La energía eólica es el uso de la energía eólica para generar trabajo útil. Históricamente, la energía eólica se utilizaba en velas , molinos de viento y bombas de viento , pero hoy en día se utiliza principalmente 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 2.000 TWh de electricidad, lo que representó más del 7 % de la electricidad mundial [1] : 58 y alrededor del 2 % de la energía mundial. [2] [3] Con alrededor de 100 GW agregados durante 2021, principalmente en China y Estados Unidos , la capacidad de energía eólica instalada a nivel mundial superó los 800 GW. [4] [3] [5] 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. [6]
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 gestionables para lograr un suministro confiable de electricidad. Los parques eólicos terrestres tienen un mayor impacto visual en el paisaje que la mayoría de las demás centrales eléctricas por energía producida. [7] [8] Los parques eólicos ubicados en alta mar tienen menos impacto visual y tienen mayores factores de capacidad , aunque generalmente son más caros. [4] La energía eólica marina representa actualmente alrededor del 10% de las nuevas instalaciones. [9]
La energía eólica es una de las fuentes de electricidad de menor coste por unidad de energía producida. En muchos lugares, los nuevos parques eólicos terrestres son más baratos que las nuevas plantas de carbón o gas . [10]
Las regiones de las latitudes más altas del norte y del sur tienen el mayor potencial para la energía eólica. [11] 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, en muchos países son adecuadas las combinaciones de energía eólica y solar. [12]
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 . Por tanto, la energía eólica es proporcional a la tercera potencia de la velocidad del viento; la potencia disponible se multiplica por ocho cuando la velocidad del viento se duplica. El cambio de la velocidad del viento en un factor de 2,1544 aumenta la energía eólica en un orden de magnitud (multiplicada por 10).
La energía cinética del viento global promedió aproximadamente 1,50 MJ/m 2 durante el período de 1979 a 2010, 1,31 MJ/m 2 en el hemisferio norte y 1,70 MJ/m 2 en el hemisferio sur. La atmósfera actúa como un motor térmico, absorbiendo calor a temperaturas más altas y liberando calor a temperaturas más bajas. El proceso es responsable de la producción de energía cinética del viento a razón de 2,46 W/m 2, manteniendo así la circulación de la atmósfera contra la fricción. [15]
A través de la evaluación del recurso eólico , es posible estimar el potencial de energía eólica a nivel global, por país o región, o para un sitio específico. El Global Wind Atlas proporcionado por la Universidad Técnica de Dinamarca en asociación con el Banco Mundial proporciona una evaluación global del potencial de la energía eólica. [13] [16] [17] 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 que varían en el tiempo de la velocidad del viento y la producción de energía de diferentes turbinas eólicas. modelos con resolución horaria. [18] Se pueden obtener evaluaciones más detalladas y específicas del sitio sobre el potencial de los recursos eólicos de proveedores comerciales especializados, y muchos de los desarrolladores eólicos más grandes tienen capacidades internas de modelización.
La cantidad total de energía económicamente extraíble disponible del viento es considerablemente mayor que el uso actual de energía humana de todas las fuentes. [19] La fuerza del viento varía, y un valor promedio para un lugar determinado no indica por sí solo la cantidad de energía que una turbina eólica podría producir allí.
