20. energía eólica

20
ENERGÍA EÓLICA
20.1. Origen .......................................................................................473
20.2. Potencial ....................................................................................476
20.3. Tecnología ..................................................................................478
20.4. Costes .......................................................................................483
20.5. Impacto ambiental ......................................................................484
20.6. Situación actual ..........................................................................486
471
472
20. ENERGÍA EÓLICA
20.1. Origen
La energía eólica es la energía cinética del
viento.
en
t
Radiación solar
u
l S
nt
de
os
os
de
Vi
r
r
Vie
Vientos del Norte
Radiación solar
l N
o
rte
ECUADOR
os
de
nt
s
Vientos del Sur
l
N
t
o
de
Sin embargo, es necesario aclarar que la
circulación global del aire sobre el planeta es
mucho más compleja que la descrita, ya que
en ella intervienen muchos factores. Entre los
factores que intervienen se pueden señalar la
rotación de la Tierra sobre su eje, la composición
de la Tierra en océanos y continentes (con
diferentes calores específicos- indicador de la
cantidad de calor que puede almacenar la materia
por unidad de masa, Kcal/kg-), el movimiento de
translación de la Tierra en torno del Sol, que hace
que la intensidad de la radiación solar recibida
por las diferentes zonas de la Tierra sea distinta
según las estaciones del año, y las perturbaciones
atmosféricas.
Su
l
Vie
El viento es una consecuencia de la radiación
solar. Debido, fundamentalmente, a la redondez
de la Tierra se originan diferencias de insolación
entre distintos puntos del planeta. En los polos,
los rayos solares inciden oblicuamente, por lo que
calientan menos la superficie de la Tierra. Los
rayos solares inciden perpendicularamente en el
ecuador y calientan más la superficie de la Tierra,
ya que se reparten sobre una superficie más
pequeña que en los polos. Estas diferencias de
insolación dan lugar a diferentes zonas térmicas
que provocan diferencias de densidad en las
masas de aire. En el ecuador, el aire al calentarse
se hace más ligero (menos denso) y asciende
a las capas altas de la atmósfera dejando tras
de si una zona de baja presión; en los polos, el
aire es más pesado (más denso) y desciende
aumentando la presión. El aire que envuelve a
la Tierra, como cualquier gas, se mueve desde
las zonas de mayor presión atmosférica (mayor
densidad) a las de menor presión; es decir, desde
los polos al ecuador por las capas bajas de la
atmósfera y del ecuador a los polos por las capas
altas siguiendo un ciclo de movimiento de aire
en cada hemisferio (figura 20.1). Este aire en
movimiento horizontal es el viento.
Polo Norte
or
Vi
te
en
Polo Sur
Figura 20.1. Circulación atmosférica general
Anticiclón polar
En los polos, los rayos solares inciden
oblicuamente, por lo que calientan
menos la superficie de la Tierra
Zona subtropical
de altas presiones
ia
z on
a d e as c e n d e n c
Vientos del Sudoe st e
zona de desce ndencia
Vientos del Noreste
Radiación solar
Los rayos solares inciden
perpendicularmente en
el ecuador y calientan
más la superficie
de la Tierra
Radiación solar
zona de ascen dencia
Vientos del Sudest e
zona de desce ndencia
a
zona de asc ende nc i
Zona subtropical
de altas presiones
Aire frío descendente
Zona subpolar
de bajas presiones
Anticiclón polar
Aire caliente ascendente
Figura 20.2. Efecto de la fuerza de Coriolis en la
circulación atmosférica general
El movimiento de rotación de la Tierra da lugar a la aparición de las fuerzas de
Coriolis, las cuales actúan sobre la masa de aire en movimiento desviándola
hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio
sur. Estas fuerzas originan los denominados vientos de poniente (del Oeste)
y alisios (del Este). En la figura 20.2 se muestra como el conjunto de factores
que influyen sobre la masa de aire (sin tener en cuenta las estaciones y en
ausencia de continentes), da lugar a que el ciclo de movimiento de aire en
473
La fuerza de denominada de Coriolis es una fuerza ficticia que debe su nombre al ingeniero y
matemático francés Gustave Gaspard Coriolis (1792-1843)
Una forma simple de empezar a visualizar como opera la fuerza de desviación es imaginarse un
disco que gira respecto de su eje. Si con un rotulador se trata de trazar una línea recta desde
el centro del disco a un punto de la periferia, no se consigue; la raya dibujada mientras el disco
gira será siempre una curva. Es decir, existen dos movimientos: el de la mano con el rotulador
(rectilíneo) y el del disco (circular). Conforme la mano avanza en dirección del borde, los sucesivos
puntos por los que va pasando se distancian, cada vez más, de la línea recta que se intento dibujar,
a causa del giro del disco.
