La energía eólica es el uso de la energía del viento para generar trabajo útil. Históricamente, la energía eólica se utilizaba mediante velas , molinos de viento y aerobombas , pero hoy en día se utiliza sobre todo para generar electricidad. Este artículo trata únicamente de la energía eólica para la generación de electricidad. Hoy en día, la energía eólica se genera casi en su totalidad con aerogeneradores , generalmente agrupados en parques eólicos y conectados a la red eléctrica .
En 2022, la energía eólica suministró más de 2.304 TWh de electricidad, lo que representó el 7,8% de la electricidad mundial. [1] Con alrededor de 100 GW agregados durante 2021, principalmente en China y Estados Unidos , la capacidad de energía eólica instalada global superó los 800 GW. [2] [3] [4] 32 países generaron más de una décima parte de su electricidad a partir de energía eólica en 2023 y la generación eólica casi se ha triplicado desde 2015. [1] Para ayudar a cumplir los objetivos del Acuerdo de París para limitar el cambio climático , los analistas dicen que debería expandirse mucho más rápido, en más del 1% de la generación de electricidad por año. [5]
La energía eólica se considera una fuente de energía renovable y sostenible , y tiene un impacto mucho menor en el medio ambiente en comparación con la quema de combustibles fósiles . La energía eólica es variable , por lo que necesita almacenamiento de energía u otras fuentes de energía de generación despachables para lograr un suministro confiable de electricidad. Los parques eólicos terrestres (en tierra) tienen un mayor impacto visual en el paisaje que la mayoría de las demás centrales eléctricas por energía producida. [6] [7] Los parques eólicos ubicados en alta mar tienen un menor impacto visual y tienen factores de capacidad más altos , aunque generalmente son más caros. [2] La energía eólica marina actualmente tiene una participación de aproximadamente el 10% de las nuevas instalaciones. [8]
La energía eólica es una de las fuentes de electricidad con menor costo por unidad de energía producida. En muchos lugares, los nuevos parques eólicos terrestres son más baratos que las nuevas plantas de carbón o gas . [9]
Las regiones situadas en las latitudes más altas del norte y del sur tienen el mayor potencial de energía eólica. [10] En la mayoría de las regiones, la generación de energía eólica es mayor durante la noche y en invierno, cuando la producción de energía solar es baja. Por este motivo, las combinaciones de energía eólica y solar son adecuadas en muchos países. [11]
El viento es el movimiento del aire en la atmósfera terrestre. En una unidad de tiempo, digamos 1 segundo, el volumen de aire que ha pasado por un área es . Si la densidad del aire es , la masa de este volumen de aire es , y la transferencia de potencia, o transferencia de energía por segundo es . La potencia eólica es, por tanto, proporcional a la tercera potencia de la velocidad del viento; la potencia disponible se multiplica por ocho cuando la velocidad del viento se duplica. Un cambio de la velocidad del viento por un factor de 2,1544 aumenta la potencia eólica en un orden de magnitud (multiplicar por 10).
La energía cinética eólica global promedió aproximadamente 1,50 MJ/m2 durante el período de 1979 a 2010, 1,31 MJ/m2 en el hemisferio norte y 1,70 MJ/m2 en el hemisferio sur. La atmósfera actúa como un motor térmico, absorbiendo calor a temperaturas más altas y liberándolo a temperaturas más bajas. El proceso es responsable de la producción de energía cinética eólica a una tasa de 2,46 W/m2, lo que mantiene la circulación de la atmósfera contra la fricción. [14]
A través de la evaluación de los recursos eólicos , es posible estimar el potencial de energía eólica a nivel mundial, por país o región, o para un sitio específico. El Atlas Eólico Global proporcionado por la Universidad Técnica de Dinamarca en asociación con el Banco Mundial proporciona una evaluación global del potencial de energía eólica. [12] [15] [16] A diferencia de los atlas de recursos eólicos "estáticos" que promedian estimaciones de la velocidad del viento y la densidad de potencia a lo largo de varios años, herramientas como Renewables.ninja proporcionan simulaciones variables en el tiempo de la velocidad del viento y la potencia de salida de diferentes modelos de turbinas eólicas con una resolución horaria. [17] Se pueden obtener evaluaciones más detalladas y específicas del sitio del potencial de recursos eólicos de proveedores comerciales especializados, y muchos de los desarrolladores eólicos más grandes tienen capacidades de modelado internas.
La cantidad total de energía económicamente extraíble disponible a partir del viento es considerablemente mayor que el uso actual de energía humana de todas las fuentes. [18] La fuerza del viento varía, y un valor promedio para una ubicación determinada no indica por sí solo la cantidad de energía que una turbina eólica podría producir allí.
Para evaluar posibles emplazamientos de energía eólica, a menudo se ajusta una función de distribución de probabilidad a los datos de velocidad del viento observados. [19] Diferentes lugares tendrán diferentes distribuciones de velocidad del viento. El modelo de Weibull refleja fielmente la distribución real de las velocidades del viento por hora o por diez minutos en muchos lugares. El factor de Weibull suele estar cerca de 2 y, por tanto, se puede utilizar una distribución de Rayleigh como modelo menos preciso, pero más simple. [20]
Un parque eólico es un grupo de turbinas eólicas en el mismo lugar. Un parque eólico grande puede constar de varios cientos de turbinas eólicas individuales distribuidas en un área extensa. El terreno entre las turbinas puede usarse para fines agrícolas o de otro tipo. Un parque eólico también puede estar ubicado en alta mar. Casi todas las turbinas eólicas grandes tienen el mismo diseño: una turbina eólica de eje horizontal con un rotor de barlovento con 3 palas, unida a una góndola en la parte superior de una torre tubular alta.