Para evaluar posibles sitios de energía eólica, a menudo se ajusta una función de distribución de probabilidad a los datos de velocidad del viento observados. [20] Diferentes ubicaciones tendrán diferentes distribuciones de velocidad del viento. El modelo de Weibull refleja fielmente la distribución real de las velocidades del viento por hora/diez minutos en muchos lugares. El factor de Weibull suele ser cercano a 2 y, por lo tanto, se puede utilizar una distribución de Rayleigh como modelo menos preciso, pero más simple. [21]
Un parque eólico es un grupo de aerogeneradores en un mismo lugar. Un gran parque eólico puede constar de varios cientos de turbinas eólicas individuales distribuidas en un área extensa. El terreno entre las turbinas puede utilizarse para fines agrícolas o de otro tipo. Un parque eólico también puede estar ubicado en alta mar. Casi todos los grandes aerogeneradores tienen el mismo diseño: un aerogenerador de eje horizontal con un rotor de tres palas situado a barlovento, unido a una góndola situada 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 media tensión (a menudo 34,5 kV) [26] y una red de comunicaciones. En general, en un parque eólico plenamente desarrollado se establece una distancia de 7D (7 veces el diámetro del rotor del aerogenerador) entre cada turbina. [27] En una subestación, esta corriente eléctrica de media tensión se aumenta de voltaje con un transformador para su conexión al sistema de transmisión de energía eléctrica de alta tensión . [28]
La mayoría de las turbinas modernas utilizan generadores de velocidad variable combinados con un convertidor de potencia parcial o total entre el generador de 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 . [29] Las turbinas modernas utilizan máquinas eléctricas doblemente alimentadas con convertidores de escala parcial o generadores de inducción de jaula de ardilla o generadores síncronos (tanto excitados permanentemente como eléctricamente) con convertidores de escala completa. [30] El arranque en negro es posible [31] y se está desarrollando aún más en lugares (como Iowa ) que generan la mayor parte de su electricidad a partir del viento. [32]
Los operadores de sistemas de transmisión proporcionarán al promotor de un parque eólico un código de red para especificar los requisitos de interconexión a la red de transmisión. Esto incluirá el factor de potencia , la constancia de frecuencia y el comportamiento dinámico de las turbinas del parque eólico durante una falla del sistema. [33] [34]
La energía eólica marina son parques eólicos en grandes masas de agua, normalmente el mar. Estas instalaciones pueden utilizar los vientos más frecuentes y potentes que están disponibles en estos lugares y tienen menos impacto visual en el paisaje que los proyectos terrestres. Sin embargo, los costes de construcción y mantenimiento son considerablemente mayores. [36] [37]
En 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 . [38]
Los parques eólicos marinos cercanos pueden estar conectados por CA y los lejanos por HVDC. [39]
Los recursos de energía eólica no siempre se encuentran cerca de una alta densidad de población. A medida que las líneas de transmisión se hacen más largas, aumentan las pérdidas asociadas con la transmisión de energía, ya que los modos de pérdidas en longitudes más bajas 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. [40]
Cuando la capacidad de transmisión no alcanza la capacidad de generación, los parques eólicos se ven obligados a producir por debajo de su máximo potencial o a dejar de funcionar por completo, en un proceso conocido como reducción . Si bien esto conduce a que la generación renovable potencial quede sin explotar, evita una posible sobrecarga de la red o un riesgo para el servicio confiable. [41]
Uno de los mayores desafíos actuales para la integración de la red de energía eólica en algunos países es la necesidad de desarrollar nuevas líneas de transmisión para transportar energía desde los parques eólicos, generalmente en áreas remotas y poco pobladas debido a la disponibilidad de viento, hasta lugares de alta carga, generalmente en las costas. donde la densidad de población es mayor. [42] Es posible que las líneas de transmisión existentes en ubicaciones remotas no hayan sido diseñadas para el transporte de grandes cantidades de energía. [43] En determinadas regiones geográficas, las velocidades máximas del viento pueden no coincidir con la demanda máxima de energía eléctrica, ya sea en alta mar o en tierra. Una posible opción futura puede ser interconectar áreas geográficas muy dispersas con una súper red HVDC . [44]
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. [2] [3] Con más de 100 GW agregados durante 2020, principalmente en China , la capacidad de energía eólica instalada global alcanzó más de 730 GW. [4] [3] Pero para ayudar a cumplir los objetivos del Acuerdo de París de limitar el cambio climático , los analistas dicen que debería expandirse mucho más rápido: en más del 1% de la generación de electricidad por año. [6] La expansión de la energía eólica se ve obstaculizada por las subvenciones a los combustibles fósiles . [48] [49] [50]
