¿Qué es la energía eólica?
La energía eólica es un tipo de energía renovable que aprovecha la potencia cinética del viento para generar electricidad. Como una de las mayores fuentes de energía sostenible y limpia, la energía eólica es esencial para el camino hacia cero emisiones netas.
Los humanos han utilizado la energía eólica con fines mecánicos desde la antigüedad, utilizando simples molinos de viento para bombear agua. Hoy en día, la generación de energía eólica depende de turbinas eólicas para captar la energía del viento. Las turbinas eólicas funcionan tanto a pequeña escala (casa unifamiliar) como a gran escala (parque eólico) y pueden construirse en tierra o en alta mar, como en lagos u océanos.
Junto con la energía solar, se considera que la energía eólica tiene el mayor potencial para aumentar el crecimiento de la capacidad renovable en todo el mundo: en 2023, los cinco principales mercados para nuevas instalaciones de energía eólica fueron China, Estados Unidos, la Unión Europea, India y Brasil.1 La innovación para evolucionar las capacidades de energía eólica marina, disminuir los costos de producción y mejorar la eficiencia de generación de energía de las turbinas eólicas está en marcha para fomentar el crecimiento de las industrias.
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Algunos de los primeros usos mecánicos de la energía eólica se remontan al año 200 a. C., cuando la población de Oriente Medio utilizaba molinos de viento para moler cereales y en China para bombear agua. Más tarde, ya en el siglo XII, los molinos de viento se emplearon con fines industriales, como el drenaje de lagos y estanques en Europa.
En el siglo XIX, la energía eólica se había convertido en una fuente de generación de electricidad. A James Blyth, un ingeniero eléctrico del Reino Unido, se le atribuye la construcción de la primera turbina eólica en 1887. Le siguieron de cerca los pioneros de la energía eólica estadounidense Charles Brush y Dane Poul la Cour, que utilizaron la energía eólica para alimentar edificios individuales.2
Sin embargo, no fue hasta finales del siglo XX que la generación de energía eólica comercial surgió como una opción energética viable. Los primeros parques eólicos a escala de empresa de servicios públicos (proyectos que contienen un grupo de turbinas eólicas) se instalaron en la década de 1980 en Estados Unidos. La industria ha crecido rápidamente desde 2000: la capacidad global instalada de generación eólica se ha multiplicado por 98 en las últimas dos décadas.3 Hoy en día, las turbinas eólicas de todo el mundo producen más de 2100 teravatios hora (TWh) de electricidad cada año.4
Las turbinas eólicas modernas tienen palas similares a hélices (o palas de rotor) que hacen girar un rotor cuando el viento las hace girar. El rotor hace girar un generador, que se encuentra dentro de un contenedor en forma de caja en el corazón de la turbina llamada góndola. El giro del rotor crea electricidad limpia que puede alimentar a la red eléctrica o alimentar hogares individuales. Este proceso también se puede describir como energía cinética que se convierte en energía rotacional, que luego se convierte en energía eléctrica.
Las turbinas eólicas más comunes son las turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT) y se asemejan a un ventilador con tres aspas. Pero también hay turbinas eólicas de eje vertical (VAWT) con aspas que giran como una batidora de pie de cocina.
La cantidad de energía eléctrica que se genera a partir del viento depende del tamaño de la turbina y de la longitud de las aspas. Las turbinas eólicas pueden alcanzar alturas de más de 700 pies con diámetros de rotor de pala que se extienden más de 530 pies. Estas gigantescas turbinas pueden producir hasta 9.5 megavatios de potencia. Sin embargo, la mayoría de las turbinas eólicas tienen aproximadamente 260 pies de altura con aspas de 130 pies de largo. Producen hasta 1.8 megavatios de potencia.5
Hay tres aplicaciones principales de la energía eólica: terrestre, distribuida y marítima.
Energía eólica terrestre
La mayoría de las turbinas eólicas se instalan en tierra, lo que hace que la energía eólica terrestre sea la aplicación más frecuente. Un ejemplo común de energía eólica terrestre es un parque eólico a escala de empresa de servicios públicos, a menudo administrado por una empresa de servicios públicos que luego vende la energía. El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) considera que la energía eólica terrestre a escala de empresa de servicios públicos es una de las fuentes de electricidad de menor costo.
Energía eólica distribuida
La energía eólica distribuida produce energía a menor escala. Por lo general, se caracteriza por una o varias turbinas eólicas pequeñas que proporcionan generación de energía eólica in situ a hogares individuales, sitios de fabricación, áreas agrícolas o comunidades rurales. Además de la generación in situ, la energía eólica distribuida también puede conectarse a microrredes y sistemas de energía híbridos. Las instalaciones de energía eólica distribuida suelen tener menos de 20 megavatios.
