¿Qué es la Energía Eólica?

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Cuando hablamos de energía eólica, nos estamos refiriendo a la energía que se obtiene del viento. Las masas de aire generan energía cinética, la cual es transformada, para ser utilizada en diferentes actividades humanas de forma útil.

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Utilidad de la Energía Eólica históricamente:

El uso de la energía eólica data de muchos siglos atrás, a ejemplo de esto tenemos diferentes formas de navegación que fueron creadas en base al impulso que les proporcionaba el viento al entrar en contacto con sus velas, también tenemos el caso de molinos de viento que fueron ocupados para tareas diarias como para moler el cereales, o bien en casos emblemáticos donde quedaron registrados en la historia como en los inolvidables relatos de Don Quijote.
En la actualidad, el uso más común de la energía eólica, y cuya tendencia aumenta día a día, es para la generación de energía eléctrica.

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¿Cómo se producen las corrientes de vientos?

Las masas de aire de desplazan desde zonas de alta presión a zonas de baja presión atmosférica, este tipo de viento se denomina viento geostrófico, la velocidad del viento va a depender de la magnitud de esta diferencia entre las presiones. La velocidad real del viento, es una combinación de la velocidad inducida por la presión y la rotación de la tierra, que arrastra en su superficie las masas de aire adyacentes.

Viento Geostrófico: equilibrio entre la fuerza de coriolis y la fuerza del gradiente de presión.

Fuente Imagen: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3f/Vent_géostrophique.png/250px-Vent_géostrophique.png

Para la generación de energía eólica es sumamente importante conocer los vientos locales, es decir, los vientos de la localidad específica en donde se quiera localizar el parque eólico. Los vientos son causa del calentamiento diferencial entre la superficie terrestre y fuentes de agua por la radiación, se ha llegado a señalar que cerca del 1-2% de la energía de la radiación solar se convierte en vientos. De día la superficie terrestre se calienta más, las masas de aire de estas zonas se tienden a elevar al ser más livianas, con lo cual se expanden (ya que disminuye la presión), lo contrario ocurre con las masas de aire de océanos que se calientan menos, por lo cual son más pesadas y no tienden a expandirse. Al elevarse las masas de aire continentales, y ponerse en movimiento, hacen posible que también las masas de aire oceánicas se pongan en movimiento, ocupando el lugar dejado por las masas de aire caliente.

Calentamiento diferencial de aguas y tierra.

Fuente Imangen: http://www.cne.cl/archivos_bajar/INFORME_FINAL_CERE_para_CNE_2005_after_DMC2.pdf

También entre estos vientos locales encontramos los denominados vientos de montaña, que se producen por el calentamiento diferencial de cada una de sus partes, durante el día una de las laderas recibirá la radiación solar con un ángulo que hará que esta se caliente, mientras la contraparte apenas se calentara, lo que afectara a la densidad del aire a cada lado, teniendo como consecuencia que los vientos bajen o suban.

Viento de montaña.

Fuente Imangen: http://www.cne.cl/archivos_bajar/INFORME_FINAL_CERE_para_CNE_2005_after_DMC2.pdf

El Viento

El viento se entiende como el movimiento horizontal del aire. Para nuestro análisis lo más importante del viento va a ser su velocidad, ya que de esto depende en gran parte la generación de energía. Como es conocido por todo el viento es un variable aleatoria, ya que como podemos observar hasta los lugares más ventosos tienen periodos de calma, y viceversa, los menos ventosos se ven afectados por vientos de gran intensidad.

Es importante tener en cuenta al momento de establecer la localidad de un parque eólico, las variaciones diurnas-nocturnas de la región. Por ejemplo, en una zona costera, la velocidad del viento puede ser casi cero durante la noche, pero esta empezara a aumentar cuando amanezca, llegando a su valor máximo poco después del mediodía, descendiendo nuevamente cuando se aproxime la noche. Otro ejemplo a tener en cuenta es cuando se tienen regiones con condiciones geográficas especiales, donde las variaciones diurno-nocturno de la velocidad del viento son casi inexistentes.

Otro punto importante a determinar son las variaciones estacionales de las variaciones en la velocidad del viento, ya que por lo general en determinada épocas del año es cuando se dan las máximas y mínimas velocidades, siendo estas desiguales, por lo cual es fundamental con que duración tenemos un periodo de frecuentes vientos, y en que otros los vientos son escasos.

Todos estos puntos son importantes ya que sirven para determinar diferentes cualidades que tiene que tener el molino aerogenerador:
-Los valores máximos y mínimos de la velocidad del viento, tanto como en la hora en que se dan y el número total de horas que se dan al año, regirán para determinar el tipo de motor eólico a utilizar.
-Las variaciones diurnas-nocturnas de la velocidad del viento, así como las horas en que el viento es inexistente, determinaran los medios de almacenamiento de energía o bien los sistemas de respaldo para su generación.

