Introducción

Las fuentes de generación de energía eléctrica pueden clasificarse en dos grandes grupos: fuentes renovables y fuentes no renovables.
Las fuentes no renovables toman la energía de elementos contenidos en la corteza terrestre. Son las fuentes que se suelen llamar convencionales y comprenden en su gran mayoría distintos tipos de combustibles: el carbón, el petróleo, el gas, el uranio (combustible nuclear), etcétera. Este tipo de fuentes energéticas abastecen un gran porcentaje de la demanda de energía del mundo actual.
El principal inconveniente del empleo de estas fuentes es que son limitadas y por ello su duración no se mantendrá indefinidamente a lo largo del tiempo; asimismo, su utilización en muchos casos produce impactos ambientales negativos.
Por otro lado, las fuentes renovables tienen como principal generador el sol (aunque en rigor lo mismo puede decirse de casi todas las fuentes de energía) y siguen un ciclo de recuperación tal que parecen renovarse incesantemente.
Las fuentes renovables comprenden la energía solar, térmica, fotovoltaica, eólica, biomasa, etcétera. El principal inconveniente de algunos de estos tipos de energía es su poca “densidad energética” y sus principales ventajas son su carácter de renovable y su bajo impacto ambiental.
La energía hidráulica es otra fuente energética renovable. La producción eléctrica a partir de este tipo de energía es por todos conocida por su utilización en gran escala, y ya se puede considerar como una fuente convencional de energía eléctrica.
Existe un concepto básico a la hora de valorar un recurso energético, que es la energía utilizable que posee dicho recurso.
La energía tiene dos componentes que son anergía y exergía. Se define como energía utilizable o exergía de un sistema en un cierto estado inicial al máximo trabajo útil que puede obtenerse del sistema hasta que alcance el equilibrio con el medio ambiente; en la energía mecánica y eléctrica todo es exergía, pero en la energía térmica ello no es así, ya que hay una parte de anergía que no puede aprovecharse.
Por ello, cuando tenemos un recurso energético es muy importante saber “cuánta energía” podemos obtener de dicho recurso y para ello necesitamos conocer, entre otras cosas, las condiciones ambientales correspondientes.
El consumo energético mundial es del orden de 6000 millones de T.E.P. (toneladas equiv. de petróleo), distribuidos de una manera nada uniforme entre los habitantes de la tierra.
La contribución a dicho consumo de la generación mediante energías renovables aún es muy pequeña y según los entendidos no superará el 12% (incluso con un tratamiento bastante optimista hacia las llamadas energías blandas).
Por ello los especialistas plantean la urgente necesidad de fomentar activamente la eficacia energética, especialmente (pero no sólo por eso) a la luz del acuerdo de Kioto para reducir las emisiones de CO2.
El ahorro energético y la eficacia energética contribuyen a disminuir el gasto energético y el impacto ambiental mucho más que todas las energías renovables juntas.
Este es el motivo por el cual es muy importante impulsar la eficacia energética, que debe contribuir y ayudar a alcanzar objetivos a corto, medio y largo plazo para optimizar los recursos energéticos existentes y las técnicas de utilización de los mismos.
Por ello hay que fomentar las siguientes acciones:
- Utilización de fuentes renovables.
- Sustitución de algunas fuentes energéticas por otras de mayor eficacia.
- Aislamiento térmico en edificios.
- Tratamiento de los efluentes.
- Aprovechamiento de residuos.
- Bioclimatismo.
- Estudio de nuevas técnicas de producción y ahorro (bomba de calor, cogeneración).
Los métodos convencionales de producción de energía eléctrica son por todos conocidos, pero quizás sus bajos rendimientos energéticos no estén tan difundidos. Por ejemplo, una central térmica convencional tiene un rendimiento del 35% y si se consideran las pérdidas de transporte de la energía eléctrica este rendimiento alcanza el 33%. Esto quiere decir que 100 unidades energéticas utilizadas para producir vapor en el ciclo Rankine de una central, al final se convierten en 33 unidades energéticas eléctricas cuando llegan al consumo de una ciudad, una industria, etcétera.
El aumento de estos rendimientos se consigue con centrales de ciclo combinado con algunos métodos que aumentan este porcentaje, aunque en ningún caso supera el 50%.
Las técnicas de cogeneración y la utilización de bomba de calor hacen más eficaz el tratamiento energético y más rentable su aprovechamiento.