La cantidad real de energía eléctrica que el viento puede generar 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]
Dado que la velocidad del viento no es constante, la producción anual de energía de un parque eólico nunca es tanto como la suma de las clasificaciones nominales del generador multiplicadas 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. Los datos en línea están 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 del viento generalmente aceptado. El límite para una red 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 reserva de generación y transmisión para permitir fallas en los equipos. Esta capacidad de reserva también puede servir para compensar la variación de la generación de energía producida por las centrales eólicas. Los estudios han indicado que el 20% del consumo total anual de energía eléctrica se puede incorporar con mínima dificultad. [58] Estos estudios se han realizado para ubicaciones con parques eólicos geográficamente dispersos, cierto grado de energía gestionable o energía hidroeléctrica con capacidad de almacenamiento, gestión de la demanda e interconectados a una gran área de red que permite 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 períodos de tiempo, pero a menudo se cotiza 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] Mensual, semanal, diaria o horaria (o menos), la energía eólica podría suministrar tanto o más del 100% del uso actual, y el resto se almacenaría, exportaría o reduciría. La industria estacional podría entonces aprovechar los fuertes vientos y los momentos de poco uso, como por la noche, cuando la producción eólica puede exceder la demanda normal. Dicha industria podría incluir la producción de silicio, aluminio, [61] acero o gas natural e hidrógeno, y el uso futuro del almacenamiento a largo plazo para facilitar el 100% de la energía procedente de energías renovables variables . [62] [63] [ se necesita una mejor fuente ] Los hogares y las empresas también se pueden programar 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, es posible que sea necesario reemplazarla por otras fuentes de energía. Actualmente, las redes de transmisión hacen frente a cortes de otras plantas de generación y cambios diarios en la demanda eléctrica, pero la variabilidad de fuentes de energía intermitentes como la energía eólica es más frecuente que la de las plantas de generación de energía convencionales que, cuando estén 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: por hora, por día o por temporada. La variación anual también existe pero no es tan significativa. [ cita necesaria ] Debido a que la generación y el consumo eléctricos 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 en un sistema de red. La intermitencia y la naturaleza no despachable de la producción de energía eólica pueden aumentar los costos de regulación, la reserva operativa incremental y (en niveles de penetración altos) podrían requerir un aumento en la gestión de la demanda de energía , el deslastre de carga , las soluciones de almacenamiento o la interconexión del sistema ya existente con Cables HVDC .
Las fluctuaciones en la carga y la provisión por fallas de grandes unidades generadoras de combustibles fósiles requieren capacidad de reserva operativa, que puede aumentarse para compensar la variabilidad de la generación eólica.
Las baterías de escala de servicios públicos se utilizan a menudo para equilibrar la variación horaria y de escala de tiempo más corta, [67] [68] pero las baterías de automóvil 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 pueden abordarse simplemente reiniciando las centrales eléctricas existentes que se han mantenido listas, o interconectándolas con HVDC. [70]
La combinación de diversificar las energías renovables variables por tipo y ubicación, pronosticar su variación e integrarlas con energías renovables gestionables, generadores de combustible flexible y respuesta a la demanda puede crear un sistema eléctrico que tenga el potencial de satisfacer las necesidades de suministro de energía de manera confiable. 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 bajos en la superficie, mientras que las áreas de baja presión tienden a ser más ventosas y nubladas. En escalas de tiempo estacionales, la energía solar alcanza su punto máximo 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 tienden 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 proporción de 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. [29] [80] La previsión meteorológica permite que la red de energía eléctrica esté preparada para las variaciones predecibles en la producción que se produzcan. [81]
Se cree que los sistemas eléctricos con bajas emisiones de carbono más fiables incluirán una gran proporción de energía eólica. [82]
Normalmente, la hidroelectricidad convencional complementa muy bien la energía eólica. Cuando el viento sopla fuerte, las centrales hidroeléctricas cercanas pueden retener temporalmente el agua. Cuando el viento disminuye, pueden, siempre que tengan la capacidad de generación, aumentar rápidamente la producción para compensar. Esto proporciona un suministro de energía general muy uniforme y prácticamente no hay pérdida de energía y no utiliza más agua.
