Nuevas tecnologías para aprovechar la energía eólica a gran altura

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Ana Isabel Franco Velázquez
hace 6 años
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1 Nuevas tecnologías para aprovechar la energía eólica a gran altura La energía eólica ha sido aprovechada desde centenares de años en variadas tareas, como la molienda, sustracción de agua u otras tareas que requieren gran cantidad de esfuerzo. Mientras que la generación eléctrica a partir de turbinas eólicas comienza a fines del siglo XIX cuando el profesor Poul La Cour llegó a producir hasta 200kW en Dinamarca. Desde los años 90, las preocupaciones crecientes de la población sobre temas ambientales como la contaminación del aire y los cambios climáticos, además del requerimiento creciente de energía y el encarecimiento de las fuentes tradicionales, incitan a los gobiernos a interesarse en la utilización de Energías Renovables No Convencionales (ERNC). Así, en los últimos 10 años la generación basada en sistemas eólicos ha crecido en forma exponencial, principalmente en los países europeos que concentran el 70% de la capacidad eólica mundial. Chile no es una excepción: en el 2012 contó con una capacidad instalada de 200 MW de energía eólica, equivalentes al 1,2% de la capacidad total de energía eléctrica del país, la cual será duplicada en los próximos años con la entrada de proyectos eólicos como Talinay, El Arrayán, El Chome, Negrete y otros que ya se encuentran en construcción 0. Hoy, la matriz de energía eléctrica de Chile está compuesta en un 3% de participación de ERNC, pero la ley de fomento a las ERNC establece una meta de un 10% al Recientemente, el Senado aprobó por unanimidad el proyecto de ley 20/20 que propicia la ampliación de la matriz energética a un 20% de ERNC para el Con estas estrategias, el Gobierno tiene como objetivo acelerar la incorporación de ERNC, potenciar el desarrollo hidroeléctrico y disminuir la participación de la generación termoeléctrica. Una de las características más desfavorables del recurso eólico es su condición de variabilidad, por cuanto depende de las condiciones atmosféricas. Es un hecho que el viento a baja altura presenta problemas de ausencia o intermitencia, lo que impide proponer sistemas de generación clásicos (como las turbinas eólicas) en cualquier zona. Esto lleva a que se requieran exhaustivas mediciones de viento para una precisa evaluación del potencial energético explotable en el emplazamiento. El conocimiento sobre el potencial eólico en Chile se está desarrollando cada vez más. La Comisión Nacional de Energía ha efectuado varios estudios que han permitido identificar zonas del país que por sus características podrían tener ventajas comparativas para el desarrollo de proyectos de generación eólica. Entre ellas se encuentran algunas zonas costeras de las regiones de Atacama, Coquimbo y Maule. Adicionalmente, se ha levantado la hipótesis que en algunas de esas zonas puede darse una combinación de vientos costeros y vientos térmicos, principalmente asociados a valles transversales, que pudiesen generar un patrón de vientos interesante para el desarrollo de los proyectos eólicos 0. Por otra parte, es sabido que la velocidad del viento varía con la altura, siguiendo una ecuación de tipo exponencial, conocida como ley de Hellmann (Figura 1). Además, existe una relación cúbica entre la potencia disponible y la velocidad del viento (Pot = cte * V 3 ), lo que significa que si la velocidad del viento aumenta al doble (V => 2*V) la potencia aumenta 8 veces (Pot = cte * (2*V) 3 =

2 cte * 8 * V 3 ). Por lo tanto, mientras más alto se instale un aerogenerador, más energía se obtendrá. Figura 1 Variación de la velocidad del viento (capa límite) con la altura sobre el terreno Cuando se habla de energía eólica, inmediatamente se piensa en el clásico aerogenerador de eje vertical de tres palas que domina el mercado mundial (Figura 2). Sin embargo, en los últimos años los ingenieros están trabajando en nuevas tecnologías para aprovechar mejor el viento a gran altura. Así, se han propuestos aerogeneradores convencionales de mayor tamaño (hasta 200m de altura) y recientemente modelos suspendidos en el aire (a más de 1000m de altura). Figura 2 Parque eólico Canela II, Chile. CER, 2011 Pero los aerogeneradores clásicos estarán siempre limitados a trabajar cerca del suelo (donde las corrientes de aire son más débiles y más variables), a emplazarse en zonas privilegiadas y a requerir grandes fundaciones y enormes palas, implicando importantes inversiones que los hacen menos competitivos frente a los recursos fósiles. Si se aprovechan los vientos a gran altura, donde las corrientes de aire son más fuertes y constantes, se pueden sobrepasar los límites actuales y hacer más competitiva a la energía eólica frente a las energías fósiles. Por una parte, los costos de fabricación y montaje son menores y por otra, pueden utilizase en muchas más localidades que la energía eólica convencional. De este modo, los nuevos modelos de aerogeneradores a gran altura proponen un cambio significativo en

