Energía eólica
Definición
La energía eólica es el uso del flujo de aire a través de las turbinas de viento para proporcionar la energía mecánica para encender generadores eléctricos. La energía eólica, como alternativa a la quema de combustibles fósiles, es abundante, renovable, ampliamente distribuida, limpia, no produce emisiones de gases de efecto invernadero durante la operación, no consume agua y usa poca tierra. Los efectos netos sobre el medio ambiente son mucho menos problemáticos que los de fuentes de energía no renovables.
Los parques eólicos consisten en muchas turbinas de viento individuales, que están conectadas a la red de transmisión de energía eléctrica. El viento en tierra es una fuente económica de energía eléctrica, competitiva o en muchos lugares más barata que las plantas de carbón o gas. El viento en alta mar es más estable y más fuerte que en tierra y las granjas marinas tienen menos impacto visual, pero los costos de construcción y mantenimiento son considerablemente más altos. Los parques eólicos pequeños en tierra pueden alimentar algo de energía en la red o proporcionar energía eléctrica a ubicaciones aisladas fuera de la red.
La energía eólica proporciona una potencia variable, que es muy consistente de un año a otro, pero tiene una variación significativa en escalas de tiempo más cortas. Por lo tanto, se utiliza junto con otras fuentes de energía eléctrica para proporcionar un suministro confiable. A medida que aumenta la proporción de energía eólica en una región, puede ocurrir la necesidad de actualizar la red y una capacidad reducida para suplantar la producción convencional. Las técnicas de administración de energía tales como tener exceso de capacidad, turbinas distribuidas geográficamente, fuentes de respaldo despachables, suficiente energía hidroeléctrica, exportar e importar energía a áreas vecinas, o reducir la demanda cuando la producción eólica es baja, en muchos casos pueden superar estos problemas. Además, el pronóstico del tiempo permite que la red de energía eléctrica se prepare para las variaciones predecibles en la producción que ocurren.
A partir de 2015, Dinamarca genera el 40% de su energía eléctrica de la energía eólica, y al menos otros 83 países de todo el mundo utilizan la energía eólica para abastecer sus redes de energía eléctrica. En 2014, la capacidad global de energía eólica se expandió un 16% a 369,553 MW. La producción anual de energía eólica también está creciendo rápidamente y ha alcanzado aproximadamente el 4% del uso de energía eléctrica en todo el mundo, el 11,4% en la UE.
Historia
La energía eólica se ha utilizado siempre que los humanos hayan puesto velas en el viento. Durante más de dos milenios, las máquinas impulsadas por el viento tienen granos molidos y agua bombeada. La energía eólica estaba ampliamente disponible y no se limitaba a los bancos de arroyos de flujo rápido, o más tarde, que requieren fuentes de combustible. Las bombas eólicas drenaban los pólderes de los Países Bajos, y en regiones áridas como el medio oeste estadounidense o el interior de Australia, las bombas de viento proporcionaban agua para ganado y máquinas de vapor.
El primer molino de viento utilizado para la producción de energía eléctrica fue construido en Escocia en julio de 1887 por el profesor James Blyth de Anderson's College, Glasgow (el precursor de la Universidad de Strathclyde). La turbina eólica de Blyth, de 10 metros (33 pies) de altura, fue instalada en el jardín de su casa de vacaciones en Marykirk en Kincardineshire y fue utilizada para cargar acumuladores desarrollados por el francés Camille Alphonse Faure, para alimentar la iluminación de la casa, así convirtiéndola en la primera casa del mundo en tener su energía eléctrica abastecida por energía eólica. Blyth ofreció la energía eléctrica excedente a la gente de Marykirk para encender la calle principal, sin embargo, rechazaron la oferta porque pensaban que la energía eléctrica era "obra del diablo". Aunque más tarde construyó una turbina eólica para suministrar energía de emergencia a el asilo Lunatic local,
Al otro lado del Atlántico, en Cleveland, Ohio, una máquina más grande y pesadamente diseñada fue diseñada y construida en el invierno de 1887-1888 por Charles F. Brush, esta fue construida por su compañía de ingeniería en su casa y fue operada desde 1886 hasta 1900. The Brush la turbina eólica tenía un rotor de 17 metros (56 pies) de diámetro y estaba montada en una torre de 18 metros (59 pies). Aunque es grande según los estándares actuales, la máquina solo tenía una potencia de 12 kW. La dínamo conectada se usó para cargar un banco de baterías o para operar hasta 100 bombillas incandescentes, tres lámparas de arco y varios motores en el laboratorio de Brush.
Con el desarrollo de la energía eléctrica, la energía eólica encontró nuevas aplicaciones en la iluminación de edificios alejados de la energía generada centralmente. A lo largo del siglo XX, las rutas paralelas desarrollaron pequeñas estaciones eólicas adecuadas para granjas o residencias, y generadores de energía eólica más grandes que podrían conectarse a redes eléctricas para el uso remoto de la energía. En la actualidad, los generadores eólicos operan en todos los rangos de tamaño entre pequeñas estaciones para cargar baterías en residencias aisladas, hasta parques eólicos marinos de casi gigavatios que proporcionan energía eléctrica a las redes eléctricas nacionales.
Energía eólica
La energía eólica es la energía cinética del aire en movimiento, también llamado viento. La energía eólica total que fluye a través de una superficie imaginaria con el área A durante el tiempo t es:
donde ρ es la densidad del aire; v es la velocidad del viento; Avt es el volumen de aire que pasa por A (que se considera perpendicular a la dirección del viento); Avtρ es por lo tanto la masa m que pasa por "A". Tenga en cuenta que ½ ρv es la energía cinética del aire en movimiento por unidad de volumen.
La potencia es energía por unidad de tiempo, por lo que la energía eólica incidente en A (por ejemplo, igual al área del rotor de una turbina eólica) es:
La energía eólica en una corriente de aire abierto es, por lo tanto, proporcional a la tercera potencia de la velocidad del viento; la potencia disponible aumenta ocho veces cuando la velocidad del viento se duplica. Por lo tanto, las turbinas eólicas para la energía eléctrica de la red deben ser especialmente eficientes a mayores velocidades del viento.
El viento es el movimiento del aire a través de la superficie de la Tierra, afectado por áreas de alta presión y baja presión. La energía cinética del viento global promedió aproximadamente 1.50 MJ / m durante el período de 1979 a 2010, 1.31 MJ / m en el hemisferio norte con 1.70 MJ / m en el hemisferio sur. La atmósfera actúa como un motor térmico que absorbe el calor a temperaturas más altas y libera calor a temperaturas más bajas. El proceso es responsable de la producción de energía cinética del viento a una velocidad de 2,46 W / m, manteniendo así la circulación de la atmósfera contra la disipación por fricción. Un mapa global de 1 km de recursos eólicos se encuentra en http://irena.masdar.ac.ae/?map=103, según los cálculos de la Universidad Técnica de Dinamarca. A diferencia de los atlas de velocidad del viento "estáticos" que brindan una velocidad promedio única a lo largo de varios años, herramientas como Renewables.
La cantidad total de energía extraíble económicamente disponible del viento es considerablemente mayor que el uso actual de energía humana de todas las fuentes.Axel Kleidon del Instituto Max Planck en Alemania, llevó a cabo un cálculo "de arriba hacia abajo" de cuánta energía eólica hay, comenzando con la radiación solar entrante que impulsa los vientos al crear diferencias de temperatura en la atmósfera. Concluyó que se podía extraer entre 18 TW y 68 TW.
Cristina Archer y Mark Z. Jacobson presentaron una estimación "ascendente" que, a diferencia de la de Kleidon, se basa en mediciones reales de la velocidad del viento, y descubrieron que hay 1700 TW de potencia eólica a una altitud de 100 metros sobre tierra y mar. De esto, "entre 72 y 170 TW podría extraerse de una manera práctica y rentable". Luego estimaron 80 TW. Sin embargo, la investigación en la Universidad de Harvard estima 1 vatio / m en promedio y 2-10 MW / km de capacidad para parques eólicos a gran escala, lo que sugiere que estas estimaciones de los recursos eólicos globales totales son demasiado altas por un factor de aproximadamente 4.
La fuerza del viento varía, y un valor promedio para una ubicación determinada no solo indica la cantidad de energía que una turbina eólica podría producir allí.
