Como la mayoría de las energías renovables, la eólica tiene su origen en el sol. Éste es el responsable de que se produzca el viento, el recurso energético utilizado por esta fuente de energía. Pero, ¿cuál es el origen del viento? La respuesta está en que la atmósfera de la Tierra absorbe la radiación solar de forma irregular debido a diversos factores (diferencias entre la superficie marina y la continental, elevación del suelo, alternancia del día y la noche, nubosidad, etc.) y esa irregularidad hace que haya masas de aire con diferentes temperaturas y, en consecuencia, presiones.
A su vez, las diferentes presiones provocan que el aire tienda a desplazarse desde las zonas de alta presión hacia las de baja presión, generando el movimiento del aire. Es decir, el viento. Se calcula que entre el 1 y el 2% de la energía proveniente del sol se convierte en viento.
Si se excluyen las áreas de gran valor ambiental, esto supone un potencial de energía eólica de 53 TWh/año en el mundo, cinco veces más que el actual consumo eléctrico en todo el planeta.
Por tanto, en teoría, la energía eólica permitiría atender sobradamente las necesidades energéticas del mundo.
En la práctica, la tecnología actual permite aprovechar, casi exclusivamente, los vientos horizontales. Esto es, los que soplan paralelos y próximos al suelo y siempre que su velocidad esté comprendida entre determinados límites (a partir de unos 3 m/s y por debajo de los 25 m/s).
El aerogenerador
Las máquinas empleadas para transformar la fuerza cinética del viento en electricidad reciben el nombre de turbinas eólicas o aerogeneradores.
Se colocan sobre una columna o torre debido a que la velocidad del viento aumenta con la altura respecto al suelo.
Además, se procura situarlos lejos de obstáculos (árboles, edificios, etc.) que creen turbulencias en el aire y en lugares donde el viento sopla con una intensidad parecida todo el tiempo, a fin de optimizar su rendimiento.
Los primeros aerogeneradores tenían rendimientos escasos, del orden del 10%, pero los actuales cuentan con sofisticados sistemas de control que les permiten alcanzar rendimientos próximos al 50%. Un porcentaje muy alto si tenemos en cuenta que la fracción máxima de la energía del viento que puede capturar un aerogenerador es del 59%, según demostró el físico alemán Albert Betz en 1919.
Componentes
La inmensa mayoría de los aerogeneradores modernos son tripalas y de eje horizontal. Se ha demostrado científicamente que este número de palas es el idóneo ya que cuanto mayor es el número de palas, el rendimiento es menor porque cada pala “choca” con las turbulencias dejadas por la pala anterior, lo
que frena su movimiento.
Torre
Soporta la góndola y el rotor. Puede ser tubular o de celosía. El grosor y la altura de la torre varían en función de las características de la turbina. Por ejemplo, una turbina de 2000 KW tendrá una torre de entre 60 y 100 metros (la altura de un edificio de 20 pisos).
Rotor
Es el conjunto formado por las palas y el eje al que van unidas, a través de una pieza llamada buje. Las palas capturan el viento de manera perpendicular a su dirección, gracias a un sistema que coloca automáticamente el rotor en esa posición, y transmiten su potencia hacia el buje. El buje está conectado, a su vez, mediante otro eje al multiplicador, incluido dentro de la góndola.
Las palas
Se parecen mucho a las alas de un avión (de hecho, los diseñadores usan a menudo perfiles clásicos de alas de avión como sección transversal de la parte más exterior de la pala). Sin embargo, los perfiles gruesos de la parte más interior de la pala suelen estar específicamente diseñados para turbinas eólicas. La mayoría están fabricadas con poliéster o epoxy reforzado con fibra de vidrio.