Energía eólica marina
La generación de energía eólica marina puede ser mucho mayor que la energía eólica terrestre o la energía eólica terrestre, tanto en escala como en número de turbinas. Algunas aspas de turbinas eólicas marinas pueden ser tan largas como un campo de fútbol, con las torres en sí mismas una vez y media la altura del Monumento a Washington.6
El más grande actual está en el Mar de Irlanda y es más grande que la isla de Manhattan, Nueva York. Las turbinas eólicas marinas pueden anclarse al fondo de la masa de agua como turbinas de "fondo fijo" o en plataformas flotantes. La electricidad generada fluye a través de cables enterrados bajo el agua de regreso a tierra.
Como una de las fuentes de energía de más rápido crecimiento, la energía eólica tiene muchas ventajas.
A diferencia de los combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural) y las centrales eléctricas convencionales, las turbinas eólicas producen cero emisiones de gases de efecto invernadero y los proyectos de energía eólica se pueden desarrollar con poco impacto ambiental. De hecho, los agricultores pueden arrendar sus tierras a proyectos de energía eólica mientras continúan con sus operaciones agrícolas o ganaderas. Y, mientras sople el viento, las turbinas continuarán girando, lo que la convierte en una sólida fuente de energía renovable.
Los desarrolladores y las personas pueden instalar turbinas eólicas en cualquier lugar con corrientes de viento viables, que son muchos lugares de la Tierra. Esto incluye en tierra, en alta mar e incluso en comunidades más remotas, como islas que pueden no tener acceso a la red eléctrica o a las líneas eléctricas.
La energía eólica terrestre a escala de empresa de servicios públicos es una de las fuentes de energía de menor precio disponibles en la actualidad. Además, los proyectos de energía eólica tienen bajos gastos operativos y no tienen costos de combustible. La energía eólica distribuida también puede ayudar a los propietarios de viviendas y a las comunidades a reducir sus facturas de energía y recibir créditos e incentivos fiscales.
La energía eólica no tiene muchas desventajas, y las que tiene a menudo son abordables.
Dado que la energía eólica no produce emisiones, los principales desafíos ambientales giran en torno al impacto de los parques eólicos y las turbinas eólicas en las comunidades cercanas (como las preocupaciones por el sonido) y la vida silvestre (como el impacto de las granjas en alta mar en los hábitats de vida marina).
A menudo hay altos costos iniciales de turbinas eólicas y proyectos eólicos. Sin embargo, las turbinas eólicas a menudo se amortizan con el tiempo. Además, mecanismos como los certificados de energía renovable (REC) y los acuerdos de compra de energía (PPA) pueden ayudar a proporcionar certeza financiera a los desarrolladores de proyectos de energía renovable.
La generación de energía eólica depende de las condiciones climáticas, es decir, las turbinas necesitan viento para girar. Sin un forecasting meteorológico adecuado y capacidades de almacenamiento de energía, la energía eólica puede ser impredecible e intermitente.
La cadena de suministro de energía eólica aún no se ha puesto al día con el rápido crecimiento de la industria. Existe una alta volatilidad con los precios de las materias primas, las regulaciones y el suministro. Esta falta de coherencia puede dificultar la estrategia de la cadena de suministro a largo plazo.
Hay varias tecnologías de energía eólica que avanzan en la industria eólica:
Forecasting de energías renovables
El tiempo y el clima influyen en la generación de recursos energéticos renovables, como la energía eólica y solar. Con la creciente preocupación por la sustentabilidad y el cambio climático, las nuevas tecnologías para pronosticar con precisión la velocidad del viento para los resultados de la producción de energía de las plantas eólicas son críticas. Las soluciones actuales de forecasting de energías renovables utilizan analytics avanzados, el Internet de las cosas (IoT) y datos meteorológicos para generar previsiones de producción de energía de alta precisión para parques eólicos.
Expansión en alta mar
Las turbinas flotantes a gran escala que se pueden colocar en aguas más profundas tienen el potencial de más del doble de la capacidad de energía eólica. El gobierno de EE. UU. anunció una iniciativa para ampliar la producción de energía eólica marina en Estados Unidos mediante el despliegue de 30 gigavatios de parques eólicos marinos flotantes para 2030.7 Actualmente, se utilizan cuatro tipos de plataformas flotantes para aprovechar estos recursos eólicos marinos: tramo de tensión, semisumergible, barcaza y boya de mástil.
Avances en la fabricación
El perfil aerodinámico de las aspas de las turbinas es clave para una generación de energía eficiente. Algunas empresas están aplicando múltiples tecnologías (visión por computadora, machine learning, computación edge e IoT) para garantizar la precisión de la fabricación. Además, la investigación de materiales avanzados, como los termoplásticos, está creando un futuro de aspas de aerogeneradores reciclables. 8
Eficiencia de mantenimiento
La integración, analytics y visualización de datos pueden proporcionar a los operadores de parques eólicos una comprensión detallada y precisa de los activos, incluidas soluciones predictivas para mejorar el mantenimiento de las operaciones. Esta visibilidad puede aumentar la concientización situacional en la producción de energía, la disponibilidad de las turbinas, las tasas de conversión de energía eólica y el estado de las turbinas para ayudar a optimizar los resultados.