La energía eólica, es la encargada de aprovechar el recurso del viento, que es casi inagotable, en electricidad. Es una inversión sostenible y valiosa para los próximos años, siglos incluso. Pero el aprovechamiento de un recurso como el viento necesita de parques eólicos construidos eficientemente.
Ya sea en extensiones terrestres o en mar adentro. Además, se necesitan instalar aerogeneradores para que sea posible producir electricidad. Estos aerogeneradores son gigantescos y se están convirtiendo en parte de los paisajes alrededor del planeta. Ahora bien, ¿ya sabes cómo funcionan para producir energía?
¿Cómo se genera el viento? Pues bien, todo empieza con la radiación solar. Esta no afecta por igual a la superficie terrestre: algunas zonas son más cálidas que otras y en ellas el aire. El cual pesa menos, tiende a subir, creando zonas de baja presión.
Mientras que en las zonas más frías, el aire baja y gana más peso, creando zonas de alta presión. La diferencia de presión hace que el aire esté en constante movimiento y origina los vientos, un elemento tan potente que puede utilizarse para producir energía eléctrica.
Entonces: ¿qué es la energía eólica?
La energía eólica es aquella fuente que se obtiene a partir de la captación de la fuerza de los vientos. ¿De qué forma se obtiene? Esta energía se produce a partir de un aerogenerador. El cual se encarga de transformar la energía cinética que proviene de la fuerza que generan las corrientes de aire, en electricidad.
La energía se extrae principalmente con el rotor. El cual se encarga de transformar la energía cinética en energía mecánica. A través de un generador, se hace posible una segunda transformación de energía mecánica en energía eléctrica. A decir verdad, la energía eólica es una fuente segura, renovable, eficiente y que está en su etapa de máximo desarrollo para completar la transición hacia la descarbonización de la energía.
¿Cómo funciona la energía eólica?
Como ya se ha comentado, para aprovechar la energía cinética del viento y convertirla en energía eléctrica, se hace totalmente necesario el uso de un aerogenerador. El uso óptimo de estos gigantes, son llamados de esta manera, ya que suelen tener entre 70 y 130 metros de altura.
Depende de la fuerza del viento. Por ello, los parques eólicos, que agrupan un gran número de aerogeneradores y permiten obtener esta energía en grandes cantidades. Deben instalarse en lugares donde predominen las condiciones de viento óptimas.
Los aerogeneradores deben orientarse en la dirección del viento, lo que se hace mediante una veleta en la góndola. A partir de allí, la fuerza de las corrientes de aire pondrá en movimiento las tres partes principales del aerogenerador, las cuales son:
- Rotor: compuesto por tres palas unidas por un eje. Su función principal es obtener la fuerza generada por el viento y convertirla en energía mecánica, mediante la rotación.
- Multiplicador: se conecta al motor mediante un eje, cuya función es aumentar la velocidad de rotación en revoluciones por minuto (rpm) de manera considerable.
- Generador: es el encargado de hacer la conversión de energía mecánica de rotación en energía eléctrica.
Cada uno de los aerogeneradores que conforman una instalación eólica o parque eólico, están unidos entre sí mediante cables subterráneos. Los cuales transportan la electricidad a una subestación transformadora. Desde allí es transportada a las casas, fábricas o cualquier infraestructura que lo necesite. Todo ello a través de las redes de distribución de las distintas compañías eléctricas.
¿Cuáles son los tipos de energía eólica?
En estos tiempos existen dos tipos de energía eólica. Esto según la zona en la que se construyan e instalen los grandes aerogeneradores.
Energía eólica terrestre
La energía eólica terrestre es la que produce electricidad aprovechando el viento de los parques eólicos situados en tierra firme. Para ello, se deben instalar aerogeneradores que transforman la energía cinética del viento en energía eléctrica apta para su uso y se envía a la red de distribución.
Para aprovechar el viento producido en tierra firme, los parques eólicos son necesarios en gran cantidad, para que sean capaces de extraer toda la energía eólica posible. Mientras más aerogeneradores sean instalados, mayor energía eléctrica van a producir.
¿Qué son los parques eólicos terrestres?
Los parques eólicos terrestres son infraestructuras que producen energía eléctrica con el viento que se produce en lugares de tierra firme. Para ello, se diseñan y construyen equipos capaces de convertir la energía generada por el viento en electricidad apta para su uso. Todo este proceso ocurre antes de enviar la electricidad por las redes de la misma.
¿Cómo es el funcionamiento de un parque eólico terrestre?
