Energía eólica - Wind power

Centrales eólicas en Xinjiang, China
Generación de energía eólica por regiones a lo largo del tiempo.

Generación mundial de electricidad por fuente en 2018. La generación total fue de 26,7 PWh .

  Carbón (38%)
  Gas natural (23%)
  Hidro (16%)
  Nuclear (10%)
  Viento (5%)
  Aceite (3%)
  Solar (2%)
  Biocombustibles (2%)
  Otro (1%)

La energía eólica o la energía eólica es el uso del viento para proporcionar energía mecánica a través de las turbinas de viento para activar los generadores eléctricos de energía eléctrica . La energía eólica es una fuente de energía renovable y sostenible popular que tiene un impacto mucho menor en el medio ambiente en comparación con la quema de combustibles fósiles .

Los parques eólicos constan de muchas turbinas eólicas individuales, que están conectadas a la red de transmisión de energía eléctrica . La energía eólica terrestre es una fuente de energía eléctrica económica, competitiva o en muchos lugares más barata que las plantas de carbón o gas. Los parques eólicos terrestres tienen un mayor impacto visual en el paisaje que otras centrales eléctricas, ya que deben extenderse por más tierra y deben construirse en áreas rurales, lo que puede conducir a la "industrialización del campo" y la pérdida de hábitat . La energía eólica marina es más estable y más fuerte que la tierra y las granjas marinas tienen menos impacto visual, pero los costos de construcción y mantenimiento son significativamente más altos. Los pequeños parques eólicos terrestres pueden alimentar algo de energía a la red o proporcionar energía a ubicaciones aisladas fuera de la red.

La energía eólica es una fuente de energía intermitente , que no se puede despachar bajo demanda. A nivel local, proporciona una potencia variable , que es constante de un año a otro, pero varía mucho en escalas de tiempo más cortas. Por lo tanto, debe usarse con otras fuentes de energía para brindar un suministro confiable. Técnicas de gestión de energía como tener fuentes de energía despachables (a menudo plantas de energía a gas o energía hidroeléctrica ), exceso de capacidad, turbinas distribuidas geográficamente, exportar e importar energía a áreas vecinas, almacenamiento en la red , reducir la demanda cuando la producción eólica es baja y recortar El exceso ocasional de energía eólica se utiliza para superar estos problemas. A medida que aumenta la proporción de energía eólica en una región, se necesitan fuentes de energía más convencionales para respaldarla y es posible que sea necesario actualizar la red. La previsión meteorológica permite preparar la red de energía eléctrica para las variaciones predecibles de producción que se produzcan.

En 2019, la energía eólica suministró 1430 TWh de electricidad, lo que representó el 5,3% de la generación eléctrica mundial, y la capacidad de energía eólica instalada global alcanzó más de 651 GW, un aumento del 10% con respecto a 2018.

Energía eólica

Mapa global de la velocidad del viento a 100 m sobre el nivel de la superficie.
Filipinas mapa de densidad de energía eólica a 100 m sobre el nivel de la superficie.
Parque eólico Roscoe : un parque eólico en tierra en el oeste de Texas
Distribución de la velocidad del viento (rojo) y la energía (azul) para todo el 2002 en las instalaciones de Lee Ranch en Colorado. El histograma muestra los datos medidos, mientras que la curva es la distribución del modelo de Rayleigh para la misma velocidad media del viento.

La energía eólica es la energía cinética del aire en movimiento, también llamada viento . La energía eólica total que fluye a través de una superficie imaginaria con área A durante el tiempo t es:

donde ρ es la densidad del aire ; v es la velocidad del viento ; Avt es el volumen de aire que pasa por A (que se considera perpendicular a la dirección del viento); Avtρ es, por tanto, la masa m que pasa por "A". ½ ρv 2 es la energía cinética del aire en movimiento por unidad de volumen.

La potencia es energía por unidad de tiempo, por lo que la potencia eólica incidente en A (por ejemplo, igual al área del rotor de una turbina eólica) es:

La energía eólica en una corriente al aire libre es, por tanto, proporcional a la tercera potencia de la velocidad del viento; la potencia disponible se multiplica por ocho cuando la velocidad del viento se duplica. Las turbinas eólicas para energía eléctrica de la red, por lo tanto, deben ser especialmente eficientes a velocidades de viento mayores.

El viento es el movimiento del aire a través de la superficie de la Tierra, afectado por áreas de alta y baja presión. La energía cinética eólica global promedió aproximadamente 1,50 MJ / m 2 durante el período de 1979 a 2010, 1,31 MJ / m 2 en el hemisferio norte con 1,70 MJ / m 2 en el hemisferio sur. La atmósfera actúa como un motor térmico, absorbiendo calor a temperaturas más altas, liberando calor a temperaturas más bajas. El proceso es responsable de la producción de energía cinética del viento a razón de 2,46 W / m 2, manteniendo así la circulación de la atmósfera contra la disipación por fricción.

A través de la evaluación de recursos eólicos , es posible proporcionar estimaciones del potencial de energía eólica a nivel mundial, por país o región, o para un sitio específico. Una evaluación global del potencial de la energía eólica está disponible a través del Global Wind Atlas proporcionado por la Universidad Técnica de Dinamarca en asociación con el Banco Mundial . A diferencia de los atlas de recursos eólicos `` estáticos '' que promedian las estimaciones de la velocidad del viento y la densidad de potencia a lo largo de varios años, herramientas como Renewables.ninja proporcionan simulaciones variables en el tiempo de la velocidad del viento y la producción de energía de diferentes modelos de turbinas eólicas con una resolución horaria. Se pueden obtener evaluaciones más detalladas y específicas del sitio del potencial de los recursos eólicos de proveedores comerciales especializados, y muchos de los desarrolladores eólicos más grandes mantendrán capacidades de modelado internas.

La cantidad total de energía económicamente extraíble disponible del viento es considerablemente mayor que el uso actual de energía humana de todas las fuentes. Axel Kleidon, del Instituto Max Planck en Alemania, llevó a cabo un cálculo "de arriba hacia abajo" sobre cuánta energía eólica hay, comenzando con la radiación solar entrante que impulsa los vientos creando diferencias de temperatura en la atmósfera. Concluyó que se podrían extraer entre 18 TW y 68 TW.

Cristina Archer y Mark Z. Jacobson presentaron una estimación "de abajo hacia arriba", que a diferencia de la de Kleidon se basa en mediciones reales de la velocidad del viento, y encontraron que hay 1700 TW de energía eólica a una altitud de 100 metros (330 pies) sobre la tierra. y mar. De esta cantidad, "podrían extraerse entre 72 y 170 TW de forma práctica y rentable". Posteriormente estimaron 80 TW. Sin embargo, una investigación de la Universidad de Harvard estima 1 vatio / m 2 en promedio y 2 a 10 MW / km 2 de capacidad para parques eólicos a gran escala, lo que sugiere que estas estimaciones de los recursos eólicos globales totales son demasiado altas en un factor de aproximadamente 4.

La fuerza del viento varía, y un valor promedio para una ubicación determinada no indica por sí solo la cantidad de energía que una turbina eólica podría producir allí.

Para evaluar posibles emplazamientos de energía eólica, a menudo se ajusta una función de distribución de probabilidad a los datos de velocidad del viento observados. Diferentes ubicaciones tendrán diferentes distribuciones de velocidad del viento. El modelo de Weibull refleja de cerca la distribución real de las velocidades del viento por hora / diez minutos en muchos lugares. El factor de Weibull suele estar cerca de 2 y, por lo tanto, se puede utilizar una distribución de Rayleigh como un modelo menos preciso pero más simple.

Parques eólicos

Grandes parques eólicos terrestres
Granja eólica Capacidad
( MW )
País Refs
Parque eólico de Gansu 7,965  porcelana
Parque eólico Muppandal 1500  India
Alta (Oak Creek-Mojave) 1.320  Estados Unidos
Parque eólico de Jaisalmer 1.064  India
Parque eólico Shepherds Flat 845  Estados Unidos
Parque Eólico Roscoe 782  Estados Unidos
Centro de energía eólica Horse Hollow 736  Estados Unidos
Parque eólico Capricorn Ridge 662  Estados Unidos
Parque eólico Fântânele-Cogealac 600  Rumania
Parque eólico Fowler Ridge 600  Estados Unidos
Parque eólico de Whitelee 539  Reino Unido
Crecimiento global de la capacidad instalada

Un parque eólico es un grupo de aerogeneradores en el mismo lugar que se utiliza para la producción de energía eléctrica. Un gran parque eólico puede constar de varios cientos de aerogeneradores individuales distribuidos en un área extendida. Las turbinas eólicas utilizan alrededor de 0,3 hectáreas de tierra por MW, pero la tierra entre las turbinas se puede utilizar para fines agrícolas o de otro tipo. Por ejemplo, Gansu Wind Farm , el parque eólico más grande del mundo, tiene varios miles de turbinas. Un parque eólico también puede estar ubicado en alta mar.

Casi todas las turbinas eólicas grandes tienen el mismo diseño: una turbina eólica de eje horizontal que tiene un rotor a barlovento con 3 palas, unida a una góndola en la parte superior de una torre tubular alta.

En un parque eólico, las turbinas individuales están interconectadas con un sistema de recolección de energía y una red de comunicaciones de voltaje medio (a menudo 34,5 kV). En general, se establece una distancia de 7D (7 veces el diámetro del rotor de la turbina eólica) entre cada turbina en un parque eólico completamente desarrollado. En una subestación, esta corriente eléctrica de voltaje medio se incrementa en voltaje con un transformador para la conexión al sistema de transmisión de energía eléctrica de alto voltaje .

Características y estabilidad del generador

Los generadores de inducción , que se utilizaron a menudo para proyectos de energía eólica en las décadas de 1980 y 1990, requieren energía reactiva para la excitación , por lo que las subestaciones eléctricas utilizadas en los sistemas de recolección de energía eólica incluyen importantes bancos de condensadores para la corrección del factor de potencia . Los diferentes tipos de aerogeneradores se comportan de manera diferente durante las perturbaciones de la red de transmisión, por lo que los operadores del sistema de transmisión requieren un modelado exhaustivo de las características electromecánicas dinámicas de un nuevo parque eólico para garantizar un comportamiento estable predecible durante las fallas del sistema (ver software de energía eólica ). En particular, los generadores de inducción no pueden soportar el voltaje del sistema durante fallas, a diferencia de los generadores síncronos impulsados ​​por turbinas hidráulicas o de vapor.

