ENTORNO TECNOLOGICO
Aerogeneradores: lo que el viento nos traerá
Las energías renovables han constituido una parte importante de la energía utilizada por los humanos desde tiempos remotos, especialmente la solar, la eólica y la hidráulica. La navegación a vela, los molinos de viento o de agua y las disposiciones constructivas de los edificios para aprovechar la del Sol son buenos ejemplos de ello.
Las fuentes de energía renovables son distintas a las de combustibles fósiles o centrales nucleares, debido a su diversidad y abundancia. Se considera que el Sol abastecerá estas fuentes de energía (radiación solar, viento, lluvia, etcétera) durante los próximos cuatro mil millones de años. Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones potenciales de la energía renovable se concentran en la producción de electricidad.
Las plantas de energía eólica trabajan sobre el principio de la fuerza aerodinámica. El golpe del viento en la lámina del rotor genera presión positiva por debajo del aspa, mientras por encima de ella se genera presión negativa. Esta diferencia de presiones genera una fuerza de elevación, que las centrales modernas de energía eólica utilizan para su funcionamiento y, por tanto, para la producción de electricidad.
Vientos con potencia de grado 3, que son comunes sobre el Mar del Norte, en el sector meridional de América del Sur, en la isla australiana de Tasmania y en los Grandes Lagos en el norte de Estados Unidos, así como también en otras áreas, son especialmente ventajosos para las plantas de energía eólica. Sólo sería necesario aprovechar estos vientos. Mediciones realizadas por investigadores estadunidenses en 8 mil sitios han demostrado que podrían satisfacerse las necesidades de electricidad de todo el mundo con energía eólica, sólo con la condición de utilizarla eficazmente.
Sin embargo, las áreas convenientes para la instalación de grandes plantas de energía eólica son escasas, por lo que se están depositando grandes esperanzas en las centrales que están siendo establecidas en el mar.
Alrededor del mundo se están instalando algunos parques eólicos costeros, por ejemplo en Dinamarca, Suecia, Países Bajos, Alemania e Inglaterra. El hecho de que la producción de energía generada en el mar sea alrededor de 50 por ciento más alta se debe a que, entre otros factores, la superficie del agua casi no ofrece áreas de fricción al viento.
Todas las fuentes de energía renovables (excepto la maremotriz y la geotérmica), e incluso la energía de los combustibles fósiles, provienen, en último término, del Sol. El astro rey irradia 174 billones 423 mil millones de kilovatios (kw) de energía por hora hacia la Tierra.
Alrededor de uno a 2 por ciento de la energía proveniente del Sol es convertida en energía eólica. Esto supone una energía alrededor de 50 a 100 veces superior a la convertida en biomasa por todas las plantas de la tierra.
Existen varias ventajas competitivas de la energía eólica con respecto a otras opciones, como son:
- Se reduce la dependencia de combustibles fósiles.
- Los niveles de emisiones contaminantes, asociados al consumo de combustibles fósiles, se reducen en forma proporcional a la generación con energía eólica.
- Las tecnologías de la energía eólica se encuentran desarrolladas para competir con otras fuentes energéticas.
- El tiempo de construcción es menor con respecto a otras opciones energéticas.
- Al ser plantas modulares, son convenientes cuando se requiere tiempo de respuesta de crecimiento rápido.
Un sistema conversor de energía eólica se compone de dos partes principales: 1. El rotor, que convierte la energía cinética del viento en un movimiento rotatorio en la flecha principal del sistema. 2. Un sistema de transmisión, que acopla esta potencia mecánica de rotación de acuerdo con el tipo de aplicación. El rotor puede ser de eje horizontal o vertical; éste recupera, como máximo teórico, 60 por ciento de la energía cinética del flujo de viento que lo acciona. Está formado por las aspas y la maza central, donde se fijan éstas y se unen a la flecha principal; el rotor puede tener una o más aspas. Un rotor pequeño, de dos aspas, trabaja a 900 revoluciones por minuto (rpm), en tanto uno grande, de tres aspas y 56 metros de diámetro, lo hace a 32 rpm. El rotor horizontal de tres aspas es el más usado en los aerogeneradores de potencia, para producir electricidad trifásica conectada a los sistemas eléctricos de las empresas suministradoras.