Fuente Imagen: http://paramosecuador.org.ec/imagenes/42%20Viento%20en%20el%20arenal%20del%20Antisana,%20Ecuador%20(P.%20Mena).jpg

Selección de localidades

Una de las preguntas más comunes al iniciar un estudio sobre la factibilidad de realizar proyectos eólicos en determinadas zonas es ¿qué debe medirse para obtener datos anemométricos de utilidad, y en que forma debe medirse?, para poder responder esta pregunta tenemos que tener bien claro nuestros objetivos, por ejemplo, a cuantas personas se busca proporcionar electricidad, que tipo de aerogeneradores son los que tenemos, etc.

Las mediciones que se desarrollan en un lugar determinado no tienen como objetivo conocer minuciosamente las características del viento en aquel lugar, sino que más bien conocer las características del viento dentro de un periodo determinado, por ejemplo meses o bien años. En general estas mediciones son efectuadas para comparar dos o más localidad, que potencialmente pueden ser objeto del proyecto en cuestión.

Anemómetro.

Fuente Imagen: http://www.ceipgrancapitan.es/cmedio5/aguaire/anemometro.jpg

Una de las principales mediciones que se tiene que realizar, es la velocidad del viento a una determinada altura, recordemos que en general se postula que el viento aumenta su velocidad cuando también aumenta la altura, pero como en todas cosas, siempre hay excepciones, por lo cual tendremos que realizar mediciones en el lugar determinado teniendo en cuenta la altura de cada uno de nuestros molinos. También es importante determinar el área de influencia de los vientos, la cual va a estar estrechamente relacionada con la cantidad de molinos aerogeneradores que podamos instalar en cada lugar.

Otro punto importante, es que no nos interesa cuales son las velocidades extremas, si no que nuestro interés se basa en la velocidad promedio del viento. Al igual que la velocidad del viento, la dirección de este puede ser medida por un anemómetro, estos aparatos proporcionan registros continuos muy útiles para nuestras finalidades. También son muy útiles todos los datos que nos puedan proporcionar las estaciones metereológicas que se encuentren cerca del lugar.

La potencia producida por el molino aerogenerador, va a estar directamente relacionado con la velocidad del viento y la capacidad del aerogenerador, como podemos ver el en gráfico.

Fuente Gráfico: http://www2.ing.puc.cl/~power/alumno03/alternativa.htm

Todos estos estudios previos, tienen por objeto encontrar lugares donde la velocidad media del viento sea la más adecuada para nuestros objetivos, como dato podemos señalar que si la velocidad media aumenta tan solo 1 milla por hora, la producción anual puede tener un incremento de un 20%, por lo cual es muy importante realizar estas mediciones con extremado cuidado.

Otro punto importante al momento de realizar el estudio, es la topografía de la zona, se recomienda por ejemplo emplazar parques eólicos en colinas. Las colinas no solo por encontrarse en mayor altura nos proporcionan un viento más veloz, sino que también su forma es fundamental, por ejemplo una colina ubicada en el sector costero que no tenga otros eventos geográficos cerca, con forma cónica, con cresta redondeada, y lisa para que así los vientos de todas direcciones se vean igualmente acelerados, es una colina ideal para el emplazamiento de parques eólicos, y estas características mencionadas son más favorables que por ejemplo la altura.

Colina ideal para la instalación de parques eólicos.

Fuente Imagen: http://www.espacioluke.com/2007/Marzo2007/images/ColinaRip-LubosHainc.jpg

Situación Internacional.

Fuente Imagen: http://tu_decision.geoscopio.net/empresas/tu_decision/Mundo%20Manos.jpg

En el año 2006 se produjeron un total de 73.904 MW, de los cuales un 65% fueron producidos en Europa. Se tienen datos de que el 90% de los parques eólicos que existen en la actualidad están situados en Europa y en Estados Unidos.

Como podemos ver con el gráfico, la cantidad de energía eólica producido anualmente ha ido en un constante incremento desde 1997, esto de debe principalmente por los intereses de los países de ir buscando formulas alternativas a la generación de electricidad para combatir los altos costos y niveles de contaminación, siendo la energía eólica una fuente verde que cumple con ambos intereses. Según la Asociación Mundial de Energía Eólica, se espera que para el año 2010 tengamos la capacidad como planeta de generar 160.000 MW, lo que por cierto implicaría un incremento anual de alrededor de un 15%.

Dentro de los países que vale destacar, principalmente por el fomento que le han proporcionado a la energía eólica, podemos mencionar a Estados Unidos, Alemania, India y Dinamarca. Dentro de estos países es importante destacar la situación de Dinamarca, ya que ellos se ubican en la posición número 56 en el consumo mundial de energía (bastante más lejos que los países antes mencionados), y producen cerca del 20% de su consumo anual de electricidad, por medio de parques eólicos.

Cifras y proyecciones de generación de energía eólica a nivel mundial.

Fuente Gráfico y tabla: http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_e%C3%B3lica

Situación en Latino América

Globalmente Latino América es considerada como un grupo de países que esta haciendo grandes esfuerzos para introducirse dentro de los países considerados como desarrollados, y este es el mejor ejemplo para describir lo que ocurre en la actualidad con la utilización de la energía eólica. La energía eólica a nivel mundial tiene sus primeros pasos en la década de 1970, pero en Latino América sigue siendo un tema pendiente, y es un recurso poco explorado y así lo reflejan las cifras ya que sólo se produce en la región un total de 473 MW.