Los generadores de inducción no se utilizan en las turbinas actuales. En cambio, la mayoría de las turbinas utilizan generadores de velocidad variable combinados con un convertidor de potencia de escala total o parcial entre el generador de turbina y el sistema colector, que generalmente tienen propiedades más deseables para la interconexión de la red y tienen capacidades de conducción de bajo voltaje . Los conceptos modernos utilizan máquinas eléctricas de doble alimentación con convertidores de escala parcial o generadores de inducción de jaula de ardilla o generadores síncronos (tanto excitados permanentemente como eléctricamente) con convertidores de escala completa.

Los operadores de sistemas de transmisión proporcionarán al desarrollador de un parque eólico un código de red para especificar los requisitos para la interconexión a la red de transmisión. Esto incluirá el factor de potencia , la constancia de frecuencia y el comportamiento dinámico de las turbinas del parque eólico durante una falla del sistema.

Energía eólica marina

La segunda turbina eólica flotante a gran escala del mundo (y la primera en instalarse sin el uso de buques de carga pesada), WindFloat, opera a una capacidad nominal (2 MW) aproximadamente a 5 km de la costa de Póvoa de Varzim , Portugal

La energía eólica marina se refiere a la construcción de parques eólicos en grandes masas de agua para generar energía eléctrica. Estas instalaciones pueden utilizar los vientos más frecuentes y poderosos que están disponibles en estos lugares y tienen un impacto menos estético en el paisaje que los proyectos terrestres. Sin embargo, los costos de construcción y mantenimiento son considerablemente más altos.

Siemens y Vestas son los principales proveedores de turbinas para energía eólica marina. Ørsted , Vattenfall y E.ON son los principales operadores offshore. En octubre de 2010, estaban en funcionamiento 3,16 GW de capacidad de energía eólica marina, principalmente en el norte de Europa. Se espera que la capacidad de energía eólica marina alcance un total de 75 GW en todo el mundo para 2020, con contribuciones significativas de China y EE. UU. Las inversiones del Reino Unido en energía eólica marina han dado como resultado una rápida disminución del uso de carbón como fuente de energía entre 2012 y 2017, así como una caída en el uso de gas natural como fuente de energía en 2017.

En 2012, 1.662 turbinas en 55 parques eólicos marinos en 10 países europeos produjeron 18 TWh, suficiente para alimentar a casi cinco millones de hogares. A partir de septiembre de 2018, Walney Extension en el Reino Unido es el parque eólico marino más grande del mundo con 659 MW .

Los parques eólicos marinos más grandes del mundo
Granja eólica Capacidad
(MW)
País Turbinas y modelo Oficial Refs
Extensión Walney 659  Reino Unido 47 x Vestas 8MW
40 x Siemens Gamesa 7MW
2018
London Array 630  Reino Unido 175 × Siemens SWT-3.6 2012
Parque eólico Gemini 600  Los países bajos 150 × Siemens SWT-4.0 2017
Gwynt y Môr 576  Reino Unido 160 × Siemens SWT-3.6 107 2015
Mayor Gabbard 504  Reino Unido 140 × Siemens SWT-3.6 2012
Anholt 400  Dinamarca 111 × Siemens SWT-3.6–120 2013
BARDO Offshore 1 400  Alemania 80 turbinas BARD 5.0 2013

Red de recogida y transmisión

Energía eólica en Serbia

En un parque eólico , las turbinas individuales están interconectadas con un sistema de recolección de energía de media tensión (generalmente 34,5 kV) y una red de comunicaciones. En una subestación, esta corriente eléctrica de media tensión se incrementa en tensión con un transformador para la conexión al sistema de transmisión de energía eléctrica de alta tensión .

Se requiere una línea de transmisión para llevar la energía generada a mercados (a menudo remotos). Para una estación en alta mar, esto puede requerir un cable submarino. La construcción de una nueva línea de alto voltaje puede ser demasiado costosa para el recurso eólico solo, pero los sitios eólicos pueden aprovechar las líneas ya instaladas para la generación de combustible convencional.

Uno de los mayores desafíos actuales para la integración de la red de energía eólica en los Estados Unidos es la necesidad de desarrollar nuevas líneas de transmisión para transportar energía desde los parques eólicos, generalmente en estados remotos con poca población en el centro del país debido a la disponibilidad de viento, a altas temperaturas. ubicaciones de carga, generalmente en las costas donde la densidad de población es mayor. Las líneas de transmisión actuales en ubicaciones remotas no fueron diseñadas para el transporte de grandes cantidades de energía. A medida que las líneas de transmisión se alargan, las pérdidas asociadas con la transmisión de energía aumentan, ya que los modos de pérdidas en longitudes menores se exacerban y los nuevos modos de pérdidas ya no son despreciables a medida que aumenta la longitud, lo que dificulta el transporte de grandes cargas a grandes distancias. Sin embargo, la resistencia de los gobiernos estatales y locales dificulta la construcción de nuevas líneas de transmisión. Los proyectos de transmisión de energía de varios estados son desalentados por los estados con tarifas de energía eléctrica baratas por temor a que la exportación de su energía barata conduzca a un aumento de las tarifas. Una ley de energía de 2005 otorgó al Departamento de Energía autoridad para aprobar proyectos de transmisión en los que los estados se negaron a actuar, pero después de un intento de usar esta autoridad, el Senado declaró que el departamento estaba siendo demasiado agresivo al hacerlo. Otro problema es que las empresas eólicas se enteran después del hecho de que la capacidad de transmisión de una nueva granja está por debajo de la capacidad de generación, en gran parte porque las reglas federales de servicios públicos para fomentar la instalación de energía renovable permiten que las líneas de alimentación cumplan solo con los estándares mínimos. Estos son problemas importantes que deben resolverse, ya que cuando la capacidad de transmisión no cumple con la capacidad de generación, los parques eólicos se ven obligados a producir por debajo de su máximo potencial o dejar de funcionar por completo, en un proceso conocido como reducción . Si bien esto conduce a una posible generación renovable sin explotar, evita una posible sobrecarga de la red o el riesgo de un servicio confiable.

Capacidad y producción de energía eólica

Tendencias de crecimiento

Gráfico logarítmico de la capacidad acumulada global de energía eólica (Datos: GWEC)

En 2019, la energía eólica suministró 1430 TWh de electricidad, lo que representó el 5,3% de la generación eléctrica mundial, y la capacidad de energía eólica instalada global alcanzó más de 651 GW, un aumento del 10% con respecto a 2018. La energía eólica suministró el 15% de la electricidad consumida en Europa en 2019. En 2015 había más de 200.000 aerogeneradores en funcionamiento, con una capacidad nominal total de 432 GW en todo el mundo. La Unión Europea superó los 100 GW de capacidad nominal en septiembre de 2012, mientras que Estados Unidos superó los 75 GW en 2015 y la capacidad conectada a la red de China superó los 145 GW en 2015. En 2015, la energía eólica constituyó el 15,6% de toda la capacidad de generación de energía instalada en el Unión Europea y generó alrededor del 11,4% de su energía.

La capacidad mundial de generación eólica se multiplicó por más de cuatro entre 2000 y 2006, duplicándose aproximadamente cada 3 años. Estados Unidos fue pionero en los parques eólicos y lideró el mundo en capacidad instalada en los años ochenta y noventa. En 1997, la capacidad instalada en Alemania superó a la de Estados Unidos y lideró hasta que nuevamente fue superada por Estados Unidos en 2008. China ha estado expandiendo rápidamente sus instalaciones eólicas a fines de la década de 2000 y superó a Estados Unidos en 2010 para convertirse en el líder mundial. En 2011, 83 países de todo el mundo utilizaban energía eólica con fines comerciales.

La cantidad real de energía eléctrica que puede generar el viento se calcula multiplicando la capacidad de la placa de identificación por el factor de capacidad , que varía según el equipo y la ubicación. Las estimaciones de los factores de capacidad para las instalaciones eólicas están en el rango del 35% al ​​44%.

Los 10 países principales por capacidad eólica agregada en 2019
China United States United Kingdom India Germany Spain Sweden France Mexico Argentina Wind power by countryCircle frame.svg
  •   China: 26.155 MW (43,3%)
  •   Estados Unidos: 9.143 MW (15,1%)
  •   Reino Unido: 2.393 MW (4,0%)
  •   India: 2.377 MW (3,9%)
  •   Alemania: 2.189 MW (3,6%)
  •   España: 1.634 MW (2,7%)
  •   Suecia: 1.588 MW (2,6%)
  •   Francia: 1.336 MW (2,2%)
  •   México: 1.281 MW (2,1%)
  •   Argentina: 931 MW (1,5%)
  •   Resto del mundo: 11.324 MW (18,8%)
Los 10 países principales por capacidad eólica acumulada en 2019
China United States Germany India Spain United Kingdom France Brazil Canada Italy Wind power by countryCircle frame.svg
  •   China: 236.402 MW (36,3%)
  •   Estados Unidos: 105.466 MW (16,2%)
  •   Alemania: 61.406 MW (9,4%)
  •   India: 37.506 MW (5,8%)
  •   España: 25.224 MW (3,9%)
  •   Reino Unido: 23.340 MW (3,6%)
  •   Francia: 16.643 MW (2,6%)
  •   Brasil: 15.452 MW (2,4%)
  •   Canadá: 13.413 MW (2,1%)
  •   Italia: 10.330 MW (1,6%)
  •   Resto del mundo: 105.375 MW (16,2%)
Número de países con capacidad eólica en la escala de gigavatios
10
20
30
40
2005
2010
2015
2019
Número creciente de mercados de gigavatios eólicos
  Países por encima de la marca de 1 GW
  • 2018 Pakistán Egipto
    2017 Noruega
    2016 Chile Uruguay Corea del Sur
    2015 Sudáfrica Finlandia
    2012 México Rumania
    2011 Brasil Bélgica
    2010 Austria Polonia pavo
    2009 Grecia
    2008 Republica de Irlanda Australia Suecia
    2006 Canadá Francia
    2005 Reino Unido porcelana Japón Portugal
    2004 Países Bajos Italia
    1999 España India
    1997 Dinamarca
    1995 Alemania
    1986 Estados Unidos
  Países por encima de la marca de 10 GW
  • 2018 Italia
    2016 Brasil
    2015 Canadá Francia
    2013 Reino Unido
    2009 India
    2008 porcelana
    2006 Estados Unidos España
    2002 Alemania
  Países por encima de la marca de 100 GW
  • 2019 Estados Unidos
    2014 porcelana                  
Previsión de capacidad de energía eólica instalada en todo el mundo
Video externo
icono de video Crecimiento de la energía eólica por país, 2005-2020

