bancos, mercados de inversión y nuevos participantes, como las compañías petroleras, que recientemente han entrado en el mercado.
Los fabricantes europeos lideran el mercado mundial con Dinamarca, Alemania y España como los países que aportan el mayor número de aerogeneradores al mercado. En los últimos años, en China han aparecido un número importante de empresas que ya cubren un porcentaje importante del sector.
El empleo asociado al sector de la energía eólica ha crecido rápidamente. Se estima que un total de 670.000 personas trabajan directa o indirectamente en este sector [4].
En Europa, se estima que en 2008 eran más de 100.000 los puestos de trabajos de empleo directo (tabla 2.1) [8]. Las predicciones europeas apuntan a más de 440.000 para el año 2020.
Ilustración 2.2. Instalación del buje de un aerogenerador.
Tabla 2.1. Empleo directo de la energía eólica en países europeos.
Fuente: Estimaciones propias, a partir de EWEA (2008a); ADEME (2008); AEE (2007); DWIA (2008); Ministerio Federal del Medio Ambiente de Alemania, BMU (2008).
Como puede verse en la gráfica, se estima que el empleo asociado a la energía eólica en la UE se duplicará en el periodo 2010-2020. En 2025, el empleo en instalaciones eólicas marinas superará al de las instalaciones eólicas en tierra. Se estima que en 2030, más de 475.000 personas estarán empleadas en el sector eólico europeo de la energía.
2.1. Situación mundial
de la energía eólica
A finales del año 2010, la potencia eólica mundial era de 199.520 MW, con una tasa anual de crecimiento del 25% [1]. La gráfica 2.2 muestra la evolución de la potencia eólica en todo el mundo junto con la potencia anual instalada.
País N.º de puestos de trabajo directos
Austria 700 Bélgica 2.000 Bulgaria 100 República Checa 100 Dinamarca 23.500 Finlandia 800 Francia 7.000 Alemania 38.000 Grecia 1.800 Hungría 100 Irlanda 1.500 Italia 2.500 Países Bajos 2.000 Polonia 800 Portugal 800 España 20.500 Suecia 2.000 Reino Unido 4.000 Resto de la UE 400 Total 108.600
Gráfica 2.1. Estimación de la evolución del número de empleos en el sector eólico.
Fuente: Wind at Work. EWEA.
Gráfica 2.2. Evolución de la potencia eólica total instalada en el mundo.
Fuente: Elaboración propia a partir de datos de BTM Consulting.
(MW) 210.000 200.000 190.000 180.000 170.000 160.000 150.000 140.000 130.000 120.000 110.000 100.000 90.000 80.000 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0
MW Potencia instalada en el año (MW)
Potencia Acumulada (MW) 4.778 1995 6.070 1996 7.636 1997 9.814 1998 13.455 2000 16.955 2001 23.270 2002 38.530 2003 46.636 2004 59.399 2005 1999 30.345 74.306 2006 2007 94.005 2008 122.158 2009 160.084 2010 199.520 600.000 500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0
Tabla 2.2. Potencia eólica por área geográfica (31/12/2010).
Fuente: Elaboración propia a partir de datos de la EWEA y BTM Consulting.
Área Potencia acumulada (MW)
Europa 86.279
China 44.781
América del Norte 44.285
India 12.996
Australia y Nueva Zelanda 2.579
Japón 2.429
América Central y América del Sur 2.209
Taiwán 454
Corea del Sur 342
Resto de Asia 530
África 1.112
Otros 1.524
Total 199.520
La distribución de la potencia instalada por áreas geográficas era la siguiente:
Europa representa el 44% de la potencia total instalada, si bien hoy en día ya aparecen mercados fuertemente establecidos en China, América del Norte (EE. UU. y Canadá), India y otras zonas geográficas. La India tiene cerca de 13 GW instalados en parques eólicos conectados a red, mientras que en China, además de 44,8 GW conectados a la red, hay más de 200.000 instalaciones autónomas alimentadas con pequeños aerogeneradores.
