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Turbinas eólicas gigantes: un nuevo reto tecnológico

Las energías renovables avanzan a pasos de gigante, impulsadas por la innovación tecnológica, la mejora de los sistemas de gestión y la presión internacional para eliminar los combustibles fósiles. Siguiendo la línea del último post, en el caso de la energía eólica, los pasos de gigante son literales; detrás de la reducción de los costos y el aumento de la competitividad, hay una tendencia bien visible: el tamaño de los aerogeneradores no hace más que crecer:

Montaje de una turbina eólica gigante en Escocia.
Turbina eólica gigante en proceso de montaje en el Nigg Energy Park, Escocia.

El tamaño en una turbina eólica

Pero ¿por qué el tamaño importa en un generador eólico? La explicación es bien sencilla; cuanto más alto es un molino y cuanto más grandes son sus palas, más energía se obtiene del viento y más barata resulta ésta para el consumidor. Efectivamente, mediante un cálculo de física elemental, se puede demostrar que una determinada masa de aire, con una densidad “r”, moviéndose a una velocidad “v”, transfiere en un tiempo “t” una cantidad de energía mecánica a las aspas de un rotor que barren un área “A”, que viene dada por la siguiente expresión:

Esa energía se transforma por el rotor del aerogenerador en energía de rotación, que, a su vez, se transforma en energía eléctrica mediante la Ley de Faraday. Como se ve en la expresión anterior, la energía que suministra un aerogenerador es proporcional al área que abarca la rotación de sus aspas, razón por la que los aerogeneradores tienden a incrementar el tamaño de estas. Albert Betz (1885-1968) demostró que de esa energía sólo se puede transformar en energía eléctrica el 59,3 %; esto se conoce como límite de Betz, que determina la máxima Eficiencia Energética que puede tener una turbina eólica.

Esto se debe al hecho, intuitivo por otra parte, de que el aire que entra al rotor lo hace con una velocidad mayor que con la que sale del mismo, dado que el rotor de la turbina eólica se encarga de frenar el viento al extraer su energía cinética y convertirla en energía de rotación; sólo si saliera del rotor a velocidad cero, se transformaría el 100 % de la energía del viento en energía de rotación, cosa que es obviamente imposible.

Un gigante entra en escena: el Haliade-X 12 MW

La siguiente figura muestra los principales datos del aerogenerador Haliade-X 12 MW, fabricado por GE Renewable Energy; el aerogenerador más grande y potente que se ha diseñado hasta ahora. La figura permite hacerse una idea de las dimensiones de los molinos eólicos en comparación con otros edificios famosos, como la Torre Eiffel en París o el Empire State en Nueva York:

Comparación del tamaño del aerogenerador Haliade-X con otros grandes edificios.
Los datos relevantes del Haliade-X 12 MW, puestos en comparación.

La clave es la flexibilidad y la resistencia de las palas, un reto de ingeniería de la industria eólica. El fabricante de palas eólicas LM Wind Power difundió en 2016 un vídeo donde detalla las dificultades de su trabajo. Un ejemplo que nos permite comprender los retos asociados en esta tecnología: torres cada vez más elevadas, dificultades logísticas de transporte y montaje, etc.:

Vídeo del fabricante LM Wind Power.

Instalar aerogeneradores de grandes dimensiones en parques eólicos terrestres no siempre es posible y a veces resulta demasiado costoso. Por esto, la eólica marina está cogiendo fuerza en los últimos años; lejos de la costa las dimensiones son menos problemáticas, ya que en estas instalaciones los retos son de ingeniería, pero no del tamaño de los aerogeneradores.

La importancia del Factor de Capacidad

Esta evolución de la industria hacia aerogeneradores cada vez más grandes ha tenido también un impacto importante sobre el denominado Factor de Capacidad de los parques eólicos. Este factor está definido como el cociente entre la energía generada por un parque eólico durante un determinado período de tiempo y el valor máximo teórico de la energía que se hubiera generado en el mismo plazo, si el parque hubiera funcionado durante todo el período a su máxima potencia.

Los valores habituales para este factor no suelen superar el 30-40 %, aunque se han descrito Factores de Capacidad superiores al 60 %; de hecho el Haliade-X 12 MW tiene un Factor de Capacidad del 63 %. No hay que confundir este factor con la Eficiencia Energética de la turbina, que determina cuanta energía mecánica del aire se transforma en energía eléctrica, según hemos visto en el párrafo anterior.

¿Por qué es importante el Factor de Capacidad? Pues porque cuanto más elevado sea, más estable será la producción y, por consiguiente, más rentable económicamente. Los Factores de Capacidad han pasado de un 25 % en huertos eólicos construidos entre 1998 y 2001 a un 32 % del 2004 al 2011, hasta un 42,5 % en instalaciones del 2014 al 2019.

Debido al gran desarrollo que ha alcanzado la tecnología de los aerogeneradores, esta fuente renovable es hoy en día la primera de las tecnologías renovables modernas. Y, junto a la energía solar fotovoltaica, se presenta como el futuro de la energía para un escenario de agotamiento de los combustibles fósiles. Su desarrollo futuro, con el aumento de parques basados en tierra y especialmente en las costas marinas, donde los vientos son muy constantes y, por tanto, predecible la cantidad de energía a obtener en un determinado período de tiempo, hace que el futuro de esta tecnología se presente muy optimista y en crecimiento continuo.

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