Para evaluar los posibles sitios de energía eólica, una función de distribución de probabilidad a menudo se ajusta a los datos de velocidad del viento observados. Diferentes ubicaciones tendrán diferentes distribuciones de velocidad del viento. El modelo de Weibull refleja de cerca la distribución real de las velocidades del viento cada hora / diez minutos en muchos lugares. El factor de Weibull suele ser cercano a 2 y, por lo tanto, una distribución de Rayleigh se puede utilizar como un modelo menos preciso pero más simple.
Parques eólicos
| Granja eólica | Capacidad (MW) | País | Refs |
|---|---|---|---|
| Parque Eólico Gansu | 6,800 |  China | |
| Parque eólico Muppandal | 1,500 |  India | |
| Alta (Oak Creek-Mojave) | 1.320 |  Estados Unidos | |
| Parque eólico de Jaisalmer | 1,064 | India | |
| Shepherds Flat Wind Farm | 845 | Estados Unidos | |
| Parque eólico Roscoe | 782 | Estados Unidos | |
| Centro de energía eólica Horse Hollow | 736 | Estados Unidos | |
| Parque eólico Capricorn Ridge | 662 | Estados Unidos | |
| Parque eólico Fântânele-Cogealac | 600 |  Rumania | |
| Parque eólico Fowler Ridge | 600 | Estados Unidos | |
| Parque Eólico Whitelee | 539 |  Reino Unido |
Un parque eólico es un grupo de aerogeneradores en el mismo lugar utilizado para la producción de energía eléctrica. Un gran parque eólico puede constar de varios cientos de aerogeneradores individuales distribuidos en un área extensa, pero la tierra entre las turbinas puede utilizarse con fines agrícolas u otros. Por ejemplo, Gansu Wind Farm, el mayor parque eólico del mundo, tiene varios miles de turbinas. Un parque eólico también puede estar ubicado en alta mar.
Casi todas las grandes turbinas de viento tienen el mismo diseño: una turbina eólica de eje horizontal que tiene un rotor de cebo con tres cuchillas, unida a una góndola en la parte superior de una torre tubular alta.
En un parque eólico, las turbinas individuales están interconectadas con una tensión media (a menudo 34,5 kV), un sistema de recogida de energía y una red de comunicaciones. En general, se establece una distancia de 7D (7 × diámetro del rotor de la turbina eólica) entre cada turbina en un parque eólico completamente desarrollado. En una subestación, esta corriente eléctrica de voltaje medio aumenta en voltaje con un transformador para la conexión al sistema de transmisión de energía eléctrica de alto voltaje.
Características del generador y estabilidad
Los generadores de inducción, que a menudo se usaban para proyectos de energía eólica en las décadas de 1980 y 1990, requieren potencia reactiva para la excitación, por lo que las subestaciones utilizadas en sistemas de captación de energía eólica incluyen bancos de condensadores sustanciales para la corrección del factor de potencia. Los diferentes tipos de generadores de turbinas eólicas se comportan de manera diferente durante las perturbaciones de la red de transmisión, por lo que los operadores del sistema de transmisión requieren un amplio modelado de las características electromecánicas dinámicas de un nuevo parque eólico para garantizar un comportamiento estable predecible durante las fallas del sistema. En particular, los generadores de inducción no pueden soportar el voltaje del sistema durante las fallas, a diferencia de los generadores síncronos accionados por vapor o hidroeléctricas.
Hoy estos generadores ya no se usan en las turbinas modernas. En cambio, hoy en día la mayoría de las turbinas usan generadores de velocidad variable combinados con un convertidor de potencia de escala parcial o total entre el generador de turbina y el sistema colector, que generalmente tienen propiedades más deseables para la interconexión de red y tienen capacidades de paso de baja tensión. Los conceptos modernos utilizan máquinas de doble alimentación con convertidores de escala parcial o generadores de inducción de jaula de ardilla o generadores sincrónicos (excitados de forma permanente y eléctricamente) con convertidores de escala completa.
Los operadores de sistemas de transmisión suministrarán a un desarrollador de parques eólicos un código de red para especificar los requisitos de interconexión a la red de transmisión. Esto incluirá el factor de potencia, la constancia de la frecuencia y el comportamiento dinámico de las turbinas del parque eólico durante una falla del sistema.
Energía eólica offshore
La energía eólica marina se refiere a la construcción de parques eólicos en grandes masas de agua para generar energía eléctrica. Estas instalaciones pueden utilizar los vientos más frecuentes y poderosos que están disponibles en estas ubicaciones y tienen un impacto menos estético en el paisaje que los proyectos basados en tierra. Sin embargo, los costos de construcción y mantenimiento son considerablemente más altos.
Siemens y Vestas son los principales proveedores de turbinas para la energía eólica marina. Ørsted, Vattenfall y E.ON son los principales operadores offshore. A octubre de 2010, 3,16 GW de capacidad de energía eólica marina estaban en funcionamiento, principalmente en el norte de Europa. Según BTM Consult, se instalarán más de 16 GW de capacidad adicional antes de finales de 2014 y el Reino Unido y Alemania se convertirán en los dos principales mercados. Se espera que la capacidad de energía eólica marina alcance un total de 75 GW en todo el mundo para 2020, con contribuciones significativas de China y los EE. UU. Las inversiones del Reino Unido en energía eólica marina han resultado en una disminución rápida del uso de carbón como fuente de energía entre 2012 y 2017, así como una disminución en el uso de gas natural como fuente de energía en 2017.
En 2012, 1.662 turbinas en 55 parques eólicos marinos en 10 países europeos produjeron 18 TWh, suficiente para alimentar a casi cinco millones de hogares. A partir de agosto de 2013, el London Array en el Reino Unido es el parque eólico marino más grande del mundo con 630 MW.
| Granja eólica | Capacidad (MW) | País | Turbinas y modelo | Oficial | Refs |
|---|---|---|---|---|---|
| London Array | 630 | Reino Unido | 175 × Siemens SWT-3.6 | 2012 | |
| Parque eólico Gemini | 600 |  Los países bajos | 150 × Siemens SWT-4.0 | 2017 | |
| Gwynt y Môr | 576 | Reino Unido | 160 × Siemens SWT-3.6 107 | 2015 | |
| Gran Gabbard | 504 | Reino Unido | 140 × Siemens SWT-3.6 | 2012 | |
| Anholt | 400 |  Dinamarca | 111 × Siemens SWT-3.6-120 | 2013 | |
| BARD Offshore 1 | 400 |  Alemania | 80 aerogeneradores BARD 5.0 | 2013 |
Red de recolección y transmisión
En un parque eólico, las turbinas individuales están interconectadas con un sistema de recolección de energía de media tensión (usualmente 34.5 kV) y una red de comunicaciones. En una subestación, esta corriente eléctrica de voltaje medio aumenta en voltaje con un transformador para la conexión al sistema de transmisión de energía eléctrica de alto voltaje.
Se requiere una línea de transmisión para llevar la energía generada a mercados (a menudo remotos). Para una estación off-shore esto puede requerir un cable submarino. La construcción de una nueva línea de alta tensión puede ser demasiado costosa solo para el recurso eólico, pero los sitios eólicos pueden aprovechar las líneas instaladas para generación con combustible convencional.
Uno de los mayores desafíos actuales para la integración de la red eólica en los Estados Unidos es la necesidad de desarrollar nuevas líneas de transmisión para transportar energía desde parques eólicos, por lo general en estados remotos y poco poblados en el medio del país debido a la disponibilidad de viento. ubicaciones de carga, generalmente en las costas donde la densidad de población es más alta. Las líneas de transmisión actuales en ubicaciones remotas no fueron diseñadas para el transporte de grandes cantidades de energía. A medida que las líneas de transmisión se vuelven más largas, las pérdidas asociadas con la transmisión de potencia aumentan, ya que los modos de pérdidas en longitudes menores se agravan y los nuevos modos de pérdidas ya no son insignificantes a medida que aumenta la longitud, lo que hace más difícil transportar grandes cargas a grandes distancias. Sin embargo, la resistencia de los gobiernos estatales y locales dificulta la construcción de nuevas líneas de transmisión. Los estados con tarifas de energía eléctrica baratas desalientan los proyectos de transmisión de energía multi estado por temor a que la exportación de su energía barata genere tarifas más altas. Una ley energética de 2005 otorgó al Departamento de Energía la autoridad para aprobar proyectos de transmisión en los que los estados se negaron a actuar, pero luego de un intento de usar esta autoridad, el Senado declaró que el departamento era demasiado agresivo al hacerlo. Otro problema es que las compañías eólicas descubren que la capacidad de transmisión de una nueva granja está por debajo de la capacidad de generación, en gran medida porque las normas federales de servicios públicos para alentar la instalación de energía renovable permiten que las líneas alimentadoras cumplan solo los estándares mínimos. Estos son asuntos importantes que deben ser resueltos, como cuando la capacidad de transmisión no alcanza la capacidad de generación, los parques eólicos se ven obligados a producir por debajo de su potencial máximo o dejan de funcionar todos juntos, en un proceso conocido como reducción. Si bien esto lleva a una potencial generación renovable sin explotar, evita posibles sobrecargas en la red o el riesgo de un servicio confiable.
