Un reciente estudio publicado en
la prestigiosa
revista Nature Energy sugiere que tanto las turbinas basadas en tierra, como
especialmente las que se instalan en la costa (instalaciones denominadas “off-shore”)
tienen un gran potencial de crecimiento, lo que permitirá que esta fuente de
energía, ya muy madura desde el punto de vista tecnológico, pueda seguir
reduciendo costes en el inmediato futuro. De acuerdo con las conclusiones que
se establecen en el artículo mencionado, el diseño de las turbinas del futuro
será dependiente del proyecto concreto al que se piensen destinar, pero el
tamaño seguirá aumentando.
¿Por qué es deseable aumentar el tamaño de los
aerogeneradores?
La potencia (y por lo tanto, la
energía) que produce un generador es proporcional al área barrida por sus
aspas, por lo tanto, mayor diámetro del rotor implica mayor potencia y por
consiguiente, menor número de turbinas para obtener una energía determinada,
con la evidente reducción de costes que esto significa. De acuerdo con esto,
para las instalaciones basadas en tierra, se pronostica una tendencia en el
aumento de las prestaciones de las turbinas que muestra la siguiente figura,
donde se puede ver la evolución experimentada en la potencia, el diámetro del
rotor y la altura de la torre de soporte, desde 1980 y su proyección al año
2030, para turbinas situadas en tierra:
Evolución promedio de la potencia (en MW), altura del rotor (HH, en
metros) y del diámetro del rotor (RD, en metros) de los generadores eólicos
basados en tierra desde 1980. Fuente de la figura: Berkeley Lab, Electricity markets &
Policy group
Evidentemente, aumentar el
diámetro de los rotores y por lo tanto de la longitud de las aspas, lleva
aparejados enormes problemas logísticos de transporte e instalación de los
componentes de estos gigantes.
Transporte del aspa de una turbina de 83 metros de
largo.
Puerto de Bahía Blanca, Argentina
Una duda que se plantea en estos
momentos es si la tecnología eólica para aplicaciones terrestres está
alcanzando sus límites, debido a las leyes físicas de escalado o a la logística
del transporte que la figura anterior muestra, lo que podría traducirse en que
ya se ha alcanzado el tamaño óptimo de las turbinas y que mayores tamaños sólo
añadirían costos, perdiendo la ventaja ofrecida por la mayor potencia unitaria.
En el artículo mencionado, se responde a esta y otras cuestiones indicando que
todavía hay margen para el aumento, en especial en turbinas “off-shore”.
Uno de las principales razones del
auge de la tecnología eólica es el desarrollo de las instalaciones “off-shore”.
La energía eólica marina y la energía eólica basada en tierra están
tomando caminos tecnológicos diferenciados. Mientras que en tierra, los
generadores no están creciendo tan rápido en tamaño, en las costas estamos
viendo cada vez potencias más grandes. La eólica “off-shore” está
creciendo a pasos agigantados, gracias a la apuesta por esta tecnología
en Alemania, Reino Unido o Dinamarca. Como consecuencia de lo anterior,
las turbinas off-shore continuarán creciendo en potencia y por
consiguiente en diámetro de rotor. De hecho, hoy día ya hay instalaciones que
emplean turbinas con potencias en el margen 6-8 MW. Esto se debe, al menos en parte, a la logística
más simplificada que representa el transporte de estos artefactos a ubicaciones
costeras.
Evolución promedio de la potencia (en MW), de la altura del soporte (HH,
en metros) y del diámetro del rotor (RD, en metros) de los generadores eólicos
marinos desde 1980, con la previsible proyección hasta 2030. Fuente de la
figura: Berkeley Lab, Electricity markets & Policy group.
Pero no hay que perder de vista
que los costos al margen de los propios de fabricación de las turbinas, es
decir, los costos de inversión y construcción de las fábricas que los
producen son enormes. Por lo tanto, el aumento en el tamaño de las
turbinas debe llevar aparejada una reducción de costos por MW para que sea
rentable seguir incrementando las dimensiones de los generadores.
