Energía Eolica

¿Qué es la energía eólica?

La energía eólica es la energía cuyo origen proviene del movimiento de masa de aire3 es decir del viento.

En la tierra el movimiento de las masas de aire se deben principalmente a la diferencia de presiones existentes en distintos lugares de esta, moviéndose de alta a baja presión, este tipo de viento se llama viento geoestrofico.

Para la generación de energía eléctrica a partir de la energía del viento a nosotros nos interesa mucho más el origen de los vientos en zonas más específicas del planeta, estos vientos son los llamados vientos locales, entre estos están las brisas marinas que son debida a la diferencia de temperatura entre el mar y la tierra , también están los llamados vientos de montaña que se producen por el calentamiento de las montañas y esto afecta en la densidad del aire y hace que el viento suba por la ladera de la montaña o baje por esta dependiendo si es de noche o de día.

Factores que influyen en la cantidad de potencia del viento

La energía eólica es aprovechada por nosotros básicamente por un sistema de un rotor que gira a medida que pasa viento por este.

La potencia del viento depende principalmente de 3 factores:

1. Área por donde pasa el viento (rotor)

2. Densidad del aire

3. Velocidad del viento

Para calcular la fórmula de potencia del viento se debe considerar el flujo másico del viento que va dado por:

Densidad del viento

Área por donde pasa el viento

Velocidad del viento

Entonces el flujo másico viene dado por la siguiente expresión:

Entonces la potencia debido a la energía cinética está dada por:

Funcionamiento de un aerogenerador

El aerogenerador consta de varias partes un esquema general de cómo funciona el aerogenerador está dado por la siguiente figura:

Palas del rotor: Es donde se produce el movimiento rotatorio debido al viento.

Eje: Encargado de transmitir el movimiento rotatorio.

Caja de engranajes o Multiplicadores: Encargados de cambiar la frecuencia de giro del eje a otra menor o mayor según dependa el caso para entregarle al generador una frecuencia apropiada para que este funcione.

Generador: Es donde el movimiento mecánico del rotor se transforma en energía eléctrica. Además de estos componentes básicos se requieren otros componentes para el funcionamiento eficiente y correcto del aerogenerador en base a la calidad de servicio de la emergía eléctrica, alguno de ellos son:

Controlador electrónico: que permite el control de la correcta orientación de las palas del rotor, también en caso de cualquier contingencia como sobrecalentamiento del aerogenerador lo para.

Unidad de refrigeración: Encargada de mantener al generador a una temperatura prudente.

Anemómetro y la Veleta: Cuya función están dedicadas a calcular la velocidad del viento y la dirección de este respectivamente.

Están conectadas al controlador electrónico quien procesa estas señales adecuadamente.

Control de potencia en los aerogeneradores

1. Pitch controlled

También llamados por regulación de ángulo de paso, el controlador electrónico lleva un registro de las potencias entregadas por el aerogenerador, si la potencia entregada pasase un valor nominal el controlador hace que el ángulo por donde se recibe el viento cambie de posición lo que hace que cambie el área efectiva por donde pasa el viento y por lo tanto disminuye su potencia absorbida, en el caso que la potencia recibida es muy chica se hace el procedimiento contrario

2. Stall controlled

Denominados también regulados por perdida de aerodinámica, las palas del rotor están fijas al eje, las palas del rotor han sido aerodinámicamente diseñadas de tal manera que a medida que aumenta la velocidad del viento se produce paridad de potencia por turbulencias y así se regula la potencia generada.

3. Por alerones

Esta técnica consiste en cambiar la geometría de las palas del rotor, sin embargo esto produce fuerzas que pueden dañar la estructura, por lo tanto es sola usada en generadores de baja potencia.

Generación de la electricidad en los aerogeneradores

Descripción general de un sistema de generación eólico

Por lo general los generadores pueden ser de inducción o síncronos

• Generadores de inducción: Los generadores de inducción presentan un rotor llamado rotor de jaula de ardilla el cual consta de barras cortocircuitadas tal como muestra la figura

Si hacemos girar al generador de inducción el estator inducirá corrientes en el rotor y con esto se generara electricidad.

Una característica importante de los generadores de inducción es la variable llamada deslizamiento que la diferencia entre la velocidad de giro versus la velocidad de sincronismo.

• Generadores síncronos:

Son llamados así porque la frecuencia que inducen es proporcional a la velocidad de giro del rotor, el rotor debe estar excitado con corriente continua o con un imán. Para la generación eólica se tienen los siguientes esquemas de conexión:

Operación económica de la generación eólica

Como sabemos la energía eólica posee un elemento aleatorio en su generación que es la fuerza del viento análogo a las hidrogeneradoras que su variable aleatoria es las hidrológica.

Como sabemos una operación eficiente de un sistema eléctrico consiste en resolver un problema de optimización el cual considera que:

• Equilibrio de la oferta y la demanda de energía

• Conversión de la energía de recursos primarios

• Capacidad de las plantas y potencias instaladas

• Capacidad almacenada

También este problema de operación económica considera:

• Variabilidad de la demanda a lo largo del año

• Abastecimiento de la demanda en periodos de alta y baja

• Proyección de la demanda en el futuro

Viendo distintos datos se puede apreciar un ejemplo de la operación económica en Turquía (Los datos están de acuerdo a sus características geográficas , así que si hay mucha diferencia con el caso chileno no extrañarse) en donde existen distintos tipos de tipo de generación encontrándose los siguientes valores:

• Hidroeléctrica: Costo 40 $/Kw/año

• Térmica: Costo 20 $/Kw/año (Bencina + operación)

• Solar: Costo 30 $/Kw/año

• Eólica: Costo 30 $/Kw/año

Para una eficiente despacho de las generadoras se despacha según el menor costo, en Turquía se ven dos tipos de periodos uno normal y otro de alta demanda registrándose los siguientes tipos de despachos:

Mes normal

Demanda total: 10800 MW

• Despacho térmico:7920 MW

• Despacho Hidroeléctrico:1536 MW

• Despacho eólico:1344 MW

• Despacho solar:0

Como se puede apreciar el despacho de potencia se realizo según la que tiene menor costo hasta la que tiene mayor costo, ya que la idea es minimizar los costos de operación.