Capacidad y producción de energía eólica
A partir de 2015, hay más de 200,000 turbinas eólicas en funcionamiento, con una capacidad total de 432 GW en todo el mundo. La Unión Europea superó la capacidad nominal de 100 GW en septiembre de 2012, mientras que Estados Unidos superó los 75 GW en 2015 y la capacidad conectada a la red de China superó los 145 GW en 2015. En 2015, la energía eólica representó el 15,6% de toda la generó alrededor del 11,4% de su potencia.
La capacidad de generación eólica mundial se cuadruplicó entre 2000 y 2006, duplicándose aproximadamente cada 3 años. Estados Unidos fue pionero en parques eólicos y fue líder mundial en capacidad instalada en los años ochenta y principios de los noventa. En 1997, la capacidad instalada en Alemania superó a los Estados Unidos y la llevó nuevamente hasta los Estados Unidos en 2008. China ha expandido rápidamente sus instalaciones eólicas a fines de la década de 2000 y pasó a los Estados Unidos en 2010 para convertirse en el líder mundial. A partir de 2011, 83 países de todo el mundo utilizaban la energía eólica de forma comercial.
La cantidad real de energía eléctrica que el viento puede generar se calcula multiplicando la capacidad de la placa por el factor de capacidad, que varía según el equipo y la ubicación. Las estimaciones de los factores de capacidad para las instalaciones eólicas están en el rango de 35% a 44%.
| País | Producción de energía eólica(TWh) |
|---|---|
| Estados Unidos | 190.7 |
| China | 185.8 |
| Alemania | 78.9 |
| España | 48.1 |
| India | 42.8 |
| Reino Unido | 40.3 |
| Canadá | 26.2 |
| Brasil | 21.6 |
| Francia | 21.2 |
| Suecia | 16.3 |
| (resto del mundo) | 161.7 |
| Total mundial | 833.6 |
Tendencias de crecimiento
La industria de la energía eólica estableció nuevos récords en 2014: se instalaron más de 50 GW de nueva capacidad. Otro año récord se produjo en 2015, con un crecimiento anual del mercado del 22% que resulta en la aprobación de la marca de 60 GW. En 2015, casi la mitad de toda la nueva energía eólica se agregó fuera de los mercados tradicionales en Europa y América del Norte. Esto fue en gran parte de las nuevas construcciones en China y la India. Las cifras del Global Wind Energy Council (GWEC) muestran que 2015 registró un aumento de la capacidad instalada de más de 63 GW, llevando la capacidad total de energía eólica instalada a 432,9 GW, frente a 74 GW en 2006. En términos de valor económico, la energía eólica el sector se ha convertido en uno de los actores importantes en los mercados energéticos, con inversiones totales que alcanzan los US $ 329bn (€ 296.6bn), un aumento del 4% con respecto a 2014.
Aunque la industria eólica se vio afectada por la crisis financiera mundial en 2009 y 2010, GWEC prevé que la capacidad instalada de energía eólica será de 792.1 GW para fines de 2020 y de 4.042 GW para fines de 2050. La mayor puesta en marcha de la energía eólica es estar acompañado de precios bajos récord para la próxima energía eléctrica renovable. En algunos casos, el viento en tierra ya es la opción de generación de energía eléctrica más barata y los costos continúan disminuyendo. Los precios contratados para la energía eólica en tierra para los próximos años ahora son tan bajos como 30 USD / MWh.
En la UE en 2015, el 44% de toda la nueva capacidad de generación era eólica; mientras que en el mismo período disminuyó la capacidad de potencia neta de combustible fósil.
Factor de capacidad
Dado que la velocidad del viento no es constante, la producción anual de energía de un parque eólico nunca es tanto como la suma de las clasificaciones de la placa del generador multiplicadas por las horas totales en un año. La relación entre la productividad real en un año y este máximo teórico se denomina factor de capacidad. Los factores de capacidad típicos son 15-50%; los valores en el extremo superior del rango se alcanzan en sitios favorables y se deben a mejoras en el diseño de la turbina eólica.
Los datos en línea están disponibles para algunas ubicaciones, y el factor de capacidad puede calcularse a partir de la producción anual. Por ejemplo, el factor de capacidad de potencia eólica promedio a nivel nacional en todo el año 2012 fue justo por debajo del 17.5% (45,867 GW • h / a / (29.9 GW × 24 × 366) = 0.1746) y el factor de capacidad para los parques eólicos escoceses promedió 24 % entre 2008 y 2010.
A diferencia de las plantas de generación de combustible, el factor de capacidad se ve afectado por varios parámetros, incluida la variabilidad del viento en el sitio y el tamaño del generador en relación con el área barrida de la turbina. Un generador pequeño sería más económico y lograría un factor de capacidad más alto, pero produciría menos energía eléctrica (y, por lo tanto, menos ganancias) con vientos fuertes. Por el contrario, un generador grande costaría más, pero generaría poca energía adicional y, dependiendo del tipo, podría estancarse a baja velocidad del viento. Por lo tanto, se buscaría un factor de capacidad óptimo de alrededor del 40-50%.
Un estudio de 2008 publicado por el Departamento de Energía de los EE. UU. Señaló que el factor de capacidad de las nuevas instalaciones eólicas estaba aumentando a medida que la tecnología mejora, y proyectó nuevas mejoras para los factores de capacidad futuros. En 2010, el departamento estimó que el factor de capacidad de las nuevas turbinas eólicas en 2010 sería del 45%. El factor de capacidad promedio anual para la generación eólica en los Estados Unidos ha variado entre 29.8% y 34% durante el período 2010-2015.
Penetración
| País | Penetración |
|---|---|
| Dinamarca (2015) | 42.1% |
| Portugal (2013) | 23% |
| España (2011) | dieciséis% |
| Irlanda (2012) | dieciséis% |
| Reino Unido (2015) | 11% |
| Alemania (2011) | 8% |
| Estados Unidos (2016) | 5.5% |
La penetración de la energía eólica es la fracción de energía producida por el viento en comparación con la generación total. La penetración de la energía eólica en la generación eléctrica mundial en 2015 fue del 3.5%.
No existe un nivel máximo de penetración del viento generalmente aceptado. El límite para una red particular dependerá de las plantas de generación existentes, los mecanismos de fijación de precios, la capacidad de almacenamiento de energía, la gestión de la demanda y otros factores. Una red eléctrica interconectada ya incluirá capacidad de generación y transmisión de reserva para permitir fallas en los equipos. Esta capacidad de reserva también puede servir para compensar la variada generación de energía producida por las estaciones eólicas. Los estudios han indicado que el 20% del consumo total anual de energía eléctrica puede incorporarse con una dificultad mínima. Estos estudios han sido para ubicaciones con parques eólicos dispersos geográficamente, algún grado de energía despachable o hidroeléctrica con capacidad de almacenamiento, gestión de la demanda, e interconectados a una gran área de la red que permite la exportación de energía eléctrica cuando sea necesario. Más allá del nivel del 20%, existen pocos límites técnicos, pero las implicaciones económicas se vuelven más importantes. Las empresas de servicios eléctricos continúan estudiando los efectos de la penetración a gran escala de la generación de energía eólica en la estabilidad y economía del sistema.
Una figura de penetración de energía eólica se puede especificar para diferentes períodos de tiempo, pero a menudo se cotiza anualmente. Para obtener el 100% de la eólica anualmente se requiere un almacenamiento sustancial a largo plazo o una interconexión sustancial con otros sistemas que ya pueden tener un almacenamiento sustancial. En forma mensual, semanal, diaria o cada hora, o menos, el viento puede suministrar tanto como o más del 100% del uso actual, y el resto puede almacenarse o exportarse. La industria de temporada podría entonces aprovecharse de los vientos fuertes y los tiempos de uso bajos, como por la noche, cuando la producción de viento puede exceder la demanda normal. Dicha industria podría incluir la producción de silicio, aluminio, acero o gas natural e hidrógeno, y usar el almacenamiento futuro a largo plazo para facilitar el 100% de energía a partir de energías renovables variables. Las casas también se pueden programar para aceptar energía eléctrica adicional a pedido,
En Australia, el estado de Australia del Sur genera alrededor de la mitad de la capacidad de energía eólica del país. A fines de 2011, la energía eólica en Australia del Sur, defendida por el premier (y ministro de cambio climático) Mike Rann, alcanzó el 26% de la generación de energía eléctrica del estado, superando al carbón por primera vez. En esta etapa, Australia del Sur, con solo el 7,2% de la población de Australia, tenía el 54% de la capacidad instalada de Australia.
