Todo lo que necesitas saber sobre la energía eólica

Qué es

La energía eólica obtenida por el viento, una fuente de electricidad renovable que aprovecha la energía cinética de las masas de aire para generar electricidad. Lo hace por medio de los generadores, que son molinos de viento de diferentes tamaños que transforman la energía cinética del viento en mecánica con sus aspas.

Es renovable, no contamina, limpia y permite reemplazar la que se produce por medio de combustibles fósiles, más contaminantes y agotables. Supone más del 5% del consumo mundial de la electricidad y datos de la Agencia Internacional de la Energía tienen unas previsiones de un 18% de cara a 2050.

Origen

Su historia viene de muchos años atrás. Si bien el estadounidense Charles Francis Brush fue pionero de la energía eólica, nuestros antepasados usaban molinos de viento primitivos, que aun podemos ver en algunas zonas, para moler los granos de cereal. Este trabajó en varias granjas y estudió ingeniería de minas en la Universidad de Michigan. Inventó una lámpara de arco que se alimentaba por una dinamo que él había inventado y dedicó su vida a su estudio y cómo aprovecharla.

Fundó la Brush Electric Company y posteriormente se encargó de los generadores para la primera planta hidroeléctrica en Estados Unidos. Cerca de su casa en Cleveland construyó la primera turbina eólica automática para generar electricidad en el año 1888, con 17 metros y 144 palas de madera de cedro, capaz de dar energía a la mansión.

Las turbinas fueron mejoradas por el meteorólogo danés Poul la Cour, que construyó su túnel de viento para conseguir hidrógeno de la electrólisis y alimentar las lámparas de su escuela en la que enseñaba a producir electricidad del viento. Su alumno Johannes Juul descubrió posteriormente cómo producir corriente alterna con los aerogeneradores en 1950. El sistema fue mejorado hasta el día de hoy, incluyendo la construcción por parte de Dinamarca del primer parque eólico marino en el Báltico en 1991.

Futuro

El viento es una de las principales fuentes de generación de energía en la actualidad, y se espera que sea la primera de mix para 2030.  El año 2020 fue un buen año para la eólica, aunque el nuevo informe publicado por GWEC advierte de que el mundo necesita instalar aerogeneradores con una nueva capacidad tres veces más rápido en la próxima década para conseguir llevar a los objetivos climáticos globales.

Concretamente, se espera que al menos se triplique en 5 años para conseguir los objetivos de sostenibilidad planteados. Solo para evitar los efectos del cambio climático, se estima que son necesarios al menos 180 GW de nueva energía eólica al año.

Se requiere que se instalen 469 GW de nueva capacidad en los próximos 5 años, con al menos los mencionados 180 GW de nueva capacidad anual hasta 2025 limitar el calentamiento global por debajo de 2 ° C. Gracias a sus ventajas, la generación de empleo que proporciona y la necesidad de invertir en ella, tiene un futuro prometedor en que solo se espera su crecimiento.

Tipos de aerogeneradores

Los aerogeneradores son generadores de energía eléctrica que son movidos por la fuerza del viento, convirtiendo su energía cinética en mecánica. Hay diferentes tipos de generadores en base a diversos factores, así que vamos a comentar los principales que existen en la actualidad y con los que te puedes encontrar.

 Según la potencia

Teniendo en cuenta su potencia, estos se pueden dividir en 3 tipos, que son de baja, media o alta potencia. En base a la potencia proporcionada, los de media potencia producen cerca de 150Kw, los de alta potencia se usan para producir electricidad de manera comercial y se conectan a la red y en grupos.

Su producción en total tiene un alcance de gigavatios. Los de baja potencia serán más de uso particular. Podemos ver que su utilización depende de dónde se vayan a instalar y sus objetivos.

Según la dirección o posición del eje

Según su posición del eje de giro, con respecto a la dirección del viento, pueden ser de eje vertical (Horizontal Axis Wind Turbine) o horizontal (Vertical Axis Wind Turbine VAWT).