Alternativamente, cuando no se dispone de una cabeza de agua adecuada, la hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo u otras formas de almacenamiento de energía en la red, como el almacenamiento de energía por aire comprimido y el almacenamiento de energía térmica, pueden almacenar la energía desarrollada durante los períodos de fuertes vientos y liberarla cuando sea necesario. El tipo de almacenamiento necesario depende del nivel de penetración del viento: una penetración baja requiere almacenamiento diario y una penetración alta requiere almacenamiento tanto a corto como a largo plazo, hasta un mes o más. [ cita necesaria ] La energía almacenada aumenta el valor económico de la energía eólica, ya que puede desplazarse para desplazar la generación de mayor costo durante los períodos de máxima demanda. Los ingresos potenciales de este arbitraje pueden compensar el costo y las pérdidas de almacenamiento. Aunque los sistemas de energía de almacenamiento por bombeo tienen solo alrededor del 75% de eficiencia y tienen altos costos de instalación, sus bajos costos de funcionamiento y su capacidad para reducir la carga base eléctrica requerida pueden ahorrar tanto combustible como los 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 de la energía invertida , de la energía eólica varía, pero tiene un promedio de entre 20 y 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. [10] 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 zonas de Europa a mediados de la década de 2000, y en Estados Unidos aproximadamente al mismo tiempo. La caída de los precios continúa reduciendo el costo nivelado y se ha sugerido que alcanzó la paridad general de la red 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 alrededor del 12%. [88] [ necesita actualización ] En 2021, el director general de Siemens Gamesa advirtió que el aumento de la demanda de turbinas eólicas de bajo coste combinado con los altos costes de los insumos y los altos costes del acero dan como resultado una mayor presión sobre los fabricantes y una disminución de los márgenes de beneficio. [89]
El norte de Eurasia, Canadá, algunas partes de Estados Unidos y la Patagonia en Argentina son las mejores áreas para la energía eólica terrestre, mientras que en otras partes del mundo la energía solar, o una combinación de energía eólica y solar, tiende a ser más barata. [90] : 8
La energía eólica requiere mucho 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 rendimiento para los inversionistas (incluido el costo del riesgo), la producción anual estimada y otros componentes, promediados. durante la vida útil proyectada del equipo, que podrá ser superior a 20 años. Las estimaciones de costos de 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 subsidiada, puede reducir los costos para los consumidores (5 mil millones de euros al año en Alemania) al reducir el precio marginal y minimizar el uso de costosas centrales eléctricas de punta . [93]
El costo ha disminuido a medida que ha mejorado la tecnología de las turbinas eólicas. 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 subsidiada dijo que el costo nivelado de la electricidad de la energía eólica continúa cayendo, pero más lentamente que antes. El estudio estimó el costo de la nueva electricidad generada por el viento entre $26 y $50/MWh, en comparación con la nueva energía a gas de $45 a $74/MWh. El coste medio de la energía de carbón existente, totalmente obsoleta, fue de 42 dólares/MWh, la energía nuclear de 29 dólares/MWh y la del gas de 24 dólares/MWh. El estudio estimó la energía eólica marina en alrededor de 83 dólares/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. [10]
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 siguen otorgando subvenciones a la energía eólica marina. Pero generalmente ya no son necesarios para la energía eólica terrestre en países incluso con un precio de carbono muy bajo, como China, siempre que no existan subsidios a los combustibles fósiles que compitan con ellos . [96]
Las fuerzas del mercado secundario brindan incentivos para que las empresas utilicen la energía generada por el viento, 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 generada por el viento y, a cambio, pueden afirmar que están llevando a cabo fuertes esfuerzos "verdes". [97] Los proyectos eólicos proporcionan 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 puestos de trabajo durante la fase de construcción y operación. [100] Los trabajos incluyen la fabricación de turbinas eólicas y el proceso de construcción, que incluye el transporte, la instalación y luego el mantenimiento de las turbinas. Se estima que en 2020 había 1,25 millones de personas empleadas en la energía eólica. [101]
Energía eólica a pequeña escala es el nombre que reciben los sistemas de generación eólica con capacidad de producir hasta 50 kW de energía eléctrica. [102] Las comunidades aisladas, que de otro modo podrían depender de generadores diésel , pueden utilizar turbinas eólicas como alternativa. Las personas pueden comprar estos sistemas para reducir o eliminar su dependencia de la energía eléctrica de la red 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 zonas remotas. [103]
Se pueden encontrar ejemplos de proyectos de energía eólica a pequeña escala en un entorno urbano en la ciudad de Nueva York , donde, desde 2009, varios proyectos de construcción han coronado sus techos con turbinas eólicas helicoidales de tipo Gorlov . Aunque la energía que generan es pequeña en comparación con el consumo total de los edificios, ayudan a reforzar las credenciales "verdes" del edificio de una manera 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 con energía producida localmente cuando esté disponible. El excedente de energía producido por los microgeneradores domésticos puede, en algunas jurisdicciones, inyectarse a la red y venderse a la empresa de servicios públicos, generando un crédito minorista para que los propietarios de los microgeneradores compensen 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 portales de Internet inalámbricos pueden funcionar con una pequeña turbina eólica, posiblemente combinada con un sistema fotovoltaico, que carga una pequeña batería que reemplaza la necesidad de una conexión a la red eléctrica. red. [107]