Generación eléctrica por medios no convencionales

Los métodos de producir energía eléctrica de forma no convencional que vamos a presentar en este artículo son:
• Energía solar térmica de alta temperatura.
• Energía fotovoltaica.
• Utilización de la biomasa.
• Digestión anaerobia.
• Energías marinas.
• Energía geotérmica.
• Energía eólica.


Energía solar térmica de alta temperatura

El sol envía a la tierra una energía que se transmite por radiación. Fuera de la atmósfera, esta radiación alcanza un valor llamado “constante solar” que vale 1.353 W/m² y se define como la energía por unidad de tiempo recibida por unidad de área en una superficie perpendicular a la radiación solar incidente.
Esta radiación se compone de 95 W/m² de radiación ultravioleta, 640 W/m² de radiación visible y 618 W/m² de radiación infrarroja.
La radiación pierde intensidad al atravesar la atmósfera, y modifica su distribución energética dependiendo del espesor de la capa de aire, su situación geográfica, etcétera.
En el mejor de los casos, el valor en la superficie terrestre llega a ser 1.000 W/m². La densidad energética y la energía utilizable de este recurso es muy baja, y debido a ello su empleo está muy condicionado y depende de la temperatura que se va a utilizar.
La energía solar térmica según su utilización se puede clasificar en baja, media y alta temperatura, y solo ésta última es válida para la producción de electricidad. En este caso, la energía solar es aprovechada para elevar la temperatura de un fluido, como por ejemplo el agua, para accionar una turbina.
Estas fuentes se pueden dividir en sistemas con concentración y sistemas sin concentración. En los sistemas con concentración la luz solar se dirige por medio de lentes o espejos sobre la zona a calentar, lo que permite obtener rendimientos muy elevados. En los sistemas sin concentración, en cambio, la zona a calentar se expone directamente al sol y sin elementos auxiliares, lo que se traduce en un rendimiento inferior, pero también en una mayor facilidad de construcción y menos posibilidades de fallas técnicas.
Para obtener temperaturas de más de 300ºC es necesario realizar una gran concentración de los rayos solares. Con este fin, se suelen utilizar espejos parabólicos o “escamas” de un paraboloide que concentran la radiación incidente en espacios muy reducidos, en ellos se alcanzan temperaturas muy elevadas en un elemento de absorción donde se calienta un fluido, el que por medio de un ciclo Rankine o una combinación de ciclos Rankine-Brayton (ciclo combinado), produce energía mecánica en las turbinas, y posteriormente, energía eléctrica.
Estos sistemas de producción eléctrica son de diversos tipos y se suelen llamar “hornos solares” ó “motores solares”. Algunos de los dispositivos de este tipo constan de una torre central con una altura de entre 60 y 100 metros.
En la parte superior se halla el elemento de absorción, y en la base de la torre se dispone un conjunto de heliostatos. Cada uno de estos heliostatos consta de un espejo con una superficie reflectante de entre 20 y 50 metros cuadrados situado sobre una columna vertical y de dos motores que le proporcionan orientación horizontal y vertical. El número de estos paneles normalmente varía entre 100 y 300, y ocupan una superficie de unos 10.000 metros cuadrados de terreno. Como control central existe una computadora que calcula constantemente el ángulo de incidencia de la luz sobre cada heliostato. Con este dato, se accionan los motores para que la luz reflejada se proyecte sobre la cavidad de calentamiento de la torre.
En la actualidad el precio del kWh que se produce por este método no es competitivo y la contribución al gasto energético mundial alcanza niveles muy pequeños. Por ejemplo, en España, existe un horno solar en Almería que tiene una potencia de 1 MW.