Brasil: 256 MW
México: 88 MW
Cotsa Rica: 74 MW
Argentina: 27 MW
Chile: 20 MW

Colombia: 20 MW

Fuente Imagen: http://mt.educarchile.cl/mt/jjbrunner/archives/Latinoamerica.jpg

Situación en Chile

En Chile como se señalo en la parte anterior cuando se reviso la situación el Latino América, sólo producimos 20 MW vía parques eólicos. Pero a pesar de esto, estamos alineados con la tendencia mundial de promover la este tipo de energía verde, y es por esto mismo que se han realizado estudios para evaluar el potencial eólico de diferentes zonas del país como la que se desarrollo en 1992 por la CORFO, donde se recopilo la información de los vientos existentes hasta la fecha de varias localidades, pero dado la existencia de pocas estaciones metereológicas y sus características, el estudio no fue del todo provechoso. Este proyecto CORFO tenía como principales objetivos realizar una evaluación de parques eólicos en Calama (II Región) y en Balmaceda (XI Región).

A pesar de que el informe final no fue del todo satisfactorio, permitió identificar zonas con importante potencial eólico, como son el caso de Calama y regiones altiplánicas, el sector costero y cerros de la IV región, y zonas contestas abiertas al océano y zonas abiertas hacia las pampas patagónicas en las regiones XI y XII.

Parque Eólico en la localidad de Canela.

Fuente Imagen: http://www.plataformaurbana.cl/wp-content/uploads/2007/12/1906462316_parque_eolico_canela.jpg

En la actualidad, el peroyecto Alto Baguales, esta conectado al Sistema Eléctrico de Aysen, que sirve para la generación de electricidad para 19.000 familias de las XI región. Este proyecto cuenta con tres aerogeneradores cada uno con una capacidad de 660 KW, que produce 2 MW anuales. También tenemos el caso de Chiloé, donde desde el 2000 existen dos aerogeneradores de 7.5KW cada uno, que forman parte de un proyecto eólico-disel. Otro proyecto importante es el realizado por Endesa Eco, en el Parque Eólico Canela.

Mapa eólico de Chiloe, donde en la actualidad existen proyectos eólicos-disel para abastecer alrededor de 3100 familias.

Fuente Mapa: http://www2.ing.puc.cl/~power/alumno03/alternativa.htm

Para más información sobre Proyectos Eólicos del grupo Endesa en Chile: http://www.endesa.cl/canela/##

Factores que determinan los regimenes de viento superficial en Chile

En chile, desde el norte hasta la zona central, los vientos superficiales están muy influenciados por el anticiclón subtropical del pacífico, esto favorece vientos con una componente sur en el sector costero. Más al sur de la zona central, predomina un flujo intenso con una componente oeste, teniendo como resultado vientos intensos.

A estos vientos de gran escala, se superponen los de menor escala, que son los descritos como vientos locales al principio del blog, que presentan un marcado ciclo diario. Entre estos vientos locales, los más importantes son las brisas costeras y brisas de ladera o valle.

En el norte del país, el viento superficial se encuentra afectado por factores locales, lo que produce brisas costeras y de valles. Las brisas costeras se ven favorecidas en su desarrollo por el gran contraste térmico que existe entre la superficie terrestre (muy árido) y el océano (afloramiento de aguas frías), que es condicionado por la corriente fría de Humboldt. Estas condiciones descritas, determinan un ciclo diario regular en la velocidad del viento, que alcanza su máximo después del medio día, y siendo mayores en verano debido a la mayor diferencia térmica. En los valles de la zona encontramos que estos vientos costeros son aumentados por vientos del tipo ladera o valle.

Corriente de Humboldt en Chile.

Fuente Imagen: http://www.ifop.cl/explora/images/91.jpg

En zona central, es una transición entre lo que ocurre en el norte y sur del país, durante el verano los vientos están determinados por factores locales como los descrito en la zona norte, mientras que en los inviernos predominan los factores de gran escala.

Finalmente en la zona sur, los vientos están determinados por factores a gran escala, y estos vientos tienen una menos escala en relación a los que podemos presenciar en el norte. Tanto la velocidad como la dirección del viento esta determinada por las condiciones sinópticas que afecten a la zona, observándose los vientos más fuertes cuando ocurren sistemas frontales. Otro factor importante a tener en cuenta en relación a los vientos es la topografía, ya que estos pueden obstruir la circulación de los flujos superficiales. Asimismo es importante señalar que como para la generación de energía eólica los vientos más importantes son los más cercanos a la superficie terrestre, un determinante es la rugosidad del suelo, ya que esta puede frenar la acción de los flujos.

Topografía de Chile.

Fuente Imagen: http://www.cne.cl/archivos_bajar/INFORME_FINAL_CERE_para_CNE_2005_after_DMC2.pdf