En un parque eólico, las turbinas individuales están interconectadas con un sistema de recolección de energía de voltaje medio (a menudo 34,5 kV) [25] y una red de comunicaciones. En general, se establece una distancia de 7D (7 veces el diámetro del rotor de la turbina eólica) entre cada turbina en un parque eólico completamente desarrollado. [26] En una subestación, esta corriente eléctrica de voltaje medio se incrementa en voltaje con un transformador para la conexión al sistema de transmisión de energía eléctrica de alto voltaje . [27]
La mayoría de las turbinas modernas utilizan generadores de velocidad variable combinados con un convertidor de potencia de escala parcial o completa entre el generador de la turbina y el sistema colector, que generalmente tienen propiedades más deseables para la interconexión de la red y tienen capacidades de paso de bajo voltaje . [28] Las turbinas modernas utilizan máquinas eléctricas doblemente alimentadas con convertidores de escala parcial o generadores de inducción de jaula de ardilla o generadores sincrónicos (tanto permanentemente como eléctricamente excitados) con convertidores de escala completa. [29] El arranque en negro es posible [30] y se está desarrollando aún más para lugares (como Iowa ) que generan la mayor parte de su electricidad a partir del viento. [31]
Los operadores de sistemas de transmisión proporcionarán a los promotores de parques eólicos un código de red para especificar los requisitos de interconexión a la red de transmisión. Esto incluirá el factor de potencia , la constancia de la frecuencia y el comportamiento dinámico de las turbinas del parque eólico durante una falla del sistema. [32] [33]
La energía eólica marina son parques eólicos en grandes masas de agua, normalmente el mar. Estas instalaciones pueden aprovechar los vientos más frecuentes y potentes que hay en esos lugares y tienen un menor impacto visual en el paisaje que los proyectos terrestres. Sin embargo, los costes de construcción y mantenimiento son considerablemente más elevados. [35] [36]
A partir de noviembre de 2021, el parque eólico de Hornsea en el Reino Unido es el parque eólico marino más grande del mundo con 1.218 MW . [37]
Los parques eólicos cercanos a alta mar pueden estar conectados mediante CA y los alejados mediante HVDC. [38]
Los recursos de energía eólica no siempre se encuentran cerca de zonas con alta densidad de población. A medida que las líneas de transmisión se hacen más largas, las pérdidas asociadas con la transmisión de energía aumentan, ya que los modos de pérdidas en longitudes más cortas se exacerban y los nuevos modos de pérdidas ya no son despreciables a medida que aumenta la longitud, lo que dificulta el transporte de grandes cargas a grandes distancias. [39]
Cuando la capacidad de transmisión no alcanza a la capacidad de generación, los parques eólicos se ven obligados a producir por debajo de su potencial total o a dejar de funcionar por completo, en un proceso conocido como reducción de la producción . Si bien esto hace que la generación renovable potencial quede sin explotar, evita una posible sobrecarga de la red o un riesgo para la confiabilidad del servicio. [40]
Uno de los mayores desafíos actuales para la integración de la energía eólica en la red eléctrica en algunos países es la necesidad de desarrollar nuevas líneas de transmisión para transportar energía desde los parques eólicos, generalmente en áreas remotas poco pobladas debido a la disponibilidad de viento, a lugares de alta carga, generalmente en las costas donde la densidad de población es mayor. [41] Es posible que las líneas de transmisión existentes en lugares remotos no hayan sido diseñadas para el transporte de grandes cantidades de energía. [42] En determinadas regiones geográficas, las velocidades pico del viento pueden no coincidir con la demanda pico de energía eléctrica, ya sea en alta mar o en tierra. Una posible opción futura puede ser interconectar áreas geográficas ampliamente dispersas con una superred HVDC . [43]
En 2020, la energía eólica suministró casi 1600 TWh de electricidad, lo que representó más del 5% de la generación eléctrica mundial y alrededor del 2% del consumo de energía. [47] [3] Con más de 100 GW agregados durante 2020, principalmente en China , la capacidad de energía eólica instalada global alcanzó más de 730 GW. [2] [3] Pero para ayudar a cumplir los objetivos del Acuerdo de París para limitar el cambio climático , los analistas dicen que debería expandirse mucho más rápido, en más del 1% de la generación de electricidad por año. [5] La expansión de la energía eólica se está viendo obstaculizada por los subsidios a los combustibles fósiles . [48] [49] [50]
La cantidad real de energía eléctrica que puede generar la energía eólica se calcula multiplicando la capacidad nominal por el factor de capacidad , que varía según el equipo y la ubicación. Las estimaciones de los factores de capacidad para las instalaciones eólicas oscilan entre el 35% y el 44%. [51]
