La energía eólica es la electricidad creada a partir del aire que fluye naturalmente en la atmósfera de la Tierra. Al ser un recurso renovable que no se agota con el uso, su impacto en el medio ambiente y en la crisis climática es significativamente menor que la quema de combustibles fósiles.
La energía eólica puede crearse con algo tan sencillo como un conjunto de velas de 2 metros colocadas para captar los vientos dominantes, que luego hacen girar una piedra y muelen el grano (un molino). O puede ser tan complejo como una veleta de 150 pies que hace girar un generador que produce electricidad que se almacena en una batería o se despliega en un sistema de distribución de energía. Incluso hay turbinas eólicas sin aspas.
A partir de 2021, hay más de 67.000 aerogeneradores en funcionamiento en Estados Unidos, en 44 estados, Guam y Puerto Rico. La energía eólica generó alrededor del 8,4% de la electricidad en EE.UU. en 2020. En todo el mundo, proporciona alrededor del 6% de las necesidades de electricidad del mundo. La energía eólica está creciendo año tras año alrededor de un 10% y es una parte clave de la mayoría de los planes de reducción del cambio climático y de crecimiento sostenible en diversos países, como China, India, Alemania y Estados Unidos.
Tabla de contenidos
Definición de energía eólica
El ser humano utiliza la energía eólica de diversas maneras, desde las más sencillas (todavía se utiliza para bombear agua para el ganado en lugares más remotos) hasta las cada vez más complejas: piensa en los miles de turbinas que dominan las colinas que atraviesan la autopista 580 en California (foto de arriba).
Los componentes básicos de cualquier sistema de energía eólica son bastante similares. Hay palas de cierto tamaño y forma que están conectadas a un eje de transmisión, y luego una bomba o generador que utiliza o recoge la energía eólica. Si la energía eólica se utiliza directamente como fuerza mecánica, como la molienda de grano o el bombeo de agua, se llama molino de viento; si convierte la energía eólica en electricidad, se conoce como turbina eólica. Un sistema de turbina requiere componentes adicionales, como una batería para almacenar la electricidad, o puede estar conectado a un sistema de distribución de energía como las líneas eléctricas.
Nadie sabe realmente cuándo aprovechó el viento por primera vez un ser humano, pero el viento se utilizaba sin duda como medio para mover los barcos en el río Nilo de Egipto alrededor del año 5.000 a.C. Hacia el año 200 a.C., los habitantes de China utilizaban el viento para accionar simples bombas de agua, y en Oriente Medio se utilizaban molinos de viento con aspas tejidas a mano para moler el grano. Con el tiempo, las bombas y los molinos de viento se utilizaron en todo tipo de producción de alimentos allí, y el concepto se extendió a Europa, donde los holandeses construyeron grandes bombas de viento para drenar los humedales, y desde allí la idea viajó a las Américas.
Conceptos básicos de la energía eólica
El viento se produce de forma natural cuando el sol calienta la atmósfera, por las variaciones en la superficie de la Tierra y por la rotación del planeta. A continuación, el viento puede aumentar o disminuir como resultado de la influencia de las masas de agua, los bosques, las praderas y otra vegetación, y los cambios de altitud. Los patrones y las velocidades del viento varían significativamente en función del terreno, así como de las estaciones, pero algunos de esos patrones son lo suficientemente predecibles como para planificarlos.
Selección del emplazamiento
Las mejores ubicaciones para colocar un aerogenerador son las cimas de las colinas redondeadas, en las llanuras abiertas (o en aguas abiertas para el viento de alta mar) y en los puertos de montaña por los que el viento se canaliza de forma natural (produciendo altas velocidades de viento de forma regular). Por lo general, cuanto más alta sea la elevación, mejor, ya que las elevaciones más altas suelen tener más viento.
La previsión de la energía eólica es una herramienta importante para ubicar un aerogenerador. Hay una gran variedad de mapas de velocidad del viento y datos de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) o del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) de EE.UU. que proporcionan estos detalles.