El caso eólico es importante en Turquía ya que ocupa el 12% del total de la generación.

Costos de la tecnologia eolica

Plantas de energía eólica

Las plantas de energía eólica son un conjunto de generadores eólicos los cuales generan cada uno energía eléctrica.

El costo de cada turbina eólica está en función de:

• Los alerones del rotor

• Eje

• La transmisión: referida a la caja de cambios

• Generador

• Góndola

• Torre

Sin embargo existen costos adicionales:

• Equipo de monitoreo

• Control de calidad

• Financiamiento

• Gestión e ingeniería

Energía eólica en mexico

Las energías limpias y renovables, como la eólica, son esenciales para transitar hacia una forma de energía limpia, que permita propiciar un equilibrio para el desarrollo sustentable. En este contexto, ¿cuál es el panorama de energía eólica a nivel global y en México?

De ser una fuente de combustible emergente hace veinte años, hoy se ha desarrollado hacia un negocio de rápido crecimiento. Los costos de su generación se han reducido durante los últimos tres lustros y actualmente son competitivos en comparación con fuentes convencionales de energía.

A nivel global, durante los últimos 10 años la capacidad de energía eólica registró una tasa acumulada media de más de 24%. En 2010, y, por primera vez en la historia, hubo más generación eólica en economías en desarrollo que en desarrolladas, éstas últimas habían sido los mercados tradicionales.

China se ha convertido en el país líder en capacidad instalada, le siguen Estados Unidos, Alemania, España e India, entre los cinco representan 74% del total de la energía del viento producida en el mundo. En Latinoamérica Brasil y México están a la cabeza.

En 2010 a nivel mundial la inversión en energías renovables alcanzó 210 mil millones de dólares, 31.8% más de lo invertido en 2009. Con esta cantidad se superó a la destinada a tecnologías basadas en combustibles fósiles. Se prevé que el crecimiento global eólico se mantendrá con este dinamismo.

Gran potencial

En 2010, México tenía una capacidad instalada en operación de 519 megawatts (MW) de energía eólica, y la previsión era que para 2011 se duplicará y para 2015 se multiplique al menos por cinco. Esta tendencia representa el reto de lograr un crecimiento sostenido para consolidar a la industria.

En los próximos 15 años, el gobierno mexicano tiene como meta que 35% de la energía sea de origen sustentable, y en este contexto la del viento es la que más inversión ha recibido hasta el momento.

Datos recientes indican que la inversión rebasó en el último quinquenio los dos mil millones de dólares y se espera que en la próxima década supere los 20 mil millones. Según cifras de la Asociación Mexicana de Energía Eólica (Amdee), los costos de generación se han reducido de forma considerable en los últimos 15 años, al grado de alcanzar competitividad en comparación con fuentes convencionales de energía.

El primer campo eólico en México fue el de La Venta o Ventosa , en Oaxaca, que inició su operación comercial en 1994 bajo el esquema de Obra Pública Financiada (OPF) por licitaciones de la Comisión Federal de Electricidad (CFE). A partir de entonces ese estado se convirtió en lugar clave, dada sus condiciones geográficas, por lo que hoy cuenta con 11 proyectos en operación y en desarrollo. A ellos se suman nueve campos más a desarrollarse hasta 2014, junto con seis proyectos en Baja California, dos en Jalisco y uno en Tamaulipas, entre otros.

La inversión en infraestructura, productos y procesos a favor del desarrollo de la energía eólica genera ventajas competitivas que pueden capitalizarse para que las empresas reduzcan costos energéticos y sean rentables. En México existen incentivos importantes. Actualmente diversas empresas ya tienen un papel importante en el contexto de generación y uso de la energía del viento; se puede mencionar a Acciona, Demex, EDF, Femsa-Macquarie, Gamesa, Iberdrola, Peñoles, WalMart, Grupo Bimbo, Grupo Modelo, Mittal, Cemex y Grupo Herdez.

Usar al viento les ha permitido reducir sus gastos en energía, realizar estimaciones financieras con un costo fijo, pues la energía no está condicionada al mercado de hidrocarburos, y cumplir con los compromisos medio ambientales, entre otros beneficios.

La Comisión Reguladora de Energía ha otorgado 18 permisos en la zona de Oaxaca para la creación de parques eólicos, al mismo tiempo que se han recibido las solicitudes de permisos de Baja California, Tamaulipas, Nuevo León, San Luis Potosí, Veracruz y Chiapas, por lo que se está por llegar a la cifra de 30 permisos en distintas regiones del país.

El interés por este tipo de energía ha llevado al gobierno a diseñar una política pública para aprovechar el potencial eólico en cualquier punto del Sistema Eléctrico Nacional donde se encuentren las condiciones favorables para su desarrollo. En el Programa de Obras e Inversiones del Sector Eléctrico (POISE) de la Comisión Federal de Electricidad se contempla que para 2026 habrá en la modalidad de obra pública financiada mil 500 MW para el servicio público.

En el país se está generando un mercado con áreas de oportunidad que permitirá atender la oferta y la demanda de energía eólica, que deben ser aprovechadas por los tomadores de decisión de los sectores empresarial e industrial

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