Variabilidad
La energía eléctrica generada a partir de la energía eólica puede ser muy variable en diferentes escalas de tiempo: por hora, por día o estacionalmente. La variación anual también existe, pero no es tan significativa. Debido a que la generación y el consumo eléctricos instantáneos deben permanecer en equilibrio para mantener la estabilidad de la red, esta variabilidad puede presentar desafíos sustanciales para incorporar grandes cantidades de energía eólica en un sistema de red. La intermitencia y la naturaleza no despachable de la producción de energía eólica pueden aumentar los costos de regulación, reserva de operación incremental y (a altos niveles de penetración) podría requerir un aumento en la gestión de demanda de energía, desconexión de carga, soluciones de almacenamiento o interconexión de sistemas con cables HVDC ya existentes . La variabilidad del viento es bastante diferente de la solar
Las fluctuaciones en la carga y la tolerancia por fallas de grandes unidades generadoras de combustibles fósiles requieren una capacidad operativa de reserva, que puede aumentarse para compensar la variabilidad de la generación eólica.
La energía eólica es variable, y durante los períodos de poco viento debe ser reemplazada por otras fuentes de energía. Las redes de transmisión actualmente soportan cortes de otras plantas de generación y cambios diarios en la demanda eléctrica, pero la variabilidad de las fuentes de energía intermitentes como la eólica es más frecuente que las de las plantas de generación de energía convencionales que, cuando estén programadas para operar, pueden ser capaces para entregar la capacidad de su placa de identificación alrededor del 95% del tiempo.
En la actualidad, los sistemas de grillas con gran penetración de viento requieren un pequeño aumento en la frecuencia de uso de las plantas generadoras de energía de giro natural para evitar la pérdida de energía eléctrica en caso de que no haya viento. A baja penetración de la energía eólica, este es un problema menor.
GE ha instalado un prototipo de turbina eólica con batería incorporada similar a la de un automóvil eléctrico, equivalente a 1 minuto de producción. A pesar de la pequeña capacidad, es suficiente para garantizar que la potencia de salida cumpla con la previsión durante 15 minutos, ya que la batería se utiliza para eliminar la diferencia en lugar de proporcionar una salida completa. En ciertos casos, la mayor previsibilidad se puede utilizar para tomar la penetración de la energía eólica de 20 a 30 o 40 por ciento. El costo de la batería se puede recuperar vendiendo potencia de ráfaga a demanda y reduciendo las necesidades de respaldo de las plantas de gas.
En el Reino Unido hubo 124 ocasiones distintas entre 2008 y 2010, cuando la producción eólica de la nación cayó a menos del 2% de la capacidad instalada. Un informe sobre la energía eólica de Dinamarca señaló que su red de energía eólica proporcionó menos del 1% de la demanda media en 54 días durante el año 2002. Los defensores de la energía eólica argumentan que estos períodos de baja energía pueden resolverse simplemente reiniciando las centrales eléctricas existentes que tienen mantenido listo, o interconectado con HVDC. Las redes eléctricas con centrales térmicas de respuesta lenta y sin vínculos con redes con generación hidroeléctrica pueden tener que limitar el uso de la energía eólica. De acuerdo con un estudio de la Universidad de Stanford 2007 publicado en el Journal of Applied Meteorology and ClimatologyInterconectar diez o más parques eólicos puede permitir que un promedio del 33% de la energía total producida (es decir, aproximadamente el 8% de la capacidad total de la placa de identificación) se use como energía eléctrica confiable de carga base en la que se puede confiar para manejar cargas pico, siempre que como criterios mínimos se cumplen para la velocidad del viento y la altura de la turbina.
Por el contrario, en días particularmente ventosos, incluso con niveles de penetración del 16%, la generación de energía eólica puede superar a todas las otras fuentes de energía eléctrica en un país. En España, en las primeras horas del 16 de abril de 2012, la producción de energía eólica alcanzó el porcentaje más alto de producción de energía eléctrica hasta entonces, al 60,46% de la demanda total. En Dinamarca, que tuvo una penetración del mercado de energía del 30% en 2013, más de 90 horas, la energía eólica generó el 100% de la energía del país, llegando al 122% de la demanda del país a las 2 a. M. Del 28 de octubre.
| País | 10% | 20% |
|---|---|---|
| Alemania | 2.5 | 3.2 |
| Dinamarca | 0.4 | 0.8 |
| Finlandia | 0.3 | 1.5 |
| Noruega | 0.1 | 0.3 |
| Suecia | 0.3 | 0.7 |
Un foro de 2006 de la Agencia Internacional de la Energía presentó los costos de la gestión de la intermitencia en función de la participación de la energía eólica en la capacidad total de varios países, como se muestra en la tabla de la derecha. Tres informes sobre la variabilidad del viento en el Reino Unido publicados en 2009, generalmente coinciden en que la variabilidad del viento debe tenerse en cuenta al agregar un 20% a la reserva operativa, pero no hace que la red sea inmanejable. Los costos adicionales, que son modestos, se pueden cuantificar.
La combinación de energías renovables variables por tipo y ubicación, pronosticando su variación e integrándolas con renovables renovables, generadores de combustible flexible y respuesta a la demanda puede crear un sistema de energía que tiene el potencial de satisfacer las necesidades de suministro de energía de manera confiable. La integración de niveles cada vez más altos de energías renovables se está demostrando con éxito en el mundo real:
La energía solar tiende a ser complementaria al viento. En escalas de tiempo de diarias a semana, las áreas de alta presión tienden a traer cielos despejados y vientos superficiales bajos, mientras que las áreas de baja presión tienden a ser más ventosas y más nubladas. En escalas de tiempo estacionales, la energía solar alcanza su máximo en verano, mientras que en muchas áreas la energía eólica es más baja en verano y más alta en invierno. Por lo tanto, la variación estacional de la energía eólica y solar tiende a cancelarse entre sí de alguna manera. En 2007, el Instituto de Tecnología de Suministro de Energía Solar de la Universidad de Kassel realizó una prueba piloto de una planta de energía combinada que conecta energía solar, eólica, biogás e hidrosalmacenamiento para proporcionar energía de seguimiento las 24 horas y durante todo el año, totalmente de fuentes renovables.
Previsibilidad
Se utilizan métodos de pronóstico de la energía eólica, pero la previsibilidad de cualquier parque eólico en particular es baja para el funcionamiento a corto plazo. Para cualquier generador en particular, hay un 80% de posibilidades de que la producción de viento cambie menos del 10% en una hora y un 40% de que cambie un 10% o más en 5 horas.
Sin embargo, los estudios de Graham Sinden (2009) sugieren que, en la práctica, las variaciones en miles de aerogeneradores, distribuidas en varios sitios diferentes y regímenes de viento, se suavizan. A medida que aumenta la distancia entre los sitios, la correlación entre las velocidades del viento medidos en esos sitios disminuye.
Por lo tanto, aunque la salida de una sola turbina puede variar mucho y rápidamente a medida que varían las velocidades locales del viento, a medida que más turbinas se conectan en áreas cada vez más grandes, la producción de potencia promedio se vuelve menos variable y más predecible.
La energía eólica casi nunca sufre fallas técnicas importantes, ya que las fallas de las turbinas eólicas individuales apenas tienen efecto sobre la potencia general, por lo que la energía eólica distribuida es confiable y predecible, mientras que los generadores convencionales, aunque mucho menos variables, pueden sufrir apagones impredecibles.
Almacen de energia
Típicamente, la hidroelectricidad convencional complementa muy bien la energía eólica. Cuando el viento sopla con fuerza, las estaciones hidroeléctricas cercanas pueden retener temporalmente el agua. Cuando cae el viento, pueden, si tienen la capacidad de generación, aumentar rápidamente la producción para compensar. Esto proporciona una fuente de alimentación general uniforme y prácticamente no produce pérdida de energía y no usa más agua.
Alternativamente, cuando no se dispone de un cabezal de agua adecuado, la hidroelectricidad de bombeo u otras formas de almacenamiento de energía de red como el almacenamiento de energía de aire comprimido y el almacenamiento de energía térmica pueden almacenar energía desarrollada por períodos de vientos fuertes y liberarla cuando sea necesario. El tipo de almacenamiento necesario depende del nivel de penetración del viento: una penetración baja requiere un almacenamiento diario y una penetración alta requiere almacenamiento a corto y largo plazo, hasta un mes o más. La energía almacenada aumenta el valor económico de la energía eólica, ya que puede desplazarse para desplazar una mayor generación de costos durante los períodos de mayor demanda. Los ingresos potenciales de este arbitraje pueden compensar el costo y las pérdidas de almacenamiento. Por ejemplo, en el Reino Unido, la planta de almacenamiento bombeado Dinorwig de 1,7 GW iguala los picos de demanda eléctrica, y permite a los proveedores de carga base operar sus plantas de manera más eficiente. Aunque los sistemas de energía de almacenamiento por bombeo son solo aproximadamente un 75% eficientes y tienen altos costos de instalación, sus bajos costos de operación y la capacidad de reducir la carga base eléctrica requerida pueden ahorrar tanto combustible como costos totales de generación eléctrica.
En regiones geográficas particulares, las velocidades máximas del viento pueden no coincidir con la demanda máxima de energía eléctrica. En los estados de California y Texas, por ejemplo, los días calurosos en verano pueden tener poca velocidad del viento y una gran demanda eléctrica debido al uso de aire acondicionado. Algunas empresas de servicios públicos subsidian la compra de bombas de calor geotérmicas por parte de sus clientes, para reducir la demanda de energía eléctrica durante los meses de verano al hacer que el aire acondicionado sea hasta un 70% más eficiente; la adopción generalizada de esta tecnología correspondería mejor a la demanda de energía eléctrica a la disponibilidad del viento en áreas con veranos calurosos y vientos de verano bajos. Una posible opción futura podría ser interconectar áreas geográficas ampliamente dispersas con una "superred" de HVDC. En los EE.UU
Alemania tiene una capacidad instalada de energía eólica y solar que puede exceder la demanda diaria y ha estado exportando energía máxima a los países vecinos, con exportaciones que ascendieron a unos 14.700 millones de kWh en 2012. Una solución más práctica es la instalación de treinta días de capacidad de almacenamiento para abastecer el 80% de la demanda, que será necesaria cuando la mayor parte de la energía de Europa se obtenga de la energía eólica y solar. Así como la UE exige a los países miembros que mantengan reservas estratégicas de petróleo durante 90 días, se puede esperar que los países proporcionen almacenamiento de energía eléctrica, en lugar de esperar usar a sus vecinos para la medición neta.
Capacidad de crédito, ahorro de combustible y recuperación de la energía
El crédito de capacidad del viento se estima determinando la capacidad de las plantas convencionales desplazadas por la energía eólica, manteniendo el mismo grado de seguridad del sistema. Según la Asociación Estadounidense de Energía Eólica, la producción de energía eólica en los Estados Unidos en 2015 evitó el consumo de energía. mil millones de galones de agua y emisiones reducidas de CO 2 en 132 millones de toneladas métricas, mientras que proporciona 7.3 mil millones de dólares en ahorros para la salud pública.
La energía necesaria para construir un parque eólico dividido en el rendimiento total a lo largo de su vida, el rendimiento energético de la energía invertida, de la energía eólica varía, pero promedia unos 20-25. Por lo tanto, el tiempo de amortización de la energía suele ser alrededor de un año.
Ciencias económicas
Las turbinas eólicas alcanzaron la paridad de red (el punto en el cual el costo de la energía eólica coincide con las fuentes tradicionales) en algunas áreas de Europa a mediados de la década de 2000, y en los EE. UU. Al mismo tiempo. La caída de los precios continúa impulsando el costo nivelado y se ha sugerido que ha alcanzado la paridad general de la red en Europa en 2010, y alcanzará el mismo punto en los EE. UU. Alrededor de 2016 debido a una reducción esperada en los costos de capital de aproximadamente 12%.
Costos y tendencias de la energía eléctrica
La energía eólica es intensiva en capital, pero no tiene costos de combustible. El precio de la energía eólica es mucho más estable que los precios volátiles de las fuentes de combustibles fósiles. El costo marginal de la energía eólica una vez que se construye una estación suele ser inferior a 1 centavo por kW • h.
Sin embargo, el costo promedio estimado por unidad de energía eléctrica debe incorporar el costo de construcción de la turbina y las instalaciones de transmisión, los fondos prestados, el retorno a los inversores (incluido el costo de riesgo), la producción anual estimada y otros componentes, promediados sobre la utilidad proyectada vida del equipo, que puede exceder los veinte años. Las estimaciones de los costos de energía dependen en gran medida de estas suposiciones, por lo que las cifras de los costos publicados pueden diferir sustancialmente. En 2004, la energía eólica costó un quinto de lo que ganaba en la década de 1980, y algunos esperaban que esa tendencia a la baja continuara a medida que se fabricaban en serie turbinas de varios megavatios más grandes. En 2012, los costos de capital para las turbinas eólicas fueron sustancialmente más bajos que en 2008-2010, pero aún superaron los niveles de 2002. Un informe de 2011 de la Asociación Americana de Energía Eólica declaró: "Viento"
Un informe de la Asociación Británica de Energía Eólica da un costo de generación promedio de energía eólica en tierra de alrededor de 3.2 peniques (entre US 5 y 6 centavos) por kW • h (2005). El costo por unidad de energía producida se estimó en 2006 entre 5 y 6 por ciento por encima del costo de la nueva capacidad de generación en Estados Unidos de carbón y gas natural: el costo del viento se estimó en $ 55.80 por MW • h, carbón a $ 53.10 / MW • h y gas natural a $ 52.50. Se obtuvieron resultados comparativos similares con el gas natural en un estudio gubernamental en el Reino Unido en 2011. En 2011, la energía de las turbinas de viento podría ser más barata que las plantas fósiles o nucleares; también se espera que la energía eólica sea la forma más barata de generación de energía en el futuro. La presencia de energía eólica, incluso cuando está subvencionada, puede reducir los costos para los consumidores (€ 5 billones / año en Alemania) al reducir el precio marginal,
Un estudio de la UE de 2012 muestra que el costo base de la energía eólica en tierra es similar al carbón, cuando se ignoran los subsidios y las externalidades. La energía eólica tiene algunos de los costos externos más bajos.
En febrero de 2013, Bloomberg New Energy Finance (BNEF) informó que el costo de generación de energía eléctrica de nuevos parques eólicos es más barato que el nuevo carbón o las nuevas plantas de gas de carga base. Al incluir el esquema actual de fijación de precios del carbono del gobierno federal australiano, su modelado da costos (en dólares australianos) de $ 80 / MWh para nuevos parques eólicos, $ 143 / MWh para nuevas plantas de carbón y $ 116 / MWh para nuevas plantas de gas de carga base. El modelo también muestra que "incluso sin un precio de carbono (la forma más eficiente de reducir las emisiones de toda la economía) la energía eólica es un 14% más barata que el carbón nuevo y un 18% más barata que el gas nuevo". Parte de los mayores costos para las nuevas plantas de carbón se debe a los altos costos de los préstamos financieros debido a "el daño a la reputación de las inversiones intensivas en emisiones". El gasto de las plantas a gas se debe en parte al "mercado de exportación" efectos sobre los precios locales. Los costos de producción de las plantas de carbón construidas en "los años 70 y 80" son más baratos que las fuentes de energía renovables debido a la depreciación. En 2015, BNEF calculó los precios de LCOE por MWh de energía en nuevas centrales (excluyendo los costos de carbono): $ 85 para la energía eólica ($ 175 para la costa), $ 66-75 para el carbón en las Américas ($ 82-105 en Europa), gas $ 80-100. Un estudio de 2014 mostró costos de LCOE sin subsidio entre $ 37-81, dependiendo de la región. Un informe del DOE de EE. UU. De 2014 mostró que en algunos casos los precios del acuerdo de compra de energía para energía eólica habían caído a mínimos históricos de $ 23.5 / MWh. $ 85 para el viento en tierra ($ 175 para costa afuera), $ 66-75 para el carbón en las Américas ($ 82-105 en Europa), gasolina $ 80-100. Un estudio de 2014 mostró costos de LCOE sin subsidio entre $ 37-81, dependiendo de la región. Un informe del DOE de EE. UU. De 2014 mostró que en algunos casos los precios del acuerdo de compra de energía para energía eólica habían caído a mínimos históricos de $ 23.5 / MWh. $ 85 para el viento en tierra ($ 175 para costa afuera), $ 66-75 para el carbón en las Américas ($ 82-105 en Europa), gasolina $ 80-100. Un estudio de 2014 mostró costos de LCOE sin subsidio entre $ 37-81, dependiendo de la región. Un informe del DOE de EE. UU. De 2014 mostró que en algunos casos los precios del acuerdo de compra de energía para energía eólica habían caído a mínimos históricos de $ 23.5 / MWh.
El costo se ha reducido a medida que la tecnología de la turbina eólica ha mejorado. Ahora hay palas de aerogenerador más largas y livianas, mejoras en el rendimiento de la turbina y una mayor eficiencia en la generación de energía. Además, el capital del proyecto eólico y los costos de mantenimiento han seguido disminuyendo. Por ejemplo, la industria eólica en los EE.UU. a principios de 2014 fueron capaces de producir más energía a menor costo mediante el uso de turbinas de viento más altas con hojas más largas, capturando los vientos más rápidos en elevaciones más altas. Esto ha abierto nuevas oportunidades y en Indiana, Michigan y Ohio, el precio de la energía eólica construida de 300 pies a 400 pies sobre el suelo ahora puede competir con los combustibles fósiles convencionales como el carbón. Los precios han caído a alrededor de 4 centavos por kilovatio-hora en algunos casos y los servicios públicos han estado aumentando la cantidad de energía eólica en su cartera,
Varias iniciativas están trabajando para reducir los costos de la energía eléctrica de la energía eólica marina. Un ejemplo es Carbon Trust Offshore Wind Accelerator, un proyecto industrial conjunto que involucra a nueve desarrolladores de energía eólica marina, cuyo objetivo es reducir el costo de la energía eólica marina en un 10% para 2015. Se ha sugerido que la innovación a escala podría ofrecer una reducción de costos del 25% en eólica marina para 2020. Henrik Stiesdal, ex Director Técnico de Siemens Wind Power, ha declarado que para 2025 la energía de la energía eólica marina será una de las soluciones escalables más baratas del Reino Unido, en comparación con otras energías renovables y fuentes de energía basadas en combustibles fósiles, si el costo real para la sociedad se tiene en cuenta en el costo de la ecuación de la energía. Él calcula que el costo en ese momento sería de 43 EUR / MWh para la costa y 72 EUR / MWh para la energía eólica marina.
En agosto de 2017, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía publicó un nuevo informe sobre una reducción del 50% en el costo de la energía eólica para 2030. Se espera que el NREL logre avances en diseño, materiales y controles de aerogeneradores para desbloquear mejoras de rendimiento y reducir costos. Según los encuestadores internacionales, este estudio muestra que el recorte de costos fluctuará entre 24% y 30% para 2030. En casos más agresivos, los expertos estiman una reducción de costos de hasta 40% si los programas de investigación y desarrollo y tecnología resultan en una eficiencia adicional.
Incentivos y beneficios para la comunidad
La industria eólica de los Estados Unidos genera decenas de miles de empleos y miles de millones de dólares de actividad económica. Los proyectos eólicos proporcionan impuestos locales o pagos en lugar de impuestos y fortalecen la economía de las comunidades rurales al proporcionar ingresos a los agricultores con turbinas eólicas en sus tierras. La energía del viento en muchas jurisdicciones recibe apoyo financiero o de otro tipo para fomentar su desarrollo. La energía eólica se beneficia de los subsidios en muchas jurisdicciones, ya sea para aumentar su atractivo o para compensar los subsidios recibidos por otras formas de producción que tienen externalidades negativas significativas.
En los Estados Unidos, la energía eólica recibe un crédito fiscal a la producción (PTC) de 1.5 ¢ / kWh en dólares de 1993 por cada kW • h producido, durante los primeros diez años; a 2.2 centavos por kW • h en 2012, el crédito se renovó el 2 de enero de 2012, para incluir la construcción iniciada en 2013. Se puede aplicar un 30% de crédito fiscal en lugar de recibir el PTC. Otro beneficio fiscal es la depreciación acelerada. Muchos estados americanos también ofrecen incentivos, como exención del impuesto a la propiedad, compras obligatorias y mercados adicionales para "créditos verdes". La Ley de Mejora y Extensión de la Energía de 2008 contiene extensiones de créditos para el viento, incluidas microturbinas. Países como Canadá y Alemania también ofrecen incentivos para la construcción de turbinas eólicas, como créditos fiscales o precios mínimos de compra para la generación eólica, con acceso seguro a la red (a veces denominado tarifas de alimentación). Estas tarifas de alimentación generalmente se establecen muy por encima de los precios promedio de la energía eléctrica. En diciembre de 2013, el senador estadounidense Lamar Alexander y otros senadores republicanos argumentaron que el "crédito fiscal para la producción de energía eólica debe expirar a fines de 2013" y expiró el 1 de enero de 2014 para las nuevas instalaciones.
Las fuerzas del mercado secundario también proporcionan incentivos para que las empresas usen energía generada por el viento, incluso si hay un precio superior para la electricidad. Por ejemplo, los fabricantes socialmente responsables le pagan a las empresas de servicios un premio que se destina a subsidiar y construir una nueva infraestructura de energía eólica. Las empresas usan energía generada por el viento, ya cambio pueden afirmar que están emprendiendo fuertes esfuerzos "verdes". En los EE. UU., La organización Green-e monitorea el cumplimiento comercial de estos créditos de energía renovable. Los precios de las turbinas han caído significativamente en los últimos años debido a las condiciones competitivas más duras, como el mayor uso de subastas de energía y la eliminación de subsidios en muchos mercados. Por ejemplo, Vestas, un fabricante de turbinas eólicas, cuya mayor turbina en tierra puede bombear 4.2 megavatios de potencia,
Energía eólica a pequeña escala
La energía eólica a pequeña escala es el nombre que se le da a los sistemas de generación eólica con la capacidad de producir hasta 50 kW de energía eléctrica. Las comunidades aisladas, que de lo contrario podrían depender de generadores diesel, pueden usar turbinas eólicas como alternativa. Las personas pueden comprar estos sistemas para reducir o eliminar su dependencia de la energía eléctrica de la red eléctrica por razones económicas o para reducir su huella de carbono. Las turbinas eólicas se han utilizado para la generación de energía eléctrica doméstica junto con el almacenamiento de la batería durante muchas décadas en áreas remotas.
Ejemplos recientes de proyectos de energía eólica a pequeña escala en un entorno urbano se pueden encontrar en la ciudad de Nueva York, donde, desde 2009, una serie de proyectos de construcción han cubierto sus tejados con turbinas eólicas tipo Gorlov. Aunque la energía que generan es pequeña en comparación con el consumo general de los edificios, ayudan a reforzar las credenciales "verdes" del edificio de forma que "mostrar a las personas su caldera de alta tecnología" no puede, y algunos de los proyectos también reciben el apoyo directo de la Autoridad de Investigación y Desarrollo Energético del Estado de Nueva York.
Las turbinas eólicas domésticas conectadas a la red eléctrica pueden usar el almacenamiento de energía de la red eléctrica, reemplazando así la energía eléctrica comprada con la energía producida localmente cuando esté disponible. El excedente de energía producido por los microgeneradores domésticos puede, en algunas jurisdicciones, alimentarse en la red y venderse a la empresa de servicios públicos, produciendo un crédito minorista para que los propietarios de los microgeneradores compensen sus costos de energía.
Los usuarios del sistema fuera de la red pueden adaptarse a la energía intermitente o usar baterías, sistemas fotovoltaicos o diésel para complementar la turbina eólica. Equipos tales como parquímetros, señales de advertencia de tráfico, alumbrado público o puertas de enlace de Internet inalámbricas pueden ser alimentados por una pequeña turbina eólica, posiblemente combinada con un sistema fotovoltaico, que carga una batería pequeña reemplazando la necesidad de una conexión a la red eléctrica.
Un estudio de Carbon Trust sobre el potencial de la energía eólica a pequeña escala en el Reino Unido, publicado en 2010, descubrió que las pequeñas turbinas eólicas podrían proporcionar hasta 1.5 teravatios por hora (TW • h) por año de energía eléctrica (0.4% del total eléctrico del Reino Unido consumo de energía), ahorrando 0,6 millones de toneladas de emisiones de dióxido de carbono (Mt CO 2 ). Esto se basa en la suposición de que el 10% de los hogares instalarían turbinas a un costo competitivo con la energía eléctrica de la red, alrededor de 12 peniques (US 19 centavos) por kW • h. Un informe preparado para el Fideicomiso de Ahorro de Energía patrocinado por el gobierno del Reino Unido en 2006, encontró que los generadores de energía para el hogar de varios tipos podrían proporcionar entre el 30 y el 40% de las necesidades de energía eléctrica del país para el año 2050.
La generación distribuida a partir de recursos renovables está aumentando como consecuencia de la mayor conciencia sobre el cambio climático. Las interfaces electrónicas requeridas para conectar unidades de generación renovables con el sistema de utilidad pueden incluir funciones adicionales, como el filtrado activo para mejorar la calidad de la energía.
Efectos ambientales
El impacto ambiental de la energía eólica en comparación con los impactos ambientales de los combustibles fósiles es relativamente menor. Según el IPCC, en evaluaciones del potencial de calentamiento global del ciclo de vida de las fuentes de energía, las turbinas eólicas tienen un valor medio de entre 12 y 11 (gCO 2 eq / kWh) dependiendo de si se están evaluando las turbinas fuera o en tierra. En comparación con otras fuentes de energía bajas en carbono, las turbinas eólicas tienen el menor potencial de calentamiento global por unidad de energía eléctrica generada.
Si bien un parque eólico puede cubrir una gran extensión de terreno, muchos usos de la tierra, como la agricultura, son compatibles con él, ya que solo pequeñas áreas de cimientos e infraestructura de turbinas no están disponibles para su uso.
Hay informes de mortalidad de aves y murciélagos en las turbinas eólicas, ya que existen alrededor de otras estructuras artificiales. La escala del impacto ecológico puede o no ser significativa, dependiendo de circunstancias específicas. La prevención y la mitigación de las muertes de vida silvestre y la protección de las turberas afectan la ubicación y el funcionamiento de las turbinas eólicas.
Las turbinas eólicas generan algo de ruido. A una distancia residencial de 300 metros (980 pies), esto puede ser de alrededor de 45 dB, que es un poco más fuerte que un refrigerador. A 1,5 km (1 mi) de distancia se vuelven inaudibles. Hay informes anecdóticos de efectos negativos para la salud del ruido en personas que viven muy cerca de las turbinas eólicas. La investigación revisada por expertos generalmente no ha respaldado estos reclamos.
La Fuerza Aérea de los Estados Unidos y la Marina han expresado su preocupación de que el emplazamiento de grandes aerogeneradores cerca de las bases "impactará negativamente el radar hasta el punto de que los controladores de tráfico aéreo perderán la ubicación de las aeronaves".
Los aspectos estéticos de las turbinas eólicas y los cambios resultantes del paisaje visual son significativos. Los conflictos surgen especialmente en paisajes escénicos y protegidos del patrimonio.
Política
Gobierno central
La energía nuclear y los combustibles fósiles están subsidiados por muchos gobiernos, y la energía eólica y otras formas de energía renovable también suelen estar subvencionadas. Por ejemplo, un estudio realizado en 2009 por el Environmental Law Institute evaluó el tamaño y la estructura de los subsidios de energía de los Estados Unidos durante el período 2002-2008. El estudio estimó que los subsidios a las fuentes basadas en combustibles fósiles ascendieron a aproximadamente $ 72 mil millones durante este período y los subsidios a las fuentes de combustibles renovables ascendieron a $ 29 mil millones. En los Estados Unidos, el gobierno federal pagó 74 mil millones de dólares por subsidios energéticos para apoyar la I + D en energía nuclear ($ 50 mil millones) y combustibles fósiles ($ 24 mil millones) de 1973 a 2003. Durante este mismo período, tecnologías de energía renovable y eficiencia energética recibió un total de US $ 26 mil millones. Se ha sugerido que un cambio de subsidio ayudaría a nivelar el campo de juego y apoyar el crecimiento de los sectores energéticos, a saber, la energía solar, la energía eólica y los biocombustibles. La historia muestra que ningún sector de energía se desarrolló sin subsidios.
Según la Agencia Internacional de Energía (AIE) (2011), los subsidios a la energía reducen artificialmente el precio de la energía que pagan los consumidores, elevan el precio recibido por los productores o reducen el costo de producción. "Los costos de los subsidios a los combustibles fósiles generalmente superan los beneficios. Los subsidios a las energías renovables y las tecnologías energéticas bajas en carbono pueden traer beneficios económicos y ambientales a largo plazo". En noviembre de 2011, un informe de la AIE titulado Implementando las energías renovables 2011 dijo que "los subsidios en tecnologías de energía verde que aún no eran competitivos están justificados para incentivar la inversión en tecnologías con claros beneficios ambientales y de seguridad energética". El informe de la AIE no estuvo de acuerdo con las afirmaciones de que las tecnologías de energía renovable solo son viables a través de subsidios costosos y no pueden producir energía de manera confiable para satisfacer la demanda.
Sin embargo, las opiniones de IEA no son universalmente aceptadas. Entre 2010 y 2016, los subsidios al viento estuvieron entre 1.3 ¢ y 5.7 ¢ por kWh. Los subsidios para carbón, gas natural y energía nuclear están entre 0.05 ¢ y 0.2 ¢ por kWh en todos los años. Sobre una base por kWh, el viento está subsidiado 50 veces más que las fuentes tradicionales.
En los Estados Unidos, la industria de la energía eólica ha incrementado considerablemente sus esfuerzos de cabildeo, gastando alrededor de $ 5 millones en 2009 después de años de relativa oscuridad en Washington. En comparación, solo la industria nuclear de los EE. UU. Gastó más de $ 650 millones en sus esfuerzos de cabildeo y contribuciones de campaña durante un solo período de diez años que finalizó en 2008.
Después de los accidentes nucleares japoneses de 2011, el gobierno federal de Alemania está trabajando en un nuevo plan para aumentar la eficiencia energética y la comercialización de energías renovables, con un enfoque particular en los parques eólicos marinos. Según el plan, se instalarán grandes aerogeneradores lejos de las costas, donde el viento sopla más constantemente que en tierra, y donde las enormes turbinas no molestarán a los habitantes. El plan apunta a disminuir la dependencia de Alemania de la energía derivada del carbón y las plantas de energía nuclear.
Opinión pública
Las encuestas de actitudes públicas en Europa y en muchos otros países muestran un fuerte apoyo público a la energía eólica. Alrededor del 80% de los ciudadanos de la UE apoyan la energía eólica. En Alemania, donde la energía eólica ha ganado una gran aceptación social, cientos de miles de personas han invertido en parques eólicos de ciudadanos en todo el país y miles de pequeñas y medianas empresas están llevando a cabo negocios exitosos en un nuevo sector que en 2008 empleó 90,000 personas y generaron el 8% de la energía eléctrica de Alemania.
Bakker et al. (2012) descubrieron en su estudio que cuando los residentes no querían las turbinas ubicadas por ellos, su molestia era significativamente más alta que aquellos "que se beneficiaban económicamente de las turbinas eólicas, la proporción de personas que estaban bastante molestas o muy molestas era significativamente menor".
Aunque la energía eólica es una forma popular de generación de energía, la construcción de parques eólicos no es universalmente bienvenida, a menudo por motivos estéticos.
En España, con algunas excepciones, ha habido poca oposición a la instalación de parques eólicos interiores. Sin embargo, los proyectos para construir parques costa afuera han sido más controvertidos. En particular, la propuesta de construir la mayor instalación de producción de energía eólica marina del mundo en el suroeste de España en la costa de Cádiz, en el momento de la batalla de Trafalgar en 1805, se encontró con una fuerte oposición que teme por el turismo y la pesca en la zona, y porque el área es una tumba de guerra.
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En una encuesta realizada por Angus Reid Strategies en octubre de 2007, el 89% de los encuestados dijo que el uso de fuentes de energía renovables como la eólica o la solar era positivo para Canadá, porque estas fuentes eran mejores para el medioambiente. Solo el 4% consideró que usar fuentes renovables es negativo, ya que pueden no ser confiables y costosas. Según una encuesta de Saint Consulting realizada en abril de 2007, la energía eólica fue la fuente de energía alternativa más susceptible de obtener apoyo público para el desarrollo futuro en Canadá, con solo un 16% opuesto a este tipo de energía. Por el contrario, 3 de cada 4 canadienses se oponen a los desarrollos de energía nuclear.