Si una persona estuviese encima del disco, girando con él y no pudiese ver más allá del borde del
disco, a dicha persona le parecería que el disco está inmóvil, ya que no podría referir su movimiento
a ningún punto fijo. A este viajero que gira con el disco le parecería que una fuerza actuaba sobre
el rotulador, desviándolo de su trayectoria. Esa fuerza, ficticia, es la fuerza de Coriolis. En el caso
de la Tierra que gira (con coordenadas de referencia, de latitud y longitud, que giran), existe una
desviación aparente de los objetos en movimiento hacia la derecha de su línea de movimiento en
el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur, tal como lo ven los observadores
situados en al Tierra. La fuerza de desviación (por unidad de masa) se expresa por:
-2ωV∙sen Φ
donde ω es la velocidad de giro de la Tierra=7,29 x 10-5 rad/s; Φ = la latitud y V= la velocidad
de la masa de aire. Como sen 0º=0 y sen 90º=1, el efecto desviador es máximo en los polos y es
cero en el ecuador.
cada hemisferio se descomponga en tres ciclos independientes. Además,
la circulación global se ve perturbada por la formación de torbellinos que se
generan en las zonas de interrelación de los diferentes ciclos.
Los vientos generales que circundan el globo terrestre se llaman macro
climáticos. Estos debido a la orografía del terreno y las diferencias de presión
varían sus características, lo que origina los vientos llamados micro climáticos
o locales. Estos últimos pueden ser clasificados en: vientos inducidos
térmicamente, vientos inducidos por la orografía y vientos generales
influenciados por los efectos climáticos locales.
Entre los vientos inducidos térmicamente pueden señalarse las brisas
marinas y las corrientes valle-montaña. Las brisas marinas se originan como
consecuencia de los distintos calores específicos, y la diferente velocidad de
calentamiento y enfriamiento del mar y la tierra. Durante el día, la tierra se
calienta más rápidamente que el mar, haciendo que el viento sople del mar
a la tierra (mediodía y tarde). Por la noche y el amanecer el viento sopla
hacia el mar, ya que la tierra se enfría más rápidamente que el mar (figura
20.3). Los vientos valle-montaña se producen por un proceso parecido.
Unas laderas reciben más insolación que otras, en función de su pendiente y
Aire calido que
asciende por
convensión
D
C
A
Aire frío
B
Brisa marina
D
C
B
A
Brisa de tierra
El mar conserva más el calor
El mar está más frío
La tierra se calienta más rápidamente
que el mar
(a)
La tierra se enfría más rápidamente
que el mar
(b)
Figura 20.3. Brisa marina (a) mediodía y tarde; (b) noche y amanecer
474
Aire frío
orientación. Estos vientos soplan durante toda la
noche desde la montaña al valle y desde el valle
a la montaña durante el día.
Las brisas son vientos de poca velocidad aunque
alcancen en ciertos sitios hasta los 13m/s.
Los vientos inducidos por la orografía dependen
del obstáculo y su orientación. El aire que se
desplaza en la proximidad de la superficie terrestre debe sortear los innumerables obstáculos
que encuentra a su paso, cambiando en mayor
o menor medida sus características. Si la distribución orográfica es tal que hay dos zonas montañosas próximas (figura 20.4), el flujo de aire
se ve obligado a penetrar por un estrecho canal.