Energía fotovoltaica

En este caso la energía del sol transportada por sus fotones de luz, incide sobre la superficie de un material semiconductor (ej: silicio), produciendo el movimiento de ciertos electrones que componen la estructura atómica del material. Este desplazamiento de electrones se puede utilizar como fuente de energía. Es el caso del principio de funcionamiento de las calculadoras solares.
Las celdas fotovoltaicas permiten la conversión directa de energía solar en eléctrica, y se basan en la propiedad de aquellos semiconductores que tienen los electrones de valencia ligados al núcleo con una energía similar a la que poseen los fotones que llegan de la radiación solar. Al incidir éstos en el semiconductor liberan los electrones de esta última capa, y el lugar que deja libre el electrón, llamado “hueco”, se desplaza en el semiconductor al igual que los electrones. Los electrones libres y los huecos tienden a irse hacia las zonas oscuras, dando lugar a la creación de un campo eléctrico en el semiconductor que puede utilizarse para producir corriente.
Estos semiconductores se fabrican a partir del tratamiento de dos regiones en un cristal del semiconductor llamadas región “n” dopada con fósforo y región “p” dopada con boro. La célula solar es una “rodaja” de semiconductor (por ejemplo de silicio) dopada de la forma descripta anteriormente. Cuando se cierra el circuito externo de la célula e incide la energía luminosa del sol, se crea una corriente que varía con la tensión generada.
El rendimiento de la célula es el cociente de la máxima potencia eléctrica que puede producir dividida por la potencia luminosa que incide sobre ella. En la práctica estos rendimientos dependen del tipo de célula. Por ejemplo, con silicio policristalino suele ser del 8%, con sulfuro de cadmio 10%, con arseniuro de galio 25%.
Con la unión de muchas células se forma un panel fotovoltaico. El mismo se debe orientar al norte (en el hemisferio sur) y con una inclinación próxima a la latitud del lugar donde se utilice.
El sistema se suele complementar con un dispositivo de control y unas baterías recargables que permiten almacenar la energía para emplearla cuando sea necesaria, pero no exista luz, como por ejemplo, de noche. Los modelos más perfeccionados disponen además de motores que se encargan de girar los paneles de forma que apunten siempre hacia el sol. De este modo se consigue que reciban siempre el máximo de luz posible y tengan el máximo rendimiento.
El precio del kWh generado por la energía fotovoltaica no es rentable con los precios actuales de la energía y se debe utilizar en lugares donde no llegue el tendido eléctrico y en instalaciones de muy pequeño consumo.
La principal ventaja de la producción de electricidad por medio del efecto fotovoltaico es la seguridad de uso y el escaso mantenimiento resultante.
Además, los sistemas basados en paneles fotovoltaicos pueden crecer de forma modular con modificaciones muy sencillas a la estación existente previamente.
El principal inconveniente, es su precio inicial y el espacio que puede ocupar para una producción de potencia elevada.
Otro problema que plantea este tipo de energía, y el del apartado anterior es, evidentemente, el sol. Para que las instalaciones sean rentables, es necesario disponer de una zona en la que el sol ilumine durante gran parte del tiempo, lo que no ocurre en las regiones muy alejadas del ecuador.
Actualmente, existen centrales fotovoltaicas de potencias más altas que actúan entregando su producción directamente a la red eléctrica. Este tipo de centrales tienen potencias del órden de los 10 MW y su incorporación al mercado eléctrico está sobre todo justificada por la disminución del impacto ambiental que la producción eléctrica por este procedimiento ocasiona.
En Europa hay instalados sistemas fotovoltaicos con una potencia de 3000 T.E.P./año y se está incrementando notablemente la construcción de plantas de gran potencia.


Utilización de la biomasa

El tercer procedimiento de producción de energía eléctrica por medios no convencionales es la biomasa y la utilización de residuos, entendiendo por éstos los materiales generados en las actividades de producción, transformación y consumo que no hayan alcanzado ningún valor en el contexto en que son generados.
Estos residuos, sean agrícolas, forestales, industriales o residuos urbanos (R.U.) pueden ser materias primas para generar energía eléctrica. El tratamiento de los residuos para producir energía se puede realizar por métodos térmicos o biológicos.
Los métodos térmicos son combustión, gasificación y pirólisis; mientras que los métodos biológicos son fermentación alcalina y digestión anaerobia.
Si se procede a la combustión directa de los residuos éstos deben poseer características adecuadas (poder calorífico superior a 1.200 kcal, no tener azufre, ni flúor, ni cloro, etcétera).
Con estos combustibles se crea una planta incineradora que produce electricidad y con ella se consiguen dos efectos: el energético y el medioambiental, al reducir el impacto que el vertido de ellos conlleva.