La industria de la energía eólica estableció nuevos récords en 2014: se instalaron más de 50 GW de nueva capacidad. Otro año récord ocurrió en 2015, con un crecimiento anual del mercado del 22% que resultó en la aprobación de la marca de 60 GW. En 2015, cerca de la mitad de toda la energía eólica nueva se agregó fuera de los mercados tradicionales de Europa y América del Norte. Esto se debió principalmente a nuevas construcciones en China e India. Las cifras del Global Wind Energy Council (GWEC) muestran que 2015 registró un aumento de la capacidad instalada de más de 63 GW, lo que eleva la capacidad total instalada de energía eólica a 432,9 GW, frente a los 74 GW de 2006. En términos de valor económico, la energía eólica El sector se ha convertido en uno de los actores importantes en los mercados energéticos, con inversiones totales que alcanzan los 329.000 millones de dólares ( 296.600 millones de euros), un 4% más que en 2014.

Aunque la industria de la energía eólica se vio afectada por la crisis financiera mundial en 2009 y 2010, GWEC predice que la capacidad instalada de energía eólica será de 792,1 GW para fines de 2020 y de 4.042 GW para fines de 2050. El aumento de la puesta en servicio de energía eólica es acompañado de precios récord bajos para la próxima energía eléctrica renovable. En algunos casos, la energía eólica terrestre ya es la opción de generación de energía eléctrica más barata y los costos continúan disminuyendo. Los precios contratados para la energía eólica en tierra para los próximos años son ahora tan bajos como US $ 30 / MWh.

En la UE en 2015, el 44% de toda la nueva capacidad de generación fue energía eólica; mientras que en el mismo período disminuyó la capacidad neta de energía de los combustibles fósiles.

Factor de capacidad

Dado que la velocidad del viento no es constante, la producción de energía anual de un parque eólico nunca es tanto como la suma de las calificaciones de la placa de identificación del generador multiplicadas por el total de horas en un año. La relación entre la productividad real en un año y este máximo teórico se denomina factor de capacidad . Los factores de capacidad típicos son del 15 al 50%; los valores en el extremo superior del rango se logran en sitios favorables y se deben a mejoras en el diseño de las turbinas eólicas.

Los datos en línea están disponibles para algunas ubicaciones y el factor de capacidad se puede calcular a partir de la producción anual. Por ejemplo, el factor de capacidad de energía eólica promedio a nivel nacional alemán en 2012 fue un poco menos del 17.5% (45,867 GW · h / año / (29.9 GW × 24 × 366) = 0.1746), y el factor de capacidad para parques eólicos escoceses promedió 24%. entre 2008 y 2010.

A diferencia de las plantas generadoras de combustible, el factor de capacidad se ve afectado por varios parámetros, incluida la variabilidad del viento en el sitio y el tamaño del generador en relación con el área barrida de la turbina. Un generador pequeño sería más barato y alcanzaría un factor de capacidad más alto, pero produciría menos energía eléctrica (y por lo tanto menos ganancias) con vientos fuertes. Por el contrario, un generador grande costaría más pero generaría poca energía adicional y, según el tipo, puede detenerse a baja velocidad del viento. Por tanto, se buscaría un factor de capacidad óptimo de alrededor del 40-50%.

Un estudio de 2008 publicado por el Departamento de Energía de EE. UU. Señaló que el factor de capacidad de las nuevas instalaciones eólicas aumentaba a medida que la tecnología mejoraba y proyectaba mejoras adicionales para los factores de capacidad futuros. En 2010, el departamento estimó que el factor de capacidad de las nuevas turbinas eólicas en 2010 era del 45%. El factor de capacidad promedio anual para la generación eólica en los EE. UU. Ha variado entre el 29,8% y el 34% durante el período 2010-2015.

Penetración

País Año Penetración a
Dinamarca 2019 48%
Irlanda 2020 36,3%
Portugal 2019 27%
Alemania 2019 26%
Reino Unido 2020 24,8%
Estados Unidos 2019 7%
a Porcentaje de generación de energía eólica
sobre el consumo total de electricidad
Proporción de energía primaria procedente del viento, 2019

La penetración de la energía eólica es la fracción de energía producida por el viento en comparación con la generación total. La participación de la energía eólica en el uso mundial de electricidad a fines de 2018 fue del 4,8%, frente al 3,5% en 2015.

No existe un nivel máximo de penetración del viento generalmente aceptado. El límite para una red en particular dependerá de las plantas generadoras existentes, los mecanismos de precios, la capacidad de almacenamiento de energía , la gestión de la demanda y otros factores. Una red de energía eléctrica interconectada ya incluirá capacidad de generación y transmisión de reserva para permitir fallas en los equipos. Esta capacidad de reserva también puede servir para compensar la generación de energía variable producida por las estaciones eólicas. Los estudios han indicado que el 20% del consumo total anual de energía eléctrica se puede incorporar con una dificultad mínima. Estos estudios han sido para ubicaciones con parques eólicos geográficamente dispersos, cierto grado de energía despachable o hidroeléctrica con capacidad de almacenamiento, gestión de la demanda e interconectados a una gran área de red que permite la exportación de energía eléctrica cuando sea necesario. Más allá del nivel del 20%, existen pocos límites técnicos, pero las implicaciones económicas se vuelven más significativas. Las empresas eléctricas continúan estudiando los efectos de la penetración a gran escala de la generación eólica en la estabilidad y la economía del sistema.

Se puede especificar una cifra de penetración de energía eólica para diferentes períodos de tiempo, pero a menudo se cotiza anualmente. Para obtener el 100% del viento anualmente, se requiere un almacenamiento sustancial a largo plazo o una interconexión sustancial con otros sistemas que ya pueden tener un almacenamiento sustancial. En forma mensual, semanal, diaria o horaria, o menos, el viento puede suministrar tanto o más del 100% del uso actual, y el resto almacenado, exportado o reducido. La industria estacional podría aprovechar los fuertes vientos y los tiempos de bajo uso, como por la noche, cuando la producción eólica puede superar la demanda normal. Dicha industria podría incluir la producción de silicio, aluminio, acero o gas natural e hidrógeno, y el uso de almacenamiento futuro a largo plazo para facilitar el 100% de energía a partir de energía renovable variable . Las casas también se pueden programar para aceptar energía eléctrica adicional a pedido, por ejemplo, activando los termostatos del calentador de agua de forma remota.

Variabilidad

Las turbinas eólicas se instalan típicamente en lugares ventosos. En la imagen, aerogeneradores en España , cerca de un toro de Osborne .
Parque eólico Roscoe en el oeste de Texas

La energía eólica es variable y, durante los períodos de viento bajo, debe ser reemplazada por otras fuentes de energía. Las redes de transmisión actualmente hacen frente a cortes de otras plantas de generación y cambios diarios en la demanda eléctrica, pero la variabilidad de las fuentes de energía intermitentes como la energía eólica es más frecuente que las de las plantas de generación de energía convencionales que, cuando están programadas para estar en funcionamiento, pueden ser capaces de entregan su capacidad de placa de identificación alrededor del 95% del tiempo.

La energía eléctrica generada a partir de la energía eólica puede ser muy variable en varias escalas de tiempo diferentes: por hora, diaria o estacionalmente. También existe variación anual, pero no es tan significativa. Debido a que la generación y el consumo eléctrico instantáneo deben permanecer en equilibrio para mantener la estabilidad de la red, esta variabilidad puede presentar desafíos sustanciales para incorporar grandes cantidades de energía eólica en un sistema de red. La intermitencia y la naturaleza no despachable de la producción de energía eólica pueden aumentar los costos de regulación, la reserva operativa incremental y (a altos niveles de penetración) podrían requerir un aumento en la gestión de la demanda de energía ya existente , el deslastre de carga , las soluciones de almacenamiento o la interconexión del sistema con Cables HVDC .

Las fluctuaciones en la carga y la tolerancia por fallas de las grandes unidades generadoras de combustibles fósiles requieren una capacidad de reserva operativa, que puede aumentarse para compensar la variabilidad de la generación eólica.

En la actualidad, los sistemas de red con una gran penetración del viento requieren un pequeño aumento en la frecuencia de uso de las plantas de energía de reserva de rotación de gas natural para evitar una pérdida de energía eléctrica si no hay viento. Con una penetración de energía eólica baja, esto es un problema menor.

GE ha instalado un prototipo de aerogenerador con una batería a bordo similar a la de un coche eléctrico, equivalente a 60 segundos de producción. A pesar de la pequeña capacidad, es suficiente para garantizar que la potencia de salida cumpla con el pronóstico durante 15 minutos, ya que la batería se usa para eliminar la diferencia en lugar de proporcionar una salida completa. En ciertos casos, la mayor previsibilidad se puede utilizar para llevar la penetración de la energía eólica del 20 al 30 o al 40 por ciento. El costo de la batería se puede recuperar vendiendo energía de ráfaga a pedido y reduciendo las necesidades de respaldo de las plantas de gas.