El teorema de Bernouille establece que la velociFigura 20.4. Flujo de aire entre dos zonas
dad de un fluido aumenta cuando la sección por
montañosas
la que pasa disminuye. Por tanto, en este caso,
como la sección por la que discurre el aire entre
las dos montañas es mucho más estrecha que fuera y las líneas de corriente
están muy próximas, la velocidad aumenta. Los Pirineos y los Alpes forman
una especie de embudo, y cuando los vientos en el extremo del embudo llegan al Mediterráneo, salen a gran velocidad. Por el mismo efecto de BernouiDirección del viento
Cerro
Flujo de aire
Figura 20.5. Flujo de aire en el caso de un obstáculo montañoso
lle encima de las montañas el viento aumenta de intensidad (figura 20.5).
Inversamente, en un valle el viento disminuye.
De forma general, se puede considerar que los factores que influyen en el
régimen de vientos en una zona determinada son:
• Situación geográfica
• Características climáticas locales.
• Topografía de la zona.
• Irregularidades del terreno.
475
El viento ha tenido tal especial importancia en la vida cotidiana del hombre en la antigüedad que
éste llegó a elevarlo, debido a la falta de conocimientos, a la categoría de Dios.
En la Mitología griega el Dios padre de los vientos era Eolo, de ahí el nombre de Energía Eólica, que
los tenía encerrados en un zurrón y los sacaba cuando le parecía oportuno, según cuenta Homero
en uno de los cantos de su inmortal obra La odisea.
Eolo era el intermediario entre Zeus y los pequeños dioses eólicos. Estos estaban divididos en dos
grupos, los benefactores y los funestos. Entre los primeros se encontraban el viento del Norte
(Bóreas), el del Sur (Austro o Noto), el del Sureste (Euros), y el del Oeste (Zefiros). Dentro de los
segundos estaba Tyferus, dios del huracán.
Para las civilizaciones eslavas el dios de los vientos era Striborg, para los vikingos este Dios era
Thor. Huracán es el corazón del cielo según los Mayas, y Tifón es el dios del mal en el antiguo
Egipto.
Pero no sólo veían al viento como un dios sino que intentaban que les afectase lo menos posible;
en China se orientaban las aberturas de las viviendas en unas direcciones determinadas, aunque
desde el punto de vista del confort estuviesen mal orientadas.
Aún en 1904 se editaban libros sobre conocimientos populares que también atribuían orígenes
divinos al viento.
El refranero español recoge diversos dichos sobre el viento en los que se relaciona el viento con
acontecimientos atmosférico. “El viento que anda por San Juan (24 de junio), todo el año correrá”,
“El sol lleva en verano al viento de la mano”, “El viento de San Matías (24 de Febrero) dura
cuarenta días”,…
20.2. Potencial
Sólo un 2% de la energía solar que llega a la Tierra se convierte en energía
eólica. En teoría, los vientos distribuyen anualmente entre 2,5 y 5x105 kWh.
Una cantidad enorme de energía, pero solo una parte de la misma puede ser
aprovechada, ya que se presenta en forma muy diluida.
En la figura 20.6 se muestra la distribución estimada del potencial eólico del
mundo.
Fuerza
del viento
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Figura 20.6. Distribución estimada del potencial eólico en el mundo
476
La velocidad del viento es un vector, por tanto, viene definida por el módulo, la dirección y el
sentido. El módulo indica la intensidad del viento y se suele expresar en m/s, km/h o en nudos
(1nudo=0,514m/s). La dirección y el sentido se expresan en grados sexagesimales, es decir, según
un círculo graduado en 360º, significando “de donde viene” el viento. Por ejemplo, si se señala que
el viento es del Noreste se está especificando que la dirección del viento se encuentra en la recta
que une el Noreste con el Suroeste y que el sentido es de Noreste a Suroeste.
