INTRODUCCIÓN.
El perfeccionamiento del tradicional molino de viento ha
dado lugar a modernos aeromotores que aprovechan la
energía eólica para generar electricidad.
Estos aeromotores pueden instalarse aislados o bien en
agrupaciones que aportan energía a las redes de distribución. Sin embargo, el viento tiene
dos características que lo diferencia de otras
fuentes
energéticas: su imprevisible variabilidad y su
dispersión. Ello obliga a sutiles perfeccionamientos en el
diseño
de las palas y el sistema de
control que
regula las revoluciones por minuto, para evitar velocidades,
excesivas durante los vendavales y orientar el rotor hacia la
posición más favorable. La fuente de energía
eólica es el viento, o mejor dicho, la energía
mecánica que, en forma de energía
cinética transporta el aire en movimiento. El
viento es originado por el desigual calentamiento de la
superficie de nuestro planeta, originando movimientos conectivos
de la masa atmosférica.
¿QUÉ ES LA ENERGÍA EÓLICA?
Es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética
generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transmutada en
otras formas útiles de energía para las actividades humanas.
En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. A finales de 2011, la capacidad mundial de los generadores eólicos fue de 238 gigavatios. En 2011 la eólica generó alrededor del 3% del consumo de electricidad mundial.
En España la energía eólica produjo un 21,1% del consumo eléctrico en
2013, convirtiéndose en la tecnología con mayor contribución a la
cobertura de la demanda, por encima incluso de la energía nuclear.
La energía eólica es un recurso abundante, renovable,
limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero
al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la
convierte en un tipo de energía verde. Su principal inconveniente es la intermitencia del viento.
VENTAJAS DE LA ENERGÍA EÓLICA.
- Es un tipo de energía renovable ya que tiene su origen en procesos atmosféricos debidos a la energía que llega a la Tierra procedente del Sol.
- Es una energía limpia ya que no produce emisiones atmosféricas ni residuos contaminantes.
- No requiere una combustión que produzca dióxido de carbono (CO2), por lo que no contribuye al incremento del efecto invernadero ni al cambio climático.
- Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines, por ejemplo en zonas desérticas, próximas a la costa, en laderas áridas y muy empinadas para ser cultivables.
- Puede convivir con otros usos del suelo, por ejemplo prados para uso ganadero o cultivos bajos como trigo, maíz, patatas, remolacha, etc.
- Crea un elevado número de puestos de trabajo en las plantas de ensamblaje y las zonas de instalación.
- Su instalación es rápida, entre 4 meses y 9 meses.
UN POCO DE HISTORIA.
La energía eólica no es algo nuevo, es una de las energías más antiguas
junto a la energía térmica. El viento como fuerza motriz existe desde la
antigüedad y en todos los tiempos ha sido utilizado como tal, como
podemos observar. Tiene su origen en el sol. Así, ha movido a barcos
impulsados por velas o ha hecho funcionar la maquinaria de los molinos
al mover sus aspas. Pero, fue a partir de los ochenta del siglo pasado,
cuando este tipo de energía limpia sufrió un verdadero impulso. La
energía eólica crece de forma imparable a partir del siglo XXI, en
algunos países más que en otros, pero sin duda alguna en España existe
un gran crecimiento, siendo uno de los primeros países por debajo de
Alemania a nivel europeo o de Estados Unidos a escala mundial. Su auge
en parques eólicos es debido a las condiciones tan favorables que existe
de viento, sobre todo en Andalucía que ocupa un puesto principal, entre
los que se puede destacar el Golfo de Cádiz, ya que el recurso de
viento es excepcional.
Los primeros molinos.
La referencia más antigua que se tiene es un molino de viento que fue usado para hacer funcionar un órgano en el siglo I era común. Los primeros molinos de uso práctico fueron construidos en Sistán, Afganistán, en el siglo VII. Estos fueron molinos de eje vertical con hojas rectangulares. Aparatos hechos de 6 a 8 velas de molino cubiertos con telas fueron usados para moler trigo o extraer agua.