Como la velocidad del viento no es constante, la producción anual de energía de un parque eólico nunca es igual a la suma de los valores nominales del generador multiplicados por el total de horas en un año. La relación entre la productividad real en un año y este máximo teórico se denomina factor de capacidad. Hay datos en línea disponibles para algunas ubicaciones y el factor de capacidad se puede calcular a partir de la producción anual. [52] [53]
La penetración de la energía eólica es la fracción de energía producida por el viento en comparación con la generación total. La participación de la energía eólica en el uso mundial de electricidad en 2021 fue de casi el 7 %, [55] frente al 3,5 % en 2015. [56] [57]
No existe un nivel máximo de penetración eólica generalmente aceptado. El límite para una red en particular dependerá de las plantas generadoras existentes, los mecanismos de fijación de precios, la capacidad de almacenamiento de energía , la gestión de la demanda y otros factores. Una red eléctrica interconectada ya incluirá capacidad de generación y transmisión de reserva para permitir fallas en los equipos. Esta capacidad de reserva también puede servir para compensar la generación de energía variable producida por las centrales eólicas. Los estudios han indicado que el 20% del consumo total anual de energía eléctrica puede incorporarse con una dificultad mínima. [58] Estos estudios han sido para ubicaciones con parques eólicos geográficamente dispersos, cierto grado de energía despachable o energía hidroeléctrica con capacidad de almacenamiento, gestión de la demanda e interconectados a una gran área de red que permita la exportación de energía eléctrica cuando sea necesario. Las empresas eléctricas continúan estudiando los efectos de la penetración a gran escala de la generación eólica en la estabilidad del sistema. [59]
Se puede especificar una cifra de penetración de la energía eólica para diferentes duraciones de tiempo, pero a menudo se cita anualmente. Generar casi toda la electricidad a partir del viento anualmente requiere una interconexión sustancial con otros sistemas; por ejemplo, parte de la energía eólica en Escocia se envía al resto de la red británica . [60] Sobre una base mensual, semanal, diaria u horaria (o menos), la energía eólica podría suministrar tanto como o más del 100% del uso actual, y el resto almacenarse, exportarse o restringirse. La industria estacional podría entonces aprovechar los momentos de mucho viento y bajo uso, como por la noche, cuando la producción eólica puede superar la demanda normal. Dicha industria podría incluir la producción de silicio, aluminio, [61] acero o gas natural e hidrógeno, y el uso de un futuro almacenamiento a largo plazo para facilitar el 100% de energía a partir de energía renovable variable . [62] [63] [ se necesita una mejor fuente ] Los hogares y las empresas también pueden programarse para variar la demanda de electricidad , [64] [65] por ejemplo, activando de forma remota los termostatos del calentador de agua. [66]
La energía eólica es variable y, durante los períodos de poco viento, puede ser necesario reemplazarla por otras fuentes de energía. Las redes de transmisión actualmente hacen frente a las interrupciones de otras plantas de generación y a los cambios diarios en la demanda eléctrica, pero la variabilidad de las fuentes de energía intermitentes, como la energía eólica, es más frecuente que la de las plantas de generación de energía convencionales que, cuando están programadas para operar, pueden ser capaces de entregar su capacidad nominal alrededor del 95% del tiempo.
La energía eléctrica generada a partir de energía eólica puede ser muy variable en varias escalas de tiempo diferentes: horaria, diaria o estacional. También existe variación anual, pero no es tan significativa. [ cita requerida ] Debido a que la generación y el consumo eléctrico instantáneos deben permanecer en equilibrio para mantener la estabilidad de la red, esta variabilidad puede presentar desafíos sustanciales para incorporar grandes cantidades de energía eólica a un sistema de red. La intermitencia y la naturaleza no despachable de la producción de energía eólica pueden aumentar los costos de regulación, reserva operativa incremental y (en niveles altos de penetración) podrían requerir un aumento en la gestión de la demanda de energía ya existente , deslastre de carga , soluciones de almacenamiento o interconexión del sistema con cables HVDC .
Las fluctuaciones en la carga y el margen de error de las grandes unidades generadoras de combustibles fósiles requieren una capacidad de reserva operativa, que puede incrementarse para compensar la variabilidad de la generación eólica.
