Capítulo V: La Energía Eólica

5.1.- Capas de la Atmósfera

La atmósfera que rodea a nuestro planeta está compuesta por varias capas, cada una de ellas con sus características propias. Estas capas son:

Troposfera

Es la capa que está en contacto directo con la corteza terrestre y en la que se encuentra el aire compuesto por nitrógeno, oxígeno, vapor de agua, dióxido de carbono, gases inertes y partículas en suspensión (polvo, cenizas, esporas, bacterias, etc.). Esta capa tiene un espesor variable según zonas de la tierra, por ejemplo, en los polos es más estrecha (unos 6 kilómetros de espesor) mientras que en los trópicos es más ancha (unos 18 a 20 kilómetros).

Estratosfera

Está situada inmediatamente después de la troposfera (12 a 50 kilómetros sobre la corteza terrestre). La temperatura en esta capa aumenta con la altitud. Es donde está situada la capa de ozono.

Mesosfera

Es la tercera capa de la atmósfera (50-90 kilómetros sobre la tierra), y se caracteriza porque la temperatura va disminuyendo con la altitud, bajando hasta -90°C. Es la capa más fría.

Termosfera

La cuarta capa (90-800 kilómetros de distancia a la corteza terrestre). Aquí, la temperatura varía mucho según sea la actividad solar, pero vuelve a subir con la altitud pudiendo alcanzar hasta 1.500°C. Aquí el aire es muy tenue.

Exosfera

Es la capa de la atmósfera terrestre en la que los gases poco a poco se dispersan hasta que la composición es similar a la del espacio exterior. Es la última capa de la atmósfera, se localiza por encima de la termosfera, aproximadamente a unos 600 km de altitud, en contacto con el espacio exterior, donde existe prácticamente el vacío.

Homosfera

Que tiene una composición constante y se refiere a los primeros 100 kilómetros contados desde la corteza terrestre. Sus componentes principales son el nitrógeno, oxígeno, argón, vapor de agua, dióxido de carbono, neón, helio, hidrógeno, ozono, etc.

Heterosfera

Que es la capa de 100 a 10.000 kilómetros por encima de la superficie de la tierra. Se caracteriza por tener cuatro capas con diferente composición (nitrógeno molecular, oxígeno atómico, helio e hidrógeno).

5.2.- El Viento

La palabra “eólica” viene de Eolo, dios de la mitología griega que designaba el viento. Todos los cuerpos en movimiento (el viento es aire en movimiento y tiene “masa” como cualquier otro cuerpo) desarrollan una energía. Por ello, la energía eólica la podemos definir como la que desarrolla el viento. El viento ha sido el aliado del hombre en muchos casos: navegación, molinos, etc.

Composición aproximada del aire (%)

• Nitrógeno: 78.1
• Oxígeno: 20.9
• Vapor de agua: 0.01-7
• Dióxido de carbono: 0,03-0,035
• Gases inertes: 0,92-0,93
• Partículas contaminantes: Según zonas y momentos

5.3.- Aprovechamiento de la Energía del Viento

No descubrimos nada nuevo al decir que la energía del viento se viene aprovechando desde tiempos inmemorables. Ahí están los barcos de vela y los molinos de viento.

Actualmente, la energía del viento se aprovecha para producir electricidad con los llamados aerogeneradores, los modernos “molinos de viento”.

Actualmente solo el 0,2-0,3 % de la electricidad es de procedencia eólica.

Partes de un Aerogenerador:

• Hélice o Rotor: Es la parte expuesta al viento, que al girar sus paletas, transmiten la energía generada por su movimiento a una caja de engranajes. El rotor suele llevar tres palas con un diámetro variable entre 40 y 80 metros.
• Turbina o Caja de Engranaje: Reciben la energía procedente de la hélice y la transmiten al generador.
• Freno: Necesario para regular el funcionamiento de la instalación.
• Generador: Equipo donde se produce electricidad a partir del movimiento. Los generadores que llevan estas máquinas suelen tener una capacidad productiva de 600 kilovatios a más de 3MW.
• Carcasa de Protección: Dentro de esta carcasa van incluidos los equipos principales del aerogenerador.
• Torre: Es la encargada de sujetar a los componentes arriba citados. Cuanto más alta sea la torre, más posibilidades tenemos de conseguir vientos de mayor velocidad, y de alejarnos de las turbulencias del viento inferior.
• Equipo de Control: Alojado en el interior de la torre, para controlar todo el aerogenerador, en función de las condiciones exteriores y de las necesidades de producción.

Esquema de una Turbina Eólica:

1. Suelo
2. Conexión a la red eléctrica
3. Torre de contención
4. Escalera de acceso
5. Sistema de orientación
6. Góndola
7. Generador
8. Anemómetro
9. Freno
10. Transmisión
11. Palas
12. Inclinación de la pala hacia la derecha
13. Buje

5.4.- Clasificación del Viento

Clasificación del viento en función de su velocidad y altura

Rango de Trabajo de los Aerogeneradores:

• Velocidad de Corte Inferior: Es la velocidad mínima a la que empieza a ser rentable poner en marcha el aerogenerador para producir electricidad. A velocidades más bajas es antieconómico. Esta velocidad suele ser de 4-5 m/s.
• Velocidad de Corte Superior: Es la velocidad máxima que aguanta el aerogenerador sin que peligre. Es decir, es la velocidad máxima de seguridad que no se debe sobrepasar para evitar averías o accidentes. Esta velocidad varía en función del diseño y construcción de la torre, pero suele estar alrededor de los 25 m/s. Cuanto más robusta y resistente sea, mayor será la velocidad de viento que soportará.
• Velocidad Nominal: Es la velocidad a la que el aerogenerador alcanza su potencia máxima. Por ello es conveniente mantener esta velocidad nominal aunque aumente la velocidad del viento. Suele estar alrededor de los 15 m/s.