Cuando se habla del potencial eólico de una región es necesario especificar la
altura sobre el terreno a la que se refiere, ya que el viento varía su velocidad
con la altura debido al rozamiento que genera la superficie terrestre. Existen
varias expresiones que tratan de reflejar estas variaciones; una de ellas es
la conocida como ley potencial.
V = V0 (H/H0)α
Donde V y Vo son las velocidades del viento a las alturas H y Ho y α
un exponente que representa una forma de medida del rozamiento
superficial encontrado por el viento. Existen estimaciones del parámetro
α en función de la naturaleza del terreno por donde discurre el viento.
Para un terreno descubierto, un valor típico estimado es 0,14.
Para realizar la medida de las velocidades del viento se utilizan aparatos
llamados anemómetros. De estos dispositivos existen multitud de tipos
y modelos, sin embargo, el más utilizado es el denominado de cazoletas.
Para la medida de la dirección se emplean, frecuentemente, dispositivos
denominados veletas (figura 20.7). La Organización Meteorológica
Mundial (OMM) recomienda que estos dispositivos se sitúen a 10 metros
sobre el nivel del suelo.
Teóricamente la potencia que existe en una corriente de aire a su paso
a través de un área A viene dada por:
P = ½·ρAV³
donde P es la potencia en W, ρ la densidad del aire en kg/m3, A la
superficie en m2 y V es la velocidad del viento en m/s.
Figura 20.7. Estación
anemométrica
El primer molino de viento que
se conoce con cierto detalle es
el molino persa de eje vertical.
Este molino se utilizaba para
moler grano y fue de uso corriente en la antigua Persia, posiblemente varios siglos antes
de nuestra era (figura 20.8)
Figura 20.8. Molino persa de
eje vertical
Las máquinas eólicas han experimentado una considerable
y larga evolución durante un
periodo de más de 2000 años.
Durante ese largo periodo histórico pueden señalarse diversas
etapas de desarrollo. Desde las
primeras máquinas conocidas
hasta el siglo XV la evolución
es lenta y de escaso desarrollo
técnico (figura 20.9)
Figura 20.9. Molino típico del
siglo XV
477
En el periodo comprendido
entre el comienzo del Renacimiento y el comienzo
de la Revolución Industrial
se multiplican las invenciones que utilizan las ruedas
hidráulicas o los molinos de
viento como fuerza impulsora (figura 20.10)
Desde mediados del siglo
XIX hasta mediados del siglo XX se desarrolla la teoría aerodinámica y otras
ciencias de carácter técnico, lo que origina que las
Figura 20.10. Molino utilizado al
principio de la revolución industrial máquinas eólicas sufran
una completa transformación (figura 20.11). A partir
de la segunda mitad del siglo XX hasta nuestros días se producen
importantes modificaciones de carácter técnico, que se traducen
en la utilización de materiales más ligeros y resistentes, y el empleo de sistemas electrónicos de regulación y control.
Figura 20.11. Aerogenerador
de mediados del
siglo XX
Sin embargo, no toda la potencia P anterior puede ser transformada, por los
dispositivos tecnológicos existentes, para su utilización en forma de potencia
mecánica o eléctrica. Puede demostrarse que, idealmente, la máxima
potencia mecánica que se puede extraer de la vena de aire es el 60% de la
que transporta la vena de aire cuando incide sobre el dispositivo captador
de energía. En realidad la potencia recuperable es menor que la señalada
como consecuencia de los rendimientos de los equipos de transformación
energética.
20.3. Tecnología
La tecnología de la energía eólica está teniendo un vertiginoso desarrollo.
En la actualidad más de cuarenta mil turbinas de medio tamaño están en
funcionando en el mundo, fundamentalmente en Europa, Estados Unidos y
la India. Estas máquinas pueden producir anualmente alrededor de 20.000
millones de kWh de electricidad a partir de la energía cinética del viento.
