La energía eólica es una energía gratuita y limpia que participa en la reducción de los gases a efecto invernadero tales como el CO2. Las previsiones indican que 15% de la demanda energética mundial podría ser generada por este tipo de energía.
1Descripción:
La energía eólica es consecuencia de la radiación solar, ya que las masas de aire son calentadas por el sol. Esa variación de temperatura en la atmósfera genera movimientos de aire (viento), que son aprovechados por los aerogeneradores que captan esa energía cinética a través de las palas y la transforman en electricidad.
Las pequeñas eólicas son máquinas que ofrecen una potencia nominal comprendida entre 50 W y 100 kW. Existen dos tipologías en el sector de las eólicas, las de eje horizontal y las de eje vertical que no requieren ser orientadas al viento.
Las eólicas de eje horizontal son las más comunes y las que se utilizan en grandes potencias. Normalmente disponen de tres palas pero en modelos de pequeñas potencias pueden disponer de dos, cuatro o cinco. La principal ventaja de este tipo de sistema es su alto rendimiento y su inconveniente reside en su variación de eficacia causada por vientos fuertes.
Las eólicas de eje vertical disponen de multitud de variantes y configuraciones y son normalmente usadas, en zonas urbanas ya que pueden utilizar masas de aire provenientes de todas las direcciones y de forma instantánea... La principal ventaja de este tipo de tecnología es la de funcionar con cualquier tipo de viento y su principal inconveniente es su limitada eficacia.
2Componentes:
El viento en las eólicas de eje horizontal hacen girar las palas alrededor del eje, transmitiendo esa energía mecánica al generador a través del árbol de transmisión. Este componente es una caja de cambio que en vientos de poca magnitud multiplica con engranes la velocidad de rotación y con vientos fuertes, la frena, garantizando un régimen de funcionamiento constante. En el caso de mini y micro eólicas este elemento no existe, quedando unidos el eje y el generador. Esta rotación de la hélice (conjunto palas y eje) conlleva la producción de electricidad en el generador.
Los principales elementos que componen una instalación de eólica de pequeña potencia son los que a continuación se enumeran:
- Aerogenerador: Transforma la energía del viento en energía eléctrica.
- Inversor: Transforma la corriente continua en energía eléctrica alterna.
- Regulador: Controla la generación eléctrica del aerogenerador y el estado de la batería.
- Batería: Se encarga de almacenar la energía generada para su uso posterior.
3Aplicaciones y criterios de implantación:
Se pueden clasificar las eólicas de pequeña potencia de la siguiente manera:
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Potencia eólica de 50 W a 250 W: |
Micro sistemas utilizado en pequeñas aplicaciones tales como recarga de baterías, zonas de bombeo aisladas, marina, etc… |
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Potencia eólica de 250 W a 1.5 kW: |
Mini sistema utilizado en aplicaciones de baja potencia como recarga de baterías de zonas aisladas, zonas rurales, domestico, etc… |
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Potencia eólica de 1.5 kW a 15 kW: |
Doméstico utilizado para generar energía eléctrica en instalaciones domesticas o reducir consumos de edificios de tipo centros deportivos, hoteles, etc… |
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Potencia eólica de 15 kW a 100 kW: |
Pequeño comercial utilizado para generar energía eléctrica en instalaciones comerciales, fábricas granjas y reducir consumos de edificios de tipo centros deportivos, hoteles, etc… |
4Eficiencia y producción de electricidad:
La curva de potencia es una de las más importante características de un equipo eólico, ya que representa la distribución instantánea por cada velocidad de viento medida a la altura del eje del generador. Las eólicas entregan la máxima potencia para vientos de 15 m/s, ya que una regulación electrónica limita la potencia entregada y la mantiene constante en un rango de viento comprendido entre 15 y 25 m/s.
El viento entrega una energía gratuita caprichosa y requiere de un estudio detallado, ya que el potencial de energía producible por la instalación puede variar con base en obstáculos, alturas, etc. Un estudio individualizado es por lo tanto aconsejado y puede ser efectuado como sigue:
- Toma de medidas: en sitio, para determinar el potencial eólico, realizando medidas en periodos de un año. Estas mediciones se efectúan poniendo una torre con captadores que registran los vientos a diferentes alturas. Estos valores obtenidos posteriormente son analizados y cotejados con los datos de 10 años de una estación climatológica. El rango de error de las medidas obtenidas no supera el 10%, pero su costo es elevado por la puesta de una torre de mediciones y el tratamiento de los datos obtenidos.