Factores que Influyen en la Producción de Electricidad:

• Cuando mayor es la velocidad del viento, mayor es la producción de energía.
• La electricidad producida es proporcional al área barrida por las paletas.
• Las mejoras tecnológicas están consiguiendo aumentar los rendimientos.

Destinos de la Electricidad Producida:

• Envío a la red de distribución eléctrica.
• Envío a una vivienda o industria para su abastecimiento.
• Envío a baterías para su almacenamiento.

5.5.- Especificaciones de un Aerogenerador

Como ejemplo comparativo citaremos que un solo aerogenerador (el modelo V90-3,0 MW de la empresa VESTAS), es capaz de producir anualmente la misma electricidad que 13.000 barriles de petróleo, evitando que vayan a la atmósfera 5.000 toneladas de CO2 por año. Algunas de las características de este moderno aerogenerador son:

• Diámetro del rotor: 90 metros
• Área barrida por el rotor: 6.362 metros cuadrados
• Velocidad nominal de giro: 16,1 rpm
• Intervalo operativo: 8,6-18,4 rpm
• Número de palas: 3
• Regulación de y freno neumático: 3 cilindros hidráulicos
• Torre (altura del buje): 80 – 105 metros
• Velocidad del viento para el arranque: 4 metros/segundo
• Velocidad del viento nominal: 15 metros/segundo
• Velocidad del viento para el corte: 25 metros/segundo
• Producción nominal del generador: 3.000 kW
• Datos operativos del generador: 50 Hz, 1.000 voltios
• Multiplicadora: 2 ejes planetarios y 1 helicoidal
• Control: Microprocesador, supervisión remota
• Peso de la góndola: 70 toneladas
• Peso del rotor: 41 toneladas

5.6.- Parques Eólicos

Los parques eólicos son un conjunto de aerogeneradores que se sitúan en una zona apropiada, donde previamente se ha estudiado la frecuencia y velocidad de los vientos, así como el impacto ambiental que puede causar la instalación de un número importante de turbinas.

Componentes Principales de un Parque Eólico:

• Aerogeneradores: En cuyas góndolas tiene lugar la transformación de la energía del viento en electricidad. El generador que va en la turbina es movido y produce la citada electricidad.
• Central Transformadora de Media Tensión
• Centro de Control de Funcionamiento: Aquí llega toda la electricidad producida por los aerogeneradores para su control y posterior distribución.
• Toma de Tierra: El viento al rozar con las partes del aerogenerador (torre, palas, góndola, etc.), produce una electricidad estática que eliminamos hacia la tierra para evitar problemas.
• Fuente Auxiliar: Como no siempre podemos confiar en que exista viento suficiente para el funcionamiento de la instalación, se dispone de un generador auxiliar de electricidad.
• Central Transformadora de Alta Tensión: Que se encarga de elevar el voltaje de la electricidad producida para facilitar su transporte.
• Línea de Transporte de Electricidad hacia la red principal de distribución.

Factores a Considerar en la Construcción de un Parque Eólico:

• Emplazamiento del parque eólico, estudiando bien los vientos.
• Altura de las torres en función del estudio del viento.
• Estudio geológico de la zona, para conocer las condiciones del suelo y hacer las fundaciones de las torres. Es importante también el acceso para el mantenimiento.

5.7.- Ventajas e Inconvenientes de los Parques Eólicos

Ventajas:

• Costo energético estable: Una vez realizada la inversión, los aerogeneradores pueden trabajar muchos años (unos 30) con un rendimiento apropiado, si se hace correctamente el mantenimiento.
• Energía limpia inagotable: Mientras tengamos sol que es el origen del viento, tenemos una fuente de energía limpia.
• Instalaciones ampliables: Se puede aumentar continuamente el número de generadores, si lo permiten las condiciones del terreno y las necesidades de electricidad.
• Desarrollo Rural: Los parques eólicos pueden ayudar a pueblos en zonas montañosas sin apenas aprovechamientos, y donde sí es posible montar estos parques.
• Contribución a la disminución del consumo de combustibles fósiles: Esto significa, como ya hemos dicho, que se reducen las emisiones de CO2 a la atmósfera, y se frena el calentamiento de la tierra.
• La fuente de la energía está a la vista: No hay que buscarla en el interior de la tierra.
• Instalaciones pequeñas: Al igual que ponemos paneles solares en una casa de campo, en una granja, etc. También se pueden poner pequeños aerogeneradores para abastecer de electricidad a viviendas o comunidades aisladas.

Inconvenientes:

• Daños a las aves: Que colisionan con los aerogeneradores. Actualmente, se procura disponer los aerogeneradores de forma que no interfieran en las migraciones de las aves.
• Contaminación visual: Todos hemos visto las torres con sus aspas cuando pasamos por una carretera.
• Movimientos de tierras: Para hacer las fundaciones de las torres y los accesos al parque eólico, hay que mover tierras que pueden tener un valor ecológico.
• Nivel sonoro: Su nivel sonoro no es fuerte. A una distancia de 300 metros las turbinas nos hacen llegar un ruido de 40 decibelios.
• Inversión inicial fuerte: Con la aplicación de nuevas tecnologías se están reduciendo estos costos.

Por todo ello, antes de instalar un parque eólico se debe hacer un estudio de su impacto ambiental sobre la zona.