Una de las primeras máquinas eólicas construida expresamente para producir
electricidad (aerogenerador) data del año 1892 y su diseño fue llevado a
cabo por el profesor Lacour en Dinamarca.
A partir de la segunda mitad del siglo XX las máquinas eólicas no han
presentado evoluciones considerables en su diseño; todas ellas están
integradas por un conjunto de subsistemas cuyo objetivo es captar la energía
cinética del viento y transformarla en energía eléctrica (fundamentalmente)
de la forma más óptima posible.
De forma general pueden señalarse los siguientes subsistemas
componentes:
•
•
478
Subsistema de captación
Subsistema de transmisión mecánica
•
•
•
•
Subsistema
Subsistema
Subsistema
Subsistema
de generación eléctrica
de orientación
de regulación
soporte
El subsistema de captación es el encargado de transformar la energía cinética del viento en energía mecánica de rotación. Está integrado por el rotor,
el cual se compone de las palas y del buje (figura 20.12)
Carcasa
Árbol
principal
Palas
Freno
Árbol
secundario
Buje
Generador
Bastidor
Multiplicador
Orientación
Figura 20.12. Diversos componentes de un aerogenerador
En función de la posición del eje de giro del rotor las máquinas eólicas se clasifican en máquinas de eje horizontal y de eje vertical (figura 20.13). Estas
últimas, debido a su bajo rendimiento, prácticamente han desaparecido del
mercado actual.
Figura 20.13. Aerogeneradores de eje horizontal
y de eje vertical
Figura 20.14. Molino multipala
479
Dependiendo del número de palas de los rotores estos se clasifican en rotores multipala (o rotores lentos), con un número de palas comprendido entre
6 y 24, y en rotores tipo hélice (o rotores rápidos), que pueden ser tripala
(el más utilizado), bipala o monopala. Los rotores multipala giran a baja
velocidad y se han destinado tradicionalmente al bombeo de agua (figura
20.14). Los rotores tipo hélice giran a mayores velocidades y presentan mejores rendimientos aerodinámicos que los rotores multipala, por lo que se
suelen destinar a la generación de electricidad.
m.
250
200
185m.
VELOCIDAD DE DISEÑO 7,5 m/s
150
101m.
100
50m.
24m.
50
0
5m.
8,5m.
5
10
13m.
50
200
1.000
5.000
20.000 kW
Figura 20.15. Potencia de las turbinas eólicas en función del diámetro
del rotor
La potencia mecánica que una turbina eólica es capaz de extraer de la energía cinética del viento depende fundamentalmente del diámetro del circulo
barrido por las palas (figura 20.15) y del rendimiento aerodinámico del rotor
(que depende de la forma aerodinámica de la pala), ya que el número de
palas prácticamente no tiene influencia en el rendimiento cuando se utilizan
más de tres palas (especialmente cuando se trata de rotores rápidos)
En función de la disposición del rotor frente a la
velocidad del viento estos pueden clasificarse
en rotores de barlovento (los más frecuentes)
o de sotavento o autoorientables, cuyas palas
presentan una cierta inclinación respecto del
plano de giro de tal manera que el rotor al
girar describe un cono (figura 20.16).
Viento
Sotavento
Barlovento
Figura 20.16. Aerogeneradores con rotor a
sotavento y rotor a barlovento.
480
Aunque históricamente se han utilizado una
gran variedad de materiales para la fabricación
de las palas (telas, maderas, chapas metálicas,
aluminio), los materiales más utilizados
actualmente son las resinas
de poliéster
reforzadas con fibras de vidrio, los cuales
proporcionan ligereza, resistencia mecánica y
una cierta resistencia a la agresión del medio
ambiente.
El buje es el elemento soporte de las palas y
está montado en un extremo del árbol principal
de transmisión (figura 20.12). En función de
la rigidez de movimiento de la unión de las
palas al buje en la dirección perpendicular
al plano del rotor, los bujes se clasifican en rígidos y basculantes (usados
principalmente en rotores bipalas). En el primer grupo las palas se atornillan
al buje y este se une rígidamente al árbol principal de transmisión. En el
segundo grupo el buje admite pequeños movimientos de pivote con el objeto
de equilibrar las cargas aerodinámicas.
