Se ven como hélices de avión dando vueltas en el lugar, dando vueltas y vueltas durante todo el día. Las turbinas eólicas toman la energía cinética del viento y usan sus rotores gigantes para capturar parte de ella y convertirla en electricidad, y pueden desempeñar un papel clave para salvarnos del cambio climático catastrófico. Echemos un vistazo más de cerca a cómo funcionan realmente las turbinas eólicas.
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Las turbinas eólicas se basan en un principio simple, en esencia: el viento hace girar las aspas, lo que hace que gire el eje, que está conectado a un generador, que produce electricidad. Cuanto más fuerte es el viento, más electricidad se genera. Es por eso que solemos ver parques eólicos a escala industrial con torres altas y palas grandes en todo el mundo: las palas más grandes pueden acumular más energía y son más eficientes. Pero mientras que el principio básico es simple, la tecnología es compleja.
- 1.1 Uso de aerogeneradores
- 1.2 Ventajas y desventajas de los aerogeneradores
Los molinos de viento hacen que el mundo gire
Una turbina es una máquina que gira y atrapa parte de la energía que pasa. Todo tipo de máquinas usan turbinas, desde motores a reacción hasta plantas hidroeléctricas. En una turbina eólica, las palas del rotor son la parte de la turbina, similar a las alas aerodinámicas de un avión. Tienen forma curva y ganan energía cinética (energía de movimiento) cuando sopla el viento.
Aunque hablamos de turbinas eólicas, la turbina es en realidad solo una parte de estas máquinas. Para la mayoría de las turbinas, otra parte clave es el generador, cuyos engranajes convierten la rotación relativamente lenta de las palas giratorias en un movimiento de mayor velocidad. De modo que el viento proporciona el movimiento y el par y el generador hace el resto, siendo parte fundamental de todas las turbinas.
Cuanto más largas sean las palas del rotor, más energía pueden capturar del viento. Las aspas multiplican la fuerza del viento como una rueda y un eje, por lo que una brisa suele ser suficiente para hacer que las aspas giren. Aun así, las turbinas eólicas no generan la máxima potencia la mayor parte del tiempo, una característica deliberada de su diseño para funcionar de manera eficiente con vientos en constante cambio.
Una góndola de turbina eólica típica está a 85 metros (280 pies) del suelo, y hay una buena razón para ello. El viento viaja mucho más rápido cuando está libre de obstrucciones a nivel del suelo. Entonces, si las palas del rotor de una turbina están altas en el aire, pueden capturar mucha más energía eólica de la que capturarían más abajo y capturar energía es de lo que se tratan las turbinas eólicas.
La mayoría de las turbinas eólicas tienen una capacidad de 2 a 3 megavatios (MW), que pueden producir más de 6 millones de kilovatios-hora (kwh) de electricidad cada año. Eso es suficiente para satisfacer la demanda de electricidad de alrededor de 1.500 hogares. Cuanto más rápido sopla el viento, más electricidad se genera hasta cierto nivel. Si el viento es demasiado fuerte, las turbinas se apagarán para evitar daños.
Los parques eólicos están planificados para asegurarse de que estén en lugares con una cantidad confiable de viento durante todo el año. Esto tiende a estar en la cima de una colina con mucho espacio abierto alrededor y en lugares costeros. Una turbina eólica suele tener una eficiencia del 30-45 %, aumentando al 50 % en los momentos de viento máximo. Si fueran 100% eficientes, el viento caería después de pasar por la turbina.
Tipos de aerogeneradores
Hay dos tipos básicos de turbinas eólicas, de eje horizontal y de eje vertical, y el tamaño de la turbina varía ampliamente. La longitud de las palas es el factor más importante para determinar la cantidad de electricidad que puede generar una turbina eólica. Mientras que las turbinas pequeñas pueden generar unos 10 KW, la más grande en funcionamiento puede generar hasta 10 MW. Incluso los más grandes están actualmente en desarrollo, especialmente para alta mar.
Las turbinas de eje horizontal son las más comunes, con mucho, estas son las turbinas eólicas con las que la mayoría de nosotros estamos familiarizados. La mayoría de estas turbinas tienen tres palas y funcionan contra el viento, con la turbina girando en la parte superior de la torre para que las palas miren hacia el viento.
Mientras tanto, las turbinas de eje vertical se parecen más a un batidor de huevos que a la hélice de un avión. Son omnidireccionales, lo que significa que no es necesario ajustarlos para que apunten al viento para funcionar. Las palas están unidas en la parte superior e inferior del rotor vertical. Como no funcionan tan bien como los horizontales, son mucho menos comunes, pero ofrecen una gran promesa en algunas situaciones.
Uso de aerogeneradores
Las turbinas eólicas terrestres pueden conectarse a una red eléctrica de servicios públicos, combinarse con un sistema fotovoltaico o incluso ser utilizadas como aplicaciones independientes por propietarios de viviendas y agricultores. Para fuentes de energía eólica a gran escala (tamaño de megavatios), una gran cantidad de turbinas eólicas generalmente se construyen juntas para formar una planta eólica, también conocida como parque eólico.
Cuando se instalan turbinas de cualquier tamaño en el lado del cliente del medidor eléctrico, se denominan turbinas eólicas distribuidas. La mayoría de las turbinas que se encuentran actualmente en aplicaciones distribuidas son pequeñas y se utilizan para aplicaciones residenciales, agrícolas y pequeñas industrias.
