Orígenes de la energía eólica: descubre su procedencia y potencial
La energía eólica se ha posicionado como una de las fuentes de energía renovable más prometedoras y eficientes del mundo.… Seguir leyendo
Veleros, molinos de viento, etc. La energía eólica ha sido aprovechada por el ser humano durante siglos.
Gracias al progreso tecnológico, ahora es posible producir electricidad “verde” sin usar recursos fósiles. Centrarse en su funcionamiento y sus perspectivas de desarrollo y los retos que quedan por superar.
ENERGÍA EÓLICA
La palabra “turbina eólica” proviene de Aeolus, el nombre del dios de los vientos en la mitología griega.
Un aerogenerador es una máquina que convierte la energía cinética del viento en energía mecánica, que a su vez se convierte en electricidad. Cuando se instalan varios aerogeneradores en un mismo sitio, hablamos de un “parque” o una “granja” de aerogeneradores.
Los primeros aerogeneradores utilizados para producir electricidad datan de la década de 1970. Hoy, en Francia, la energía eólica es la segunda fuente de electricidad renovable más utilizada después de la energía hidroeléctrica. Proporciona más del 8% del consumo eléctrico nacional ( 8,3% en 2022, o 37,9 TWh).
En España, la energía eólica proporciona más del 40% del consumo eléctrico nacional.
Los componentes de un aerogenerador
La energía eólica se produce por la fuerza que ejerce el viento sobre las palas unidas a un rotor.
En su configuración más común, el rotor tiene tres palas que giran alrededor de un eje horizontal. El diámetro que barren varía de 80 a más de 200 metros. Cuanto más largas sean las palas, mayor será la capacidad de generación de energía.
A medida que gira, el retor impulsa un generador que produce energía eléctrica.
En los aerogeneradores de diseño convencional, el generador requiere una velocidad de rotación de entre 1.000 y 2.000 revoluciones por minuto, mientras que las palas giran más lentamente (entre 5 y 25 revoluciones por minuto).
En estos aerogeneradores, se instala un multiplicador (o caja de cambios) entre el rotor y el generador para aumentar la velocidad de rotación.
También existen máquinas de diseño más reciente, con accionamiento directo, cuyos generadores funcionan con una velocidad de rotación variable (de 5 revoluciones a 2000 revoluciones por minuto) y que no utilizan multiplicador. El conjunto formado por el multiplicador y el generador forma la góndola.
La góndola se instala en lo alto de un mástil de entre 50 y más de 200 m de altura. Un sistema permite orientarlo para que el rotor y las palas estén siempre de cara al viento. Las turbinas eólicas normalmente funcionan a velocidades del viento normalmente entre 10 y 90 km/h. Más allá de esta velocidad máxima, se detienen automáticamente para evitar cualquier accidente.
La energía eléctrica producida por el generador se conduce a lo largo del mástil a través de cables hasta un transformador , antes de ser alimentada a la red eléctrica a través de cables subterráneos.
Aerogeneradores en el Mar
Las primeras turbinas eólicas construidas en tierra fueron sucedidas por turbinas eólicas en el mar. De hecho, la energía eólica terrestre tiene varias limitaciones :
El potencial de la energía eólica terrestre está, sin embargo, limitado por:
Fuera de la costa, los vientos son más fuertes y regulares que en tierra , lo que explica el despegue de la energía eólica marina desde hace varios años. Más grandes y potentes ( de 6 a 10 MW , incluso 18 MW en algunos modelos recientes), los aerogeneradores instalados en el mar proporcionan más energía por máquina que los aerogeneradores terrestres.
Tienen un impacto paisajístico limitado, lo que permite desplegar parques más grandes, con un mayor número de aerogeneradores. Los costos de fabricación, instalación y producción son más altos que en tierra, pero se espera que disminuyan de año en año.
EÓLICA MARINA, FIJA O FLOTANTE
Para anclar los aerogeneradores al fondo del mar, distinguimos, según la profundidad del agua:
Si bien la producción de electricidad a partir de turbinas eólicas se remonta a finales del siglo XIX, fue en la década de 1970, tras la primera crisis del petróleo, cuando las turbinas eólicas terrestres adquirieron una nueva dimensión, especialmente en Dinamarca.
Es este mismo país el que instaló el primer aerogenerador en el mar, en 1991.
En 2021 había en Europa 116 parques marinos en 12 países, con un total de más de 5.000 aerogeneradores. Además, la energía eólica marina flotantehizo un gran avance en Europa con la instalación, frente a las costas de Escocia, de dos parques eólicos, el HyWind de Equinor (30 MW) en 2017 y el de Kincardine (50 MW) en 2021. El nuevo parque eólico de Equinor, Hywind Tampen, ser capaz de batir un nuevo récord, con 88 MW de capacidad total.