Dependiendo que el rotor permita que cada pala pueda girar o no respecto
a su respectivo eje longitudinal los rotores se clasifican en rotores con palas
de paso variable o de paso fijo. Los rotores con palas de paso variable (figura
20.12) permiten regular más adecuadamente la potencia generada por la
máquina eólica y es utilizado en prácticamente todos los aerogeneradores
de mediana y alta potencia.
El subsistema de transmisión mecánica se sitúa entre el subsistema de
captación y el subsistema de generación. En la mayoría de los diseños de
aerogeneradores la velocidad de giro del subsistema de captación es menor
que la velocidad a la que debe girar el generador eléctrico. Por este motivo
es necesario incluir una caja multiplicadora de la velocidad y un árbol de
transmisión secundario que una dicha caja al generador (figura 20.12)
El subsistema de generación eléctrica está constituido básicamente por el
aerogenerador (figura 20.12). Este está formado por una máquina eléctrica
encargada de transformar la energía mecánica de rotación en energía
eléctrica. El generador puede ser de corriente continua (dinamo) o de
corriente alterna (alternador). Estos últimos son los únicos que actualmente
se utilizan en los aerogeneradores de mediana y alta potencia.
El alternador está compuesto de dos partes fundamentales: El rotor o
inductor móvil, encargado de generar un campo magnético variable al girar
arrastrado por el árbol de transmisión y el estator o inducido fijo, en el que
se genera la corriente eléctrica. Las máquinas eléctricas de corriente alterna
típicamente utilizadas se clasifican en máquinas síncronas y máquinas
asíncronas o de inducción (los más utilizados actualmente). La mayor
desventaja de los generadores síncronos es que necesitan de una batería de
condensadores conectada a la salida, la cual compense la energía reactiva
generada. Los generadores síncronos necesitan que se les excite con una
corriente continua, que se puede generar internamente (autoexitación) o
con una dinamo auxiliar.
El subsistema de orientación es el encargado de detectar la dirección del
viento y situar el plano del rotor perpendicular en esa dirección. Prácticamente
todas las máquinas eólicas de eje horizontal necesitan de un subsistema
de orientación, con excepción de las máquinas que disponen de rotor a
sotavento, ya que el propio viento puede orientarlas debido a las fuerzas
aerodinámicas que origina la conicidad del rotor. Entre los subsistemas de
orientación más utilizados actualmente se encuentran las veletas o colas de
orientación, utilizadas en máquinas de pequeña potencia, y los servomotores
que detectan la dirección del viento mediante una veleta y orientan a la
máquina mediante motores de orientación situados en la base de la góndola
(figura 20.12)
El subsistema de sustentación está constituido por la góndola y la torre.
La góndola está formada por el bastidor, en el que se montan los distintos
subsistemas de la máquina eólica, y la carcasa que, diseñada de forma
aerodinámica, los protege de los agentes atmosféricos. La torre es el elemento
encargado de elevar el rotor de la máquina respecto del nivel del suelo. La
altura mínima de la torre está condicionada por el diámetro del rotor del
subsistema de captación y la altura máxima por el coste y la dificultad
de instalación. Para permitir el giro de la góndola respecto de la torre en
las maniobras de orientación de la máquina el bastidor se monta sobre un
rodamiento que lo une de forma solidaria a la torre. Aunque las primeras
481
torres de sustentación que se utilizaron en los aerogeneradores eran de
estructura de celosía actualmente es más frecuente el uso de torres tubulares
cilíndricas o troncocónicas de acero (fundamentalmente) u hormigón.