Digestión anaerobia

La digestión anaerobia es un proceso de descomposición de materia orgánica e inorgánica por la acción de microorganismos en ausencia de oxígeno. En ella se producen lodos y biogás.
El biogás es una mezcla de metano y CO2 en proporciones variables: 50 al 70% de metano y 50 al 30% CO2.
Esta digestión se puede realizar en rangos mesofílicos o termofílicos según sea la temperatura en la que se realiza el proceso. La digestión anaerobia en rango mesofílico se realiza para temperaturas inferiores a 40°C, mientras que a temperaturas del orden de 55°C, la digestión es termofílica. En este último caso, el tiempo de retención es menor y la producción de biogás es bastante mayor.
El poder calorífico del biogás es del orden de 4.500 kcal/m³ (con 60% de metano y 40% de CO2). Al emplear este biogás como combustible, se puede producir electricidad para el consumo de la propia planta generadora o de recuperación eléctrica en una depuradora (caso de R.U.).


Energías marinas

El movimiento de las masas de agua de los mares y océanos es complejo, y su análisis a fondo excede los alcances de esta nota. Así por ejemplo, las corrientes marinas se deben a las acciones combinadas del viento, las diferencias de temperaturas, las evaporaciones y las precipitaciones atmosféricas.
La energía de las mareas tiene como origen la rotación terrestre y la atracción gravitatoria de la luna y el sol. En la mayoría de las costas abiertas la diferencia entre pleamar y bajamar ronda el metro, pero en algunas bahías o estuarios este efecto se amplifica y la marea llega a subir 10 veces mas.
El movimiento de las mareas es regular y periódico, y su mecanismo de formación puede explicarse de la siguiente manera: la variación en el tiempo de la atracción del sol y la luna, provoca una variación del campo gravitacional terrestre que puede visualizarse como una oscilación de la superficie de cota cero convencional (nivel del mar). Dicha oscilación provoca la marea estática, que en sí tiene una amplitud reducida, pero como su período es muy corto da lugar a fenómenos de resonancia que provocan mayores oscilaciones de nivel, en especial en ciertos recintos como el Golfo San José en la Argentina.
El potencial de las mareas en el mundo es del orden de 1.000 TWh/a.
Esta energía se puede aprovechar por almacenamiento del agua en un embalse que se forma al construir un dique en una bahía. Existen diversos modos de operación como son la generación durante el reflujo, la generación durante el flujo, generación bidireccional, etc. En todos ellos se produce electricidad utilizando la energía mecánica que producen las turbinas movidas por el agua. Estas turbinas deben manejar enormes volúmenes de agua salada con un salto muy reducido y variable. El costo por kW instalado es alto con las técnicas actuales.
El oleaje es el otro fenómeno físico marino que se está estudiando para la obtención energética. Algunos estudios indican que la energía del oleaje puede ser del orden de 1.000 TWh/a en las costas europeas. En general este tipo de energía tiene actualmente pocas instalaciones funcionando a escala natural y por ello falta experiencia operativa. En la actualidad el kWh generado por este tipo de energía no es rentable y su estudio está en proceso de investigación.
Existen varias modalidades de aparatos que permiten obtener energía del oleaje. Estos sistemas son: “sistemas de columna oscilante”, “sistemas de captadores puntuales”, “grandes aparatos flotantes”.
Por ejemplo, el aprovechamiento se haría disponiendo una larga red de boyas flotantes sujetas a unos ejes fijos que les permitirían girar alrededor de ellos.
Estas boyas están diseñadas con una forma tal que al chocar el frente de la ola contra ellas se desplazarán fácilmente hacia atrás, recuperando su posición inicial después del paso del agua. Unido a cada boya se hallaría un generador de electricidad activado por el movimiento.
Este sistema presenta una gran cantidad de dificultades. En primer lugar, el fenómeno del oleaje no es tan estable como otros y puede sufrir variaciones importantes. Además, por debajo de cierta amplitud la ola no produciría movimiento ni, por lo tanto, energía. En el otro extremo, si el oleaje es excesivo se podrían dañar los mecanismos. Estas limitaciones hacen que su aplicación práctica sea bastante dudosa, o por lo menos, limitada a zonas muy específicas donde las condiciones del mar sean bastante estables y adecuadas al sistema.