En el Reino Unido, hubo 124 ocasiones distintas entre 2008 y 2010 en las que la producción eólica del país cayó a menos del 2% de la capacidad instalada. Un informe sobre la energía eólica de Dinamarca señaló que su red de energía eólica proporcionó menos del 1% de la demanda promedio en 54 días durante el año 2002. Los defensores de la energía eólica argumentan que estos períodos de viento bajo se pueden abordar simplemente reiniciando las centrales eléctricas existentes que han mantenido en preparación, o interconectado con HVDC. Las redes eléctricas con centrales térmicas de respuesta lenta y sin vínculos a redes con generación hidroeléctrica pueden tener que limitar el uso de energía eólica. Según un estudio de la Universidad de Stanford de 2007 publicado en el Journal of Applied Meteorology and Climatology , la interconexión de diez o más parques eólicos puede permitir que un promedio del 33% de la energía total producida (es decir, aproximadamente el 8% de la capacidad total de la placa de identificación) se utilice como confiable , energía eléctrica de carga base en la que se puede confiar para manejar cargas máximas, siempre que se cumplan los criterios mínimos para la velocidad del viento y la altura de la turbina.

Por el contrario, en días particularmente ventosos, incluso con niveles de penetración del 16%, la generación de energía eólica puede superar a todas las demás fuentes de energía eléctrica en un país. En España, en la madrugada del 16 de abril de 2012, la producción eólica alcanzó el mayor porcentaje de producción eléctrica hasta ese momento, con el 60,5% de la demanda total. En Dinamarca, que tuvo una penetración del mercado de energía del 30% en 2013, más de 90 horas, la energía eólica generó el 100% de la energía del país, alcanzando un máximo del 122% de la demanda del país a las 2 am del 28 de octubre.

Aumento de los costos de operación del sistema, euros por MWh, para una participación eólica del 10% y el 20%
País 10% 20%
Alemania 2.5 3.2
Dinamarca 0.4 0,8
Finlandia 0,3 1,5
Noruega 0,1 0,3
Suecia 0,3 0,7

Un foro de la Agencia Internacional de Energía de 2006 presentó los costos de la gestión de la intermitencia en función de la participación de la energía eólica en la capacidad total de varios países, como se muestra en la tabla de la derecha. Tres informes sobre la variabilidad del viento en el Reino Unido publicados en 2009 coinciden en general en que la variabilidad del viento debe tenerse en cuenta agregando un 20% a la reserva operativa, pero esto no hace que la red sea inmanejable. Los modestos costos adicionales pueden cuantificarse.

La combinación de diversificar las energías renovables variables por tipo y ubicación, pronosticar su variación e integrarlas con energías renovables despachables, generadores de combustible flexible y respuesta a la demanda puede crear un sistema de energía que tiene el potencial de satisfacer las necesidades de suministro de energía de manera confiable. La integración de niveles cada vez más altos de energías renovables se está demostrando con éxito en el mundo real:

En 2009, ocho autoridades estadounidenses y tres europeas, escribiendo en la principal revista profesional de ingenieros eléctricos, no encontraron "un límite técnico creíble y firme para la cantidad de energía eólica que puede ser absorbida por las redes eléctricas". De hecho, ni uno de los más de 200 estudios internacionales, ni los estudios oficiales para las regiones del este y oeste de los EE. UU., Ni la Agencia Internacional de Energía , ha encontrado grandes costos o barreras técnicas para integrar de manera confiable hasta un 30% de suministros renovables variables en la red. y en algunos estudios mucho más.

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Ciclo estacional de factores de capacidad para energía eólica y fotovoltaica en Europa bajo supuestos idealizados. La figura ilustra los efectos de equilibrio de la energía eólica y solar a escala estacional (Kaspar et al., 2019).

La energía solar tiende a ser complementaria a la eólica. En escalas de tiempo diarias a semanales, las áreas de alta presión tienden a traer cielos despejados y vientos superficiales bajos, mientras que las áreas de baja presión tienden a ser más ventosas y nubladas. En escalas de tiempo estacionales, la energía solar alcanza su punto máximo en verano, mientras que en muchas áreas la energía eólica es menor en verano y mayor en invierno. Por lo tanto, la variación estacional de la energía eólica y solar tiende a anularse entre sí de alguna manera. En 2007, el Instituto de Tecnología de Suministro de Energía Solar de la Universidad de Kassel hizo una prueba piloto de una planta de energía combinada que conecta energía solar, eólica, biogás e hidrosalmacenamiento para proporcionar energía de seguimiento de carga durante todo el día y durante todo el año, enteramente a partir de fuentes renovables.

Previsibilidad

Se utilizan métodos de pronóstico de energía eólica, pero la previsibilidad de cualquier parque eólico en particular es baja para operaciones a corto plazo. Para cualquier generador en particular, existe un 80% de probabilidad de que la producción eólica cambie menos del 10% en una hora y un 40% de probabilidad de que cambie un 10% o más en 5 horas.

Sin embargo, los estudios de Graham Sinden (2009) sugieren que, en la práctica, se suavizan las variaciones en miles de turbinas eólicas, distribuidas en varios sitios y regímenes de viento diferentes. A medida que aumenta la distancia entre los sitios, la correlación entre las velocidades del viento medidas en esos sitios disminuye.

Por lo tanto, si bien la salida de una sola turbina puede variar mucho y rápidamente a medida que varían las velocidades del viento local, a medida que se conectan más turbinas en áreas cada vez más grandes, la salida de potencia promedio se vuelve menos variable y más predecible. La previsión meteorológica permite preparar la red de energía eléctrica para las variaciones predecibles de producción que se produzcan.

La energía eólica casi nunca sufre fallas técnicas importantes, ya que las fallas de los aerogeneradores individuales apenas tienen ningún efecto en la potencia general, por lo que la energía eólica distribuida es confiable y predecible, mientras que los generadores convencionales, aunque mucho menos variables, pueden sufrir cortes importantes e impredecibles.

Almacen de energia

El Complejo Generador Sir Adam Beck en las Cataratas del Niágara, Canadá , incluye una gran reserva hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo . Durante las horas de baja demanda eléctrica, el exceso de energía de la red eléctrica se utiliza para bombear agua al depósito, que luego proporciona 174 MW adicionales de energía eléctrica durante los períodos de máxima demanda.

Normalmente, la hidroelectricidad convencional complementa muy bien la energía eólica. Cuando el viento sopla con fuerza, las centrales hidroeléctricas cercanas pueden retener temporalmente el agua. Cuando el viento amaina pueden, siempre que tengan la capacidad de generación, aumentar rápidamente la producción para compensar. Esto proporciona una fuente de alimentación general muy uniforme y prácticamente sin pérdida de energía y no utiliza más agua.

Alternativamente, cuando no se dispone de una carga de agua adecuada, la hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo u otras formas de almacenamiento de energía de la red , como el almacenamiento de energía de aire comprimido y el almacenamiento de energía térmica, pueden almacenar energía desarrollada por períodos de fuertes vientos y liberarla cuando sea necesario. El tipo de almacenamiento necesario depende del nivel de penetración del viento: la baja penetración requiere almacenamiento diario y la alta penetración requiere almacenamiento tanto a corto como a largo plazo, hasta un mes o más. La energía almacenada aumenta el valor económico de la energía eólica, ya que se puede cambiar para desplazar la generación de mayor costo durante los períodos de máxima demanda. Los ingresos potenciales de este arbitraje pueden compensar el costo y las pérdidas de almacenamiento. Por ejemplo, en el Reino Unido, la planta de almacenamiento por bombeo Dinorwig de 2 GW nivela los picos de demanda eléctrica y permite a los proveedores de carga básica operar sus plantas de manera más eficiente. Aunque los sistemas de energía de almacenamiento por bombeo son solo un 75% eficientes y tienen altos costos de instalación, sus bajos costos de funcionamiento y su capacidad para reducir la carga base eléctrica requerida pueden ahorrar tanto combustible como los costos totales de generación eléctrica.

En regiones geográficas particulares, las velocidades máximas del viento pueden no coincidir con la demanda máxima de energía eléctrica, ya sea en alta mar o en tierra. En los estados estadounidenses de California y Texas , por ejemplo, los días calurosos en verano pueden tener una baja velocidad del viento y una alta demanda eléctrica debido al uso de aire acondicionado . Algunas empresas de servicios públicos subsidian la compra de bombas de calor geotérmicas por parte de sus clientes, para reducir la demanda de energía eléctrica durante los meses de verano al hacer que el aire acondicionado sea hasta un 70% más eficiente; La adopción generalizada de esta tecnología haría coincidir mejor la demanda de energía eléctrica con la disponibilidad de viento en áreas con veranos calurosos y vientos bajos en verano. Una posible opción futura puede ser interconectar áreas geográficas muy dispersas con una " súper red " HVDC . En EE. UU. Se estima que actualizar el sistema de transmisión para absorber energías renovables planificadas o potenciales costaría al menos US $ 60.000 millones, mientras que el valor social de la energía eólica agregada sería mayor que ese costo.

Alemania tiene una capacidad instalada de energía eólica y solar que puede superar la demanda diaria, y ha estado exportando picos de potencia a los países vecinos, con exportaciones que ascendieron a unos 14,7 mil millones de kWh en 2012. Una solución más práctica es la instalación de treinta días de capacidad de almacenamiento capaz de para abastecer el 80% de la demanda, lo que será necesario cuando la mayor parte de la energía europea se obtenga de la energía eólica y solar. Así como la UE requiere que los países miembros mantengan reservas estratégicas de petróleo de 90 días , se puede esperar que los países proporcionen almacenamiento de energía eléctrica, en lugar de esperar utilizar a sus vecinos para la medición neta.

Crédito de capacidad, ahorro de combustible y amortización de energía

El crédito de capacidad del viento se estima determinando la capacidad de las plantas convencionales desplazadas por la energía eólica, manteniendo el mismo grado de seguridad del sistema. Según la Asociación Estadounidense de Energía Eólica , la producción de energía eólica en los Estados Unidos en 2015 evitó el consumo de 280 millones de metros cúbicos (73 mil millones de galones estadounidenses) de agua y redujo el CO
2
emisiones en 132 millones de toneladas métricas, al tiempo que proporciona US $ 7.300 millones en ahorros para la salud pública.

