Energía eólica: potencialmente las mayores oportunidades para la energía limpia
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Updated on: 03 Mar 2021
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Hoy en día, la energía eólica solo proporciona el 0,8% del suministro total de energía mundial 
. En este capítulo, veremos qué podemos hacer para aumentar esto. Pero antes, exploremos cómo funciona la energía eólica.
Earthly y su paraguas
¿Cómo funciona la energía eólica?
La energía eólica proviene de grandes turbinas eólicas, que convierten la energía cinética del viento en energía eléctrica .
La mayoría de las turbinas tienen dos o tres aspas, que están diseñadas para girar cuando el viento las golpea desde un cierto ángulo . Luego, estas aspas hacen girar un rotor que alimenta un generador para producir electricidad .
¿Cuánto cuesta la energía eólica?
La energía eólica terrestre (donde las turbinas están instaladas sobre tierra) es una de las formas más baratas de energía renovable que tenemos, y en algunos casos, es incluso más barata que la energía de combustibles fósiles .
Se espera que este precio disminuya aún más en el futuro . Para 2030, es probable que el costo promedio global de la energía eólica terrestre caiga desde los USD $0,06 por kWh en 2018 a USD $0,03-0,05 por kWh .
A medida que construimos más turbinas, el costo de construirlas disminuye . Esto se debe a algo llamado economías de escala: muchos de los costos de construir un producto (como el diseño) solo deben pagarse una vez, sin importar cuántos construyamos. Por lo tanto, cuanto más producto hacemos, más baratos se vuelven en promedio .
La energía eólica también se está volviendo más barata porque la cantidad de energía que genera cada turbina ha aumentado . Esto se debe a las mejoras tecnológicas.
¿Mejorar las turbinas eólicas?
Hay dos números importantes que debemos tener en cuenta:
Potencia nominal : Las turbinas generan más energía cuando el viento es más rápido, ¿verdad? Sí, claro. Pero esto tiene un límite y pasado cierto punto el viento más rápido no generará más energía. Este punto se llama potencia nominal, y cuanto más alto sea, mejor.
Potencia nominal de las turbinas eólicas
Factor de planta: Esta es la fracción de tiempo que una turbina está funcionando a su potencia nominal . Si construimos una turbina en una región con poco viento, rara vez alcanzará su potencia nominal. Por tanto, tendrá un factor de planta bajo. Actualmente, las turbinas eólicas terrestres operan a un factor de planta de solo 34%.
Factor de planta de energía eólica terrestre
Hasta que no aumentemos este número, el viento no podrá proporcionarnos un suministro estable de energía , a menos que gastemos grandes cantidades de dinero en encontrar una manera de almacenar el exceso de energía para usarla cuando el viento no sople .
Con todo esto en mente, echemos un vistazo a cómo podemos aumentar cada uno de estos números.
Cuanto más grande, mejor: aumentar la potencia nominal
En los últimos años, las turbinas eólicas se han ido haciendo más grandes . La siguiente image muestra cómo ha aumentado el diámetro de las turbinas en los EE. UU. durante los últimos 20 años:
Variación del diámetro de las turbinas en EE. UU. a través del tiempo
Este crecimiento significa que las turbinas eólicas ahora pueden, en promedio, generar mucha más energía .
Si bien la construcción de turbinas más grandes es más costosa, también producen más energía, por lo que son más baratas a largo plazo .
Sin embargo, las aspas se están volviendo tan enormes que transportarlas desde la fábrica se está volviendo mucho más difícil . Esto significa que tenemos que construir las turbinas en el sitio, lo que puede resultar más caro . Las turbinas más grandes también perciben mayores fuerzas del viento, por lo que deben construirse con un material más resistente, que puede ser difícil de producir .
Por supuesto, aumentar la potencia nominal de una turbina no significa mucho si rara vez funciona a esta potencia porque el viento es demasiado lento. ¿Qué se puede hacer al respecto?
¿Se puede asegurar el suministro de energía eólica? ¡Hay que aumentar el factor de planta!
En términos generales, el viento en el mar es más rápido y más constante que en tierra . Por lo tanto, las turbinas eólicas en el mar (llamados parques eólicos marinos) pueden generar más energía, de manera más constante .
Parques eólicos terrestres vs. marinos
El viento también es más fuerte y más constante en las alturas, por lo que construir turbinas más altas tiene un impacto similar . Sin embargo, como ocurre con las turbinas más grandes, esto requiere materiales fuertes, que actualmente son más caros .
Entonces, ¿de qué otra manera podríamos aprovechar esta energía eólica en altura?
Energía eólica de alta altitud: ¿volando hacia factores de planta mayores?
Energía eólica de alta altitud es un conjunto de tecnologías que capturan los vientos fuertes de la atmósfera a gran altitud .