En Europa.
En Europa los primeros molinos aparecieron en el siglo XII en Francia
e Inglaterra y se distribuyeron por el continente. Eran unas
estructuras de madera, conocidas como torres de molino, que se hacían
girar a mano alrededor de un poste central para levantar sus aspas al
viento. El molino de torre se desarrolló en Francia a lo largo del siglo
XIV. Consistía en una torre de piedra coronada por una estructura
rotativa de madera que soportaba el eje del molino y la maquinaria
superior del mismo. Estos primeros ejemplares tenían una serie de
características comunes. De la parte superior del molino sobresalía un
eje horizontal. De este eje partían de cuatro a ocho aspas, con una
longitud entre 3 y 9 metros. Las vigas de madera se cubrían con telas o
planchas de madera. La energía generada por el giro del eje se
transmitía, a través de un sistema de engranajes, a la maquinaria del
molino emplazada en la base de la estructura. Los molinos de eje
horizontal fueron usados extensamente en Europa Occidental para moler
trigo desde la década de 1180 en adelante. Basta recordar los ya famosos
molinos de viento en las andanzas de Don Quijote. Todavía existen molinos de esa clase, por ejemplo, en Holanda.
Molinos de bombeo.
En Estados Unidos, el desarrollo de molinos de bombeo, reconocibles
por sus múltiples velas metálicas, fue el factor principal que permitió
la agricultura y la ganadería en vastas áreas de Norteamérica, de otra
manera imposible sin acceso fácil al agua. Estos molinos contribuyeron a
la expansión del ferrocarril alrededor del mundo, supliendo las
necesidades de agua de las locomotoras a vapor.
HECHOS HISTÓRICOS.
¿De dónde viene la energía eólica?.
Todas las fuentes de energía renovables (excepto la maremotriz y la geotérmica), incluyendo la energía de los combustibles fósiles, provienen, en último término, del sol. La Tierra recibe 1,74% x 10^14 kW de potencia del sol.
Alrededor de un 1 a un 2% de la energía proveniente del sol es convertida en energía eólica. Esto supone una energía alrededor de 50 a 100 veces superior a la convertida en biomasa por todas las plantas de la tierra.
Los vientos tienen distinto origen o naturaleza según la escala geográfica en la que varían:
Variación a escala global, 10.000 km (vientos geostróficos)
Variación en la macroescala, 1.000 km
Variación en la mesoescala, 100 km
Variación en la microescala, 10 km
POTENCIA EÓLICA.
La potencia del viento nos da un primer limite para la potencia de un aereogenerador. Para calcularla, evaluamos la energía cinética (Ek) de la masa del aire (m) que atraviesa, por unidad de tiempo, la sección barrida por las palas (A).
Potencia = Trabajo / t = Ek / t = 1/2mV^2 / t
Como la masa de aire que atraviesa el área de A en un tiempo t es m = p A d, y d= Vt tenemos que:
Potencia = 1/2(pAd)V^2/t = = 1/2pAV^2(d/t) = 1/2pAV^2
POTENCIA EÓLICA = 1/2 pAV^3
Funcionamiento de un aerogenerador.
El aerogenerador consta de varias
partes un esquema general de cómo funciona el aerogenerador esta dado por la
siguiente figura:
Palas del rotor: Es donde se produce el movimiento rotatorio debido
al viento.
Eje: Encargado de transmitir el movimiento rotatorio.
Caja de engranajes o Multiplicadores: Encargados de cambiar la
frecuencia de giro del eje a otra menor o mayor según dependa el caso para
entregarle al generador una frecuencia apropiada para que este funcione.
Generador: Es donde el movimiento mecánico del rotor se transforma
en energía eléctrica.
Además de estos componentes
básicos se requieren otros componentes para el funcionamiento eficiente y
correcto del aerogenerador en base a la calidad de servicio de la emergía
eléctrica, alguno de ellos son:
Controlador electrónico: que permite el control de la correcta
orientación de las palas del rotor, también en caso de cualquier contingencia
como sobrecalentamiento del aerogenerador lo para.