Energía geotérmica

El interior de la corteza terrestre no es, como pudiera parecer en un principio, frío e inmóvil. Al contrario, en el interior de nuestro planeta existen grandes cantidades de energía en constante movimiento. Un buen ejemplo de este hecho lo constituyen los volcanes y los terremotos. Ambos son originados en una zona situada debajo de la corteza terrestre denominada sima o sial. Esta zona se halla a una profundidad aproximada de unos 50 km y su temperatura es de más de 1.000 ºC. La corteza terrestre aumenta gradualmente su temperatura con la profundidad, siendo este aumento de aproximadamente un grado cada 37 metros.
Los sistemas geotérmicos de obtención de energía buscan aprovechar dicho aumento de temperatura para convertirla en energía eléctrica útil. El fundamento del sistema es similar al de las calderas convencionales de vapor.
Se calienta un fluido hasta que alcanza una temperatura muy elevada y adquiere una gran energía. Dicha energía se emplea para mover una turbina que es la productora final de electricidad.
Aunque en la actualidad no existe ningún sistema de este tipo funcionando a nivel industrial, se están realizando diversos prototipos que permitirán medir mejor los rendimientos que se puedan obtener.
El esquema básico de una central de aprovechamiento geotérmico consta de una perforación de gran profundidad en la corteza terrestre. Esta perforación debe tener varios kilómetros para llegar a una zona con temperatura suficiente. A cinco kilómetros, la temperatura aproximada es de 150 ºC. En la perforación se introducen dos caños desde la superficie. Una vez instalados, por uno de ellos se inyecta agua fría. Al llegar al fondo, el agua se calienta y sube por la segunda tubería. En el extremo de ésta se ha dispuesto una turbina que es movida por el agua caliente. Posteriormente, el agua ya enfriada se vuelve a introducir por la primera tubería para formar un circuito cerrado.
El sistema es, teóricamente, de los mejores existentes. La necesidad de piezas móviles se reduce a la turbina, con lo que esta simplicidad aumenta la resistencia del sistema. La fuente de energía está asegurada continuamente. Al contrario que el sol y el viento, que pueden aparecer y desaparecer, el calor del interior de nuestro planeta es constante y no sufre variaciones ni con las estaciones del año ni con la hora del día.
El problema principal radica en la propia naturaleza de la roca en la que se realiza la perforación. En todos los sistemas desarrollados por el hombre, se utiliza un metal para conducir el calor debido a la poca resistencia que opone al paso de éste. La roca, en cambio, es un conductor bastante malo. En el proceso de calentamiento del agua se produce una transferencia de calor de un cuerpo al otro y la roca pierde las calorías que transfiere. Esto implica que para poder funcionar constantemente debería ser capaz de absorber calor de la sima con la misma rapidez con que se lo da al agua. Esto no es cierto y una vez enfriada tarda en volver a calentarse. En los experimentos realizados el sistema funcionaba durante un intervalo de tiempo, pero posteriormente se paraba y permanecía detenido hasta que la roca volvía a recibir las calorías suficientes. Estas deficiencias hacen imposible su explotación en gran escala.


Energía eólica

Finalmente, vamos a analizar la energía renovable para producir electricidad que, junto con la hidráulica, es actualmente, la única competitiva a los precios actuales del kWh, o sea la energía eólica.
La utilización de la energía cinética del viento para producir electricidad fue realizada por primera vez por Lord Kelvin al proveer energía eléctrica a un faro marino. En el campo argentino, durante muchas décadas se usaron profusamente los cargadores de baterias accionados por el viento (wind chargers). Actualmente, los llamados “molinos de viento” han sido sustituidos por “aeroturbinas”, que son capaces de producir potencias eléctricas muy apreciables. Los avances en la aerodinámica han incrementado el rendimiento de los aerogeneradores del 10 hasta el 45 %.
Este viento está causado por las diferencias de densidad y presión que se producen entre dos zonas alejadas, diferencias producidas a su vez por el calentamiento solar de uno de los puntos y/o enfriamiento del otro. En el punto más caliente, el aire tiende a subir, creando en su parte inferior un vacío que provoca el flujo de aire desde el otro punto.
El viento transporta una energía mecánica al desplazarse a una velocidad v.
Recordemos que una masa de aire m que se desplaza a una velocidad v tiene una energía cinética que vale 1/2 mv². La máquina capaz de transformar parte de esta energía es una máquina eólica.
De toda esta energía mecánica, no toda la energía se puede absorber. La teoría de Betz nos dice que de un tubo fluido que transporta aire a una velocidad v y tiene una sección s, transporta una energía que vale 1/2 dsv³ , (donde d es la densidad del aire), de la que sólo podemos extraer los 16/27 de la misma. Este valor nos da el máximo posible de utilización de la corriente fluida.
Por otra parte, se sabe que la potencia del viento es proporcional al cubo de las velocidades, P = Kv³. Por ello, si la velocidad se duplica esta potencia se multiplica por un factor 8.
De acuerdo con los conceptos básicos de la mecánica de fluidos, la velocidad del viento varía exponencialmente con la altura H debido a la fricción con el suelo, con un exponente n empírico que depende de las características del terreno, que varía de 0,1 a 0,8 . A su vez el viento tiene velocidades variables según las zonas por las que discurre. Un efecto destacable es la aceleración del viento que se produce en las colinas, por efecto Venturi, que hace que tales lugares sean apropiados para la instalación de generadores eólicos, si el perfil de la ondulación es suave y no da lugar a turbulencias.
El potencial eólico de una zona geográfica cualquiera se mide estudiando el número de horas en que esta velocidad supera una fijada. Tomando como abscisas las 8.760 horas que tiene el año y como ordenadas las velocidades se obtiene una curva monótona decreciente representativa.
Para aprovechar este tipo de energía, que generalmente no es constante (salvo en regiones como la Patagonia), se utilizan aeroturbinas que son máquinas eólicas que en un principio se clasifican en función de su eje en verticales y horizontales.
En las de eje vertical sólo es utilizable para producir electricidad la llamada Daerrius, en la cual se pueden alcanzar altas velocidades de giro, capaces de producir energía eléctrica. La desventaja de las aeroturbinas de eje horizontal es que generan menos electricidad a igualdad de costo.
En este caso el eje de giro está situado verticalmente y las palas giran alrededor de él en un plano horizontal. El viento hace fuerza por un lado sobre la parte delantera de las palas, pero a la vez presiona sobre la parte trasera de otra pala, frenándola. El diseño crítico consiste en diseñar la estructura de la pala de modo que por delante sea capaz de captar el mayor viento posible y que simultáneamente ofrezca la menor resistencia al viento por su parte posterior.
La forma aerodinámica de las palas le permite mantener la velocidad de giro una vez que la alcanza, pero el sistema es incapaz de arrancar por sí solo. Esto obliga a disponer un sistema secundario de arranque.
La disposición del rotor le permite captar el viento proveniente de cualquier dirección sin necesidad de dispositivo de orientación. Este hecho se traduce en una simplificación de la maquinaria y en un menor número de averías.
Además al estar dispuesto verticalmente el eje, la maquinaria de aprovechamiento de la energía puede situarse directamente sobre el terreno y no es necesario el empleo de una torre como en los sistemas de eje horizontal.
Las aeroturbinas de eje horizontal pueden ser lentas (multipolar) o rápidas.
Estas últimas son las máquinas mas adecuadas por la producción eléctrica, constando de un rotor, una torre, un buje, un multiplicador y un generador.