En primer lugar, la energía eléctrica se produce en un generador aéreo. Se trata de una edificación construida en cimientos de hormigón armado. Se construye de esta manera para que la estabilidad y funcionalidad esté garantizada. Además, dispone de un controlador que pone en marcha y detiene la turbina en función de las condiciones meteorológicas y de un mecanismo que precisa la dirección de los vientos, para permitir una orientación correcta.
La torre, que dependiendo de las características del terreno se determina su altura, dispone de un sistema de balizas, con luces y colores que la hacen muy visible para el tráfico aéreo. Este balizaje se construye para que la máxima seguridad aérea esté plenamente garantizada. El viento hace girar las palas cuando impactan con su fuerza en ellas. Dichas palas están diseñadas para recolectar lo máximo en cuanto a energía cinética se refiere. Pueden generar energía incluso con vientos suaves, los cuales son inferiores a 15 kilómetros por hora.
De esta manera, las palas se conectan o se unen a la turbina a través del buje. El cual a su vez, se conecta sólidamente al eje de baja velocidad. El cual gira a la misma velocidad que las palas, que giran a menos de 15 revoluciones por minuto. Una caja de cambios aumenta esta velocidad y la traslada al eje de alta velocidad, el cual gira a más de 1.600 revoluciones por minuto.
Funcionamiento interno de los generadores
Esta fuerza es transmitida directamente al generador. Incluso, algunas tecnologías que tienen como base los generadores de baja presión, vienen acoplados al eje lento de forma directa. Es allí donde se produce la transformación de la energía para obtener electricidad. Ahora, una vez que empieza el ciclo de producción de energía eólica, la misma pasa al convertidor que la convierte en corriente alterna directamente.
La energía eléctrica que se produce en los procesos anteriores es la llamada energía eléctrica de baja presión. De esta manera, es transferida a una especie de transformador, el cual se encarga de aumentar la tensión de la corriente. Luego de esto, es trasladada por el parque eólico. Después, llega a la subestación eléctrica, convirtiéndose en electricidad de alta tensión.
Dicha forma de electricidad es apta para el consumo en las casas, hospitales, oficinas y demás edificaciones. Es transportada por las llamadas líneas de evacuación, las cuales son líneas generalmente aéreas. La electricidad finalmente es transportada a la red de distribución, que es la electricidad que llega a las viviendas.
Energía eólica marina
La energía eólica marina es la que se obtiene cuando se aprovecha el fuerte viento que se origina en alta mar. Es allí en donde alcanza fuerzas mayores y el viento es de cierto modo, más constante que en la superficie de la Tierra. Esto se debe a que no hay barreras físicas que impiden que el viento se desplace normalmente.
Una de esas barreras, son las montañas. Para que se pueda aprovechar este tipo de energía, se necesita instalar y poner en marcha una gigantesca infraestructura que deben estar firmes en el lecho marino. Estas infraestructuras están equipadas con las últimas innovaciones en tecnología.
¿Cuáles son las ventajas de la energía eólica marina?
- La energía eólica marina es renovable, ilimitada y no contaminante.
- Hay más recursos de viento en el vasto océano que en tierra firme. Para hacer cálculos, se presume que puede producir hasta el doble de energía que en un parque eólico medio en tierra.
- Cuando se ubica en el océano, las consecuencias visuales y acústicas son leves, por esto es que se pueden utilizar áreas mucho más grandes. Gracias a este factor, los parques eólicos marinos tienen más megavatios de capacidad instalada que los terrestres.
- El transporte marítimo ofrece muchas ventajas, ya que es muy fácil de gestionar. Esto se debe a sus pocas limitaciones en cuanto a la carga y las dimensiones en comparación con el transporte terrestre, ha hecho posible que las turbinas eólicas marinas alcancen capacidades y tamaños mucho mayores que las turbinas eólicas terrestres.
¿Dónde pueden instalarse los parques eólicos marinos?
Ahora mismo, estos parques eólicos están instalados en sitios donde hay agua poco profunda. Están lejos de las costas y a una profundidad de unos 65 metros, aproximadamente. También, se encuentran lejos de las rutas de tráfico marítimo, de centros navales estratégicos y de zonas cuyo interés ecológico es bastante notable.
¿Cómo funciona un parque eólico marino?
- En primer lugar, la fuerza del viento hace girar las palas.
- Las palas están unidas a la turbina a través del eje.
- El eje de baja velocidad siempre va a girar a una velocidad igual que la de las palas.
- La caja de cambios aumenta esta velocidad y la multiplica exponencialmente. Luego, la transporta al eje de alta velocidad.
- El eje de alta velocidad, transmite esta velocidad al generador, la cual es bastante alta.
- El generador se encarga de la transformación de la energía recibida en electricidad.