Unidad de refrigeración: Encargada de mantener al generador a una
temperatura prudente.
Anemómetro y la Veleta: Cuya función están dedicadas a calcular la
velocidad del viento y la dirección de este respectivamente.
Están conectadas al controlador
electrónico quien procesa estas señales adecuadamente.
Operación económica de la generación eólica.
Como sabemos la energía eólica
posee un elemento aleatorio en su generación que es la fuerza del viento
análogo a las hidrogeneradoras que su variable aleatoria es las hidrológica.
Como sabemos una operación
eficiente de un sistema eléctrico consiste en resolver un problema de
optimización el cual considera que:
- Equilibrio de la oferta y la demanda de energía
- Conversión de la energía de recursos primarios
- Capacidad de las plantas y potencias instaladas
- Capacidad almacenada
También este problema de
operación económica considera:
- Variabilidad de la demanda a lo largo del año
- Abastecimiento de la demanda en periodos de alta y baja
- Proyección de la demanda en el futuro
Viendo distintos datos se puede
apreciar un ejemplo de la operación
económica en Turquía (Los datos
están de acuerdo a sus características geográficas , así que si hay mucha
diferencia con el caso chileno no extrañarse) en donde existen distintos tipos
de tipo de generación encontrándose los siguientes valores:
- Hidroeléctrica: Costo 40 $/Kw/año
- Térmica: Costo 20 $/Kw/año (Bencina + operación)
- Solar: Costo 30 $/Kw/año
- Eólica: Costo 30 $/Kw/año
Para una eficiente despacho de
las generadoras se despacha según el menor costo, en Turquía se ven dos tipos
de periodos uno normal y otro de alta demanda registrándose los siguientes
tipos de despachos:
Mes normal
Demanda total: 10800 MW
- Despacho térmico:7920 MW
- Despacho Hidroeléctrico:1536 MW
- Despacho eólico:1344 MW
- Despacho solar:0
Como se puede apreciar el
despacho de potencia se realizo según la que tiene menor costo hasta la que
tiene mayor costo, ya que la idea es minimizar los costos de operación.
El caso eólico es importante en
Turquía ya que ocupa el 12% del total de la generación.
Costos de la energía eólica.
Plantas de energia eolica
Las plantas de energia eolica son
un conjunto de generadores eolicos los cuales generan cada uno energia
electrica.
El costo de cada turbina eolica
esta en funcion de:
- Los alerones del rotor
- Eje
- La transmicion: referida a la caja de cambios
- Generador
- Gondola
- Torre
Sin embargo existen costos
adicionales:
- Equipo de monitoreo
- Control de calidad
- Financiamiento
- Gestion e ingenieria.
UTILIDADES DE LA ENERGÍA EÓLICA:
CONCLUSIÓN.
Históricamente las primeras aplicaciones de la
energía eólica fueron la impulsión de
navíos, la molienda de granos y el bombeo de agua, y
sólo hasta finales del siglo pasado la generación
de energía eléctrica. Actualmente las turbinas
eólicas convierten la energía cinética del
viento en electricidad por
medio aspas o hélices que hacen girar un eje central
conectado, a través de una serie de engranajes (la
transmisión) a un generador eléctrico.
En lo que respecta a capacidad instalada, para finales
de 1997 a nivel mundial se tenían instalados alrededor de
7700 MW. En México se cuenta con la central eólica
de la Ventosa en Oaxaca, operada por CFE, con una capacidad
instalada de 1.5 MW y una capacidad adicional en aerogeneradores
y aerobombas, según el Balance nacional de energía
de 1997, de alrededor de 2.4 MW.
Existen varias ventajas competitivas de la
energía eólica con respecto a otras opciones, como
son: Se reduce la dependencia de combustibles
fósiles.
Los niveles de emisiones contaminantes, asociados al
consumo de combustibles fósiles se reducen en forma
proporcional a la generación con energía
eólica.
ALGUNOS EXPERIMENTOS:
