Quizás los haya visto mientras conducía por el campo. O tal vez los viste cerca de la costa, asomándose en el horizonte con sus cuchillas giratorias. Por otra parte, es posible que los haya visto en el techo de alguien o como parte de una operación urbana a pequeña escala. Independientemente de la ubicación, las turbinas eólicas y la energía eólica se están convirtiendo en una característica cada vez más común en el mundo moderno.
Gran parte de esto tiene que ver con la amenaza del cambio climático, la contaminación del aire y el deseo de alejar a la humanidad de su dependencia de los combustibles fósiles. Y cuando se trata de energía alternativa y renovable, se espera que la energía eólica ocupe la segunda mayor participación del mercado en el futuro (después de la energía solar). Pero, ¿cómo funcionan exactamente las turbinas eólicas?
Descripción:
Las turbinas de aire son dispositivos que convierten la energía cinética del viento y los cambios en el flujo de aire en energía eléctrica. En general, consisten en los siguientes componentes: un rotor, un generador y un componente de soporte estructural (que puede tomar la forma de una torre, un mecanismo de giro de rotor o ambos).
Un rotor consiste en las palas que capturan la energía del viento y un eje, que convierte la energía del viento en energía rotacional de baja velocidad. El generador, que está conectado al eje, convierte la rotación lenta a alta en energía eléctrica utilizando una serie de imanes y un conductor (que generalmente consiste en un cable de cobre en espiral).
Cuando los imanes giran con el cable de cobre, produce una diferencia en el potencial eléctrico, creando voltaje y una corriente eléctrica. Por último, está el componente de soporte estructural, que garantiza que la turbina se encuentre a una altitud lo suficientemente alta como para capturar de manera óptima los cambios en la presión del viento y / o se enfrente en la dirección del flujo del viento.
Tipos de turbinas eólicas:
En la actualidad, hay dos tipos principales de turbinas eólicas: turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT) y turbinas eólicas de eje vertical (VAWT). Como su nombre lo indica, las turbinas eólicas horizontales tienen un eje del rotor principal y un generador eléctrico en la parte superior de una torre, con las aspas apuntadas hacia el viento. La turbina generalmente se coloca en contra del viento de su torre de soporte, ya que es probable que la torre produzca turbulencia detrás de ella.
Las turbinas de eje vertical (una vez más, como su nombre lo indica) tienen el eje del rotor principal dispuesto verticalmente. Típicamente, estos son de naturaleza más pequeña, y no necesitan ser apuntados en la dirección del viento para rotar. De este modo, pueden aprovechar el viento que es variable en términos de dirección.
En general, las turbinas eólicas de eje horizontal se consideran más eficientes y pueden producir más energía. Si bien el modelo vertical genera menos electricidad, se puede colocar en elevaciones más bajas y necesita menos componentes (particularmente un mecanismo de guiñada). Las turbinas eólicas también se pueden dividir en tres grupos generales según su diseño, que incluye los modelos Towered, Savonius y Darrieus.
El modelo de torre es la forma más convencional de HAWT, que consiste en una torre (como su nombre lo sugiere) y una serie de cuchillas largas que se sientan delante (y paralelas a) la torre. El Savonis es un modelo VAWT que se basa en cuchillas contorneadas (primicias) para capturar el viento y la rotación. Generalmente son de baja eficiencia, pero tienen el beneficio de ser autónomos. Este tipo de turbinas a menudo son parte de las operaciones de viento en la azotea o se montan en embarcaciones marítimas.
El modelo Darrieus, también conocido como turbina "Eggbeater", lleva el nombre del inventor francés que fue pionero en el diseño: Georges Darrieus. Este modelo VAWT emplea una serie de cuchillas verticales que se asientan paralelas al soporte vertical. Generalmente son de baja eficiencia, requieren un rotor adicional para comenzar a girar, producen un alto par y ejercen una gran tensión en la torre. Por lo tanto, se consideran poco confiables a medida que avanzan los diseños.
Historia del desarrollo:
La energía eólica se ha utilizado durante miles de años para empujar velas, molinos de viento o para generar presión para bombas de agua. Los primeros ejemplos conocidos provienen de Asia Central, donde los molinos de viento utilizados en la antigua Persia (Irán) datan de entre 500 y 900 CE. La tecnología comenzó a aparecer en Europa durante la Edad Media, y se convirtió en una característica común en el siglo XVI.
En el siglo XIX, con el desarrollo de la energía eléctrica, se construyeron las primeras turbinas eólicas capaces de generar electricidad. El primero fue instalado en 1887 por el académico escocés James Blyth para iluminar su casa de vacaciones en Marykirk, Escocia. En 1888, el inventor estadounidense Charles F. Brush construyó la primera turbina eólica automatizada para alimentar su hogar en Cleveland, Ohio.
A principios del siglo XX, las turbinas eólicas comenzaron a convertirse en un medio común para alimentar hogares en áreas remotas (como granjas). En 1941, la primera turbina eólica de clase megavatio se instaló en Vermont y se unió a la red local de servicios públicos. En 1951, el Reino Unido instaló su primera turbina eólica conectada a la red pública en las Islas Orcadas.
En la década de 1970, la investigación y el desarrollo de la tecnología de turbinas eólicas avanzaron considerablemente gracias a la crisis de la OPEP y las protestas contra la energía nuclear. En las décadas siguientes, comenzaron a surgir asociaciones y grupos de presión dedicados a la energía alternativa en las naciones de Europa occidental y los Estados Unidos. En la última década del siglo XX, surgieron esfuerzos similares en India y China debido a la creciente contaminación del aire y la creciente demanda de energía limpia.
Energía eólica:
En comparación con otras formas de energía renovable, la energía eólica se considera muy confiable y constante, ya que el viento es constante de año en año y no disminuye durante las horas pico de demanda. Inicialmente, la construcción de parques eólicos fue una empresa costosa. Pero gracias a las recientes mejoras, la energía eólica ha comenzado a establecer precios máximos en los mercados mayoristas de energía en todo el mundo y reducir los ingresos y las ganancias de la industria de los combustibles fósiles.
Según un informe emitido por el Departamento de Energía en marzo de 2015, el crecimiento de la energía eólica en los Estados Unidos podría generar aún más empleos altamente calificados en muchas categorías. Titulado "Visión del viento: una nueva era para la energía eólica en los Estados Unidos", el documento indica que para 2050, la industria podría representar hasta el 35% de la producción eléctrica de los Estados Unidos.
Además, en 2014, el Global Wind Energy Council y Greenpeace International se unieron para publicar un informe titulado "Global Wind Energy Outlook 2014". Este informe indicó que en todo el mundo, la energía eólica podría proporcionar hasta un 25 a 30% de la electricidad mundial para 2050. En el momento de redactarse el informe, las instalaciones comerciales en más de 90 países tenían una capacidad total de 318 gigavatios (GW), proporcionando alrededor del 3,1% de la oferta mundial.
Esto representa un aumento de casi dieciséis veces en la tasa de adopción desde el año 2000, cuando la energía eólica representaba menos del 0.2%. Otra forma de verlo sería decir que la cuota de mercado de la energía eólica se ha duplicado cuatro veces en menos de 15 años. Esto lo ubica en segundo lugar solo después de la energía solar, que se duplicó siete veces en el mismo período, pero aún sigue el viento en términos de su participación general en el mercado (alrededor del 1% en 2014).
En términos de sus desventajas, un problema constantemente planteado es el efecto que las turbinas eólicas tienen sobre la vida silvestre local, y la perturbación que su presencia tiene en el paisaje local. Sin embargo, estas preocupaciones a menudo han sido infladas por grupos de interés especial y grupos de presión que buscan desacreditar la energía eólica y otras fuentes de energía renovables.
Por ejemplo, un estudio de 2009 publicado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable determinó que menos de 1 acre por megavatio se altera permanentemente por la construcción de parques eólicos a gran escala, y menos de 3.5 acres por megavatio se ven perturbados temporalmente. El mismo estudio concluyó que los impactos son relativamente bajos en la vida silvestre de aves y murciélagos, y que las mismas conclusiones son válidas para las plataformas en alta mar.
En todo el mundo, los gobiernos y las comunidades locales están buscando energía eólica para satisfacer sus necesidades energéticas. En una era de aumento de los precios del combustible, crecientes preocupaciones sobre el cambio climático y la mejora de la tecnología, esto no es sorprendente. Con su tasa actual de adopción, es probable que sea una de las mayores fuentes de energía a mediados de siglo.
Y asegúrese de disfrutar este video sobre turbinas eólicas, cortesía del Centro de Investigación Lewis de la NASA:
Hemos escrito muchos artículos interesantes sobre turbinas eólicas y energía eólica aquí en Space Magazine. ¿Qué es la energía alternativa ?, ¿qué son los combustibles fósiles ?, ¿cuáles son los diferentes tipos de energía renovable ?, la energía eólica en el océano (con ayuda del espacio) y ¿podría el mundo funcionar con energía solar y eólica?
Para obtener más información, consulte el artículo de How Stuff Works sobre la historia y la mecánica de la energía eólica y la página Greenspace de la NASA.
Astronomy Cast también tiene algunos episodios que son relevantes para el tema. Aquí está el Episodio 51: Tierra y el Episodio 308: Cambio climático.
Fuentes:
- Wikipedia - Turbina de viento
- NASA - El viento del cambio
- Departamento de Energía - ¿Cómo funcionan las turbinas eólicas?
- Agencia de Información Energética de EE. UU. - Tipos de turbinas eólicas