A continuación, hay que realizar un estudio específico del emplazamiento para evaluar las condiciones locales del viento y determinar la mejor dirección para colocar los aerogeneradores con el fin de obtener la máxima eficiencia. Durante al menos un año, los proyectos en tierra hacen un seguimiento de la velocidad, la turbulencia y la dirección del viento, así como de la temperatura y la humedad del aire. Una vez determinada esta información, se pueden construir turbinas que ofrezcan resultados predecibles.
El viento no es el único factor para ubicar las turbinas. Los promotores de un parque eólico deben tener en cuenta la proximidad del parque a las líneas de transmisión (y a las ciudades que pueden utilizar la energía); las posibles interferencias con los aeropuertos locales y el tráfico aéreo; las rocas y fallas subyacentes; los patrones de vuelo de pájaros y murciélagos; y el impacto en la comunidad local (ruido y otros posibles efectos).
La mayoría de los proyectos eólicos de mayor envergadura están diseñados para durar al menos 20 años, si no más, por lo que hay que tener en cuenta estos factores a largo plazo.
Tipos de energía eólica
Energía eólica a escala comercial
Son proyectos eólicos a gran escala diseñados para ser utilizados como fuente de energía para una empresa de servicios públicos. Tienen un alcance similar al de una central eléctrica de carbón o gas natural, a la que a veces sustituyen o complementan. Las turbinas superan los 100 kilovatios de potencia y suelen instalarse en grupos para proporcionar una potencia significativa: actualmente este tipo de sistemas proporciona alrededor del 8,4% de toda la energía de Estados Unidos.
Energía eólica marina
Se trata generalmente de proyectos de energía eólica a escala comercial que se planifican en las aguas de las zonas costeras. Pueden generar una enorme energía cerca de las grandes ciudades (que tienden a agruparse más cerca de la costa en gran parte de Estados Unidos). Según el Departamento de Energía de EE.UU., el viento sopla con más constancia y fuerza en las zonas costeras que en tierra firme. Según los datos y cálculos de la organización, el potencial de la energía eólica marina en EEUU es de más de 2.000 gigavatios de potencia, lo que supone dos veces la capacidad de generación de todas las centrales eléctricas de EEUU. En todo el mundo, la energía eólica podría proporcionar más de 18 veces lo que el mundo utiliza actualmente, según la Agencia Internacional de la Energía.
Energía eólica a pequeña escala o distribuida
Este tipo de energía eólica es lo contrario de los ejemplos anteriores. Se trata de turbinas eólicas de menor tamaño físico que se utilizan para satisfacer la demanda de energía de un lugar concreto o de una zona local. A veces, estas turbinas están conectadas a la red de distribución de energía más grande, y otras veces están fuera de la red. Verás estas instalaciones más pequeñas (de 5 kilovatios) en entornos residenciales, donde pueden satisfacer una parte o la mayor parte de las necesidades de una casa, dependiendo del tiempo, y versiones de tamaño medio (20 kilovatios o más) en emplazamientos industriales o comunitarios, donde pueden formar parte de un sistema de energía renovable que también incluya energía solar, geotérmica u otras fuentes de energía.
¿Cómo funciona la energía eólica?
La función de un aerogenerador es utilizar palas de cierta forma (que puede variar) para captar la energía cinética del viento. Cuando el viento fluye sobre las palas, las levanta, igual que levanta una vela para empujar un barco. Ese empuje del viento hace girar las palas, moviendo el eje de transmisión al que están conectadas. Ese eje hace girar una bomba de algún tipo, ya sea moviendo directamente un trozo de piedra sobre el grano (molino de viento), o empujando esa energía hacia un generador que crea electricidad que puede utilizarse inmediatamente o almacenarse en una batería.
