energía eólica

La energía eólica consiste en aprovechar la energía del viento para generar trabajo útil. Históricamente, se utilizaba mediante velas , molinos de viento y bombas eólicas , pero hoy en día se emplea principalmente para generar electricidad . Este artículo trata exclusivamente sobre la energía eólica para la generación de electricidad. Actualmente, la energía eólica se genera casi en su totalidad mediante aerogeneradores , generalmente agrupados en parques eólicos y conectados a la red eléctrica .

En 2025, la energía eólica suministró alrededor de 2700 TWh de electricidad, lo que representó más del 8 % de la electricidad mundial. ^{[ 1 ]} Con la adición de aproximadamente 100 GW durante 2021, principalmente en China y Estados Unidos , la capacidad instalada global de energía eólica superó los 800 GW. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Treinta países generaron más de una décima parte de su electricidad a partir de energía eólica en 2024 y la generación eólica casi se ha triplicado desde 2015. ^{[ 5 ]} Para ayudar a cumplir los objetivos del Acuerdo de París para limitar el cambio climático , los analistas dicen que debería expandirse mucho más rápido: en más del 1 % de la generación de electricidad por año. ^{[ 6 ]}

La energía eólica es una fuente de energía renovable y sostenible , y tiene un impacto ambiental mucho menor que la quema de combustibles fósiles . La energía eólica es variable , por lo que necesita almacenamiento de energía u otras fuentes de generación de energía gestionables para lograr un suministro fiable de electricidad. Los parques eólicos terrestres tienen un mayor impacto visual en el paisaje que la mayoría de las demás centrales eléctricas por energía producida. ^[⁷^]^[⁸^] Los parques eólicos marinos tienen un menor impacto visual y factores de capacidad más altos , aunque generalmente son más caros. ^[²^] La energía eólica marina actualmente representa alrededor del 10 % de las nuevas instalaciones. ^[⁹^]

La energía eólica es una de las fuentes de electricidad más económicas por unidad de energía producida. En muchos lugares, los nuevos parques eólicos terrestres son más baratos que las nuevas centrales de carbón o gas . ^{[ 10 ]}

Las regiones situadas en las latitudes más altas del norte y del sur tienen el mayor potencial para la energía eólica. ^{[ 11 ]} En la mayoría de las regiones, la generación de energía eólica es mayor durante la noche y en invierno, cuando la producción de energía solar es baja. Por lo tanto, las combinaciones de energía eólica y solar son adecuadas en muchos países. ^{[ 12 ]}

recursos de energía eólica

El viento es el movimiento del aire en la atmósfera terrestre . En una unidad de tiempo, digamos 1 segundo, el volumen de aire que ha pasado por un área $A$ es $Av$ . Si la densidad del aire es $\rho$ , el caudal de este volumen de aire es ${\tfrac {M}{\Delta t}}=\rho Av$ y la transferencia de potencia, o transferencia de energía por segundo es $P={\tfrac {1}{2}}{\tfrac {M}{\Delta t}}v^{2}={\tfrac {1}{2}}\rho Av^{3}$ La potencia eólica es, por lo tanto, proporcional al cubo de la velocidad del viento; la potencia disponible se multiplica por ocho cuando la velocidad del viento se duplica. Un cambio en la velocidad del viento de 2,1544 incrementa la potencia eólica en un orden de magnitud (multiplicado por 10).

La energía cinética global del viento promedió aproximadamente 1,50 MJ/m² ^durante el período de 1979 a 2010, 1,31 MJ/m² ^en el hemisferio norte y 1,70 MJ/m² ^en el hemisferio sur. La atmósfera actúa como un motor térmico, absorbiendo calor a temperaturas elevadas y liberándolo a temperaturas bajas. Este proceso es responsable de la producción de energía cinética del viento a una tasa de 2,46 W/m², ^lo que mantiene la circulación atmosférica contra la fricción. ^{[ 15 ]}

Mediante la evaluación de los recursos eólicos , es posible estimar el potencial de energía eólica a nivel mundial, por país o región, o para un sitio específico. El Atlas Eólico Global proporcionado por la Universidad Técnica de Dinamarca en colaboración con el Banco Mundial ofrece una evaluación global del potencial de energía eólica. ^{[ 13 ]}^{[ 16 ]}^{[ 17 ]} A diferencia de los atlas de recursos eólicos "estáticos" que promedian las estimaciones de velocidad del viento y densidad de potencia a lo largo de varios años, herramientas como Renewables.ninja proporcionan simulaciones variables en el tiempo de la velocidad del viento y la producción de energía de diferentes modelos de turbinas eólicas con una resolución horaria. ^{[ 18 ]} Se pueden obtener evaluaciones más detalladas y específicas del sitio del potencial de recursos eólicos de proveedores comerciales especializados, y muchos de los desarrolladores eólicos más grandes tienen capacidades de modelado internas.