La energía necesaria para construir un parque eólico dividida en la producción total a lo largo de su vida, el rendimiento energético de la energía invertida , de la energía eólica varía, pero tiene un promedio de 20 a 25. Por lo tanto, el tiempo de recuperación de la energía suele ser de alrededor de un año.

Ciencias económicas

Costo de la energía eólica terrestre por kilovatio-hora entre 1983 y 2017

La energía eólica terrestre es una fuente de energía eléctrica económica, competitiva o en muchos lugares más barata que las plantas de carbón o gas. Según BusinessGreen , las turbinas eólicas alcanzaron la paridad de red (el punto en el que el costo de la energía eólica coincide con las fuentes tradicionales) en algunas áreas de Europa a mediados de la década de 2000, y en los EE. UU. Aproximadamente al mismo tiempo. La caída de los precios continúa reduciendo el costo nivelado y se ha sugerido que alcanzó la paridad de red general en Europa en 2010, y alcanzará el mismo punto en los EE. UU. Alrededor de 2016 debido a una reducción esperada en los costos de capital de alrededor del 12%. Según PolitiFact , es difícil predecir si la energía eólica seguiría siendo viable en los Estados Unidos sin subsidios. Sin embargo, en marzo de 2021, el CEO de Siemens Gamesa advirtió que el aumento de la alta demanda de aerogeneradores de bajo costo combinada con los altos costos de insumos y los altos costos del acero dan como resultado una mayor presión sobre los fabricantes y una disminución de los márgenes de beneficio.

Costos y tendencias de la energía eléctrica

Costo estimado por MWh de energía eólica en Dinamarca
El Laboratorio Nacional de Energía Renovable proyecta que el costo nivelado de la energía eólica en los Estados Unidos disminuirá aproximadamente un 25% entre 2012 y 2030.
Un convoy de palas de turbina que pasa por Edenfield en el Reino Unido (2008). Ahora se fabrican cuchillas de 2 piezas aún más largas y luego se ensamblan en el sitio para reducir las dificultades de transporte.

La energía eólica es intensiva en capital pero no tiene costos de combustible. Por tanto, el precio de la energía eólica es mucho más estable que los precios volátiles de las fuentes de combustibles fósiles. El costo marginal de la energía eólica una vez que se construye una estación suele ser inferior a 1 centavo por kW · h.

El costo total promedio global de instalación para la energía eólica terrestre en 2017 fue de $ 1477 por kW y de $ 4239 por kW para la energía eólica marina, pero con una amplia variación en ambos casos.

Sin embargo, el costo promedio estimado por unidad de energía eléctrica debe incorporar el costo de construcción de la turbina y las instalaciones de transmisión, los fondos prestados, el retorno a los inversionistas (incluido el costo del riesgo), la producción anual estimada y otros componentes, promediados sobre el proyectado. vida útil del equipo, que puede ser superior a 20 años. Las estimaciones de costos de energía dependen en gran medida de estos supuestos, por lo que las cifras de costos publicadas pueden diferir sustancialmente. En 2004, la energía eólica costaba 1/5 de lo que costaba en la década de 1980, y algunos esperaban que la tendencia a la baja continuara a medida que se producían en masa turbinas de varios megavatios más grandes . En 2012, los costos de capital para las turbinas eólicas fueron sustancialmente más bajos que los de 2008–2010, pero aún por encima de los niveles de 2002. Un informe de 2011 de la Asociación Estadounidense de Energía Eólica declaró: "Los costos del viento han disminuido en los últimos dos años, en el rango de 5 a 6 centavos por kilovatio-hora recientemente ... aproximadamente 2 centavos más barato que la energía eléctrica de carbón, y se financiaron más proyectos a través de acuerdos de deuda que estructuras de capital fiscal el año pasado ... obteniendo una mayor aceptación de los bancos de Wall Street ... Los fabricantes de equipos también pueden entregar productos en el mismo año en que se ordenan en lugar de esperar hasta tres años como fue el caso en ciclos anteriores ... Se están construyendo 5.600 MW de nueva capacidad instalada en los Estados Unidos, más del doble que en este momento en 2010. Treinta y cinco por ciento de toda la generación de energía nueva construida en los Estados Unidos desde 2005 ha venido de la energía eólica, más que de las nuevas plantas de gas y carbón combinadas, ya que los proveedores de energía se sienten cada vez más atraídos por la energía eólica como una cobertura conveniente contra los movimientos impredecibles de los precios de las materias primas ".

Un informe de la Asociación Británica de Energía Eólica da un costo promedio de generación de energía eólica terrestre de alrededor de 3 centavos (entre 5 y 6 centavos de dólar estadounidense) por kW · h (2005). El costo por unidad de energía producida se estimó en 2006 entre un 5 y un 6 por ciento por encima del costo de la nueva capacidad de generación en los EE. UU. Para carbón y gas natural: el costo del viento se estimó en $ 56 por MW · h, el carbón en $ 53 / MW · h y gas natural a $ 53. Se obtuvieron resultados comparativos similares con el gas natural en un estudio gubernamental en el Reino Unido en 2011. En 2011, la energía de las turbinas eólicas podría ser ya más barata que las plantas fósiles o nucleares; También se espera que la energía eólica sea la forma más barata de generación de energía en el futuro. La presencia de energía eólica, incluso cuando está subvencionada, puede reducir los costes para los consumidores (5.000 millones de euros / año en Alemania) al reducir el precio marginal, al minimizar el uso de costosas plantas de energía en picos .

Un estudio de la UE de 2012 muestra el costo base de la energía eólica terrestre similar al carbón cuando se ignoran los subsidios y las externalidades . La energía eólica tiene algunos de los costos externos más bajos.

En febrero de 2013, Bloomberg New Energy Finance (BNEF) informó que el costo de generar energía eléctrica a partir de nuevos parques eólicos es más barato que las nuevas plantas de carbón o de gas de base. Cuando se incluye el esquema actual de precios del carbono del gobierno federal australiano , su modelo arroja costos (en dólares australianos) de $ 80 / MWh para nuevos parques eólicos, $ 143 / MWh para nuevas plantas de carbón y $ 116 / MWh para nuevas plantas de gas de carga base. El modelo también muestra que "incluso sin un precio del carbono (la forma más eficiente de reducir las emisiones en toda la economía), la energía eólica es un 14% más barata que el carbón nuevo y un 18% más barata que el gas nuevo". Parte de los costos más altos de las nuevas plantas de carbón se debe a los altos costos de los préstamos financieros debido al "daño a la reputación de las inversiones intensivas en emisiones". El gasto de las plantas de gas se debe en parte a los efectos del "mercado de exportación" en los precios locales. Los costos de producción de las plantas de carbón incorporadas "en los años setenta y ochenta" son más baratos que las fuentes de energía renovable debido a la depreciación. En 2015, BNEF calculó el costo nivelado de la electricidad (LCOE) por MWh en nuevas centrales eléctricas (excluidos los costos del carbono): $ 85 para energía eólica terrestre ($ 175 para alta mar), $ 66-75 para carbón en las Américas ($ 82-105 en Europa), gas $ 80-100. Un estudio de 2014 mostró costos de LCOE no subsidiados entre $ 37 y $ 81, según la región. Un informe del DOE de EE. UU. De 2014 mostró que, en algunos casos , los precios de los acuerdos de compra de energía para la energía eólica habían caído a mínimos históricos de $ 23,5 / MWh.

El costo se ha reducido a medida que la tecnología de las turbinas eólicas ha mejorado. Ahora hay palas de turbina eólica más largas y ligeras, mejoras en el rendimiento de la turbina y una mayor eficiencia de generación de energía. Además, los costos de inversión de capital de proyectos eólicos y los costos de mantenimiento han seguido disminuyendo. Por ejemplo, la industria eólica en los EE. UU. A principios de 2014 pudo producir más energía a menor costo mediante el uso de turbinas eólicas más altas con palas más largas, capturando los vientos más rápidos en elevaciones más altas. Esto ha abierto nuevas oportunidades y en Indiana, Michigan y Ohio, el precio de la energía de las turbinas eólicas construidas a 90–120 metros (300–400 pies) sobre el suelo puede, desde 2014, competir con los combustibles fósiles convencionales como el carbón. Los precios han caído a unos 4 centavos por kilovatio-hora en algunos casos y las empresas de servicios públicos han aumentado la cantidad de energía eólica en su cartera, diciendo que es su opción más barata.

Algunas iniciativas están trabajando para reducir los costos de la energía eléctrica proveniente de la energía eólica marina. Un ejemplo es Carbon Trust Offshore Wind Accelerator, un proyecto de la industria conjunta, que involucra a nueve desarrolladores de energía eólica marina, cuyo objetivo es reducir el costo de la energía eólica marina en un 10% para 2015. Se ha sugerido que la innovación a escala podría generar un costo del 25%. reducción de la energía eólica marina para 2020. Henrik Stiesdal , ex director técnico de Siemens Wind Power, ha declarado que para 2025 la energía de la energía eólica marina será una de las soluciones más baratas y escalables en el Reino Unido, en comparación con otras energías renovables y fuentes de energía de combustibles fósiles si el costo real para la sociedad se incluye en el costo de la ecuación energética. Calcula el coste en ese momento en 43 EUR / MWh para tierra firme y 72 EUR / MWh para energía eólica marina.

En agosto de 2017, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía publicó un nuevo informe sobre una reducción del 50% en el costo de la energía eólica para 2030. Se espera que el NREL logre avances en el diseño, los materiales y los controles de las turbinas eólicas para desbloquear el rendimiento. mejoras y reducción de costos. Según topógrafos internacionales, este estudio muestra que se proyecta que la reducción de costos fluctúe entre el 24% y el 30% para 2030. En casos más agresivos, los expertos estiman una reducción de costos de hasta un 40% si los programas de investigación y desarrollo y tecnología dan como resultado más eficiencia.