Góndola
Contiene, entre otros componentes, el generador eléctrico, el multiplicador y los sistemas hidráulicos de control, orientación y freno. El multiplicador funciona de manera similar a la caja de cambios de un coche, multiplicando unas 60 veces, mediante un sistema de engranajes, la velocidad del eje del rotor. Así se consigue comunicar al eje del alternador una velocidad de 1.500 revoluciones por minuto, lo que permite el funcionamiento del generador eléctrico, cuyo cometido es convertir la energía mecánica del giro de su eje en energía eléctrica.
La veleta y el anemómetro, situados en la parte posterior de la góndola, miden la dirección y la velocidad del viento en cada instante y mandan ordenes a los sistemas de control que accionan el aparato para que el rotor y las aspas se sitúen en la posición óptima contra el viento.
La góndola incluye, además, un sistema de “cambio de paso”, que hace girar la posición de las palas de manera que recojan el viento de la forma óptima en cada momento. Este sistema también se utiliza para frenar el rotor cuando es necesario.
En cuanto a la electricidad producida en el generador, ésta baja por unos cables a un convertidor, donde es transformada y enviada a la red eléctrica de forma óptima, sin fluctuaciones.
Tecnología
En los últimos 25 años, la tecnología eólica ha evolucionado a un ritmo vertiginoso, pasando de aerogeneradores de potencia unitaria de decenas de kilovatios hasta máquinas de potencia nominal superior al megavatio. Además, el peso de los aerogeneradores se ha reducido a la mitad así como el nivel de ruido, y la producción de energía anual ha aumentado 100 veces en 15 años.
Los modelos que se instalan en la actualidad son, por lo general, tripala, de paso variable (este sistema permite una producción óptima con vientos bajos y una reducción de cargas con vientos altos) de alta calidad en el suministro eléctrico y bajo mantenimiento. Preparadas para optimizar los recursos eólicos de un emplazamiento determinado, la vida útil de estas máquinas es, como mínimo, de 20 años (si se compara con un motor de automóvil ordinario, éste sólo funcionará durante unas 5.000 horas a lo largo de su vida útil).
Los aerogeneradores modernos tienen, además, un factor de disponibilidad de alrededor del 98%. Es decir, están operativos y preparados para funcionar durante una media superior al 98% de las horas del año, y sólo necesitan una revisión de mantenimiento cada seis meses.
Parques eólicos
La explotación de la energía eólica se lleva a cabo, fundamentalmente, para la generación de electricidad que se vende a la red y ello se hace instalando un conjunto de molinos aerogeneradores que forman un parque eólico. Cada parque cuenta con una central de control de funcionamiento que regula la puesta en marcha de los aerogeneradores, controla la energía generada en cada momento.
Las principales razones por las que se instalan parques eólicos son que el agrupamiento de las turbinas permite aprovechar mejor las posibilidades energéticas del emplazamiento, reducir costes y evacuar la energía desde un solo punto, con lo que se reduce el número de líneas de transporte y se minimizan impactos ambientales.
Antes de poner en marcha un parque eólico, se debe asegurar que el lugar disfruta de las condiciones adecuadas. Para ello, se estudian previamente múltiples aspectos, aunque el más importante es, lógicamente, la velocidad del viento, ya que va a determinar la cantidad de energía que un aerogenerador puede transformar en electricidad.
Esta cifra dependerá de la densidad del aire (masa por unidad de volumen), de manera que cuanto “más pesado” sea el aire más energía recibirá la turbina. A modo de referencia: con una velocidad de viento media de 6,75 m/s a la altura del buje, obtendrá alrededor de 1,5 millones de kWh de energía anuales.
También es de vital importancia conocer las turbulencias del aire (que se producen, sobre todo, en áreas muy accidentadas), ya que disminuyen la posibilidad de utilizar eficazmente la energía del viento y provocan mayores roturas y desgastes en la turbina eólica.
Los parques eólicos deben pasar, además, un examen previo de carácter medioambiental, en el que se analizan multitud de factores.
