Energía eólica. Ingeniería energética

Energía eólica

Ingeniería energética

Autores/as:

Cristina Guisasola

Asier Ossa

Jon Ibañez

Ander Sáez

I INTRODUCCIÓN 3

II HISTORIA 3

III SITUACIÓN ACTUAL 4

IV RECURSOS EÓLICOS 5

V PARQUES EÓLICOS 6

VI AEROGENERADORES 8

VII TRANSFORMACIÓN Y PROCESO DE LA ENERGÍA CINÉTICA EN ENERGÍA ELÉCTRICA 12

VIII RELACIÓN DE LA POTENCIA DEL VIENTO Y LA APROVECHADA POR LA TURBINA 13

IX SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA EÓLICA 14

X MICROGENERACIÓN EÓLICA 16

XI OTRAS APLICACIONES 17

XII VISIÓN DE FUTURO DE LA ENERGÍA EÓLICA A NIVEL ESTATAL Y MUNDIAL 18

XIII VENTAJAS E INCONVENIENTES 22

XIV CONCLUSIONES 24

1 INTRODUCCIÓN

La energía eólica se trata de una de las principales fuentes de energías renovables, la cual genera electricidad a partir de la fuerza del viento, mediante aerogeneradores. Esta en realidad tiene su origen en el sol, ya que este calienta masas de aire y crea corrientes de aire, a las que comúnmente se conoce como el viento. El 2% de la energía procedente del sol se transforma en energía cinética, es decir en viento, y de toda esta energía el 35% se disipa en la capa atmosférica. De lo restante se estima que podría ser utilizada 1/13 parte.

Los aerogeneradores, coloquialmente conocidos como molinos de viento, compuestos por grandes aspas, son usados para transformar la energía cinética en energía mecánica que posteriormente es transformada en electricidad. Estos se pueden encontrar tanto en grupo, en parques de energía eólica que se suelen encontrar en zonas abiertas con una alta incidencia del viento, tanto de una manera aislada, para un uso doméstico. Además, en los últimos años se están instalando aerogeneradores marinos a diferentes distancias de la costa.

La energía eólica no contamina, es inagotable y reduce el uso de combustibles fósiles, y por lo tanto, los gases causantes del efecto invernadero que causa el calentamiento global. Teniendo en cuenta la escasez de agua, es muy importante destacar que la este tipo de energía renovable no genera residuos ni contaminación en el agua. (3)

2 HISTORIA

Alrededor del año 3000 AC, el hombre empezó a usar por primera vez la energía del viento para propulsar los barcos de vela. Por eso, estaría bien decir que la aplicación más común durante toda la historia de la energía eólica ha sido el uso de las velas para la propulsión de embarcaciones. En el siglo XIII se empezaron a usar los primeros “molinos de viento” para moler grano aprovechando la fuerza del viento. Estos se constituían de una torre de madera o piedra, coronada por una estructura rotativa de madera. Estos giraban alrededor de un eje horizontal del que partían de cuatro a ocho aspas. Aspas de una longitud de entre 3 y 9 metros, eran vigas de madera cubiertas por telas o planchas de madera. Estas generaban una energía que se transmitía a través de un sistema de engranajes, a la maquinaria del molino emplazada en la base de la estructura.

Los molinos no sólo se han usado solo para moler, sino para bombear agua, mover serrerías, extraer mineral… Su potencia máxima podría cifrarse en unos 7 a 15 kW.

Con la aparición de los motores térmicos, las máquinas eólicas quedaron prácticamente desplazadas durante la revolución industrial del siglo XIX, aun así, en 1854 Halladay introdujo un molino de viento ligero y barato que terminó siendo uno de los símbolos de las granjas americanas.

En 1897, en Cleveland, el filántropo e inventor Charles F. Brush construyó el primer aerogenerador. Constaba de una gran turbina con un rotor de 17 metros y 144 palas, muy parecido a los molinos de viento usados para el bombeo de agua. A pesar de su gran tamaño, el generador solamente era capaz de proporcionar 12 kW debido a que las turbinas eólicas de giro lento tienen una eficiencia media baja. Más tarde, Poul la Cour, descubrió que las turbinas de giro rápido con pocas palas son más eficientes que las de giro lento. Por ello, se le considera a Poul la Cour como el pionero de las turbinas eólicas modernas de generación de energía. Aquellos aerogeneradores, podrían alcanzar los 20-35 kW.