En los de eje vertical, el eje de rotación se encuentra perpendicular al suelo. Destacan por no necesitar rotación automática. Sus componentes esenciales son el multiplicador y generador. Su desventaja es que son menos eficaces que otros en el momento en que requieren un sistema exterior para el empuje de las paletas. Por eso, los más utilizados son los de eje horizontal, con rotación paralela al suelo, que proporcionan mayor empuje para grandes velocidades de rotación. Se aprovecha al máximo la fuerza del viento.

Según la orientación del viento

En función de la orientación del viento, se clasifican en los de orientación a barlovento u orientación a sotavento. Las aspas se encuentran en configuración a sotavento cuando se mueven en la dirección del viento y a barlovento cuando están enfrentadas al viento. La mayoría son de barlovento, aunque los más pequeños suelen ser de tipo sotavento.

Las que tienen el rotor a barlovento son los más comunes y tienen el rotor de cara al viento. Su principal inconveniente es que el rotor tiene que ser inflexible y debe encontrarse a determinada distancia de la torre. Los que tienen el rotor a sotavento pueden construirse sin necesidad de mecanismo de rotación. Su principal ventaja es que el rotor se puede hacer más flexible y su inconveniente es la fluctuación de la potencia eólica.

Según el tipo de torre

Teniendo en cuenta el tipo de torre, pueden ser de tres tipos. Son torres de celosía, de hormigón o de acero tubular. La mayoría de los grandes aerogeneradores son torres tubulares de acero que se fabrican en secciones de hasta 30 metros con brillas en cada extremo. Su diámetro es creciente hacia la base para ahorrar en material e incrementar su resistencia.

Las torres de celosía con más económicos porque son fabricados con perfiles de acero soldados y requieren menos material. Su principal desventaja es su presencia física, y aunque no debería ser un aspecto fundamental lo es en la medida de que la mayoría han desaparecido en grandes aerogeneradores.

Las de hormigón, a veces presentes en soluciones híbridas, permiten aumentar la altura y rendimiento de los aerogeneradores, lo que incrementa la producción de energía. Se adaptan a todo tipo de necesidades y a cualquier condición del viento. Las hay incluso híbridas con combinación de las que se han mencionado anteriormente.

Ventajas y desventajas

Este tipo de energía es una fuente renovable inagotable, no contaminante y autóctona que permite reducir el uso de combustibles fósiles y ayuda a preservar el medio ambiente. Entre sus principales ventajas podemos destacar que:

• Es renovable y limpia, con origen en procesos atmosféricos a consecuencia de la radiación solar. No produce emisiones atmosféricas ni contaminantes. Reduce la huella de carbono.
• Es autóctona, se encuentra en todo el planeta.
• Por otro lado, ayuda a generar empleo local y fomentar la riqueza.
• Es considerada barata, con un precio estable en comparación con otras.
• Su instalación es rápida, ya que no requiere transformar combustibles ni minería. Además, los generadores se pueden instalar a diferentes alturas para una producción estable.
• Se adapta a prácticamente cualquier espacio, incluso en zonas desérticas, conviviendo con otros usos del suelo.
• Permite que el autoconsumo de energía en las viviendas, combinada con la solar fotovoltaica.

También podemos valorar algunas de sus principales desventajas o inconvenientes, entre los que se encuentran la necesidad de planificar teniendo en cuenta que el viento es aleatorio, entre las que destacar:

• Tiempo aleatorio y la incertidumbre de que pueda haber viento o no, por lo que no es buena idea como única fuente de energía. Se podrían usar dispositivos de almacenamiento. Es difícil planificar su obtención.
• La velocidad tiene sus límites, ya que si excede la que soporta la turbina puede causar daños en su eje y una menor producción. Se requieren sistemas de control.
• Se requiere construir líneas de alta tensión para distribuirla.
• Tiene cierto impacto medioambiental, como daños y muertes de ciertas aves y murciélagos, aunque en la actualidad los nuevos diseños están combatiendo esto.
• Necesitan grandes áreas, aunque se pueda aprovecharla zona para otros usos.

Usos

La energía eólica tiene muchos usos, de hecho, es una de las fuentes de energía más desarrolladas en todo el mundo. Representa una cifra del 5% de la electricidad en todo el mundo y es usada en muchos países.

Se utiliza generalmente como mecánica transformada en electricidad, aunque se puede usar de manera directa. También sirve para el bombeo de agua para que pueda ser desplazada a otro lugar. En la ganadería, tiene usos como para la extracción de agua en pozos profundos.

En los hogares, se puede obtener un aporte extra si se combina con dispositivos de aprovechamiento de la energía solar. Asimismo, se puede transformar en térmica para producir calor o frío.

En el transporte, se puede usar como medio para facilitarlo, de hecho, hay embarcaciones navales propulsadas por el viento. También se utiliza en ciertas actividades deportivas y recreativas.

Cómo funciona

La energía eólica es obtenida por medio del movimiento de las palas o aspas del aerogenerador, que se convierte en eléctrica. El aerogenerador es el generador eléctrico movido por una turbina que se acciona por el viento, que cuenta con predecesores destacados los molinos de viento.

El aerogenerador está compuesto por la torre, un armario de acoplamiento a la red eléctrica que se pega a su base, una góndola que es el armazón en que están los componentes mecánicos y que se usa de base a las palas, un sistema de orientación que está al final de la torre, el eje y el mando del rotor. Dentro de la góndola, está el generador, el sistema de regulación térmica, un multiplicador y un freno.

Las aspas se conectan al rotor, que se encuentra asimismo conectado al eje y envía la energía de rotación al generador eléctrico. Este generador produce voltaje eléctrico y, por tanto, energía haciendo uso de imanes.

Los parques eólicos evacuan la electricidad que se produce en el centro de transformación por medio de una línea eléctrica hasta la subestación de distribución a la que se le suministra, y posteriormente esta llegará al consumidor o usuario final.

Componentes y características

El aerogenerador es un generador de electricidad que se activa por la acción del viento. El viento mueve la hélice y por medio de su sistema mecánico de engranajes se hace girar el rotor del generador y de ahí nace la corriente. Este está compuesto de varios componentes, algunos de los cuales hemos mencionado brevemente antes para conocer su funcionamiento.

Los principales componentes del aerogenerador son:

• Góndola. Carcasa que protege sus componentes fundamentales.
• Rotor. Transforma la energía del viento en mecánica. Se compone por el buje, las aspas y un mecanismo de cambio de paso del aspa.
• Palas. Son las que capturan el viento y transmiten su potencia al buje.
• Buje. Es encargado de unir las aspas del rotor con su eje de baja velocidad.
• Eje de baja velocidad. Es encargado de conectar el buje del rotor al correspondiente multiplicador.
• Eje de alta velocidad. Gira a 1.500 revoluciones por minuto para que funcione el generador.
• Generador eléctrico.
• Multiplicador. Aumenta la velocidad del eje de alta velocidad para que gire hasta 50 veces con más rapidez que el de baja velocidad.
• Controlador electrónico. Monitoriza sus condiciones y controla su mecanismo de orientación.
• Torre. Se encarga de soportar la góngola y el rotor.
• Panel y anemómetro. Las señales electrónicas del anemómetro conectan con él cuando se produce una velocidad del viento aproximada de 5m/s.
• Unidad de refrigeración. Su ventilador se encarga de enfriar el generador.
• Mecanismo de orientación. Controla la dirección del viento con el panel.

Construcción de un parque eólico

Para generar electricidad con una central eólica se requiere que el viento sople a una velocidad favorable. El viento hace que giren las palas y se convierta en mecánica la energía cinética. Esta es transmitida a la caja del multiplicador de donde sabe con una mayor velocidad. De ahí, se transmite al eje del generador para producir energía.