Rentabilidad
Los grandes avances logrados por la energía eólica han permitido que se abaraten algunos de los costos relacionados con esta tecnología. Así, la obra civil de los parques eólicos suele ser menor que hace unos años ya que para un mismo tamaño del parque, ahora hacen falta menos máquinas (debido a que son más potentes), lo cual se traduce en una menor necesidad de cimentaciones y en accesos menos complejos.
Sin embargo, en los países donde ya existe una explotación importante de la energía eólica, el caso de España, los enclaves con vientos más veloces han empezado a escasear.
Y el precio de los nuevos aerogeneradores multimegavatios, mejor preparados para trabajar en peores condiciones de viento pero también más caros, eleva los costes.
Así, en el caso de España, mientras que la inversión media de los parques instalados hasta 2002 rondaba los 936.000 euros por MW instalado, al 2007 se situó por encima de 1.150.000 euros.
Pequeños aerogeneradores
Las grandes turbinas pueden resultar inadecuadas para determinados emplazamientos. En zonas donde la red eléctrica es débil, por ejemplo, los pequeños aerogeneradores pueden resultar mucho más interesantes, ya que hay menos fluctuación en la electricidad de salida de un parque eólico compuesto de varias máquinas pequeñas.
El coste de usar grandes grúas, y de construir carreteras adecuadas para transportar los componentes de la turbina, puede hacer, asimismo, que en algunas áreas las máquinas pequeñas resulten más económicas.
Los aerogeneradores de pequeña o mediana potencia se utilizan con muchos otros fines: generación de electricidad en lugares aislados de la red (casas, explotaciones agrarias, refugios de alta montaña, etc.), en pequeñas instalaciones
industriales, para bombeo y riego, para alimentar repetidores aislados de telefonía o televisión, cargar baterías o faros, mover embarcaciones, en sistemas de alarma, entre otros. También se empieza a plantear su uso en conexión a red, al igual que los grandes.
Parques eólicos marinos (offshore)
La mayoría de los países que han alcanzado un alto desarrollo eólico tienen ahora las miras puestas en el mar (parques offshore).
Es el caso de Alemania, que proyecta 1.200 MW eólicos offshore para 2013, o de Dinamarca, cuyo objetivo es tener una potencia instalada de 4.000 MW.
Otros países, como Reino Unido, Irlanda y Holanda, están también instalando aerogeneradores frente a sus costas y muchos más -Francia, Estados Unidos y China, por citar sólo algunos- tienen planes para hacerlo, ya que resultan atractivas las nuevas tecnologías que utilizan, entre otros, sistemas de fijación semejantes a los de las plataformas petrolíferas.
Además, aunque los costes de instalación sean mayores, también lo es el rendimiento de los parques marinos ya que en el mar y en la costa los vientos son más fuertes y constantes.
Beneficios
Ambientales
La energía eólica no deja ningún tipo de residuos ni de emisiones dañinas para el medio ambiente.
Cada kWh producido con energía eólica tiene 26 veces menos impactos que el producido con lignito, 21 veces menos que el producido con petróleo, 10 veces menos que el producido con energía nuclear y 5 veces menos que el producido por gas (fuente: estudio CIEMAT/IDAE/APPA).
Los modernos aerogeneradores recuperan rápidamente toda la energía gastada en su fabricación, instalación, mantenimiento y desmantelamiento. Bajo condiciones de viento normales, a una turbina le cuesta entre dos y tres meses recuperar esa energía (fuente: Asociación danesa de la Industria Eólica).
Los parques eólicos son compatibles con otros usos y son instalaciones que, tras su clausura y desmantelamiento, no dejan huella y el suelo recupera su apariencia original.
Socioeconómicos
En el caso de países más avanzados en el uso de la energía eólica, como España, representó al 2007, un 9,5%-10% del total de la generación eléctrica en la Península Ibérica. Asimismo, es la tecnología renovable que más empleo ha creó hasta esa fecha, alcanzando los 45.000 empleos en 2007. La generación directa de empleo (operación y mantenimiento de los parques, fabricacion, montaje, I+D) se estimó en más de 18.000 puestos de trabajo, el resto corresponde a empleo indirecto (ligado, sobre todo, al suministro de componentes).