Tener una turbina puede incluso darte ganancias, ya que puedes vender la energía extra que no usas (si la red nacional lo permite). Sin embargo, la instalación de una turbina eólica es generalmente más complicada que algo como un panel solar.
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La energía eólica marina es una industria relativamente nueva en todo el mundo. Las turbinas tienden a ser masivas, incluso más altas que la Estatua de la Libertad en algunos casos. Sus componentes se transportan en barcos y barcazas, lo que reduce los desafíos logísticos de las turbinas terrestres. Pueden capturar poderosos vientos oceánicos y generar grandes cantidades de energía.
La electricidad producida por las turbinas eólicas marinas viaja de regreso a tierra a través de una serie de sistemas de cables que están enterrados en el lecho marino. Esta electricidad se canaliza a través de centros de carga costeros que dan prioridad a dónde debe ir la electricidad y la distribuye a la red eléctrica para alimentar hogares, escuelas y negocios. Esto hace que las turbinas eólicas marinas sean más costosas de instalar y administrar, pero también producen más energía, una compensación común.
Ventajas y desventajas de los aerogeneradores.
Es difícil imaginar por qué alguien se opondría a las turbinas eólicas limpias y ecológicas, especialmente cuando se comparan con las sucias plantas alimentadas con carbón. Pero tienen algunas desventajas que deben ser consideradas cuidadosamente.
En primer lugar, no generan tanta energía como las plantas convencionales de gas, nucleares o de carbón. Una turbina típica tiene una potencia máxima de 2MW, suficiente para abastecer a 1.000 hogares, si produce energía el 30% del tiempo. Las turbinas eólicas marinas más grandes pueden producir alrededor de 13 MW, ya que los vientos son más fuertes y más persistentes en el mar, alimentando a unas 6500 casas. Esto significa que necesitaríamos 1000 turbinas de 2 MW para producir tanta energía como una planta de energía nuclear o de combustible fósil de tamaño considerable (2000 MW). . En la práctica, como las centrales nucleares y de combustibles fósiles producen energía de forma constante mientras que el viento es variable, se necesitaría bastante más. La energía eólica es variable y una red eléctrica eficiente necesita un suministro predecible de energía para satisfacer la demanda variable.
Es por eso que una mezcla de diferentes tipos de energía sería ideal. Algunos de estos generarán energía siempre que puedan, como el viento, algunos operarán continuamente, como la energía nuclear, algunos producirán energía en horas pico, como las plantas hidroeléctricas y algunos aumentarán o disminuirán la energía con poca antelación, como el gas natural. Las baterías grandes y eficientes pueden solucionar este problema, pero el viento no puede ser la única forma de energía en la combinación.
Las turbinas eólicas tampoco se pueden atascar. Deben estar espaciados a cierta distancia y ocupar mucho espacio. Alimentar a todo un país solo con viento requeriría cubrir una vasta área de tierra con turbinas. Conectar muchas turbinas eólicas a la red eléctrica también puede ser mucho más difícil que simplemente cablear una sola planta de energía.
Las turbinas también pueden ser perturbadoras para la vida silvestre, ya que son bastante ruidosas, atraen a los humanos al área y representan un riesgo significativo de colisión para las aves. El diseño de la mayoría de las turbinas hace que sean difíciles de ver para las aves, lo que genera impactos. Es por eso que los estudios han sugerido pintar una de las palas del rotor en negro para ayudar a las aves a ver las turbinas y evitar colisiones.
En el lado positivo, las turbinas eólicas son una fuente de energía limpia líder. Una vez construidos, no generan emisiones de dióxido de carbono, que están provocando el calentamiento global, ni emisiones de dióxido de azufre, que provocan la lluvia ácida. La energía que producen es ilimitada y gratuita durante una vida útil típica de 25 años, a excepción de las piezas de repuesto y el mantenimiento.
Su construcción tiene cierto impacto ambiental, ya que las torres y las góndolas tienen cimientos de metal y hormigón para evitar que se caigan. Reciclar turbinas eólicas es notoriamente difícil y actúa como una especie de talón de Aquiles de la energía eólica.
Aun así, tienen una de las emisiones de dióxido de carbono más bajas de cualquier forma de generación de energía cuando se observa toda su vida útil operativa. También son mucho más baratos en términos de kilovatios-hora de energía que producen.
¿Qué tan grande es la energía eólica ahora?
El año pasado fue el mejor año de la historia para la industria eólica mundial con 93 GW de nueva capacidad instalada, un aumento interanual del 53 %, según el Consejo Mundial de Energía Eólica (GWEC). Hoy hay 743 GW de capacidad de energía eólica en todo el mundo, lo que ayuda a evitar 1.100 millones de toneladas de CO2 a nivel mundial equivalente a las emisiones anuales de América del Sur.
Aún así, este crecimiento no es suficiente para garantizar que el mundo sea neutral en carbono para 2050, como se acordó en el Acuerdo de París de 2015 sobre el cambio climático. El mundo necesita instalar energía eólica tres veces más rápido durante la próxima década para mantenerse en un camino de cero neto y evitar los peores impactos del cambio climático, según las estimaciones de GWEC.
La energía eólica sin duda desempeñará un papel importante en los próximos años, ya que el mundo se despide de las fuentes de energía de combustibles fósiles para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Pero qué tan grande será la parte dependerá de en qué parte del mundo se encuentre y si existen mejores alternativas. En países con clima ventoso (es decir, la gran mayoría del mundo), definitivamente será un fuerte contendiente.
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