Varios países del norte de África (Marruecos, Egipto, Túnez) han comenzado la instalación de plantas eólicas, al igual que en otras áreas del planeta (Australia y Nueva Zelanda, Oriente Próximo, etc.). Otros países que están considerando serias inversiones en el sector son Brasil, Túnez, China, Egipto, Marruecos, Filipinas, Turquía y Vietnam [1].
Es muy importante el crecimiento experimentado en los países en vía de desarrollo, que contemplan la energía eólica como una de las fuentes para cubrir sus crecientes necesidades energéticas.
De los datos actuales se desprende que, en algunos países, la utilización de plantas eólicas para producción de energía eléctrica ha dado el paso definitivo hacia su integración en la estructura
Gráfica 2.3. Potencia eólica per cápita a finales del 2010.
Fuente: WWEA – Reporte anual de la energía eólica 2010.
energética global, habiéndose alcanzado altos porcentajes de cobertura del consumo eléctrico. Los países con mayor grado de cobertura durante el año 2010 fueron:
• Dinamarca 21% • Portugal 18% • España 16% • Alemania 9%
La utilización de la energía eólica para la producción de energía eléctrica en sistemas conectados a la red se está consolidando en muchos de los países europeos como una forma de diversificación de la actual estructura energética.
El gráfico siguiente presenta la relación entre la potencia instalada y el número de habitantes en el país (kW/cap.) a finales de 2010. Dinamarca es el país con más potencia instalada por habitante, seguida de España que alcanza un índice de 0,442 kW/cap. y Portugal en tercera posición [4]. 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 Dinamarca España Portugal Alemania Islas Malvinas Irlanda Suecia Países Bajos EE.UU. Austria Nueva Zelanda
Canadá Estonia Grecia Italia Noruega Francia Australia Bélgica Luxemburgo 0,675 0,442 0,344 0,318 0,334 0,306 0,226 0,133 0,128 0,123 0,118 0,118 0,116 0,112 0,095 0,093 0,087 0,086 0,085 0,083 [kW / Capita]
Los países europeos lideran el mercado mundial de la energía eólica, tanto en lo que se refiere a la potencia instalada como a la industria del sector. A continuación se presentan datos de finales de 2010 y, de ellos, podemos destacar que en la actualidad hay instaladas plantas eólicas prácticamente en todas las áreas geográficas del continente.
Gráfica 2.4. Potencia eólica instalada por países en Europa (2010).
Además de los datos ya comentados de los países líderes, Alemania, España y Dinamarca, hay que resaltar los ambiciosos programas existentes en muchos otros países (Reino Unido, Italia, Grecia, Portugal y Países Bajos), que auguran un prometedor panorama para los futuros desarrollos eólicos europeos. Se espera una continuidad en la instalación de plantas eólicas.
En la siguiente tabla se presentan datos de las previsiones de instalación en los países europeos para el periodo 2011-2015, obtenida a partir de los datos suministrados por la Asociación Europea de Energía Eólica (EWEA) en su informe Wind in power. 2010 European statistics [5]. Alemania, España, el Reino Unido y Francia van a liderar las nuevas instalaciones, con un total de más de 90 GW de nueva potencia instalada durante el periodo considerado.
Gráfica 2.5. Potencia eólica instalada por países en Europa (2010).
Fuente: EWEA, Annual Report 2010.
Grecia 1% (1.208 MW) Irlanda 2% (1.428 MW) Países Bajos 3% (2.237 MW) Dinamarca 4% (3.752 MW) Portugal 5% (3.898 MW) Suecia 3% (2.163 MW) Otros 4% (2.916 MW) Alemania 32% (27.214 MW) España 24% (20.676 MW) Italia 7% (5.797 MW) Francia 7% (5.660 MW) Reino Unido 6% (5.204 MW)