- La electricidad producida por el generador se introduce en el interior de la torre.
- El convertidor tiene el objetivo de convertir exitosamente la corriente continua en corriente alterna.
- El transformador se encarga de aumentar la tensión y así trasladarla a través del parque eólico marino.
- La electricidad resultante, es trasladada mediante cables submarinos hasta la subestación.
¿Cuáles son las ventajas de la energía eólica?
La energía eólica ofrece numerosas ventajas, tanto para las empresas que invierten en ella como para la sociedad. Esto gracias a que ayuda a eliminar las graves consecuencias del cambio climático.
Energía limpia
Como no requiere de procesos de quema de combustibles, las emisiones de gases de efecto invernadero son casi nulas. Como recordarás, estos gases son los que repercuten directa e indirectamente en el calentamiento global.
Es Inagotable
El viento es un recurso ilimitado y también lo es su uso. Esto mientras haya suficientes corrientes de aire como para hacer girar los aerogeneradores. Incluso, como los vientos soplan más fuerte en alta mar, la capacidad eólica puede generar mucha más energía, haciéndola casi infinita.
Se trata de una energía barata
Tanto el coste por kW producido como su mantenimiento son bastante bajos. En las partes en donde se siente más la fuerza del viento, son mayores los beneficios. Esto se debe a que al soplar más viento, se pueden instalar más capacidades de kW por turbinas. Haciendo de los parques eólicos fuentes de energía eléctrica con bajos costes e inagotables.
Bajo impacto en los habitantes
Los parques eólicos se construyen tras un riguroso proceso de análisis y planificación. Además, se buscan zonas despobladas para evitar efectos negativos en los habitantes. Las turbinas eólicas hacían mucho ruido, pero gracias a los avances tecnológicos, ahora existen turbinas eólicas mucho menos ruidosas.
Genera empleos verdes
Según la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), la energía eólica ya le da trabajo a más de 1,2 millones de personas en la actualidad. Del mismo modo, el número de empleos verdes no va a detenerse con el pasar de los años.
¿De qué forma se pone en marcha un parque eólico?
El proceso de construcción de una instalación de este tipo, no está alejada de complicaciones. Ya que son muchas las características que hay que analizar para saber dónde y cuándo debe construirse. De ellas, las características más importantes que hay que analizar son la variación espacial, temporal y vertical del viento a lo largo del tiempo.
Estos parámetros se estudian con veletas y anemómetros. Además, se estima la producción futura del parque eólico para garantizar su eficacia potencial. En este sentido, hay que servirse de métodos computacionales avanzados, con el fin de optimizar el diseño de un parque eólico, maximizando con ello la obtención de energía.
Planificación de un parque eólico
La construcción de un parque eólico es un proyecto inmenso, el cual requiere de equipos con especialistas que se encarguen de los numerosos aspectos del proyecto, desde su concepción y planificación hasta su puesta en marcha. La planificación es especialmente crucial para este tipo de generador de energía. Hay que evaluar el emplazamiento adecuado para detectar cualquier riesgo para la fauna, obtener los permisos y probar las propias turbinas.
En primer lugar, hay que asegurarse de elegir un lugar que tenga suficientes recursos eólicos. Los mejores emplazamientos para parques eólicos comerciales tienen velocidades de viento de 5 kilómetros por hora o más, según los expertos. Aunque pueda parecer que cuanto más viento, mejor, demasiado viento puede forzar el equipo y encarecer el proyecto.
Además, tendrás que tener en cuenta aspectos especiales de la ubicación prevista. Como el acceso a las carreteras, los posibles impactos acústicos, las sombras parpadeantes de las aspas y las eventualidades culturales.
Evaluación de los riesgos para la fauna
Las aspas giratorias de los aerogeneradores pueden matar a aves en peligro de extinción, tales como: murciélagos, aves de rapiña y aves acuáticas. Por lo que es mejor situar las turbinas lejos de los corredores de vida silvestre y de las rutas migratorias anuales. Los expertos recomiendan un enfoque escalonado que incluye una evaluación preliminar, la caracterización del emplazamiento y diversos estudios de campo. Todo ello con la finalidad de predecir y evaluar las especies perjudicadas por el parque eólico.
Como promotor del emplazamiento, tendrás que colaborar estrechamente con la agencia gubernamental correspondiente o la autoridad encargada de conceder los permisos. Esto para reducir y mitigar las muertes de animales debidas al parque eólico. En algunos casos, es posible que se te permita construir el parque eólico en zonas sensibles si modificas su funcionamiento para que sea más respetuoso con la fauna.