La cantidad total de energía económicamente extraíble disponible del viento es considerablemente mayor que el uso actual de energía humana de todas las fuentes. ^{[ 19 ]} La fuerza del viento varía, y un valor promedio para una ubicación determinada no indica por sí solo la cantidad de energía que una turbina eólica podría producir allí.

Para evaluar posibles emplazamientos para parques eólicos, a menudo se ajusta una función de distribución de probabilidad a los datos de velocidad del viento observados. ^{[ 20 ]} Diferentes ubicaciones tendrán diferentes distribuciones de velocidad del viento. El modelo de Weibull refleja fielmente la distribución real de las velocidades del viento por hora/decenas de minutos en muchas ubicaciones. El factor de Weibull suele ser cercano a 2 y, por lo tanto, se puede utilizar una distribución de Rayleigh como un modelo menos preciso, pero más simple. ^{[ 21 ]}

parques eólicos

Un parque eólico es un conjunto de aerogeneradores ubicados en un mismo lugar. Un parque eólico de gran tamaño puede constar de varios cientos de aerogeneradores individuales distribuidos en una extensa área. El terreno entre los aerogeneradores puede utilizarse para fines agrícolas u otros. Un parque eólico también puede ubicarse en alta mar. Casi todos los aerogeneradores de gran tamaño tienen el mismo diseño : un aerogenerador de eje horizontal con un rotor de tres palas orientado hacia barlovento, acoplado a una góndola en la parte superior de una alta torre tubular.

En un parque eólico, las turbinas individuales están interconectadas mediante un sistema de recolección de energía de media tensión (generalmente 34,5 kV) ^{[ 26 ]} y una red de comunicaciones. En general, se establece una distancia de 7D (7 veces el diámetro del rotor de la turbina eólica) entre cada turbina en un parque eólico completamente desarrollado. ^{[ 27 ]} En una subestación, esta corriente eléctrica de media tensión se eleva en voltaje mediante un transformador para su conexión al sistema de transmisión de energía eléctrica de alta tensión . ^{[ 28 ]}

Características y estabilidad del generador

La mayoría de las turbinas modernas utilizan generadores de velocidad variable combinados con un convertidor de potencia de escala parcial o completa entre el generador de la turbina y el sistema colector, que generalmente tienen propiedades más deseables para la interconexión a la red y tienen capacidad de soportar caídas de tensión . ^{[ 29 ]} Las turbinas modernas utilizan máquinas eléctricas de doble alimentación con convertidores de escala parcial o generadores de inducción de jaula de ardilla o generadores síncronos (tanto de excitación permanente como eléctrica) con convertidores de escala completa. ^{[ 30 ]} El arranque en negro es posible ^{[ 31 ]} y se está desarrollando aún más para lugares (como Iowa ) que generan la mayor parte de su electricidad a partir del viento. ^{[ 32 ]}

Los operadores del sistema de transmisión proporcionarán al desarrollador del parque eólico un código de red para especificar los requisitos de interconexión a la red de transmisión. Esto incluirá el factor de potencia , la constancia de la frecuencia y el comportamiento dinámico de las turbinas del parque eólico durante una falla del sistema. ^{[ 33 ]}^{[ 34 ]}

energía eólica marina

La segunda turbina eólica flotante a gran escala del mundo (y la primera en ser instalada sin el uso de buques de gran capacidad), WindFloat, operando a su capacidad nominal (2 MW) aproximadamente a 5 km de la costa de Póvoa de Varzim , Portugal.