3 el aprovechamiento de la energía de los vientos. Lo anterior ya ha sido puesto en evidencia hace más de 30 años atrás por Miles Loyd en EE.UU. 0. Loyd mostró que si los aerogeneradores vuelan a través de ráfagas de viento, las fuerzas aerodinámicas resultantes pueden generar considerablemente más energía eléctrica que un aerogenerador fijo. Es debido a estas características que empresas y universidades de todo el mundo han comenzado a fabricar sistemas de generación para el aprovechamiento de vientos a gran altura 0. Algunas de estas empresas son: ALTAEROS ENERGIES en Estados Unidos de América 0 utiliza un dirigible tubular (Figura 3), en cuyo centro se instala una turbina que funciona como generador de electricidad. Figura 3 Generador de Altaeros. AMPYX POWER en Holanda 0. Para generar energía utilizan un planeador que al elevarse desenrolla un cable desde un carrete emplazado en el suelo. Así, la rotación del carrete es convertida en energía eléctrica por un generador eléctrico (Figura 4). Figura 4 Concepto desarrollado por Ampyx Power

PLATAFORMA REGIONAL DE GESTIÓN DE LA ENERGÍA ENERKITE en Alemania 0 utiliza una cometa que es arrastrada por la corriente del viento y que al elevarse desenrolla un carrete

0 utiliza turbinas montadas en un planeador que permanece a la altura que ofrece las mejores condiciones de generación (Figura 6).

4 PLATAFORMA REGIONAL DE GESTIÓN DE LA ENERGÍA ENERKITE en Alemania 0 utiliza una cometa que es arrastrada por la corriente del viento y que al elevarse desenrolla un carrete (Figura 5). Nuevamente, la rotación del carrete es convertida en energía. Figura 5 Cometa desarrollada por Enerkite. MAKANI POWER en EE.UU. 0 utiliza turbinas montadas en un planeador que permanece a la altura que ofrece las mejores condiciones de generación (Figura 6). Figura 6 Planeador con generadores de Makani Power KITEGEN RESEARCH en Italia 0, al igual que ENERKITE, utiliza cometas para producir energía desenrollando un cable desde un carrete (Figura 7). Figura 7 Instalaciones para control y generación de energía de Kitegen Research

5 SKYSAILS POWER en Alemania 0 propone utilizar cometas para propulsar barcos en altamar. Cuentan con generadores similares a los desarrollados por KITEGEN y ENERKITE, pero para aplicaciones en mar abierto (Figura 8). Figura 8 Generadores eólicos de altura en altamar, proyecto Skysails Power. Estos son sólo algunos ejemplos de empresas dedicadas a la generación de electricidad a partir de vientos en altura, lo que demuestra la factibilidad de estos sistemas para obtener energía eléctrica a partir del viento. Si bien es cierto que muchas de estas empresas recién tienen prototipos experimentales, las potencias estimadas, en el orden de los MW en algunos casos, son una promesa de conseguir energía más limpia y con menores costos asociados. Estas tecnologías emergentes para la generación de electricidad abren una serie de posibilidades y oportunidades en el mercado eléctrico nacional como alternativa para mejorar la rentabilidad de la energía eólica, diversificar la matriz de fuentes energéticas y para dar respuesta a los proyectos de incentivo a la utilización de ERNC propuestos por el gobierno. Referencias Windand Solar Power, Chile, Energía para el futuro, Estrategia Nacional de Energía , Gobierno de Chile. Ministerio de Energía, Gobierno de Chile ( M. L. Loyd, Crosswindkitepower, Journal ofenergy, vol. 4, no. 3, pp , Robert Creighton, WindEnergyIndustry: Go fly, IEEE Spectrum,

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