El proceso de un sistema de generación de electricidad (aerogenerador) incluye los siguientes pasos:
El viento empuja las aspas
En general, un molino de viento o turbina eólica se sitúa en un lugar con vientos regulares y constantes. Ese movimiento de aire empuja unas aspas especialmente diseñadas para que el viento las empuje con la mayor facilidad posible. Las aspas pueden diseñarse para que sean empujadas a favor del viento o a favor de su ubicación.
La energía cinética se transforma
La energía cinética es la energía gratuita que proviene del viento. Para que podamos utilizar o almacenar esa energía, es necesario transformarla en una forma de energía utilizable. La energía cinética se transforma en energía mecánica cuando el viento se encuentra con las aspas del molino y las empuja. El movimiento de las aspas hace girar un eje de transmisión.
Se genera electricidad
En un aerogenerador, un eje de transmisión que gira está conectado a una caja de engranajes que multiplica por 100 la velocidad de rotación, que a su vez hace girar un generador. Por lo tanto, los engranajes acaban girando mucho más rápido que las palas empujadas por el viento. Una vez que estos engranajes alcanzan una velocidad suficiente, pueden alimentar un generador que produce electricidad.
La caja de engranajes es la parte más cara y pesada de la turbina, y los ingenieros están trabajando en generadores de accionamiento directo que pueden funcionar a velocidades más bajas (por lo que no necesitan una caja de engranajes).
El transformador convierte la electricidad
La electricidad producida por el generador es electricidad de 60 ciclos de CA (corriente alterna). Puede ser necesario un transformador para convertirla en otro tipo de electricidad, según las necesidades locales.
La electricidad se utiliza o se almacena
La electricidad producida por un aerogenerador puede utilizarse in situ (lo que es más probable en los proyectos eólicos pequeños o medianos), puede enviarse a las líneas de transmisión para su uso inmediato o puede almacenarse en una batería.
Un almacenamiento más eficiente de las baterías es clave para los avances de la energía eólica en el futuro. Una mayor capacidad de almacenamiento significa que en los días en que el viento sopla menos, la electricidad almacenada de los días más ventosos podría complementarla. La variabilidad del viento sería entonces un obstáculo menor para la fiabilidad de la electricidad eólica.
¿Qué es un parque eólico?
Un parque eólico es un conjunto de aerogeneradores que forman un tipo de central eléctrica que produce electricidad a partir del viento. No hay ningún requisito numérico oficial para que una instalación se considere un parque eólico, por lo que puede incluir unos pocos o cientos de aerogeneradores trabajando en la misma zona, ya sea en tierra o en el mar.
Ventajas y desventajas de la energía eólica
Pros:
- Cuando está bien colocada, la energía eólica puede producir electricidad de bajo coste y no contaminante alrededor del 90% del tiempo.
- Los residuos generados por un parque eólico son mínimos: no hay que transportar ni verter nada, no se necesita suministro de agua para refrigerar la maquinaria y no hay que fregar ni limpiar los efluentes.
- Una vez instalados, los aerogeneradores tienen un bajo coste de funcionamiento, ya que el viento es gratuito.
- Es flexible en cuanto al espacio: Puedes utilizar una pequeña turbina para alimentar una casa o un edificio agrícola, una gran turbina para las necesidades energéticas industriales, o un campo de turbinas gigantes para crear una fuente de energía a nivel de central eléctrica para una ciudad.
Se trata de un sistema de energía eléctrica.
Cons:
- La fiabilidad del viento puede variar. Además, los vientos débiles o fuertes apagarán una turbina y no se producirá electricidad en absoluto.
- Las turbinas pueden ser ruidosas dependiendo del lugar donde se coloquen, y a algunas personas no les gusta su aspecto. Los aerogeneradores caseros pueden ofender a los vecinos.
- Se ha comprobado que los aerogeneradores perjudican a la fauna, especialmente a los pájaros y a los murciélagos.
- Se ha comprobado que los aerogeneradores perjudican a la fauna.
- Tienen un coste inicial elevado, aunque se amortizan con relativa rapidez.
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