Las baterías a escala de servicios públicos se utilizan a menudo para equilibrar las variaciones horarias y de escalas de tiempo más cortas, [67] [68] pero las baterías de automóviles pueden ganar terreno a partir de mediados de la década de 2020. [69] Los defensores de la energía eólica argumentan que los períodos de poco viento se pueden abordar simplemente reiniciando las centrales eléctricas existentes que se han mantenido en preparación o interconectándolas con HVDC. [70]
La combinación de la diversificación de las energías renovables variables por tipo y ubicación, la previsión de su variación y su integración con energías renovables despachables, generadores alimentados de forma flexible y la respuesta a la demanda puede crear un sistema energético que tenga el potencial de satisfacer las necesidades de suministro de energía de manera fiable. La integración de niveles cada vez mayores de energías renovables se está demostrando con éxito en el mundo real. [71]
La energía solar tiende a ser complementaria a la eólica. [73] [74] En escalas de tiempo diarias a semanales, las áreas de alta presión tienden a traer cielos despejados y vientos superficiales bajos, mientras que las áreas de baja presión tienden a ser más ventosas y nubladas. En escalas de tiempo estacionales, la energía solar alcanza su pico en verano, mientras que en muchas áreas la energía eólica es menor en verano y mayor en invierno. [A] [75] Por lo tanto, la variación estacional de la energía eólica y solar tiende a cancelarse entre sí en cierta medida. [72] Los sistemas de energía eólica híbrida son cada vez más populares. [76]
Para cualquier generador en particular, existe un 80% de posibilidades de que la producción eólica cambie menos del 10% en una hora y un 40% de posibilidades de que cambie un 10% o más en 5 horas. [77]
En el verano de 2021, la energía eólica en el Reino Unido cayó debido a los vientos más bajos en setenta años, [78] En el futuro, suavizar los picos mediante la producción de hidrógeno verde puede ayudar cuando el viento tenga una mayor participación en la generación. [79]
Si bien la producción de una sola turbina puede variar mucho y rápidamente a medida que varían las velocidades del viento local, a medida que se conectan más turbinas en áreas cada vez más grandes, la producción de energía promedio se vuelve menos variable y más predecible. [28] [80] La previsión meteorológica permite que la red eléctrica esté preparada para las variaciones predecibles en la producción que ocurren. [81]
Se cree que los sistemas eléctricos con bajas emisiones de carbono más fiables incluirán una gran proporción de energía eólica. [82]
Por lo general, la energía hidroeléctrica convencional complementa muy bien a la energía eólica. Cuando el viento sopla con fuerza, las centrales hidroeléctricas cercanas pueden retener temporalmente el agua. Cuando el viento amaina, pueden, siempre que tengan la capacidad de generación suficiente, aumentar rápidamente la producción para compensar. Esto proporciona un suministro de energía general muy uniforme y prácticamente no hay pérdida de energía y no se utiliza más agua.
Como alternativa, cuando no se dispone de una carga hidroeléctrica adecuada, la energía hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo u otras formas de almacenamiento de energía en la red, como el almacenamiento de energía de aire comprimido y el almacenamiento de energía térmica, pueden almacenar la energía desarrollada por períodos de mucho viento y liberarla cuando sea necesaria. El tipo de almacenamiento necesario depende del nivel de penetración del viento: la penetración baja requiere almacenamiento diario, y la penetración alta requiere almacenamiento tanto a corto como a largo plazo, hasta un mes o más. [ cita requerida ] La energía almacenada aumenta el valor económico de la energía eólica, ya que se puede desplazar para reemplazar la generación de mayor costo durante los períodos de demanda máxima. Los ingresos potenciales de este arbitraje pueden compensar el costo y las pérdidas del almacenamiento. Aunque los sistemas de energía de almacenamiento por bombeo tienen una eficiencia de solo alrededor del 75% y tienen altos costos de instalación, sus bajos costos de funcionamiento y la capacidad de reducir la carga base eléctrica requerida pueden ahorrar tanto combustible como costos totales de generación eléctrica. [83] [84]
La energía necesaria para construir un parque eólico dividida entre la producción total durante su vida útil, el retorno energético sobre la energía invertida , de la energía eólica varía, pero el promedio es de alrededor del 20 al 25%. [85] [86] Por lo tanto, el tiempo de recuperación de la energía suele ser de alrededor de un año.
La energía eólica terrestre es una fuente económica de energía eléctrica, más barata que las plantas de carbón y las nuevas plantas de gas. [9] Según BusinessGreen , las turbinas eólicas alcanzaron la paridad de red (el punto en el que el coste de la energía eólica coincide con las fuentes tradicionales) en algunas áreas de Europa a mediados de la década de 2000, y en los EE. UU. aproximadamente al mismo tiempo. La caída de los precios continúa reduciendo el costo nivelado y se ha sugerido que ha alcanzado la paridad de red general en Europa en 2010, y alcanzará el mismo punto en los EE. UU. alrededor de 2016 debido a una reducción esperada en los costos de capital de aproximadamente el 12%. [88] [ necesita actualización ] En 2021, el CEO de Siemens Gamesa advirtió que la mayor demanda de turbinas eólicas de bajo costo combinada con altos costos de insumos y altos costos del acero dan como resultado una mayor presión sobre los fabricantes y una disminución de los márgenes de ganancia. [89]
El norte de Eurasia, Canadá, algunas partes de los Estados Unidos y la Patagonia argentina son las mejores zonas para la energía eólica terrestre: mientras que en otras partes del mundo la energía solar, o una combinación de eólica y solar, tiende a ser más barata. [90] : 8
La energía eólica es una fuente de gran inversión de capital , pero no tiene costos de combustible. [91] Por lo tanto, el precio de la energía eólica es mucho más estable que los precios volátiles de las fuentes de combustibles fósiles. [92] Sin embargo, el costo promedio estimado por unidad de energía eléctrica debe incorporar el costo de construcción de la turbina y las instalaciones de transmisión, los fondos prestados, el retorno a los inversores (incluido el costo del riesgo), la producción anual estimada y otros componentes, promediados a lo largo de la vida útil proyectada del equipo, que puede ser de más de 20 años. Las estimaciones de los costos de la energía dependen en gran medida de estos supuestos, por lo que las cifras de costos publicadas pueden diferir sustancialmente.