Potencial del viento convencional vs. potencial de cometas
Una de estas tecnologías consiste en volar cometas de 70 a 450 m de altura para capturar la energía eólica . Así es como funciona :
- Los cometas se adhieren a cuerdas largas, que se enrollan en una bobina sujeta al suelo.
- Cuando los cometas se alejan volando, tiran de la cuerda y rotan la bobina produciendo energía.
- Una vez que la bobina está completamente desenrollada, la cometa se ajusta para que se pueda volver a enrollar la cuerda, usando menos energía de la que produjo al volar.
Potencia de cometas
Es necesario realizar más investigaciones antes de que esto sea comercialmente viable. Hacerlo podría aumentar los factores de planta de la energía eólica de alrededor del 35% al 60% .
¿Qué pasa con los costos ambientales?
Preocupaciones sobre las turbinas eólicas
Veamos cada punto uno por uno.
Impacto visual: Esto podría reducirse colocando parques eólicos en lugares remotos y en alta mar. Cuando sea posible, los operadores podrían involucrar a las comunidades locales en la planificación e incluso en la propiedad de nuevos parques .
Ruido: Cambiar la forma de las aspas puede reducir ligeramente el sonido que producen . El ruido mecánico de las turbinas también se puede reducir utilizando engranajes más silenciosos o construyendo cubiertas acústicas alrededor de la parte superior de las turbinas .
Ondas de radio: Los parques eólicos pueden interrumpir las ondas de radio . Esto puede afectar los sistemas de navegación por radar de barcos y aviones cercanos . Necesitamos encontrar formas de entrenar nuestros sistemas de radar actuales para que reconozcan las señales que provienen de las turbinas y/o construir nuevas turbinas con materiales que absorban señales de radar .
Las aves pueden morir por colisiones con las aspas giratorias , pero evitar la construcción de turbinas en áreas con un gran número de aves puede reducir este impacto . Si hay especies raras cerca, las aves pueden ser protegidas pausando el funcionamiento de las turbinas . Para los parques eólicos marinos, la altura de la turbina se puede adaptar para reducir la superposición con el vuelo de las aves marinas .
Uso del suelo
Las grandes turbinas eólicas pueden generar mucha energía, pero también ocupan mucho espacio . Una planta nuclear de 3,4 km² produciría tanta energía como 344 km² de tierra llena de turbinas eólicas . Dicho esto, si aprovechamos el espacio que existe entre las turbinas eólicas para, por ejemplo, cultivar alimentos, reducimos la tierra u0022perdida” en más del 90%! .
Uso de terreno en parques eólicos
Parques eólicos flotando en el océano
Una forma obvia de disminuir el uso de la tierra de las turbinas eólicas es construyéndolas en el mar.
Hemos visto que los parques eólicos marinos pueden tener potencias nominales y factores de planta más altos, pero también cuesta más instalarlos y mantenerlos . Dicho esto, las economías de escala y el aumento de la demanda podrían significar que en el futuro tengamos muchos más parques eólicos marinos .
Las turbinas eólicas marinas de hoy solo se pueden construir cerca de la costa en plataformas continentales poco profundas . Pero estos solo representan el 10% del océano, lo que limita la cantidad de espacio disponible para construir parques eólicos. Además, los vientos en las plataformas continentales son más lentos y menos constantes que en alta mar .
Para solucionar esto, los ingenieros están trabajando en turbinas eólicas flotantes . Estos simplemente se anclan al fondo marino mediante cables grandes y se pueden instalar prácticamente a cualquier profundidad .
Turbina eólica flotante
Se están realizando varios ensayos de esta tecnología en todo el mundo. Por ejemplo, un parque eólico flotante ha estado operando con una potencia nominal de 30 MW frente a la costa de Escocia desde 2017 , y ha operado a factores de planta de hasta el 65%, ¡sobreviviendo a olas de 8,2 m de altura ! Impresionante, ¿no?
Conclusión
Las grandes turbinas eólicas pueden producir grandes cantidades de energía limpia y, lo que es más importante, barata. Esto es genial, pero no es útil a menos que el suministro de energía sea estable.
En este capítulo hemos visto que aumentar el factor de planta de las turbinas es nuestra mejor opción para aumentar la estabilidad de la energía eólica.
Esto nos ayuda hasta cierto punto, pero lamentablemente sigue siendo imposible que los humanos controlemos el clima. Entonces, para usar el viento a gran escala, necesitamos grandes cantidades de almacenamiento de energía que puedan usarse cuando el viento no sople lo suficientemente rápido .
Una fuente de energía renovable que es barata y confiable es la energía hidroeléctrica, ¡el tema del próximo capítulo!
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