El primer molino de viento de grandes dimensiones para la generación de electricidad, la turbina Smith-Putnam, fue construida en Vermont en 1945.

Después de la crisis del petróleo, la energía eólica experimentó un crecimiento en muchos países. Las compañías energéticas comenzaron a centrar su atención en la construcción de aerogeneradores. Se construyeron dos aerogeneradores Nibe de 630 kW, pero resultaron ser extremadamente caras, lo que disparó el precio de la energía, esto derivó en un argumento clave en contra de la energía eólica.

En el principio de los años 80, una nueva generación de aerogeneradores de 55kW, supuso la ruptura industrial y tecnológica para los modernos aerogeneradores. El coste de la electricidad cayó en torno a un 50 por ciento. A partir de este momento, la industria eólica se volvió mucho más profesional.

Hoy en día, existen generadores que producen más de 5 MW.

3 SITUACIÓN ACTUAL

A finales del 2004, la potencia instalada en el conjunto del planeta procedente de la energía eólica se situaba aproximadamente en 47200 MW. La Unión Europea representa el 72% de toda esa potencia instalada. Actualmente la energía eólica suministra más del 3% del consumo mundial de electricidad, se espera que para el 2020 esa cifra supere el 5%. Podemos encontrar esta energía en un total de 79 países. 24 de ellos con más de 1000 MW instalados. Los principales mercados en términos de acumulación de megavatios son China, EE.UU, Alemania, España e India. España ha sido uno de los países pioneros. Durante el 2013, en España, la energía eólica fue la principal fuente de generación de electricidad, con el 20.9% de la producción total. Los 400 parques eólicos y casi 11500 aerogeneradores proporcionan alrededor de 23.000 MW, así España se coloca como el segundo país europeo con más potencia eólica operativa por detrás de Alemania. Una de las empresas con más producción de energía eólica, ACCIONA, en 2013 produjo un total de 18399 GWh., el equivalente al consumo de cerca de cinco millones de personas.

En cuanto a la Unión Europea, podría decirse que se trata del más destacado en el desarrollo de la energía eólica. A finales de 2015, entre Alemania, España y Reino Unido, acumulaban 81573 MW de los 141579 MW instalados en la Unión Europea.

Durante el año 2015, un total de 12800 MW de potencia procedente de fuentes eólicas fueron instalados en la UE, un incremento en las instalaciones del 6.3% respecto al año anterior.

Incremento que podemos observar en el siguiente gráfico. De los casi 142GW instalados, 131GW son de vientos onshore y 11GW de vientos offshore, conceptos que serán desarrollados en apartados posteriores.

Figura 1.- Comparación de la energía instalada durante el año 2014 y el año 2015

De toda la energía instalada en la unión europea durante el 2015, un 77% es procedente de fuentes de energías renovables. También cabe destacar que, de toda la energía producida en la UE, el 15.6% es procedente de la energía eólica, así, alcanza a la energía hidráulica y se coloca en el tercer puesto.

4 RECURSOS EÓLICOS

En cuanto a la procedencia de la energía eólica, como se ha comentado anteriormente, esta energía renovable se fundamenta en la luz solar, es decir que proviene de la energía solar. Ya que, en los recursos eólicos, es decir las corrientes convectivas de aire popularmente conocidas como el viento, se originan a consecuencia del calentamiento diferencial producido en distintos puntos geográficos por la radiación solar. Debido a estas masas de aire en diferentes temperaturas, se generan corrientes de aire. Ya que las masas de aire más calientes, cercanas a la Tierra o a mares, se expande, disminuyendo su densidad y elevándose hacia otras zonas. Las zonas que se quedan libres son ocupadas por masas de aire que provienen de zonas donde han recibido menor radiación solar, por lo que alcanza temperaturas más bajas. Debido a esa menor temperatura, estas masas frías tienen mayor densidad, reduciendo su expansión y por consecuencia se trasladan a capas bajas de la atmósfera para ocupar el lugar vacío dejado por las masas de aire más cálidas.

Por lo tanto, se puede afirmar las siguiente dos conclusiones; por una parte que la energía eólica se trata de la energía solar que se almacena en la atmósfera en forma de calor distribuido de modo no homogéneo, y por otra, que la energía eólica se puede considerar energía solar indirecta. (1)

5 PARQUES EÓLICOS

Un parque eólico es una agrupación de aerogeneradores, interconectados eléctricamente mediante redes eléctricas propias y compartiendo una misma infraestructura

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