La turbina eólica marina más potente
Con el doble de altura que la
Estatua de la Libertad y el Big Ben, la turbina eólica más grande del mundo
tendrá una altura de más de 260m cuando se mide desde la base hasta la punta de
la pala, con rotores de 220m de diámetro y generará suficiente energía limpia
para 16.000 hogares.
El Haliade-X 12 MW también cuenta
con un factor de capacidad del 63%, cinco puntos por encima del estándar de la
industria. Y todo está en nombre de la eficiencia, ya que las palas más grandes
hacen que las turbinas sean más resistentes a las variaciones en la velocidad
del viento, según GE Renewable Energy, cuyo equipo está desarrollando las
inmensas turbinas eólicas.
El mero tamaño de la turbina de
GE, llamada Haliade-X, significa que puede atrapar una gran cantidad de viento,
lo que es bueno para la producción de energía, pero el inconveniente es que
necesita una eficiente estructura de soporte para mantener el rotor en el
viento. A medida que escala el tamaño del rotor, los costos de la turbina
aumentarán más rápido que los rendimientos incrementales que obtiene el rotor
más grande. El equipo resolvió este problema con el software, usando algoritmos
para procesar datos de la turbina y compensar las altas fuerzas que produce el
viento.
La turbina operativa más grande
actual, desarrollada como parte de una empresa conjunta entre Mitsubishi Heavy
Industries (MHI) y Vestas, tiene un diámetro de rotor de 164 metros y un
generador de 9.5 megavatios. La siguiente más grande, desarrollado por Gamesa y
Areva, tiene un diámetro de rotor de 180 metros y una hoja de 88,4 metros, pero
su generador de ocho megavatios es más pequeño en comparación con la turbina
MHI / Vesta. Supertamaño y eficiente energéticamente la turbina Haliade-X se
compondrá de un generador de 12 megavatios, ubicado a 150 metros sobre el mar,
y cada uno de ellos podrá producir 67 gigavatios-hora de energía por año, lo
que es suficiente para alimentar a 16,000 hogares (en base a las condiciones de
viento típicas del Mar del Norte).GE también afirma que cada turbina producirá
un 45% más de energía que cualquier otra turbina eólica marina disponible en la
actualidad. El tamaño de cada una también permitiría a los operadores construir
parques eólicos con menos turbinas, tender menos cables y reducir los costos de
construcción, mantenimiento y otros costos de capital. El viento cerca de la
costa es más intenso y rentable. Los parques eólicos marinos han sido el foco
de una innovación considerable, superando el desarrollo en el sector eólico
terrestre. Por ejemplo, el parque eólico flotante Hywind de Statoil, ubicado
frente a la costa de Aberdeenshire, Escocia, produjo el 65% de su capacidad
teórica máxima en los meses de noviembre, diciembre y enero, según EcoWatch. En
comparación, los parques eólicos en tierra típicamente producen entre el 45% y
el 60% de su capacidad teórica durante el mismo período, dijo EcoWatch.
Los 5 aerogeneradores Siemmens de 6 Mw del parque eólico Hywind Escocia.
Conclusiones
Debido al gran desarrollo que ha
alcanzado la tecnología de los aerogeneradores, esta fuente renovable es hoy en
día la primera de las tecnologías renovables modernas y junto a la energía
solar fotovoltaica se presenta como el futuro de la energía para un escenario
de agotamiento de los combustibles fósiles. Su desarrollo futuro, con el
aumento de parques basados en tierra y especialmente en las costas marinas,
donde los vientos son muy constantes y por lo tanto predecible la cantidad de
energía a obtener en un determinado período de tiempo, hace que el futuro de
esta tecnología se presente muy optimista y en crecimiento continuo.
Hoy
en día, la energía eólica es la tecnología renovable “moderna” más extendida, y
es la segunda fuente de obtención de energía de fuentes renovables, detrás de
la hidráulica. Al final del 2017, la energía eólica suministró cerca del 5% de
la demanda global de energía eléctrica, cuando al final de 2006 había
suministrado menos del 1%. Este crecimiento se ha conseguido por la suma de dos
factores: unas políticas públicas que han incentivado su uso en los principales
países industrializados y unos avances sustanciales en la tecnología de fabricación
de los aerogeneradores.
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