Las turbinas eólicas aéreas , 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 basada en 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 diseñada puede permitir la generación de energía eólica con emisiones negativas de carbono. [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 espacio, los parques eólicos normalmente deben extenderse sobre más terreno que otras centrales eléctricas. [7] [114] Su red de turbinas, caminos de acceso, líneas de transmisión y subestaciones puede resultar en una "expansión energética"; [8] aunque la tierra entre las turbinas y las carreteras todavía se puede utilizar para la agricultura. [115] [116] Algunos parques eólicos se oponen a que potencialmente estropeen 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 el 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, [8] pero el impacto ecológico mundial es mínimo. [110] Miles de aves y murciélagos, incluidas especies raras, han muerto a causa de las palas de las turbinas eólicas, [121] aunque las turbinas eólicas son responsables de muchas menos muertes de aves que las centrales eléctricas que funcionan con combustibles fósiles. [122] Esto se puede 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 aspas son huecas: algunas aspas se trituran para reducir su volumen y luego se depositan 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), esto puede ser de alrededor de 45 dB, que es un poco más alto que el de un refrigerador. A 1,5 km (1 mi), se vuelven inaudibles. [129] [130] Hay informes anecdóticos de efectos negativos para la salud en las personas que viven muy cerca de las turbinas eólicas. [131] Las investigaciones revisadas por pares generalmente no han respaldado estas afirmaciones. [132] [133] [134]
Aunque las turbinas eólicas con bases fijas son una tecnología madura y las nuevas instalaciones generalmente ya no están subsidiadas, [135] [136] las turbinas eólicas flotantes son una tecnología relativamente nueva, por lo que algunos gobiernos las subsidian, por ejemplo, para utilizar 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 acelerarlo - la industria eólica dice que esto ayudará a limitar el cambio climático y aumentar la seguridad energética [139] - a veces grupos como los pescadores se resisten a esto [140] pero los gobiernos dicen que las normas que protegen Se seguirá siguiendo la biodiversidad. [141]
Las encuestas sobre las actitudes del público 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 beneficiaron 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 reciben oposición por su impacto en el paisaje (especialmente áreas escénicas, áreas patrimoniales y paisajes arqueológicos), así como el ruido y el impacto en el turismo. [147] [148]
En otros casos, existe propiedad comunitaria directa de los parques eólicos . Los cientos de miles de personas que se han implicado en los pequeños y medianos parques eólicos alemanes demuestran allí ese apoyo. [149]
Una encuesta 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 el doble 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 construir turbinas eólicas en áreas urbanas, y una proporción sorprendentemente alta de personas cita un miedo infundado a la radiación como el motivo de sus preocupaciones. [153] Además, el estudio revela que, al igual que sus homólogos de 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 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] Es posible que algunos todavía se opongan a los parques eólicos [161], pero muchos dicen que sus preocupaciones deben sopesarse con la necesidad de abordar las amenazas que plantean 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 aumentan las bases impositivas locales, ayudan a pagar escuelas, carreteras y hospitales, y revitalizan 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 Proteger la Inglaterra Rural han expresado su preocupación por los efectos en el paisaje rural causados por turbinas eólicas y parques eólicos ubicados en lugares inadecuados. [165] [166]
Algunos parques eólicos se han convertido en atracciones turísticas. El Centro de visitantes del parque eólico Whitelee tiene una sala de exposiciones, un centro de aprendizaje, una cafetería con mirador y también una tienda. Está dirigido por el Centro de Ciencias de Glasgow . [167]
En Dinamarca, un plan de pérdida de valor otorga a las personas el derecho a reclamar una compensación por la pérdida de valor de su propiedad si ésta se debe a la proximidad a 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 entre el público en general, a menudo existe oposición local que 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 sonido y vibración que conduzcan a una disminución en el valor 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]
Parte de la oposición a los parques eólicos se descarta 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]
El viento no se puede cortar, a diferencia del petróleo y el gas, por lo que puede contribuir a la seguridad energética . [178]
Las turbinas eólicas son dispositivos que convierten la energía cinética del viento en energía eléctrica. Como resultado 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 vertical. Las turbinas más pequeñas se utilizan para aplicaciones como la carga de baterías para energía auxiliar. Se pueden utilizar turbinas un poco más grandes para hacer pequeñas contribuciones al suministro de energía doméstica mientras se vende la energía no utilizada al proveedor de servicios públicos a través de la red eléctrica. Los conjuntos de grandes turbinas, 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 un aerogenerador es el proceso de definir la forma y las especificaciones de un aerogenerador 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 arrancar, detener y controlar la turbina.
