Con más de 30.000 MW de potencia acumulada, la energía eólica ha sido la primera fuente de generación eléctrica en España en 2023, superando el 24% de cobertura de la demanda. Todo apunta a que los resultados de 2024 serán similares, consolidándose como la tecnología que más electricidad genera en nuestro país. Los más de 22.000 aerogeneradores instalados en España ya generan más de 61.000 GWh eólicos.
En 2022 se instalaron 1.640 MW eólicos, cifra relevante, pero muy por debajo de los 4 GW anuales que sería necesario instalar para poder alcanzar en 2030 el objetivo eólico de 62 GW contemplado en la propuesta del Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) remitida a la Comisión Europea para su aprobación. Gigavatios necesarios no solo para el consumo directo de los hogares y empresas sino para consumos industriales de sectores clave como el hidrógeno renovable. Por tanto, si la eólica no puede cumplir con el ritmo de instalación adecuado, las implicaciones son multisectoriales.
España es el quinto país del mundo por potencia eólica instalada, tras China, Estados Unidos, Alemania e India, y el segundo en Europa por detrás de Alemania.
¿Qué es la energía eólica?
La energía eólica es la producida por la fuerza del viento. Es un tipo de energía renovable, cuya fuente es la inagotable fuerza del viento. Uno de sus primeros usos fue para la navegación en vela, en la que la fuerza del viento es utilizada para impulsar un barco.
Una característica de esta energía renovable, es la potencia que puede ofrecer. Cuanto mayor es el número de molinos, mayor será la potencia que genera. Una limitación de esta característica es la disposición geográfica.
En la actualidad se utiliza, sobre todo, para mover aerogeneradores. En otras palabras, la energía eólicaactúa sobre molinos que a través de un generador producen energía eléctrica. Suelen agruparse en parques eólicos, concentraciones de aerogeneradores necesarias para que la producción de energía sea rentable.
En España podemos encontrar grandes parques de generación de energía eólica como está sucediendo con otras energías renovables como: la termosolar o la biomasa.
Le energía eólica es un tipo de energía renovable cuya fuente es la fuerza del viento. La forma típica de aprovechar esta energía es a través de la utilización de aerogeneradores o turbinas de viento.
Ventajas de la energía eólica
Sin lugar a dudas, el gran desarrollo de esta energía renovable en los últimos tiempos es debido a sus magnificas ventajas. Veamos las ventajas más representativas:
✅ Es una energía renovable no contaminante y sostenible
✅ La materia prima es el viento, una fuerza de la naturaleza inagotable y limpia
✅ No utiliza combustión, por lo tanto es una energía económica
✅ Aprovecha las zonas áridas, o no cultivables por su topografía
✅ No daña el suelo y sus fines agrícolas o ganaderos
✅ Genera empleo
✅ Es segura y fiable
✅ Ahorra gasto de combustible en centrales térmicas y/o hidroeléctricas
✅ Su impacto ambiental es bajo
Inconvenientes de la energía eólica
A pesar de las anteriores ventajas, aun no es una tecnología perfecta, y hemos advertido algunos inconvenientes
✅ Es discontinua, su intensidad y dirección cambian repentinamente
✅ La fluctuación en la intensidad del viento produce apagones y daños
✅ Requiere cables de alta tensión más gruesos para evacuar la producción
✅ No es almacenable
✅ Altera el paisaje
✅ Perjudica el ecosistema y causa mortalidad en la avifauna
¿Cómo funciona la energía eólica en España?
Las palas del viento, giradas por la acción del viento, transforman la energía cinética generada por el viento en energía mecánica. Más tarde, un generador conectado a las palas transforma la energía mecánica provocada por la rotación de las palas en energía eléctrica.
Las palas de los aerogeneradores están conectadas a un generador o también llamado rotor. Este está conectado a un eje situado en el extremo. Envía la energía de rotación al generador eléctrico colocado en la base de la estructura. Este generador utiliza algunos imanes y propiedades de inducción electromagnética para producir un voltaje eléctrico y, por lo tanto, produce energía eléctrica.
Existen varios tipos de turbinas y varios tipos de cuchillas dependiendo de su tamaño o tipo de eje. Sólo el 59% de la energía cinética se puede convertir en energía mecánica. Esto es debido a la desaceleración que sufre el viento motivado por la resistencia del aerogenerador.