- Modelado: Hoy en día, existen programas de cálculo que permiten llevar a cabo la modelización de los vientos con base en la localización geográfica, altura de torre y obstáculos colindantes. Su fiabilidad es menor a la toma de datos en sitio (30 % de error) pero su costo es mínimo.
- Mapas de vientos: Este método no debe ser empleado ya que ofrece una visión general de la zona pero no tiene en cuenta obstáculos y alturas. Puede dar una visión general del potencial pero no puede ser usado para una previsión de producción.
Una vez realizado el estudio, se procede a analizar con detalle el tipo de equipo a instalar considerando tanto las características del viento como del terreno. Hay que tener en cuenta que el rendimiento de las turbinas es diferente según la naturaleza del viento, y en algunos casos las eólicas pierden una gran parte de su eficacia en caso de turbulencias.
Básicamente la potencia del viento que se puede obtener, se rige por la siguiente ecuación:
Donde,
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Pviento |
: potencia del viento (W) |
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ρ |
: Masa volumétrica del aire (1,2 kg/m³ a 20ºC) |
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S |
: Superficie de rotación de las palas |
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V |
: Velocidad del viento en m/s |
Existe una ley denominada el Límite de Betz que estipula la máxima potencia extraíble del viento y cuya ecuación es la siguiente:
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Pmecánica |
: Potencia mecánica aprovechable (W) |
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Pviento |
: Potencia del viento (W) |
Tal y como se observa la máxima potencia aprovechable según este límite es de 59% de la potencia del viento existente.
5Ventajas e Inconvenientes:
Como principales ventajas de una instalación eólica se destacan las siguientes:
- Fuente de energía sostenible y limpia.
- Su instalación es muy simple y puede ser retirada sin dificultad.
- Generación modular y escalable, pueden instalarse los aerogeneradores que se requieran.
- Energía rentable en sitios de fuertes vientos.
Como inconvenientes principales tenemos los siguientes:
- Contaminación visual y sonora.
- La producción eléctrica no es continua y depende de las condiciones climatológicas.
- Riesgo de colisiones de pájaros con las palas.
6Costos y vida de las instalaciones
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Costo aproximado de la inversión |
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El costo de la instalación varía según el fabricante, instalador y zona de ubicación. (Cubierta, torre, etc.) |
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Tiempo de vida |
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El tiempo de vida se sitúa en 20 años con un buen mantenimiento. |
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Gasto de mantenimiento |
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El costo aproximado del gasto de mantenimiento es en torno a 1% y 2% del valor de la inversión por año. |
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Producción media |
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Se estima en torno a 25% de tiempo de funcionamiento equivalente a potencia nominal. (2200 horas/año). Este valor es indicativo ya que varía con base en la tecnología de las turbinas, obstáculos y vientos de la zona. En zonas urbanas el tiempo suele ser no superior a 1000 horas/año. |
7Conclusión
La inversión requerida para la instalación de una eólica disminuye cuanto más elevada es la potencia de la misma. Además, el rendimiento de producción es proporcional al tamaño de la eólica. Estos dos aspectos favorecen sin ningún lugar a dudas la implantación de eólicas de gran tamaño.
En conclusión, la energía eólica es una fuente con numerosos beneficios tanto ambientales como económicos. En grandes instalaciones y parques eólicos la inversión por kilovatio es generalmente 5 veces menor que las pequeñas instalaciones y su rendimiento de producción es mayor, implicando tiempos de retorno interesantes así como un costo de producción relativamente bajo. Sin embargo, las eólicas de pequeña potencia, en pocas ocasiones superan las 1000 horas de uso por año, y el costo de la inversión en esos tamaños hacen que la rentabilidad de las inversiones superen los 8 años de tiempo de retorno, limitando el uso de esas tecnologías a casos concretos de necesidad de suministro eléctrico en zonas aisladas y no como fuente de mejora energética rentable.