En 2018, un estudio de Lazard encontró que "el costo nivelado de gama baja de la energía eólica en tierra es de $ 29 / MWh, en comparación con un costo marginal ilustrativo promedio de $ 36 / MWh para el carbón", y señaló que el costo promedio había disminuido en un 7%. en un año.

Incentivos y beneficios comunitarios

Los terratenientes estadounidenses reciben típicamente entre $ 3,000 y $ 5,000 de ingresos anuales por alquiler por turbina eólica, mientras que los agricultores continúan cultivando o pastoreando ganado hasta el pie de las turbinas. En la foto: el parque eólico Brazos , Texas.
Algunas de las 6.000 turbinas del parque eólico Altamont Pass de California recibieron la ayuda de incentivos fiscales durante la década de 1980.

La industria eólica en los Estados Unidos genera decenas de miles de empleos y miles de millones de dólares de actividad económica. Los proyectos eólicos proporcionan impuestos locales o pagos en lugar de impuestos y fortalecen la economía de las comunidades rurales al proporcionar ingresos a los agricultores con turbinas eólicas en sus tierras. La energía eólica en muchas jurisdicciones recibe apoyo financiero o de otro tipo para fomentar su desarrollo. La energía eólica se beneficia de los subsidios en muchas jurisdicciones, ya sea para aumentar su atractivo o para compensar los subsidios recibidos por otras formas de producción que tienen importantes externalidades negativas.

En los Estados Unidos, la energía eólica recibe un crédito fiscal a la producción (PTC) de 2 ¢ / kWh en dólares de 1993 por cada kW · h producido, durante los primeros 10 años; a 2 ¢ por kW · h en 2012, el crédito se renovó el 2 de enero de 2012, para incluir la construcción iniciada en 2013. Se puede aplicar un crédito fiscal del 30% en lugar de recibir el PTC. Otro beneficio fiscal es la depreciación acelerada . Muchos estados estadounidenses también ofrecen incentivos, como la exención del impuesto a la propiedad, compras obligatorias y mercados adicionales para " créditos verdes ". La Ley de Mejora y Extensión de Energía de 2008 contiene extensiones de créditos para la energía eólica, incluidas las microturbinas. Países como Canadá y Alemania también ofrecen incentivos para la construcción de turbinas eólicas, como créditos fiscales o precios mínimos de compra para la generación eólica, con acceso asegurado a la red (a veces denominadas tarifas de alimentación ). Estas tarifas de alimentación se establecen normalmente muy por encima de los precios medios de la energía eléctrica. En diciembre de 2013, el senador estadounidense Lamar Alexander y otros senadores republicanos argumentaron que "el crédito fiscal a la producción de energía eólica debería poder expirar a finales de 2013" y expiró el 1 de enero de 2014 para nuevas instalaciones.

Las fuerzas del mercado secundario también ofrecen incentivos para que las empresas utilicen energía eólica, incluso si la electricidad tiene un precio superior . Por ejemplo, los fabricantes socialmente responsables pagan a las empresas de servicios públicos una prima que se destina a subsidiar y construir nueva infraestructura de energía eólica. Las empresas utilizan energía eólica y, a cambio, pueden afirmar que están llevando a cabo fuertes esfuerzos "ecológicos". En los EE. UU., La organización Green-e supervisa el cumplimiento empresarial de estos créditos de energía renovable. Los precios de las turbinas han caído significativamente en los últimos años debido a condiciones competitivas más duras, como el mayor uso de subastas de energía y la eliminación de subsidios en muchos mercados. Por ejemplo, Vestas , un fabricante de turbinas eólicas, cuya turbina terrestre más grande puede bombear 4,2 megavatios de potencia, suficiente para proporcionar electricidad a aproximadamente 5.000 hogares, ha visto caer los precios de sus turbinas de 950.000 euros por megavatio a finales de 2016, a alrededor de euros. 800.000 por megavatio en el tercer trimestre de 2017.

Energía eólica a pequeña escala

Un pequeño aerogenerador de eje vertical tipo Quietrevolution QR5 Gorlov en el techo de Colston Hall en Bristol, Inglaterra . Con 3 m de diámetro y 5 m de alto, tiene una potencia nominal de 6,5 kW en la placa de identificación.

La energía eólica a pequeña escala es el nombre que se le da a los sistemas de generación eólica con capacidad para producir hasta 50 kW de energía eléctrica. Las comunidades aisladas, que de otro modo dependerían de los generadores diesel , pueden utilizar turbinas eólicas como alternativa. Las personas pueden comprar estos sistemas para reducir o eliminar su dependencia de la energía eléctrica de la red por razones económicas o para reducir su huella de carbono . Las turbinas eólicas se han utilizado para la generación de energía eléctrica doméstica junto con el almacenamiento de baterías durante muchas décadas en áreas remotas.

Se pueden encontrar ejemplos recientes de proyectos de energía eólica a pequeña escala en un entorno urbano en la ciudad de Nueva York , donde, desde 2009, varios proyectos de construcción han cubierto sus techos con aerogeneradores helicoidales tipo Gorlov . Aunque la energía que generan es pequeña en comparación con el consumo total de los edificios, ayudan a reforzar las credenciales 'verdes' del edificio de una manera que "mostrarle a la gente su caldera de alta tecnología" no puede, y algunos de los proyectos también reciben el apoyo directo de la Autoridad de Investigación y Desarrollo Energético del Estado de Nueva York .

Las turbinas eólicas domésticas conectadas a la red pueden usar almacenamiento de energía de la red , reemplazando así la energía eléctrica comprada con energía producida localmente cuando esté disponible. El excedente de energía producido por los microgeneradores domésticos puede, en algunas jurisdicciones, inyectarse en la red y venderse a la empresa de servicios públicos, lo que genera un crédito minorista para que los propietarios de los microgeneradores compensen sus costos de energía.

Los usuarios de sistemas fuera de la red pueden adaptarse a la energía intermitente o utilizar baterías, sistemas fotovoltaicos o diésel para complementar la turbina eólica. Equipos como parquímetros, señales de advertencia de tráfico, alumbrado público o pasarelas de Internet inalámbricas pueden ser alimentados por una pequeña turbina eólica, posiblemente combinada con un sistema fotovoltaico, que carga una pequeña batería reemplazando la necesidad de una conexión a la red eléctrica.

Un estudio de Carbon Trust sobre el potencial de la energía eólica a pequeña escala en el Reino Unido, publicado en 2010, encontró que las turbinas eólicas pequeñas podrían proporcionar hasta 1,5 teravatios-hora (TW · h) por año de energía eléctrica (0,4% del total del Reino Unido). consumo de energía eléctrica), ahorrando 600.000 toneladas de emisiones de dióxido de carbono (Mt CO 2 ). Esto se basa en el supuesto de que el 10% de los hogares instalarían turbinas a costos competitivos con la energía eléctrica de la red, alrededor de 12 peniques (19 centavos de dólar EE.UU.) por kW · h. Un informe preparado para el Energy Saving Trust patrocinado por el gobierno del Reino Unido en 2006, encontró que los generadores de energía domésticos de varios tipos podrían proporcionar del 30 al 40% de las necesidades de energía eléctrica del país para 2050.

La generación distribuida a partir de recursos renovables está aumentando como consecuencia de la mayor conciencia sobre el cambio climático . Las interfaces electrónicas necesarias para conectar las unidades de generación renovable con el sistema de servicios públicos pueden incluir funciones adicionales, como el filtrado activo para mejorar la calidad de la energía.

Efectos ambientales

Ganado pastando cerca de una turbina eólica.

El impacto ambiental de la energía eólica se considera relativamente menor en comparación con el de los combustibles fósiles. Según el IPCC , en las evaluaciones del ciclo de vida de las emisiones de gases de efecto invernadero de las fuentes de energía , las turbinas eólicas tienen un valor mediano de 12 y 11 ( g CO
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eq / kWh ) para turbinas costa afuera y en tierra, respectivamente. En comparación con otras fuentes de energía bajas en carbono , las turbinas eólicas tienen uno de los potenciales de calentamiento global más bajos por unidad de energía eléctrica generada.

Los parques eólicos terrestres pueden tener un impacto visual significativo y un impacto en el paisaje. Su red de turbinas, caminos de acceso, líneas de transmisión y subestaciones pueden resultar en una "expansión descontrolada de energía". Debido a una densidad de potencia de superficie muy baja y a los requisitos de espacio específicos, los parques eólicos normalmente necesitan cubrir más terreno y estar más dispersos que otras centrales eléctricas. Por ejemplo, para abastecer de energía a muchas ciudades importantes únicamente con el viento, sería necesario construir parques eólicos al menos tan grandes como las propias ciudades. Sin embargo, la tierra entre las turbinas y las carreteras todavía se puede utilizar para la agricultura. Además de tener que esparcirse por más tierra, también deben construirse lejos de la densa población. Los parques eólicos se construyen típicamente en áreas rurales y silvestres, lo que puede conducir a la "industrialización del campo". Un informe del Consejo de Montañismo de Escocia concluyó que los parques eólicos dañaron el turismo en áreas conocidas por sus paisajes naturales y vistas panorámicas. Las turbinas eólicas también generan ruido. A una distancia residencial de 300 metros (980 pies), esto puede rondar los 45 dB, que es un poco más alto que un refrigerador. A 1,5 km (1 mi) de distancia se vuelven inaudibles. Existen informes anecdóticos sobre los efectos negativos del ruido en la salud de las personas que viven muy cerca de las turbinas eólicas. La investigación revisada por pares generalmente no ha respaldado estas afirmaciones.