La energía eólica en España en 2024
Curiosidades de la energía eólica: el origen
Todas las energías renovables son generadas directa o indirectamente por el Sol, a excepción de la energía geotérmica y mareomotriz. El sol irradia una cantidad de 174.423.000.000.000 kilovatios hora de energía a la tierra por hora. Aproximadamente del 1 al 2 por ciento de la energía proveniente del sol se convierte en energía eólica. Eso es alrededor de 50 a 100 veces más que la energía convertida en biomasa por todas las plantas en la tierra.
Las regiones alrededor del ecuador, a 0 ° de latitud, son calentadas más por el sol que el resto del globo. El aire caliente es más ligero que el aire frío y se elevará hacia el cielo hasta que alcance aproximadamente 10 km de altitud y se extenderá hacia el norte y el sur. Si el globo no girara, el aire simplemente llegaría al Polo Norte y al Polo Sur, se hundiría y regresaría al ecuador.
La dirección del viento está condicionada por efectos topográficos y por la rotación de la Tierra. El conocimiento de las direcciones dominantes es fundamental para instalar los equipos aerogeneradores elegidos para transformar la energía proveniente de este recurso. Los aerogeneradores se deben colocar en lugares donde exista la menor cantidad de obstáculos posibles en estas direcciones.
El almacenamiento de energía eólica
Almacenamiento de energía eólica en la planta de Barasoain
La planta de Barasoain está dotada de un sistema de almacenamiento integrado por dos baterías ubicadas en sendos contenedores.
Una batería de potencia de 1 MW/0,39 MWh y otra batería de energía de respuesta más lenta y mayor autonomía, de 0,7 MW/0,7 MWh.
La primera batería es de respuesta rápida y es capaz de mantener 1 MW de potencia durante 20 minutos. La segunda batería tiene una respuesta más lenta y es capaz de mantener 0,7 MW durante 1 hora.
Ambas están conectadas a un aerogenerador AW116/3000, de tres megavatios de potencia nominal y tecnología Nordex-Acciona Windpower, del que toman la energía.
Esta turbina eólica es una de las cinco que integran el Parque Eólico Barasoain. Todo el sistema se gestiona mediante un paquete de control desarrollado por Acciona Energía, y está permanentemente supervisado por el Centro de Control de Energías Renovables (Cecoer) de la compañía.
Formación de energías y eficiencia energética
La energia eolica a pequeña escala
No existe una clasificación convencional que defina la energía eólica a pequeña escala. No obstante, en este apartado nos referiremos a una potencia instalada inferior a 100 kW. El motivo es establecer una analogía con las instalaciones hidroeléctricas, teniendo en cuenta que por debajo de los 20-30 kW aproximadamente, el uso que se le dará será el doméstico. Mientras que superando esa potencia se tratará de aplicaciones industriales, normalmente de unos centenares de kW.
La potencia de una instalación mini-eólica se calcula mediante la fórmula:
P = r/2 Cp h A v3
donde:
P = potencia medida en Vatios
r = densidad de la masa de aire medida en kg/m3
Cp = coeficiente de potencia máximo de una turbina ideal de eje horizontal, igual a 16/27 = 0.593
h = eficiencia mecánica y eléctrica de la turbina
A = área circular de movimiento de las palas del rotor y en la que se mueve la masa de aire expresada en mq
v = velocidad de la masa de aire antes de pasar por las palas, medida en m/s
Para este tipo de instalación se puede considerar, a causa de inevitables factores de escala, un rendimiento global comprendido entre 0,3 y 0,6, o sea, inferior a las instalaciones eólicas de dimensiones normales.
Los principales aspectos a considerar son:
Configuración de las turbinas
La mayoría de los mini-generadores son de eje horizontal con rotor a barlovento respecto a la torre (el viento encuentra primero las palas y luego el soporte) y conicidad nula (el plano de rotación de las palas forma una línea paralela ideal con la horizontal).
Existen diferentes configuraciones de turbinas eólicas: monopala, bipala, tripala, multipala. El aumento del número de palas disminuye la velocidad de rotación, aumenta el rendimiento y encarece el precio de estas turbinas.