Para acceder a la góndola en las máquinas eólicas pequeñas la torre suele
disponer de escalera exterior. En los aerogeneradores de mediano y gran
tamaño el acceso suele realizarse por el interior de la torre, la cual dispone
de escalera y, en algunos casos, de ascensor. La torre se ancla en el suelo
mediante una cimentación de hormigón armado cuya dimensión depende
de las características del terreno, del tamaño de la máquina eólica y de los
esfuerzos que produzca el régimen de vientos de la zona de instalación.
El subsistema de control y regulación
tiene la misión incrementar la
captación
de
energía
cinética
del viento, mejorar la potencia
eléctrica generada y garantizar
un funcionamiento seguro de la
máquina. Para ello el subsistema de
control supervisa el funcionamiento
de la máquina eólica y gestiona las
secuencias de arranque, parada, etc.,
además de controlar al subsistema
de orientación, regular la potencia
captada del viento y producida por
el aerogenerador.
La mayoría de las máquinas eólicas
modernas disponen de rotor de paso
variable, por lo que disponen de dispositivos que permiten girar la pala
alrededor de su eje longitudinal con
Figura 20.17. Instalación conectada a la red
el propósito de controlar la potencia
y velocidad de giro del rotor y frenar
aerodinámicamente el subsistema
de captación en caso de avería. Asimismo, las máquinas eólicas están equipadas con frenos mecánicos (figura 20.12) con
el objetivo de de mantener bloqueado el árbol de transmisión
durante la operaciones de puesta en marcha y mantenimiento,
además de ayudar al frenado dinámico durante los procesos
de parada de emergencia.
Las aplicaciones de los aerogeneradores pueden clasificarse
en dos grupos: Aerogeneradores conectados a la red eléctrica
de distribución general y aerogeneradores aislados, es decir
no conectados a la red eléctrica. El primer grupo es el más numeroso y puede a su vez clasificarse en dos grupos: Instalaciones de un único aerogenerador e instalaciones que cuentan
con una agrupación de varios aerogeneradores a la cual se le
denomina parque eólico (figura 20.17)
Las instalaciones aisladas suelen realizarse en zonas muy
alejadas del trazado de la red eléctrica. Normalmente estas
instalaciones se dimensionan para satisfacer un determinado
consumo, se ubican en la proximidad del lugar de consumo y
precisan de sistemas de almacenamiento (baterías, depósitos
de agua, etc.) donde guardar la energía eléctrica generada, en
el caso de aerogeneradores, o de agua impulsada, en el caso
de que la energía generada sea mecánica.
Figura 20.18. Instalación aislada
482
En el caso que la instalación aislada deba satisfacer un consumo
importante de energía eléctrica y de forma permanente se
recurre, normalmente, a las instalaciones híbridas eólico-diesel, las cuales
constan de aerogeneradores interconectados a grupos diesel (figura 20.18)
20.4. Costes
El coste de cada kilowatio-hora obtenido mediante un sistema eólico depende
del coste de la instalación, la cual debe amortizarse a lo largo de la vida;
del coste de explotación; y de la energía
producida, que depende en gran medida
de la velocidad media del viento en el
emplazamiento.
El coste de la instalación depende del
coste de
los siguientes elementos:
aerogeneradores, obra civil (accesos,
cimentaciones,
edificaciones),
sistema eléctrico (líneas eléctricas,
transformadores, sistema de control), e
ingeniería y dirección.
En los últimos años se ha incrementado
de forma apreciable el tamaño de los
aerogeneradores lo que ha llevado
aparejado la disminución del coste de la
unidad de potencia instalada. En el caso de
los países de mayor potencia instalada en
Europa (Alemania, España y Dinamarca)
el coste del kW instalado puede estimarse
entre 1.000 y 1.200 euros.
Figura 20.19. Distribución de los costes de los
En lo que respecta al coste de los distintos componentes que integran un aerogenerador pueden indicarse los porcentajes estimativos reflejados en la figura
20.19.