La presencia de energía eólica, incluso cuando está subvencionada, puede reducir los costes para los consumidores (5.000 millones de euros al año en Alemania) al reducir el precio marginal y minimizar el uso de costosas centrales eléctricas de pico . [93]
El costo ha disminuido a medida que la tecnología de las turbinas eólicas ha mejorado. Ahora hay palas de turbinas eólicas más largas y livianas, mejoras en el rendimiento de las turbinas y una mayor eficiencia en la generación de energía. Además, los costos de inversión de capital y los costos de mantenimiento de los proyectos eólicos han seguido disminuyendo. [94]
En 2021, un estudio de Lazard sobre la electricidad no subvencionada indicó que el coste nivelado de la electricidad de la energía eólica sigue cayendo, pero a un ritmo más lento que antes. El estudio estimó que el coste de la nueva electricidad generada por energía eólica oscila entre 26 y 50 dólares por MWh, en comparación con el de la nueva energía a gas, que oscila entre 45 y 74 dólares por MWh. El coste medio de la energía a carbón existente totalmente obsoleta fue de 42 dólares por MWh, el de la energía nuclear de 29 dólares por MWh y el del gas de 24 dólares por MWh. El estudio estimó que la energía eólica marina rondaba los 83 dólares por MWh. La tasa de crecimiento anual compuesta fue del 4 % anual entre 2016 y 2021, en comparación con el 10 % anual entre 2009 y 2021. [9]
Los precios de las turbinas han caído significativamente en los últimos años debido a condiciones competitivas más duras, como el mayor uso de subastas de energía y la eliminación de subsidios en muchos mercados. [95] A partir de 2021, todavía se otorgan subsidios a la energía eólica marina, pero generalmente ya no son necesarios para la energía eólica terrestre en países con un precio del carbono incluso muy bajo, como China, siempre que no haya subsidios competitivos a los combustibles fósiles . [96]
Las fuerzas del mercado secundario ofrecen incentivos para que las empresas utilicen energía eólica, incluso si existe un precio superior por la electricidad . Por ejemplo, los fabricantes socialmente responsables pagan a las empresas de servicios públicos una prima que se destina a subsidiar y construir nueva infraestructura de energía eólica. Las empresas utilizan energía eólica y, a cambio, pueden afirmar que están realizando importantes esfuerzos "verdes". [97] Los proyectos eólicos generan impuestos locales, o pagos en lugar de impuestos, y fortalecen la economía de las comunidades rurales al proporcionar ingresos a los agricultores con turbinas eólicas en sus tierras. [98] [99]
El sector de la energía eólica también puede generar empleo durante la fase de construcción y operación. [100] Los empleos incluyen la fabricación de turbinas eólicas y el proceso de construcción, que incluye el transporte, la instalación y el mantenimiento de las turbinas. Se estima que 1,25 millones de personas estaban empleadas en la energía eólica en 2020. [101]
La energía eólica a pequeña escala es el nombre que se da a los sistemas de generación eólica con capacidad para producir hasta 50 kW de energía eléctrica. [102] Las comunidades aisladas, que de otro modo dependerían de generadores diésel , pueden utilizar turbinas eólicas como alternativa. Las personas pueden comprar estos sistemas para reducir o eliminar su dependencia de la red eléctrica por razones económicas o para reducir su huella de carbono . Las turbinas eólicas se han utilizado para la generación de energía eléctrica doméstica junto con el almacenamiento en baterías durante muchas décadas en áreas remotas. [103]
Ejemplos de proyectos de energía eólica a pequeña escala en un entorno urbano se pueden encontrar en la ciudad de Nueva York , donde, desde 2009, varios proyectos de construcción han cubierto sus techos con turbinas eólicas helicoidales de tipo Gorlov . Aunque la energía que generan es pequeña en comparación con el consumo general de los edificios, ayudan a reforzar las credenciales "verdes" del edificio de maneras que "mostrarle a la gente su caldera de alta tecnología" no puede, y algunos de los proyectos también reciben el apoyo directo de la Autoridad de Investigación y Desarrollo Energético del Estado de Nueva York . [104]
Las turbinas eólicas domésticas conectadas a la red pueden utilizar el almacenamiento de energía de la red, reemplazando así la energía eléctrica comprada por energía producida localmente cuando esté disponible. En algunas jurisdicciones, el excedente de energía producido por microgeneradores domésticos puede ser inyectado a la red y vendido a la empresa de servicios públicos, lo que genera un crédito minorista para los propietarios de los microgeneradores para compensar sus costos de energía. [105]
Los usuarios de sistemas fuera de la red pueden adaptarse a la energía intermitente o utilizar baterías, sistemas fotovoltaicos o diésel para complementar la turbina eólica. [106] Equipos como parquímetros, señales de advertencia de tráfico, alumbrado público o puertas de enlace inalámbricas a Internet pueden funcionar con una pequeña turbina eólica, posiblemente combinada con un sistema fotovoltaico, que carga una pequeña batería reemplazando la necesidad de una conexión a la red eléctrica. [107]
Las turbinas eólicas aerotransportadas , como las cometas, se pueden utilizar en lugares con riesgo de huracanes, ya que se pueden desmontar con antelación. [108]
El impacto ambiental de la generación de electricidad a partir de energía eólica es menor en comparación con el de la energía de combustibles fósiles . [110] Las turbinas eólicas tienen algunas de las emisiones de gases de efecto invernadero de ciclo de vida más bajas de las fuentes de energía : se emiten muchos menos gases de efecto invernadero que la unidad promedio de electricidad, por lo que la energía eólica ayuda a limitar el cambio climático. [111] El uso de madera artificial puede permitir la energía eólica con carbono negativo. [112] La energía eólica no consume combustible y no emite contaminación atmosférica local , a diferencia de las fuentes de energía de combustibles fósiles.