Excluyendo la monopala y la multipala que tienen aplicaciones especiales, el mercado se ha concentrado en la bipala y en la tripala, orientándose sobre todo hacia esta última configuración.
La configuración de turbina tripala permite un motor más uniforme y, por lo tanto, la vida útil alcanza una mayor duración. La energía producida es ligeramente superior, es decir, se obtiene un rendimiento mayor. Además, son visualmente menos agresivos, gracias a que tienen una configuración más simétrica y una velocidad de rotación más baja.
Una ventaja de integración paisajística es que es que la velocidad de rotación menor es más relajante para los ojos de quien la observa. Por lo tanto, se reduce el impacto visual sobre el paisaje.
Material de composición de las palas
La mayor parte de las turbinas mini-eólicas utilizan palas fabricadas con metal plaqueado, poliéster reforzado con fibra de vidrio o, en menor proporción, con fibras de carbono, y raramente madera. Se ha dejado de utilizar el aluminio por su tendencia a deformarse bajo esfuerzo.
Orientación de las palas de energia eolica pequeña escala
El tamaño reducido de las turbinas mini-eólicas no permite colocar motores con orientación del rotor en la dirección del viento.
Sin embargo, casi todas las miniturbinas tienen brazos direccionales para orientar el rotor en la dirección del viento.
La robustez
Para obtener un buen rendimiento, las turbinas tienen que situarse en lugares batidos por vientos consistentes: para las máquinas de minieólica, teniendo en cuenta su reducido tamaño, es fundamental la robustez.
El peso
Los aerogeneradores de energia eolica pequeña escala más pesados han dado pruebas de ser de mayor robustez y fiabilidad que los más ligeros.
El peso de una turbina de minieólica comparada con el área batida por su rotor es un buen indicador de elección entre máquinas diferentes. Este peso se conoce como masa específica, y es medible en kg/mq. Normalmente, a una masa específica más alta corresponde un precio más alto.
El control de la potencia
En régimen de viento fuerte, las turbinas tienen que tener un sistema de posicionamiento pasivo del rotor que desvíe el eje respecto al de rotación de la pala.
La mayor parte de las micro y miniturbinas se dobla sobre una bisagra, de modo que el rotor gire hacia el brazo direccional. Este giro puede ser vertical u horizontal.
La velocidad del viento a la que se realiza la desalineación y la forma en la que se verifica dependen de la bisagra colocada entre el brazo direccional y la góndola.
Los generadores
La mayor parte de las turbinas eólicas utiliza alternadores de imán permanente: se trata de la configuración más sencilla y robusta. Para las turbinas de uso doméstico, las configuraciones de alternador pueden ser las siguientes: imán permanente, alternador convencional con devanado del campo y generador de inducción.
La elección del lugar de instalación
El lugar de colocación de la turbina tendrá que ser determinado debidamente a través de un estudio de la zona.
Por una parte, la cercanía de los elementos que van a utilizar la energía puede resultar perjudicial para la funcionalidad de la máquina (interferencia del viento debida a la proximidad de los edificios).
Además, hay que tener en cuenta el impacto del inevitable ruido producido por la turbina. Por otra parte, la lejanía de los elementos hace que los costes de cableado y enterramiento de las líneas eléctricas sean mayores, además de aumentar la dispersión de energía.
Hace falta encontrar una justa relación entre los dos términos. Se debe considerar la importancia de que la posición de la máquina sea segura. Es decir, buscar un lugar donde, incluso en caso de caída, los daños sean limitados.
Existen casos de aerogeneradores colocados en los tejados de las casas. Se trata de una modalidad bastante controvertida. Por una parte, tiene la ventaja que el montaje es más sencillo. Por la otra parte, presenta el inconveniente de las vibraciones transmitidas por la turbina a las estructuras sobre el edificio que se monta, y de las turbulencias que se van creando alrededor de los tejados. Esto último, causa de una reducción de la potencia generada. La instalación más común sigue siendo la torre, de celosía, tubular o arriostrada.
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Siempre ha trabajado en ingeniería de aguas y energía en grandes empresas como FCC y ACS. Actualmente, lidera el equipo de TECPA y disfruta con la docencia de contenidos innovadores.
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