Worldwatch Institute estima que para una misma unidad energética producida, la energía eólica emplea 542 trabajadores, la térmica 116 y 100 la nuclear.
El crecimiento de la energía eólica en España está propiciando, además, desarrollo tecnológico y nuevas oportunidades de negocio para la industria. El total de las inversiones en España ligadas a este sector representó 5.000 millones de euros en 2007.
Los aerogeneradores no requieren un suministro de combustible posterior. Por tanto, son idóneos para los países en vías de desarrollo, contribuyendo a su crecimiento y a luchar contra la pobreza.
Los críticos
Hoy casi nadie se manifiesta contrario al desarrollo de la energía eólica, pero también tiene algunos detractores que critican esta fuente de energía por los supuestos impactos negativos que causaría:
Paisaje
Los aerogeneradores son siempre elementos visibles en el paisaje. De lo contrario, no están situados adecuadamente desde un punto de vista meteorológico. En consecuencia, provocan un impacto paisajístico, aunque mientras para unos ese impacto es positivo, otros lo consideran inasumible (por tanto, se trata de una cuestión ligada a percepciones individuales). En cualquier caso, la creación de los parques eólicos está sujeta a las pertinentes actuaciones para evitar daños en la vegetación y restaurarla, cerrar los caminos al paso de vehículos, etc.
Aves
Otros aspectos criticados son las supuestas afecciones que causan a la flora y fauna, en especial a la aves. En este terreno, lo mejor es guiarse por los estudios científicos, como los realizados en la Comunidad Floral de Navarra entre marzo de 2000 y marzo de 2001. Estos estudios han determinado una tasa de colisiones de aves del 0,1%.
Estudios semejantes realizados en Dinamarca han concluido que las aves se acostumbran rápidamente a los aerogeneradores y desvían su trayectoria de vuelo para evitarlos.
Suelo
Los aerogeneradores y las caminos de acceso ocupan menos del 1% del área de un parque eólico típico. El 99% restante puede ser utilizado para agricultura y pasto, como suele hacerse.
Ruido
La contaminación acústica provocada por los aerogeneradores de la década de los 80 ha dejado de ser considerado un problema. Las emisiones sonoras de las actuales turbinas se han reducido por debajo de la mitad.
Una tecnología con futuro
La energía eólica es una realidad creciente, tanto en tierra como en mar, con un amplio potencial para convertirse en una parte importante en la sustitución de las energías sucias por energías limpias.
La World Wind Energy Association (WWEA,Asociación Eólica Mundial en castellano) indica que la energía del viento se utiliza ya en más de 80 países y calcula que para finales de la presente década en el mundo habrá instalados 170.000 MW.
Ahora bien, para lograr este objetivo es necesario que los países apoyen esta fuente de energía con medidas claras y se involucren de manera decida en su desarrollo.
Además de crecer la potencia eólica instalada en el mundo, también crecen los aerogeneradores y el tamaño de los parques. Tomando sólo como referencia a los EE.UU., ocho de los 45 parques eólicos completados en este país en 2006 superaron los 100 MW.
Además, la potencia media de los aerogeneradores que ahora se instalan es de entre 1,5MW y 1,6 MW, de manera que hoy en día, las turbinas son dos veces más potentes que las de hace solo seis años atrás.
Fuentes:
- Asociación Europea de la Energía Eólica (EWEA).
www.ewea.org - Consejo Global de Energía Eólica (GWEC)
www.gwec.nt - Asociación Eólica Mundial (WWEA)
www.wwindea.org - Asociación Empresarial Eólica (AEE)E
www.aeelica.org - Agencia Internacional de la Energía.
www.ieawind.org - Texto “Energías Renovables para todos”, de Haya Comunicación, editora de la revista “Energías Renovables“, con el patrocinio de Iberdrola.