Por ejemplo, podrían exigirte que detuvieras las turbinas momentáneamente durante las temporadas de migración o durante los periodos de poco viento. Es allí cuando los murciélagos son más activos y el rendimiento energético es mínimo.
Costes y financiación del parque para generar energía eólica
Piensa en la cantidad de energía que quieres producir o en la que puede producir el emplazamiento. Además del dinero que puedes gastar. Tan solo la compra de aerogeneradores puede suponer una media de 1,40 millones de dólares por megavatio de capacidad.
Por lo general, es más barato para las empresas de servicios públicos desarrollar instalaciones de energía eólica que para el capital privado. Esto se debe a que las compañías de servicios públicos pueden recurrir a estructuras de financiamiento, la mayoría favorables, las cuales reducen los costes en un 30% aproximadamente. Esto según informes de expertos que trabajan en diferentes departamentos de energía en diversos países.
Identificar los equipos y el diseño de los parques eólicos
Los aerogeneradores que se utilizan actualmente son mucho más grandes que los molinos de viento que se utilizaban hace siglos. Además, tienen palas gigantescas y torres que tienen la altura de grandes edificios. Una de las cosas en las que se debe tener mayor precisión, es en el emplazamiento de estas mega turbinas. Esto debido a que afecta directamente la producción exacta de electricidad.
Por regla general, cuanto más grande es el aerogenerador, mayor es su capacidad de generación. El aerogenerador comúnmente instalado tiene una capacidad de 1,5 megavatios y puede suministrar energía a 500 casas.
Pero los nuevos modelos son aún mayores. Algunas compañías venden aerogeneradores con tamaños de hasta 3,4 megavatios para uso en la superficie terrestre y hasta seis megavatios para uso en alta mar.
Del mismo modo, los aerogeneradores grandes y pesados requieren cimientos más grandes y su instalación es más costosa. Los aerogeneradores de viento oceánicos tienen que estar diseñados para las condiciones específicas de los mares. Así, las turbinas eólicas rara vez funcionan a pleno rendimiento, ya que la producción de energía depende en gran medida de las condiciones meteorológicas.
Además de los aerogeneradores, un parque eólico requiere un sistema de captación de energía eléctrica. Así como también, transformadores, una red de comunicaciones y subestaciones. Igualmente, se utiliza un sistema de información de control y adquisición de datos para supervisar su rendimiento. Un ingeniero puede recomendar el equipo adecuado y la ubicación de las turbinas en función del emplazamiento, las finanzas y los objetivos energéticos.
Asegurar la capacidad de transmisión de energía eólica
Si estás en medio de la planificación de un parque eólico a escala comercial, necesitas una forma de suministrar energía a los clientes mayoristas o minoristas. Por lo general, esto requiere líneas de transmisión que conectan la producción de tu parque eólico con la red de transmisión de energía eléctrica de tu localidad. De esta manera, los parques eólicos comerciales situados en lugares remotos pueden tener dificultades para conseguir capacidad de transmisión y conexión con la red.
Por otro lado, los parques eólicos más pequeños pueden utilizarse como fuente de electricidad exclusiva para una comunidad o empresa. En este contexto, puede que no se necesite de una conexión a la red eléctrica común. No obstante, para poder vender el exceso de energía, todavía se necesita una forma de entregar dicha energía a las compañías eléctricas.
Instalar, probar y poner en marcha el equipo
La construcción de un parque eólico puede completarse en pocos meses. No obstante, es posible que primero tengas que construir carreteras hasta el lugar para llevar todos los aerogeneradores y demás artefactos.
Para cada aerogenerador, habrá que excavar un agujero y rellenarlo con hormigón armado. Esto se hace obligatoriamente, ya que los agujeros deben servir de cimientos estabilizadores. Este proceso se hace más complejo en condiciones rocosas o en parques eólicos en alta mar. Una vez preparados los cimientos, hay que montar las turbinas con polipastos especializados.
A continuación, se colocan el cableado, los sistemas eléctricos y se realizan pruebas para garantizar que todos los equipos estén funcionando de manera correcta. Suelen pasar hasta medio año antes de que se solucionen los problemas y el parque eólico alcance su plena capacidad de producción comercial.
Cada aerogenerador necesitaría una semana de mantenimiento rutinario al año, en términos aproximados. Expertos afirman que se necesita un técnico eólico para dar servicio a cada 10 megavatios de capacidad de producción que se ha instalado.¿Quieres saber más sobre este tipo de energía? El Máster en Energías Renovables y Proyectos Energéticos es tu oportunidad de especializarte en este campo. Como habrás leído, el empleo verde seguirá creciendo a lo largo de las próximas décadas por venir.