En 1919, el físico alemán Albert Betz demostró que para una hipotética máquina ideal de extracción de energía eólica, las leyes fundamentales de conservación de masa y energía no permitían capturar más de 16/27 (59%) de la energía cinética del viento. . Este límite de Betz se puede aproximar 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 lejos de la turbina. La propia naturaleza de cómo se extrae la energía del aire también hace que la turbina desvíe el aire. Esto afecta a los objetos u otras turbinas situadas 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 observan en otros campos aerodinámicos. La forma y las dimensiones de las palas de la turbina eólica están determinadas por el rendimiento aerodinámico requerido para extraer eficientemente la energía del viento y por la fuerza requerida para resistir las fuerzas sobre la pala. [182]
Además del diseño aerodinámico de las palas, el diseño de un sistema eólico completo también debe abordar el diseño del buje del rotor, la góndola , la estructura de la torre, el generador, los controles y la cimentación de la instalación. [183]
La energía eólica se ha utilizado desde que los humanos izaron velas al viento. El Códice del rey Hammurabi (reinado 1792 - 1750 aC) ya mencionaba los molinos de viento para generar energía mecánica. [184] Las máquinas impulsadas por el viento utilizadas para moler granos y bombear agua, el molino de viento y la bomba de viento , se desarrollaron en lo que hoy es Irán , Afganistán y Pakistán en el siglo IX. [185] [186] La energía eólica estaba ampliamente disponible y no se limitaba a las orillas de los arroyos de flujo rápido, o más tarde, requiriendo 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 (precursor de la Universidad de Strathclyde ). [187] La turbina eólica de vela de tela de 10 metros (33 pies) de altura 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 del cabaña, [187] convirtiéndola así en la primera casa del mundo en tener su energía eléctrica suministrada por energía eólica. [188] 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". [187] Aunque más tarde construyó una turbina eólica para suministrar energía de emergencia al asilo, enfermería y dispensario de lunáticos locales de Montrose , la invención nunca tuvo éxito ya que la tecnología no se consideraba económicamente viable. [187]
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 . [189] Este fue construido por su empresa de ingeniería en su casa y funcionó desde 1886 hasta 1900. [190] 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 era grande para los estándares actuales, la máquina sólo tenía una potencia nominal de 12 kW. La dinamo conectada se utilizó para cargar un banco de baterías o para hacer funcionar hasta 100 bombillas incandescentes , tres lámparas de arco y varios motores en el laboratorio de Brush. [191] 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. Desde 1932, muchas propiedades aisladas en Australia hicieron funcionar su iluminación y ventiladores eléctricos con baterías, cargadas por un generador eólico "Freelite", que producía 100 vatios de energía eléctrica con una velocidad del viento tan baja como 10 millas por hora (16 km/h). [192]
La crisis del petróleo de 1973 desencadenó la investigación en Dinamarca y Estados Unidos que condujo a la creación de generadores eólicos de mayor escala que podían conectarse a redes eléctricas para el uso remoto de la energía. En 2008, la capacidad instalada de Estados Unidos había alcanzado los 25,4 gigavatios y en 2012 la capacidad instalada era de 60 gigavatios. [193] Hoy en día, los generadores de energía eólica operan en todos los rangos de tamaño, 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. [194]
{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: bot: estado de la URL original desconocido ( enlace )Un factor clave de la prisa por aumentar la capacidad fue la terminación de los subsidios del gobierno central a finales de 2021.
Los subsidios a los combustibles fósiles son una de las mayores barreras financieras que obstaculizan el cambio mundial hacia fuentes de energía renovables.