Los parques eólicos terrestres pueden tener un impacto visual significativo. [113] Debido a una densidad de potencia superficial muy baja y a los requisitos de espaciamiento, los parques eólicos normalmente necesitan extenderse sobre más terreno que otras centrales eléctricas. [6] [114] Su red de turbinas, caminos de acceso, líneas de transmisión y subestaciones puede dar lugar a una "expansión energética"; [7] aunque el terreno entre las turbinas y los caminos todavía se puede utilizar para la agricultura. [115] [116] Algunos parques eólicos se enfrentan a la oposición por dañar potencialmente áreas escénicas protegidas, paisajes arqueológicos y sitios patrimoniales. [117] [118] [119] Un informe del Consejo de Montañismo de Escocia concluyó que los parques eólicos perjudicaban al turismo en áreas conocidas por sus paisajes naturales y vistas panorámicas. [120]
La pérdida y fragmentación del hábitat son los mayores impactos potenciales sobre la vida silvestre de los parques eólicos terrestres, [7] pero el impacto ecológico mundial es mínimo. [110] Miles de aves y murciélagos, incluidas especies raras, han muerto por las palas de las turbinas eólicas, [121] aunque las turbinas eólicas son responsables de muchas menos muertes de aves que las centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles cuando se incluyen los efectos del cambio climático. [122] Sin incluir estos efectos, las turbinas eólicas modernas matan alrededor de 0,273 aves por GWh en comparación con las 0,200 de las centrales eléctricas de carbón. [122] Los efectos de las turbinas eólicas sobre las aves se pueden mitigar con un monitoreo adecuado de la vida silvestre. [123]
Muchas palas de turbinas eólicas están hechas de fibra de vidrio y tienen una vida útil de 20 años. [124] Las palas son huecas: algunas se aplastan para reducir su volumen y luego se tiran en vertederos. [125] Sin embargo, como pueden soportar mucho peso, se pueden convertir en pequeños puentes duraderos para caminantes o ciclistas. [126] El final de la vida útil de las palas es complicado, [127] y es más probable que las palas fabricadas en la década de 2020 estén diseñadas para ser completamente reciclables. [128]
Las turbinas eólicas también generan ruido. A una distancia de 300 metros (980 pies), este puede ser de alrededor de 45 dB, que es ligeramente más fuerte que un refrigerador. A 1,5 km (1 mi), se vuelven inaudibles. [129] [130] Hay informes anecdóticos de efectos negativos para la salud en personas que viven muy cerca de turbinas eólicas. [131] La investigación revisada por pares en general no ha respaldado estas afirmaciones. [132] [133] [134]
Aunque las turbinas eólicas con bases fijas son una tecnología madura y las nuevas instalaciones generalmente ya no reciben subsidios, [135] [136] las turbinas eólicas flotantes son una tecnología relativamente nueva, por lo que algunos gobiernos las subsidian, por ejemplo, para utilizarlas en aguas más profundas. [137]
Los subsidios a los combustibles fósiles por parte de algunos gobiernos están frenando el crecimiento de las energías renovables. [138]
La concesión de permisos para parques eólicos puede llevar años y algunos gobiernos están intentando acelerar el proceso: la industria eólica dice que esto ayudará a limitar el cambio climático y a aumentar la seguridad energética [139] ; a veces, grupos como los pescadores se resisten a ello [140], pero los gobiernos dicen que se seguirán cumpliendo las normas que protegen la biodiversidad. [141]
Las encuestas sobre las actitudes públicas en toda Europa y en muchos otros países muestran un fuerte apoyo público a la energía eólica. [143] [144] [145] Bakker et al. (2012) encontraron en su estudio que los residentes que no querían que se construyeran turbinas cerca de ellos sufrían significativamente más estrés que aquellos que "se beneficiaban económicamente de las turbinas eólicas". [146]
Aunque la energía eólica es una forma popular de generación de energía, los parques eólicos terrestres o cercanos a la costa a veces enfrentan oposición por su impacto en el paisaje (especialmente áreas escénicas, áreas patrimoniales y paisajes arqueológicos), así como por el ruido y el impacto en el turismo. [147] [148]
En otros casos, los parques eólicos son propiedad comunitaria directa . Los cientos de miles de personas que se han involucrado en los parques eólicos pequeños y medianos de Alemania demuestran ese apoyo en ese caso. [149]
Una encuesta de Harris de 2010 encontró un fuerte apoyo a la energía eólica en Alemania, otros países europeos y Estados Unidos. [143] [144] [150]
El apoyo público en Estados Unidos ha disminuido del 75% en 2020 al 62% en 2021, y el Partido Demócrata apoya el uso de energía eólica dos veces más que el Partido Republicano. [151] El presidente Biden ha firmado una orden ejecutiva para comenzar a construir parques eólicos a gran escala. [152]
En China , Shen et al. (2019) descubrieron que los habitantes de las ciudades chinas pueden resistirse a la construcción de turbinas eólicas en áreas urbanas, y una proporción sorprendentemente alta de personas citan un miedo infundado a la radiación como motivo de sus preocupaciones. [153] Además, el estudio descubre que, al igual que sus contrapartes en los países de la OCDE, los encuestados chinos urbanos son sensibles a los costos directos y las externalidades de la vida silvestre. Distribuir información relevante sobre las turbinas al público puede aliviar la resistencia.