La pérdida y la fragmentación del hábitat son los mayores impactos de los parques eólicos en la vida silvestre. La escala del impacto ecológico puede o no ser significativa, dependiendo de circunstancias específicas. Además, estos problemas pueden mitigarse si se implementan estrategias adecuadas de monitoreo y mitigación. La prevención y mitigación de las muertes de vida silvestre y la protección de las turberas afectan la ubicación y el funcionamiento de las turbinas eólicas. Otro efecto de los parques eólicos sobre la vida silvestre es la mortalidad de las aves. Miles de aves, incluidas especies raras, han sido asesinadas por las palas de las turbinas eólicas, aunque las turbinas eólicas contribuyen de manera relativamente insignificante a la mortalidad aviar antropogénica. Los parques eólicos y las centrales nucleares son responsables de entre 0,3 y 0,4 muertes de aves por gigavatio-hora (GWh) de electricidad, mientras que las centrales eléctricas de combustibles fósiles son responsables de alrededor de 5,2 muertes por GWh. En 2009, por cada ave muerta por una turbina eólica en los EE. UU., Casi 500,000 fueron asesinadas por gatos y otras 500,000 por edificios. En comparación, los generadores convencionales de carbón contribuyen significativamente más a la mortalidad de las aves, por incineración cuando quedan atrapados en las corrientes ascendentes de las chimeneas y por envenenamiento con subproductos de emisiones (incluidas partículas y metales pesados ​​a sotavento de los gases de combustión).

Antes de 2019, muchas palas de turbinas eólicas se habían fabricado con fibra de vidrio con diseños que solo brindaban una vida útil de servicio de 10 a 20 años. Dada la tecnología disponible, a febrero de 2018, no había mercado para reciclar estas hojas viejas y, por lo general, se desechan en vertederos. Debido a que las cuchillas están diseñadas para ser huecas, ocupan un gran volumen en comparación con su masa. Por lo tanto, los operadores de vertederos han comenzado a exigir a los operadores que trituren las cuchillas antes de que puedan ser vertidas en vertederos.

La Fuerza Aérea y la Marina de los Estados Unidos han expresado su preocupación de que la ubicación de grandes turbinas eólicas cerca de las bases "tendrá un impacto negativo en el radar hasta el punto de que los controladores de tráfico aéreo perderán la ubicación de las aeronaves".

Política

Gobierno central

Parte del parque eólico de Seto Hill en Japón.

La energía nuclear y los combustibles fósiles están subvencionados por muchos gobiernos , y la energía eólica y otras formas de energía renovable son también a menudo subvencionados. Por ejemplo, un estudio de 2009 del Instituto de Derecho Ambiental evaluó el tamaño y la estructura de los subsidios energéticos de Estados Unidos durante el período 2002-2008. El estudio estimó que los subsidios a las fuentes basadas en combustibles fósiles ascendieron a aproximadamente $ 72 mil millones durante este período y los subsidios a las fuentes de combustibles renovables totalizaron $ 29 mil millones. En los Estados Unidos, el gobierno federal ha pagado 74 mil millones de dólares por subsidios energéticos para apoyar la investigación y el desarrollo de energía nuclear (50 mil millones de dólares) y combustibles fósiles (24 mil millones de dólares) de 1973 a 2003. Durante este mismo período, las tecnologías de energía renovable y la eficiencia energética recibió un total de US $ 26 mil millones. Se ha sugerido que un cambio de subsidio ayudaría a nivelar el campo de juego y respaldaría los sectores energéticos en crecimiento, a saber, la energía solar , la energía eólica y los biocombustibles . La historia muestra que ningún sector energético se desarrolló sin subsidios.

Según la Agencia Internacional de Energía (AIE) (2011), los subsidios a la energía bajan artificialmente el precio de la energía que pagan los consumidores, elevan el precio que reciben los productores o bajan el costo de producción. "Los costos de los subsidios a los combustibles fósiles generalmente superan los beneficios. Los subsidios a las energías renovables y las tecnologías energéticas bajas en carbono pueden traer beneficios económicos y ambientales a largo plazo". En noviembre de 2011, un informe de la IEA titulado Deploying Renewables 2011 decía: "Los subsidios a tecnologías de energía verde que aún no eran competitivas están justificados para incentivar la inversión en tecnologías con claros beneficios ambientales y de seguridad energética". El informe de la IEA no estuvo de acuerdo con las afirmaciones de que las tecnologías de energía renovable solo son viables a través de costosos subsidios y no pueden producir energía de manera confiable para satisfacer la demanda.

Sin embargo, las opiniones de la IEA no son aceptadas universalmente. Entre 2010 y 2016, los subsidios para la energía eólica estuvieron entre 1 ¢ y 6 ¢ por kWh. Los subsidios para el carbón, el gas natural y la energía nuclear oscilan entre 0,05 ¢ y 0,2 ¢ por kWh en total en años. Por kWh, la energía eólica está subsidiada 50 veces más que las fuentes tradicionales.

En los Estados Unidos, la industria de la energía eólica ha aumentado recientemente sus esfuerzos de cabildeo considerablemente, gastando alrededor de $ 5 millones en 2009 después de años de relativa oscuridad en Washington. En comparación, la industria nuclear de EE. UU. Gastó más de $ 650 millones en sus esfuerzos de cabildeo y contribuciones de campaña durante los 10 años que terminaron en 2008.

Tras los accidentes nucleares japoneses de 2011 , el gobierno federal de Alemania está trabajando en un nuevo plan para aumentar la eficiencia energética y la comercialización de energía renovable , con un enfoque particular en los parques eólicos marinos. Según el plan, se instalarán grandes aerogeneradores lejos de las costas, donde el viento sopla con más regularidad que en tierra y donde las enormes turbinas no molestarán a los habitantes. El plan tiene como objetivo disminuir la dependencia de Alemania de la energía derivada de las centrales nucleares y de carbón.

Opinión pública

Los miembros del grupo medioambiental están más a favor de la energía eólica (74%) y más opuestos (24%). Pocos están indecisos.

Las encuestas sobre las actitudes del público en toda Europa y en muchos otros países muestran un fuerte apoyo público a la energía eólica. Aproximadamente el 80% de los ciudadanos de la UE apoyan la energía eólica. En Alemania , donde la energía eólica ha ganado una aceptación social muy alta, cientos de miles de personas han invertido en parques eólicos de ciudadanos en todo el país y miles de pequeñas y medianas empresas están dirigiendo negocios exitosos en un nuevo sector que en 2008 empleaba a 90.000 personas y generó el 8% de la energía eléctrica de Alemania.

Bakker y col. (2012) descubrieron en su estudio que cuando los residentes no querían las turbinas ubicadas por ellos su molestia era significativamente mayor que aquellos "que se beneficiaban económicamente de las turbinas eólicas la proporción de personas que estaban bastante o muy molestas era significativamente menor".

Aunque la energía eólica es una forma popular de generación de energía, la construcción de parques eólicos no es bienvenida universalmente, a menudo por razones estéticas .

En España , salvo algunas excepciones, ha habido poca oposición a la instalación de parques eólicos interiores. Sin embargo, los proyectos para construir parques marinos han sido más controvertidos. En particular, la propuesta de construir la instalación de producción de energía eólica marina más grande del mundo en el suroeste de España en la costa de Cádiz , en el lugar de la Batalla de Trafalgar de 1805, ha encontrado una fuerte oposición que teme por el turismo y la pesca en la zona. , y porque el área es una tumba de guerra.

¿Cuál debería incrementarse en Escocia?

En una encuesta realizada por Angus Reid Strategies en octubre de 2007, el 89 por ciento de los encuestados dijo que el uso de fuentes de energía renovable como la energía eólica o solar era positivo para Canadá porque estas fuentes eran mejores para el medio ambiente. Solo el 4 por ciento consideró el uso de fuentes renovables como negativo, ya que pueden ser poco confiables y costosas. Según una encuesta de Saint Consulting en abril de 2007, la energía eólica fue la fuente de energía alternativa con más probabilidades de obtener apoyo público para el desarrollo futuro en Canadá, con solo el 16% en contra de este tipo de energía. Por el contrario, 3 de cada 4 canadienses se opusieron al desarrollo de la energía nuclear.

Una encuesta de 2003 de los residentes que viven alrededor de los 10 parques eólicos existentes en Escocia encontró altos niveles de aceptación de la comunidad y un fuerte apoyo a la energía eólica, con mucho apoyo de quienes vivían más cerca de los parques eólicos. Los resultados de esta encuesta apoyan los de una encuesta anterior del Ejecutivo escocés 'Actitudes del público hacia el medio ambiente en Escocia 2002', que encontró que el público escocés preferiría que la mayor parte de su energía eléctrica proviniera de energías renovables, y que calificó a la energía eólica como la mejor fuente de energía. fuente más limpia de energía renovable. Una encuesta realizada en 2005 mostró que el 74% de las personas en Escocia están de acuerdo en que los parques eólicos son necesarios para satisfacer las necesidades energéticas actuales y futuras. Cuando a las personas se les hizo la misma pregunta en un estudio escocés de energías renovables realizado en 2010, el 78% estuvo de acuerdo. El aumento es significativo, ya que en 2010 había el doble de parques eólicos que en 2005. La encuesta de 2010 también mostró que el 52% no estaba de acuerdo con la afirmación de que los parques eólicos son "feos y una mancha en el paisaje". El 59% estuvo de acuerdo en que los parques eólicos eran necesarios y que su apariencia carecía de importancia. En cuanto al turismo , los encuestados consideran las torres de energía , las torres de telefonía celular , las canteras y las plantaciones de manera más negativa que los parques eólicos. Escocia planea obtener el 100% de la energía eléctrica de fuentes renovables para 2020.

En otros casos, existe una propiedad comunitaria directa de los proyectos de parques eólicos . Los cientos de miles de personas que se han involucrado en los pequeños y medianos parques eólicos de Alemania demuestran ese apoyo allí.

Una encuesta de Harris de 2010 refleja el fuerte apoyo a la energía eólica en Alemania, otros países europeos y Estados Unidos.

Opinión sobre el aumento del número de parques eólicos, 2010 Harris Poll
nosotros Gran
Bretaña
Francia Italia España Alemania
% % % % % %
Oponerse firmemente 3 6 6 2 2 4
Oponerse más que favorecer 9 12 dieciséis 11 9 14
Favorecer más que oponerse 37 44 44 38 37 42
Fuertemente favorecer 50 38 33 49 53 40

En China , Shen et al. (2019) descubren que los habitantes de las ciudades chinas pueden ser algo resistentes a la construcción de turbinas eólicas en áreas urbanas, con una proporción sorprendentemente alta de personas que citan un miedo infundado a la radiación como motivo de sus preocupaciones. El gobierno central de China, en lugar de los científicos, está más capacitado para abordar esta preocupación. Además, el estudio encuentra que, al igual que sus contrapartes en los países de la OCDE, los encuestados chinos urbanos son sensibles a los costos directos y las externalidades de la vida silvestre. La distribución de información relevante sobre turbinas al público puede aliviar la resistencia.