Una encuesta de 2003 de los residentes que viven alrededor de los 10 parques eólicos existentes en Escocia encontró altos niveles de aceptación por parte de la comunidad y un fuerte apoyo para la energía eólica, con mucho apoyo de quienes vivían más cerca de los parques eólicos. Los resultados de esta encuesta respaldan los de una encuesta anterior del Ejecutivo escocés, "Actitudes públicas hacia el medio ambiente en Escocia 2002", que encontró que el público escocés preferiría que la mayoría de su energía eléctrica proviniera de fuentes renovables, y que calificara la energía eólica como el la fuente más limpia de energía renovable. Una encuesta realizada en 2005 mostró que el 74% de las personas en Escocia están de acuerdo en que los parques eólicos son necesarios para satisfacer las necesidades energéticas actuales y futuras. Cuando a las personas se les hizo la misma pregunta en un estudio de energías renovables escocés realizado en 2010, el 78% estuvo de acuerdo. El aumento es significativo ya que hubo el doble de parques eólicos en 2010 que en 2005. La encuesta de 2010 también mostró que el 52% no estuvo de acuerdo con la afirmación de que los parques eólicos son "feos y una mancha en el paisaje". El 59% estuvo de acuerdo en que los parques eólicos eran necesarios y que su apariencia carecía de importancia. Con respecto al turismo, los que responden a las preguntas consideran que las torres de alta tensión, las torres de telefonía móvil, las canteras y las plantaciones son más negativas que las granjas eólicas. Escocia planea obtener el 100% de la energía eléctrica de fuentes renovables para 2020. torres de teléfonos celulares, canteras y plantaciones más negativamente que los parques eólicos. Escocia planea obtener el 100% de la energía eléctrica de fuentes renovables para 2020. torres de teléfonos celulares, canteras y plantaciones más negativamente que los parques eólicos. Escocia planea obtener el 100% de la energía eléctrica de fuentes renovables para 2020.
En otros casos, la propiedad comunitaria directa de los proyectos de parques eólicos es directa. Los cientos de miles de personas que se han involucrado en los parques eólicos pequeños y medianos de Alemania demuestran tal apoyo allí.
Este 2010 Harris Poll refleja el fuerte apoyo a la energía eólica en Alemania, otros países europeos y los EE. UU.
| NOS | Gran Bretaña | Francia | Italia | España | Alemania | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| % | % | % | % | % | % | |
| Fuertemente opuesto | 3 | 6 | 6 | 2 | 2 | 4 |
| Oponerse más que favor | 9 | 12 | dieciséis | 11 | 9 | 14 |
| Favorecer más que oponerse | 37 | 44 | 44 | 38 | 37 | 42 |
| Fuerte favor | 50 | 38 | 33 | 49 | 53 | 40 |
Comunidad
Muchas compañías de energía eólica trabajan con las comunidades locales para reducir las preocupaciones ambientales y de otro tipo asociadas con determinados parques eólicos. En otros casos, la propiedad comunitaria directa de los proyectos de parques eólicos es directa. Los procedimientos adecuados de consulta, planificación y aprobación del gobierno también ayudan a minimizar los riesgos ambientales. Algunos todavía pueden oponerse a los parques eólicos pero, según The Australia Institute, sus preocupaciones deben sopesarse contra la necesidad de abordar las amenazas planteadas por el cambio climático y las opiniones de la comunidad en general.
En Estados Unidos, se informa que los proyectos eólicos impulsan las bases impositivas locales, lo que ayuda a pagar escuelas, carreteras y hospitales. Los proyectos eólicos también revitalizan la economía de las comunidades rurales al proporcionar ingresos constantes a los agricultores y otros propietarios.
En el Reino Unido, tanto el National Trust como la Campaign to Protect Rural England (Campaña para Proteger la Inglaterra Rural) han expresado su preocupación por los efectos en el paisaje rural provocados por turbinas eólicas y parques eólicos inapropiados.
Algunos parques eólicos se han convertido en atracciones turísticas. El Whitelee Wind Farm Visitor Centre tiene una sala de exposiciones, un centro de aprendizaje, una cafetería con una plataforma de observación y una tienda. Está dirigido por el Centro de Ciencias de Glasgow.
En Dinamarca, un plan de pérdida de valor otorga a las personas el derecho a reclamar una indemnización por la pérdida de valor de sus bienes si es causada por la proximidad a un aerogenerador. La pérdida debe ser al menos el 1% del valor de la propiedad.
A pesar de este apoyo general al concepto de energía eólica en el público en general, la oposición local a menudo existe y ha retrasado o abortado una serie de proyectos. Por ejemplo, existe la preocupación de que algunas instalaciones puedan afectar negativamente la recepción de TV y radio y el radar meteorológico Doppler, así como también producir niveles excesivos de sonido y vibración que conduzcan a una disminución en los valores de las propiedades. Las posibles soluciones de recepción de radiodifusión incluyen el modelado predictivo de interferencia como un componente de la selección del sitio. Un estudio de 50,000 ventas de viviendas cerca de aerogeneradores no encontró evidencia estadística de que los precios se vieran afectados.
Si bien los problemas estéticos son subjetivos y algunos consideran que los parques eólicos son agradables y optimistas, o símbolos de independencia energética y prosperidad local, a menudo se forman grupos de protesta para intentar bloquear nuevos sitios de energía eólica por varias razones.
Este tipo de oposición a menudo se describe como NIMBYismo, pero la investigación llevada a cabo en 2009 encontró que hay poca evidencia para apoyar la creencia de que los residentes solo objetan a las instalaciones de energía renovable como turbinas de viento como resultado de un "No en mi patio trasero" actitud.
Diseño de turbina
Las turbinas eólicas son dispositivos que convierten la energía cinética del viento en energía eléctrica. El resultado de más de un milenio de desarrollo de molinos de viento e ingeniería moderna, los aerogeneradores actuales se fabrican en una amplia gama de ejes horizontales y tipos de ejes verticales. Las turbinas más pequeñas se utilizan para aplicaciones tales como la carga de la batería para energía auxiliar. Las turbinas ligeramente más grandes se pueden usar para hacer pequeñas contribuciones a una fuente de alimentación doméstica mientras se vende energía no utilizada al proveedor de servicios a través de la red eléctrica. Las matrices de grandes turbinas, conocidas como parques eólicos, se han convertido en una fuente cada vez más importante de energía renovable y se utilizan en muchos países como parte de una estrategia para reducir su dependencia de los combustibles fósiles.
El diseño de la turbina eólica es el proceso de definición de la forma y las especificaciones de una turbina eólica para extraer energía del viento. La instalación de una turbina eólica consiste en los sistemas necesarios para capturar la energía del viento, dirigir la turbina hacia el viento, convertir la rotación mecánica en energía eléctrica y otros sistemas para iniciar, detener y controlar la turbina.
En 1919, el físico alemán Albert Betz demostró que para una hipotética máquina ideal de extracción eólica, las leyes fundamentales de la conservación de la masa y la energía no permitían capturar más de 16/27 (59,3%) de la energía cinética del viento. Este límite de Betz se puede abordar en diseños de turbinas modernos, que pueden alcanzar del 70 al 80% del límite teórico de Betz.
La aerodinámica de una turbina eólica no es sencilla. El flujo de aire en las cuchillas no es el mismo que el flujo de aire lejos de la turbina. La naturaleza misma de la forma en que se extrae la energía del aire también hace que la turbina desvíe el aire. Además, la aerodinámica de una turbina eólica en la superficie del rotor exhibe fenómenos que rara vez se ven en otros campos aerodinámicos. La forma y las dimensiones de las palas de la turbina eólica están determinadas por el rendimiento aerodinámico requerido para extraer eficientemente la energía del viento y por la resistencia requerida para resistir las fuerzas sobre la pala.
Además del diseño aerodinámico de las palas, el diseño de un sistema completo de energía eólica también debe abordar el diseño del cubo del rotor de la instalación, la góndola, la estructura de la torre, el generador, los controles y la cimentación. El diseño de turbina hace un uso extensivo de herramientas de simulación y modelado de computadoras. Estos se están volviendo cada vez más sofisticados, como se destaca en una revisión reciente de Hewitt et al. También se deben considerar otros factores de diseño al integrar turbinas eólicas en redes eléctricas.