En los aerogeneradores de potencia, el sistema de control lo constituye un microprocesador que analiza y evalúa las condiciones de operación considerando rumbo y velocidad del viento; turbulencia y rachas; temperaturas en el generador, en la caja de transmisión y en los baleros de la flecha principal. Además, muestrea la presión y la temperatura de los sistemas hidráulicos de los frenos mecánicos de disco en la flecha, sus rpm, así como los voltajes y corrientes de salida del generador. Detecta vibraciones indebidas en el sistema, optando por las mejores condiciones para arrancar, parar, orientar el sistema al viento y enviar señales al operador de la central eoloeléctrica sobre la operación del mismo.
La torre que soporta al aerogenerador de eje horizontal es importante, ya que la potencia del viento es función del cubo de su velocidad y el viento sopla más fuerte entre más alto está del suelo; por ello, el eje del rotor se sitúa por lo menos a 10 metros en aerogeneradores pequeños y hasta 50 o 60 metros del suelo en las máquinas de mil kilovatios. En un aerogenerador de 500 kilovatios son típicas las torres de 40 metros, y éstas pueden ser de dos tipos: la tubular, recomendada en áreas costeras, húmedas y salinas, y la estructural o reticular, propia de regiones secas y poca contaminación atmosférica, por ser más baratas y fáciles de levantar.
Aerogeneradores del tamaño de megavatios, cimentaciones más baratas y nuevos conocimientos sobre las condiciones eólicas en el mar están mejorando la economía de la energía eólica marina.
Cuando ya está resultando económica en las buenas localizaciones terrestres, la energía eólica está a punto de cruzar otra frontera: la frontera económica marcada por la línea de costa. Los investigadores y proyectistas están a punto de desafiar el saber convencional sobre tecnologías de generación de electricidad: la energía eólica en el mar está siendo rápidamente competitiva con las otras tecnologías de producción de energía.
La tecnología de materiales que permitan estructuras más esbeltas y ligeras, más resistentes a la oxidación y la corrosión, y más fuertes a la vez, así como de supermagnetos en los generadores, permitirá desarrollar nuevos conceptos más confiables y económicos.
Para el año 2020, la Asociación Europea de Energía Eólica estima tener más de 20 mil megavatios instalados de potencia eólica para generación de electricidad. China y la India son dos países que han decidido dar un impulso grande a esta forma de generación eléctrica, para lo cual se han asociado con empresas europeas para fabricar en esos países el equipamiento requerido. En América Latina, Costa Rica y Argentina llevan la delantera, con 20 y 9 megavatios, respectivamente.
En México, el desarrollo de la tecnología de conversión de energía eólica a electricidad se inició con un programa de aprovechamiento de la energía eólica en el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en febrero de 1977, cuando la gerencia general de operación de la Comisión Federal de Electricidad cedió al IIE la Estación Experimental Eoloeléctrica de El Gavillero. El conocimiento del recurso energético eólico en México está a nivel exploratorio y de reconocimiento, pero existe sin duda un gran potencial en este campo.
La asimilación de una tecnología energética emergente corresponde a un proceso político social en el que la correlación de fuerzas se inclina hacia un cambio de paradigma, que hace posible la transición energética. La conciencia de la necesidad de diversificar los energéticos primarios para generación eléctrica, en un contexto de energías renovables, generación distribuida y administración de demanda, apenas empieza a permear en un medio donde las inercias son muy grandes. El sector eléctrico a escala mundial es muy reticente a introducir cambios, y ha sido a través de coacción gubernamental, modificando leyes y reglamentos, e incluso estableciendo sanciones, como se han podido inducir las transformaciones necesarias en el sector eléctrico.
Lo que en este momento se puede esperar es que, dados los graves disturbios climatológicos a escala mundial que se están viviendo a consecuencia del cambio climático originado por actividades humanas -y el sector energético es el principal responsable de ello-, se tomen a nivel internacional medidas promocionales a la difusión masiva de tecnologías de generación eléctrica a partir de energías renovables. Si al inicio de este año México arranca un enérgico programa de desarrollo de centrales eoloeléctricas, podría alcanzarse la cifra de 5 mil megavatios para 2010; aun así, para entonces más de mitad de la generación eléctrica en México sería a partir de combustibles fósiles.