El roce del viento sobre el aerogenerador genera electricidad estática, descargada por medio una presa en el suelo que hay en todos los aerogeneradores. Antes de crear un parque eólico se debe hacer un análisis del viento y la zona en que se quiere construir, teniendo en cuenta la velocidad y frecuencia de los vientos. Para medir el viento, se requiere un equipo concreto, instalado a diferentes alturas. En función del presupuesto, se mide la zona y sus características. Se debe pensar en los lugares en que irán los mástiles, por lo que se requiere un consultor que haga todo el estudio correctamente.

Es necesario además calcular si este nuevo parque tendrá rendimiento teniendo en cuenta varios factores a analizar. Antes de construirlo se debe informar sobre las condiciones de mercado en lo referente a la financiación y precios. En función de la potencia, tamaño de los aerogeneradores o zona, se llevará a cabo la construcción.

La primera obra es la civil y lleva hasta un año de duración. Después llegan las construcciones para conectar la red, con duración de 6 a 18 meses. Los generadores se traen y montan, un tiempo que puede llevar entre 1 y 2 años en función del parque y aerogeneradores. La obra de mano dependerá también del tamaño del parque, así como el mantenimiento y costos. Se requieren además los permisos correspondientes y las adecuadas comprobaciones de funcionamiento en todo momento.

Datos y estadísticas

Según estimaciones del Consejo Mundial de Energía Eólica (GWEC) sobre el mercado eólico mundial en 2020, la industria eólica mundial logró un récord de instalación de 93 GW de nueva capacidad en 2020, con un aumento interanual del 53%. La capacidad total mundial es de hasta 743 GW, lo que permitió reducir más de 1.100 millones de toneladas de CO2 anualmente. Pese a esto, y es una reclamación de los principales actores del sector, se considera que se necesitaría instalar un mínimo de 180 GW de nueva energía anuales para evitar impactos del cambio climático.

El mercado mundial casi se ha cuadruplicado en tamaño en la última década, haciendo que sea una de las fuentes de energía más competitivas y resistentes en el mundo. El 2020 fue un año impulsado en su crecimiento por el incremento de instalaciones en Estados Unidos y China, los dos mercados más grandes en el mundo, con un 75% de nuevas instalaciones ese año. Se esperan unas cifras positivas del 2021.

Energía eólica en el mundo

Los mayores productores del mundo son Estados Unidos y China.  En América Latina, hablamos de Brasil. En España, la energía eólica abasteció a alrededor de 12 millones de hogares, un 18% de las necesidades del país según la Asociación Empresarial Eólica (AEE). Los principales mercados eólicos terrestres para nueva capacidad en 2020 con China, Estados Unidos, Brasil, Noruega y Alemania. Tras ellos está España con 1400 MW. Por capacidad acumulada, los principales mercados eólicos terrestres son China, Estados Unidos, Alemania, India y España.

Los principales mercados eólicos marinos para nueva capacidad en 2020 son China, Holanda, Bélgica, Reino Unido y Alemania. Los mercados eólicos marinos por capacidad acumulada que destacaron en 2020 fueron Reino Unido, China, Alemania, Holanda y Bélgica.

Energía eólica en España

Según el Anuario eólico 2021 La Voz del Sector de la Asociación Empresarial Eólica (AEE), la producción de energía eólica del 2020 fue de 53.645 GWh, con una potencia total instalada de 27.446MW y nueva potencia instalada de 1720MW. Esto ha convertido al país en el tercer exportador del mundo de aerogeneradores, después de Dinamarca y Alemania. Con ellos, se evitaron solo en un año 29 millones de toneladas de emisiones de CO2 y además se contribuyó al PIB con un 0,35%.

Las principales comunidades autónomas por potencia acumulada en 2020 fueron Castilla y León, Aragón y Castilla La Mancha. Por nueva potencia instalada destacan Aragón, Navarra y Castilla y León. Son 47 las provincias españolas que tienen este tipo de energía.

En nuestro país hay 21.419 aerogeneradores, 1265 parques eólicos en 1037 municipios y 237 centros industriales en 16 comunidades autónomas. Es el quinto país por potencia instalada acumulada, tras China, Estados Unidos, Alemania e India. Las cifras son bastante buenas y se espera que sean todavía mejores.