Su producción comenzó a finales de 2022. Próximamente estarán operativos cuatro parques piloto en Francia, entre ellos el de Provence Gand Large con una capacidad de 25MW para el que IFPEN participó en el dimensionamiento de los flotadores. Su puesta en marcha está prevista para el segundo semestre de 2023.
POTENCIAL INMENSO, EN TIERRA Y EN EL MAREl potencial eólico terrestre del mundo , según la Asociación Mundial de Energía Eólica (WWEA), podría proporcionar cerca de 200.000 TWh de energía eléctrica al año , suponiendo que los aerogeneradores funcionen 2100 horas al año.
Un estudio de las universidades de Sussex (Inglaterra) y Aarhus (Dinamarca) estima que el potencial terrestre de Europa (incluidas Rusia y Turquía) puede producir 110.000 TWh al año.
Sería necesario instalar 11 millones de aerogeneradores adicionales, repartidos en 4,9 millones de kilómetros cuadrados.
Este es el potencial eólico marino anual del mundo , según la Agencia Internacional de la Energía, que permite cubrir 18 veces la demanda eléctrica mundial (11 veces la esperada en 2040).
En Europa, el potencial eólico marino es de 34.000 TWh al año, con una demanda que no supera los 3.000 TWh.
EÓLICA OFFSHORE
Europa tiene una ventaja en términos de producción de electricidad marina y, en particular, el Reino Unido, campeón mundial en energía eólica marina,
la Comisión Europea tiene como objetivo multiplicar por cinco las capacidades actuales para 2030 y por veinticinco para 2050.
En Francia, los proyectos planificado por el Programa de Energía Plurianual (PPE) tenía como objetivo una capacidad eólica marina instalada de 2,4 GW en 2023 y alrededor de 5 GW en 2028.
Aunque el objetivo fijado en 2023 no se alcanzará por completo, la ambición de las administraciones públicas sigue siendo fuerte, como demuestra el “Pacto Eólico Marino” firmado en marzo de 2022 con el objetivo de aumentar la capacidad instalada hasta los 18 GW en 2035 y 40 GW en 2050.
A pesar de sus fortalezas, la energía eólica presenta ciertos desafíos, que incluyen la intermitencia, la aceptación social, el refuerzo de las redes eléctricas, la tensión en las materias primas, la reducción de costos y la minimización de riesgos.
La energía eólica es intermitente : las palas solo funcionan si el viento no es ni demasiado débil ni demasiado fuerte. En caso de escasez de viento, la energía eléctrica debe ser suministrada desde otras fuentes de producción, idealmente renovables como centrales hidroeléctricas, de biomasa o geotérmicas.
Por el contrario, si la producción de electricidad es demasiado alta, se pueden utilizar sistemas de almacenamiento de energía, como baterías gigantes, sistemas de bombeo, almacenamiento por gravedad o volantes de inercia. También hay planes para producir hidrógeno por electrólisis del agua (power-to-gas).
Una parte cada vez mayor de la población entiende el interés de desarrollar la energía eólica.
No obstante, se deben seguir realizando esfuerzos para evaluar mejor los impactos de los aerogeneradores, en particular sobre la fauna (aves, murciélagos, etc.).
En el mar, los conflictos de uso con pescadores y navegantes deben evaluarse para cada nuevo proyecto de instalación.
Las redes eléctricas deben adaptarse para transportar cantidades cada vez mayores de electricidad. Serán necesarias inversiones sustanciales.
El despliegue a gran escala de aerogeneradores aumentará considerablemente la demanda de materias primas y en particular de metales como el cobre o determinadas tierras raras necesarios para su fabricación y conexión.
Esta presión sobre los recursos es objeto de estudios prospectivos, en particular en IFPEN, que participó en particular en un proyecto ANR para evaluar mejor la dependencia de los metales que podría resultar de la transición energética. El reciclaje de metales y otros componentes de aerogeneradores cubrirá en parte esta fuerte demanda.
En Francia, nuestro país vecino, el coste de la energía eólica terrestre es de 60-70 €/MWh, el de la eólica marina fija de 40-80 € /MWh y el de la eólica marina flotante menos madura de 120-150 €/MWh . En comparación, la fotovoltaica tiene un coste de 45 a 81 €/MWh y la nuclear de 43,8 a 64,8 €/MWh.
La evolución de las tecnologías debería permitir una caída significativa en los costos de la energía eólica para 2030, en particular para la energía eólica flotante.
Para reducir los costos y riesgos asociados con la energía eólica, las herramientas de modelado y pronóstico pueden resultar muy útiles y son objeto de investigación, particularmente en IFPEN.
Permiten optimizar la distribución de los aerogeneradores en un parque, estimar la energía eléctrica producida, predecir en tiempo real las características del viento incidente (fuerza, dirección) y aprovecharlo para mejorar la productividad y mantenimiento mediante la detección de averías en aerogeneradores, etc.
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