Muchas empresas de energía eólica trabajan con las comunidades locales para reducir las preocupaciones ambientales y de otro tipo asociadas con determinados parques eólicos. [156] [157] [158] En otros casos, existe una propiedad comunitaria directa de los proyectos de parques eólicos . Los procedimientos adecuados de consulta, planificación y aprobación gubernamentales también ayudan a minimizar los riesgos ambientales. [143] [159] [160] Algunos pueden seguir objetando a los parques eólicos [161], pero muchos dicen que sus preocupaciones deben sopesarse frente a la necesidad de abordar las amenazas planteadas por la contaminación del aire , [162] [111] el cambio climático [163] y las opiniones de la comunidad en general. [164]
En Estados Unidos, se informa que los proyectos de energía eólica impulsan las bases impositivas locales, ayudando a financiar escuelas, carreteras y hospitales, y a revitalizar las economías de las comunidades rurales al proporcionar ingresos estables a los agricultores y otros propietarios de tierras. [98]
En el Reino Unido, tanto el National Trust como la Campaña para la Protección de la Inglaterra Rural han expresado su preocupación por los efectos que tienen sobre el paisaje rural las turbinas eólicas y los parques eólicos ubicados de forma inadecuada. [165] [166]
Algunos parques eólicos se han convertido en atracciones turísticas. El Centro de Visitantes del Parque Eólico de Whitelee cuenta con una sala de exposiciones, un centro de aprendizaje, una cafetería con un mirador y también una tienda. Está gestionado por el Centro de Ciencias de Glasgow . [167]
En Dinamarca, un sistema de indemnización por pérdida de valor otorga a las personas el derecho a reclamar una indemnización por la pérdida de valor de su propiedad si ésta se debe a la proximidad de una turbina eólica. La pérdida debe ser al menos del 1% del valor de la propiedad. [168]
A pesar de este apoyo general al concepto de energía eólica en el público en general, a menudo existe oposición local y ha retrasado o abortado una serie de proyectos. [169] [170] [171] Además de las preocupaciones sobre el paisaje, existe la preocupación de que algunas instalaciones puedan producir niveles excesivos de ruido y vibración que conduzcan a una disminución en los valores de las propiedades. [172] Un estudio de 50.000 ventas de viviendas cerca de turbinas eólicas no encontró evidencia estadística de que los precios se vieran afectados. [173]
Si bien las cuestiones estéticas son subjetivas y algunos consideran que los parques eólicos son agradables y optimistas, o símbolos de independencia energética y prosperidad local, a menudo se forman grupos de protesta para intentar bloquear algunas centrales eólicas por diversas razones. [161] [174] [175]
Algunas oposiciones a los parques eólicos se descartan como NIMBYismo , [176] pero una investigación realizada en 2009 encontró que hay poca evidencia que respalde la creencia de que los residentes sólo se oponen a los parques eólicos debido a una actitud de "No en mi patio trasero". [177]
A diferencia del petróleo y el gas, la energía eólica no se puede cortar y, por lo tanto, puede contribuir a la seguridad energética . [178]
Las turbinas eólicas son dispositivos que convierten la energía cinética del viento en energía eléctrica. Fruto de más de un milenio de desarrollo de molinos de viento e ingeniería moderna, las turbinas eólicas actuales se fabrican en una amplia gama de tipos de eje horizontal y eje vertical. Las turbinas más pequeñas se utilizan para aplicaciones como la carga de baterías para energía auxiliar. Las turbinas un poco más grandes se pueden utilizar para realizar pequeñas contribuciones al suministro eléctrico doméstico y vender la energía no utilizada al proveedor de servicios públicos a través de la red eléctrica. Los conjuntos de turbinas grandes, conocidos como parques eólicos, se han convertido en una fuente cada vez más importante de energía renovable y se utilizan en muchos países como parte de una estrategia para reducir su dependencia de los combustibles fósiles .
El diseño de una turbina eólica es el proceso de definir la forma y las especificaciones de una turbina eólica para extraer energía del viento. [179] Una instalación de turbina eólica consta de los sistemas necesarios para capturar la energía del viento, apuntar la turbina hacia el viento, convertir la rotación mecánica en energía eléctrica y otros sistemas para iniciar, detener y controlar la turbina.