La inversión necesaria para llevar a cabo
una instalación eólica conectada a la red
puede estimarse descompuesta en cuatro
grandes partidas (figura 20.20). El coste
de los aerogeneradores constituye el porcentaje más alto de la inversión. Los costes exfactory de los aerogeneradores se
sitúan en el rango de los 600-700euros/
kW, variando en función de la tecnología
y el tamaño de la máquina.
Figura 20.20. Distribución de las inversiones necesarias
Para los parque de potencia media que se
instalan en España los costes de explotación pueden estimarse alrededor 3,3 %
de la inversión. Estos costes se desglosan
en costes por alquiler de terrenos, costes
de operación y mantenimiento (personal,
repuestos y consumibles), costes de gestión y administración y costes de seguros
e impuestos. Los porcentajes estimados
de cada uno de estos costes se reflejan
en la figura 20.21.
Figura 20.21. Distribución de los costes de explotación
483
Los costes de generación varían entre 4 y 8 céntimos de Euro por KWh producido. Estos costes están ligados al tamaño de la instalación y, fundamentalmente, a las características del viento del emplazamiento.
20.5. Impacto ambiental
La incidencia que las instalaciones de aprovechamiento de la energía eólica
pueden tener sobre el medio ambiente hay que analizarlos desde dos
vertientes. Desde el punto de vista de los beneficios que supone la reducción
de la emisión de contaminantes a la atmósfera y por otro desde el punto de
vista de la afectación al medio ambiente.
Las posibles alteraciones del medio físico que las instalaciones eólicas pueden
generar se centran en cuatro apartados: impacto sobre las aves, impacto
visual, ruido y erosión.
Los estudios que se han realizado llegan a la conclusión que las líneas
eléctricas suele presentarse como la causa más importante de accidentes
de aves, pero que pueden evitarse utilizando líneas subterráneas. De la
experiencia española se concluye que dicho impacto ha sido nulo.
El impacto visual es muy subjetivo. Un parque adecuadamente diseñado
puede llegar a ser incluso objeto de atracción (figura 20.22)
Figura 20.22. Impacto visual
El origen del ruido en los aerogeneradores se debe a factores mecánicos y
aerodinámicos. La influencia de dicho impacto depende de la distancia. En
484
las poblaciones cercanas a dichas instalaciones es más importante el ruido
producido por el propio viento (figura 20.23)
Figura 20.23. Ruido producido por un aerogenerador
Los impactos por erosión son generados principalmente por el movimiento
de tierras para el trazado de los accesos y en segundo lugar por las excavaciones realizadas para la construcción de las cimentaciones (figura 20.24).
Estos impactos pueden minimizarse realizando adecuados trazados de los
caminos y llevando a cabo adecuadas medidas correctoras. Entre estas pueden señalarse la revegetación y remodelación de las pendientes y la reposición de la vegetación.
Figura 20.24. Impacto por erosión
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20.6. Situación actual
En la actualidad el sector eólico está experimentando, a nivel mundial,
unas tasas de crecimiento muy altas, tanto a nivel de potencia instalada
como a nivel de desarrollo tecnológico. Las plantas eólicas destinadas a
la producción de energía eléctrica se han integrado completamente en la
estructura energética de los países con recursos eólicos. A finales de 2001
la potencia mundial de origen eólico superaba los 23GW, con una tasa anual
de crecimiento del 30%. La Unión Europea lidera el panorama mundial,
ya que supera el 80% del total de potencia instalada. Le siguen a gran
distancia América y Asia. Entre los países de la Unión Europea el liderazgo
lo ostenta Alemania, con más de 10.000MW instalados. Le siguen España
y Dinamarca. Estos tres países de la Unión Europea lideran actualmente el
panorama eólico mundial, tanto por la potencia instalada como por el número
de aerogeneradores que fabrican e introducen en el mercado.
Sumando los objetivos de potencia eólica instalada, trazados por las distintas
comunidades autónomas españolas, en el año 2010 se alcanzarían 8.974MW.
Canarias, con 250MW, se situaría en la posición número 7; compartiendo
posición con Asturias, Cantabria, y Murcia.
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