El rotor suele tener 2 palas de material similar al de las hélices de los aviones (fibra de vidrio) con un perfil aerodinámico, y están unidas a un buje donde se encastran las palas. Existe a su vez un multiplicador en el que se cambia la velocidad angular que proporciona el eje del rotor a otra velocidad adecuada para producir energía eléctrica. Este generador eléctrico puede ser síncrónico o asíncrónico (más usado que el anterior).
El sistema horizontal es el más estudiado y el que mejores rendimientos proporciona; se ha llegado a un coeficiente de aprovechamiento de 0,45 a 0,50 de la potencia mecánica, aunque al transformarla en eléctrica, el rendimiento desciende. Con una elección adecuada del emplazamiento dan buen rendimiento medio, independientemente de la estación del año y de la hora del día, y emplean menos superficie de terreno que otros sistemas para la misma potencia producida.
Sin embargo, la energía producida en este sistema horizontal tiene variaciones instantáneas muy elevadas y difíciles de calcular. Para su emplazamiento deben elegirse zonas sin obstáculos y elevadas. La necesidad de un sistema de orientación para adaptarse a la dirección del viento complica el sistema y lo hace más propenso a fallas. Dicho sistema suele constar de una veleta que detecta la dirección del viento y de un motor controlado por dicha veleta, que orienta el rotor para que apunte al viento.
Existe un concepto muy importante a tener en cuenta en una aeroturbina. Una aeroturbina orientada en la dirección del viento empieza a girar lentamente a una determinada velocidad de viento, esta velocidad se llama velocidad de conexión, Vc, para esta situación no se produce prácticamente ninguna energía. Por debajo de Vc la energía obtenida es nula, incluso en algunos sistemas se produce consumo de energía en lugar de producción.
Cuando la velocidad aumenta, hay una velocidad, llamada nominal, Vn, para la cual la máquina empieza a dar la potencia que marca el fabricante.
A partir de este punto la máquina proporciona esta potencia hasta que llegamos a una velocidad de viento superior, en la cual la máquina se debe frenar para que la fuerza del viento no provoque esfuerzos demasiado elevados en la estructura que podrían destruirla; esta nueva velocidad se llama velocidad de desconexión Vd.
Por encima de Vd, el diseño de la maquinaria no permite una generación mayor de energía, por lo que el exceso de velocidad se desperdicia. Toda máquina eólica debe poseer un diseño (frenos, entrada en pérdida, etc.) que la proteja de los excesos de velocidad del viento, y debe ser provista con los datos sobre las tres velocidades citadas e incluso una gráfica representativa potencia-velocidad.
Los valores máximos y mínimos varían bastante de un modelo de generador a otro, pero se pueden tomar como ejemplos típicos 4 m/s y 30 m/s.
Por ejemplo, para fijar ideas, en un lugar en donde durante un año existen 3.000 horas de velocidades entre 10 m/s y 20 m/s, la gráfica de una máquina típica nos dá 500 kW. De esta manera por año puede proporcionar al menos: 3.000 h x 500 kW = 1.500 MWh.
Para aprovechar la energía eólica con fines eléctricos existen dos tipos de sistemas:
- Instalaciones aisladas (funcionamiento en isla).
- Instalaciones conectadas a la red de distribución general.
Las ventajas de este último sistema son un mayor aprovechamiento energético, pues la propia red actúa como acumulador energético, su transmisión a sitios alejados es fácil y su pequeño aporte discontinuo no afecta a la estabilidad de la red.
Por el contrario, en las instalaciones aisladas, la discontinuidad de este recurso hace que el principal problema resida en la acumulación o reserva de la energía producida por el viento para los períodos en que este no sople.
Como datos orientativos se pueden hacer las siguientes consideraciones:
- En un parque eólico la inversión que se efectúa es del orden de U$S 800 por kW instalado.
- La vida prevista para el parque es de unos 20 años.
- Para que sea rentable colocar una máquina en el parque debe funcionar al menos 2.500 horas al año.
En la actualidad, se están utilizando nuevas técnicas que van a permitir utilizar máquinas a menores velocidades y con rendimientos más altos. Las mejoras a plantear son:
- Reducir los costos del kWh producido.
- Mejorar la fiabilidad de la instalación.
- Reducir los costes de mantenimiento.
Cabe señalar que desde el punto de vista estético, la energía eólica produce un impacto visual inevitable, ya que por sus características precisa unos emplazamientos que normalmente resultan ser los que más evidencian la presencia de las máquinas. En este sentido, la implantación de la energía eólica a gran escala, puede producir una alteración clara sobre el paisaje, que deberá ser evaluada en función de la situación previa existente en cada localización.
También debe tenerse especial cuidado a la hora de seleccionar un parque eólico, si en las inmediaciones habitan aves, por el
riesgo de impactos con las palas, aunque existen soluciones al respecto como pintar en colores llamativos las palas o situar los molinos adecuadamente dejando “pasillos” a las aves.