En 1919, el físico alemán Albert Betz demostró que, para una máquina ideal hipotética de extracción de energía eólica, las leyes fundamentales de conservación de la masa y la energía no permitían capturar más del 16/27 (59%) de la energía cinética del viento. Este límite de Betz puede alcanzarse en los diseños de turbinas modernas, que pueden alcanzar entre el 70 y el 80% del límite teórico de Betz. [180] [181]
La aerodinámica de una turbina eólica no es sencilla. El flujo de aire en las palas no es el mismo que el flujo de aire que se produce más allá de la turbina. La naturaleza misma de cómo se extrae la energía del aire también hace que el aire sea desviado por la turbina. Esto afecta a los objetos u otras turbinas que se encuentran aguas abajo, lo que se conoce como " efecto estela ". Además, la aerodinámica de una turbina eólica en la superficie del rotor presenta fenómenos que rara vez se ven en otros campos de la aerodinámica. La forma y las dimensiones de las palas de la turbina eólica están determinadas por el rendimiento aerodinámico necesario para extraer eficientemente la energía del viento y por la resistencia necesaria para resistir las fuerzas que actúan sobre la pala. [182]
Además del diseño aerodinámico de las palas, el diseño de un sistema completo de energía eólica también debe abordar el diseño del cubo del rotor de la instalación, la góndola , la estructura de la torre, el generador, los controles y la base. [183]
La energía eólica se ha utilizado desde que los humanos han puesto velas al viento. Las máquinas impulsadas por el viento que se usaban para moler granos y bombear agua, el molino de viento y la bomba de viento , se desarrollaron en lo que ahora es Irán , Afganistán y Pakistán en el siglo IX. [184] [185] La energía eólica estaba ampliamente disponible y no se limitaba a las orillas de los arroyos de corriente rápida o, más tarde, requería fuentes de combustible. Las bombas eólicas drenaban los pólderes de los Países Bajos y, en regiones áridas como el medio oeste estadounidense o el interior de Australia , las bombas eólicas proporcionaban agua para el ganado y las máquinas de vapor.
El primer molino de viento utilizado para la producción de energía eléctrica fue construido en Escocia en julio de 1887 por el profesor James Blyth del Anderson's College de Glasgow (el precursor de la Universidad de Strathclyde ). [186] La turbina eólica de 10 metros (33 pies) de altura con velas de tela de Blyth se instaló en el jardín de su casa de vacaciones en Marykirk en Kincardineshire , y se utilizó para cargar acumuladores desarrollados por el francés Camille Alphonse Faure , para alimentar la iluminación de la casa, [186] convirtiéndola así en la primera casa del mundo en tener su energía eléctrica suministrada por energía eólica. [187] Blyth ofreció el excedente de energía eléctrica a la gente de Marykirk para iluminar la calle principal, sin embargo, rechazaron la oferta porque pensaban que la energía eléctrica era "obra del diablo". [186] Aunque más tarde construyó una turbina eólica para suministrar energía de emergencia al asilo de lunáticos, la enfermería y el dispensario local de Montrose , la invención nunca tuvo éxito porque no se consideró que la tecnología fuera económicamente viable. [186]
Al otro lado del Atlántico, en Cleveland, Ohio , Charles F. Brush diseñó y construyó una máquina más grande y de ingeniería pesada en el invierno de 1887-1888 . [188] Esta fue construida por su compañía de ingeniería en su casa y funcionó desde 1886 hasta 1900. [189] La turbina eólica Brush tenía un rotor de 17 metros (56 pies) de diámetro y estaba montada en una torre de 18 metros (59 pies). Aunque grande para los estándares actuales, la máquina solo tenía una potencia nominal de 12 kW. El dinamo conectado se usaba para cargar un banco de baterías o para operar hasta 100 bombillas incandescentes , tres lámparas de arco y varios motores en el laboratorio de Brush. [190] Con el desarrollo de la energía eléctrica, la energía eólica encontró nuevas aplicaciones en la iluminación de edificios alejados de la energía generada centralmente. A lo largo del siglo XX, caminos paralelos desarrollaron pequeñas estaciones eólicas adecuadas para granjas o residencias. A partir de 1932, muchas propiedades aisladas de Australia hicieron funcionar su iluminación y sus ventiladores eléctricos con baterías, cargadas por un generador eólico "Freelite", que producía 100 vatios de energía eléctrica con una velocidad del viento de tan solo 10 millas por hora (16 km/h). [191]
La crisis del petróleo de 1973 desencadenó una investigación en Dinamarca y Estados Unidos que condujo a la creación de generadores eólicos de mayor escala que pudieran conectarse a las redes eléctricas para el uso remoto de la energía. En 2008, la capacidad instalada en Estados Unidos había alcanzado los 25,4 gigavatios, y en 2012 la capacidad instalada era de 60 gigavatios. [192] Hoy en día, los generadores eólicos funcionan en todos los tamaños, desde pequeñas estaciones para cargar baterías en residencias aisladas hasta parques eólicos marinos de tamaño de gigavatios que suministran energía eléctrica a las redes eléctricas nacionales. La Unión Europea está trabajando para aumentar estas perspectivas. [193]
En 2023, el sector mundial de la energía eólica experimentó un crecimiento significativo, con 116,6 gigavatios (GW) de nueva capacidad añadida a la red eléctrica, lo que representa un aumento del 50% con respecto a la cantidad añadida en 2022. Este aumento de la capacidad llevó la capacidad total instalada de energía eólica en todo el mundo a 1.021 GW a finales de año, lo que supone un crecimiento del 13% en comparación con el año anterior. [194] : 138
{{cite journal}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)Un factor clave de la prisa por agregar capacidad fue la finalización de los subsidios del gobierno central a fines de 2021.
Los subsidios a los combustibles fósiles son una de las mayores barreras financieras que obstaculizan la transición del mundo hacia fuentes de energía renovables.
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