Comunidad

Aerogeneradores como estos, en Cumbria , Inglaterra, han sido rechazados por una serie de razones, incluida la estética, por parte de algunos sectores de la población.

Muchas empresas de energía eólica trabajan con las comunidades locales para reducir las preocupaciones ambientales y de otro tipo asociadas con los parques eólicos particulares. En otros casos, existe una propiedad comunitaria directa de los proyectos de parques eólicos . Los procedimientos apropiados de consulta, planificación y aprobación gubernamentales también ayudan a minimizar los riesgos ambientales. Algunos todavía pueden oponerse a los parques eólicos, pero, según el Instituto de Australia , sus preocupaciones deben sopesarse con la necesidad de abordar las amenazas que plantea el cambio climático y las opiniones de la comunidad en general.

En Estados Unidos, se informa que los proyectos eólicos aumentan las bases impositivas locales, lo que ayuda a pagar las escuelas, las carreteras y los hospitales. Los proyectos eólicos también revitalizan la economía de las comunidades rurales al proporcionar ingresos constantes a los agricultores y otros propietarios de tierras.

En el Reino Unido, tanto el National Trust como la Campaign to Protect Rural England han expresado su preocupación por los efectos en el paisaje rural causados ​​por las turbinas eólicas y los parques eólicos mal ubicados.

Una vista panorámica del parque eólico Whitelee del Reino Unido con el embalse de Lochgoin en primer plano.

Algunos parques eólicos se han convertido en atractivos turísticos. El centro de visitantes del parque eólico de Whitelee tiene una sala de exposiciones, un centro de aprendizaje, una cafetería con mirador y también una tienda. Está dirigido por el Centro de Ciencias de Glasgow .

En Dinamarca, un plan de pérdida de valor otorga a las personas el derecho a reclamar una indemnización por la pérdida de valor de su propiedad si es causada por la proximidad a una turbina eólica. La pérdida debe ser de al menos el 1% del valor de la propiedad.

A pesar de este apoyo general al concepto de energía eólica en el público en general, la oposición local a menudo existe y ha retrasado o abortado varios proyectos. Por ejemplo, existe la preocupación de que algunas instalaciones puedan afectar negativamente la recepción de televisión y radio y el radar meteorológico Doppler, así como producir niveles excesivos de sonido y vibración que conduzcan a una disminución de los valores de las propiedades. Las posibles soluciones de recepción de radiodifusión incluyen el modelado predictivo de interferencias como un componente de la selección del sitio. Un estudio de 50.000 ventas de viviendas cerca de turbinas eólicas no encontró evidencia estadística de que los precios se vieran afectados.

Si bien los problemas estéticos son subjetivos y algunos encuentran agradables y optimistas los parques eólicos, o símbolos de independencia energética y prosperidad local, a menudo se forman grupos de protesta para intentar bloquear nuevos sitios de energía eólica por varias razones.

Este tipo de oposición a menudo se describe como NIMBYismo , pero la investigación realizada en 2009 encontró que hay poca evidencia para apoyar la creencia de que los residentes solo se oponen a las instalaciones de energía renovable como turbinas de viento como resultado de un "No en mi patio trasero". actitud.

Geopolítica

Se ha argumentado que expandir el uso de la energía eólica conducirá a una mayor competencia geopolítica sobre los materiales críticos para las turbinas eólicas, como los elementos de tierras raras neodimio, praseodimio y disprosio. Pero esta perspectiva ha sido criticada por no reconocer que la mayoría de las turbinas eólicas no utilizan imanes permanentes y por subestimar el poder de los incentivos económicos para expandir la producción de estos minerales.

Diseño de turbina

Los componentes típicos de una turbina eólica (caja de cambios, eje del rotor y conjunto de freno) se elevan a su posición

Las turbinas eólicas son dispositivos que convierten la energía cinética del viento en energía eléctrica. Como resultado de más de un milenio de desarrollo de molinos de viento e ingeniería moderna, las turbinas eólicas de hoy en día se fabrican en una amplia gama de tipos de ejes horizontales y verticales . Las turbinas más pequeñas se utilizan para aplicaciones como la carga de baterías para energía auxiliar. Se pueden usar turbinas un poco más grandes para hacer pequeñas contribuciones a un suministro de energía doméstico mientras se vende la energía no utilizada al proveedor de servicios públicos a través de la red eléctrica . Los conjuntos de grandes turbinas, conocidos como parques eólicos , se han convertido en una fuente cada vez más importante de energía renovable y se utilizan en muchos países como parte de una estrategia para reducir su dependencia de los combustibles fósiles .

El diseño de turbinas eólicas es el proceso de definir la forma y las especificaciones de una turbina eólica para extraer energía del viento . Una instalación de turbina eólica consta de los sistemas necesarios para capturar la energía del viento, apuntar la turbina hacia el viento, convertir la rotación mecánica en energía eléctrica y otros sistemas para arrancar, detener y controlar la turbina.

En 1919, el físico alemán Albert Betz demostró que para una máquina de extracción de energía eólica ideal hipotética, las leyes fundamentales de conservación de la masa y la energía no permitían capturar más de 16/27 (59%) de la energía cinética del viento. Este límite de Betz se puede acercar en los diseños de turbinas modernas, que pueden alcanzar del 70 al 80% del límite de Betz teórico.

La aerodinámica de una turbina eólica no es sencilla. El flujo de aire en las palas no es el mismo que el flujo de aire lejos de la turbina. La propia naturaleza de cómo se extrae la energía del aire también hace que el aire sea desviado por la turbina. Esto afecta a los objetos u otras turbinas aguas abajo, lo que se conoce como efecto Wake. Además, la aerodinámica de una turbina eólica en la superficie del rotor exhibe fenómenos que rara vez se ven en otros campos aerodinámicos. La forma y las dimensiones de las palas de la turbina eólica están determinadas por el rendimiento aerodinámico requerido para extraer eficientemente la energía del viento y por la fuerza requerida para resistir las fuerzas sobre la pala.

Además del diseño aerodinámico de las palas , el diseño de un sistema completo de energía eólica también debe abordar el diseño del cubo del rotor de la instalación , la góndola , la estructura de la torre , el generador , los controles y los cimientos.

Historia

Molino de viento de Charles F. Brush de 1888, utilizado para generar energía eléctrica.

La energía eólica se ha utilizado desde que los seres humanos pusieron velas en el viento. El Códice del rey Hammurabi (reinado 1792-1750 a. C.) ya mencionaba los molinos de viento para generar energía mecánica. Las máquinas eólicas que se utilizan para moler granos y bombear agua, el molino de viento y la bomba de viento , se desarrollaron en lo que hoy es Irán , Afganistán y Pakistán en el siglo IX. La energía eólica estaba ampliamente disponible y no se limitaba a las orillas de los arroyos de flujo rápido, o más tarde, requiriendo fuentes de combustible. Las bombas eólicas drenaban los pólderes de los Países Bajos , y en regiones áridas como el medio oeste estadounidense o el interior de Australia , las bombas eólicas proporcionaban agua para el ganado y las máquinas de vapor.

El primer molino de viento utilizado para la producción de energía eléctrica fue construido en Escocia en julio de 1887 por el profesor James Blyth del Anderson's College , Glasgow (el precursor de la Universidad de Strathclyde ). Blyth, de 10 metros (33 pies) de altura, la turbina eólica de vela de tela se instaló en el jardín de su casa de vacaciones en Marykirk en Kincardineshire y se usó para cargar acumuladores desarrollados por el francés Camille Alphonse Faure , para alimentar la iluminación de la casa. convirtiéndose así en la primera casa del mundo en tener su energía eléctrica suministrada por energía eólica. Blyth ofreció el excedente de energía eléctrica a la gente de Marykirk para iluminar la calle principal, sin embargo, rechazaron la oferta porque pensaban que la energía eléctrica era "obra del diablo". Aunque más tarde construyó una turbina eólica para suministrar energía de emergencia al Lunatic Asylum, Infirmary y Dispensary de Montrose , la invención nunca tuvo éxito ya que la tecnología no se consideró económicamente viable.

Al otro lado del Atlántico, en Cleveland, Ohio , Charles F. Brush diseñó y construyó una máquina más grande y de ingeniería pesada en el invierno de 1887-1888 . Este fue construido por su compañía de ingeniería en su casa y funcionó desde 1886 hasta 1900. La turbina eólica Brush tenía un rotor de 17 metros (56 pies) de diámetro y estaba montada en una torre de 18 metros (59 pies). Aunque era grande para los estándares actuales, la máquina solo tenía una potencia de 12 kW. La dínamo conectada se usó para cargar un banco de baterías o para operar hasta 100 bombillas incandescentes , tres lámparas de arco y varios motores en el laboratorio de Brush.

Con el desarrollo de la energía eléctrica, la energía eólica encontró nuevas aplicaciones en la iluminación de edificios alejados de la energía generada de forma centralizada. A lo largo del siglo XX, los caminos paralelos desarrollaron pequeñas estaciones eólicas adecuadas para granjas o residencias. La crisis del petróleo de 1973 desencadenó la investigación en Dinamarca y los Estados Unidos que condujo a generadores eólicos a gran escala de servicios públicos que podrían conectarse a las redes de energía eléctrica para el uso remoto de la energía. En 2008, la capacidad instalada de EE. UU. Había alcanzado los 25,4 gigavatios y en 2012 la capacidad instalada era de 60 gigavatios. Hoy en día, los generadores eólicos operan en todos los rangos de tamaño entre pequeñas estaciones para cargar baterías en residencias aisladas, hasta parques eólicos marinos de casi un gigavatio que proporcionan energía eléctrica a las redes eléctricas nacionales.

Ver también

Notas

Referencias

enlaces externos