Los parques eólicos marinos, incluidos los parques eólicos flotantes, proporcionan una fracción pequeña pero creciente de la generación total de energía eólica. Esta capacidad de generación de energía debe aumentar sustancialmente para ayudar a cumplir con la trayectoria de la AIE de cero emisiones netas para 2050 para combatir el cambio climático . ^{[ 35 ]}

La energía eólica marina consiste en parques eólicos ubicados en grandes masas de agua, generalmente el mar. Estas instalaciones aprovechan los vientos más frecuentes y potentes de estas zonas y tienen un menor impacto visual en el paisaje que los proyectos terrestres. Sin embargo, los costos de construcción y mantenimiento son considerablemente más elevados. ^{[ 36 ]}^{[ 37 ]}

En noviembre de 2021, el parque eólico de Hornsea en el Reino Unido era el parque eólico marino más grande del mundo con 1.218 MW . ^{[ 38 ]}

Red de recolección y transmisión

Los parques eólicos cercanos a la costa pueden conectarse mediante corriente alterna (CA) y los que se encuentran lejos de la costa mediante corriente continua de alta tensión (HVDC). ^{[ 39 ]}

Los recursos de energía eólica no siempre se encuentran cerca de zonas con alta densidad de población . A medida que las líneas de transmisión se alargan, aumentan las pérdidas asociadas a la transmisión de energía, ya que se agravan los modos de pérdida en longitudes menores y aparecen nuevos modos de pérdida que dejan de ser despreciables a medida que aumenta la longitud; lo que dificulta el transporte de grandes cargas a grandes distancias. ^{[ 40 ]}

Cuando la capacidad de transmisión no alcanza la capacidad de generación, los parques eólicos se ven obligados a producir por debajo de su potencial máximo o a detenerse por completo, en un proceso conocido como limitación de la producción . Si bien esto conlleva que se deje sin aprovechar el potencial de generación renovable, previene una posible sobrecarga de la red o un riesgo para la fiabilidad del servicio. ^{[ 41 ]}

Uno de los principales desafíos para la integración de la energía eólica en la red eléctrica en algunos países es el desarrollo de nuevas líneas de transmisión para transportar energía desde los parques eólicos, que a menudo se ubican en zonas remotas y poco pobladas debido a la disponibilidad de viento, hasta lugares de alta demanda donde la densidad de población es mayor. ^{[ 42 ]} Es posible que las líneas de transmisión existentes en ubicaciones remotas no hayan sido diseñadas para el transporte de grandes cantidades de energía. ^{[ 43 ]} En determinadas regiones geográficas, las velocidades máximas del viento pueden no coincidir con la demanda máxima de energía eléctrica, ya sea en tierra o en alta mar. Una posible opción futura podría ser interconectar áreas geográficas muy dispersas con una superred HVDC . ^{[ 44 ]}

Capacidad y producción de energía eólica

En 2024, la energía eólica suministró más de 2494 TWh de electricidad, lo que representó el 8,1 % de la electricidad mundial. ^{[ 5 ]}

Tendencias de crecimiento

Las fuentes de energía renovables, especialmente la energía solar fotovoltaica y la energía eólica, están proporcionando una proporción cada vez mayor de la capacidad de energía. ^{[ 45 ]}

Generación de energía eólica por región ^{[ 46 ]}

Generación eólica por país

Para ayudar a cumplir los objetivos del Acuerdo de París para limitar el cambio climático , los analistas dicen que debería expandirse mucho más rápido de lo que lo hace actualmente: en más del 1% de la generación de electricidad por año. ^{[ 6 ]} La expansión de la energía eólica se ve obstaculizada por los subsidios a los combustibles fósiles . ^{[ 47 ]}^{[ 48 ]}^{[ 49 ]}

La cantidad real de energía eléctrica que puede generar la energía eólica se calcula multiplicando la capacidad nominal por el factor de capacidad , que varía según el equipo y la ubicación. Las estimaciones de los factores de capacidad para las instalaciones eólicas oscilan entre el 35 % y el 44 %. ^{[ 50 ]}

Factor de capacidad

Dado que la velocidad del viento no es constante, la producción anual de energía de un parque eólico nunca es igual a la suma de las potencias nominales de los generadores multiplicadas por el total de horas de funcionamiento al año. La relación entre la productividad real anual y este máximo teórico se denomina factor de capacidad. Existen datos en línea disponibles para algunas ubicaciones, y el factor de capacidad puede calcularse a partir de la producción anual. ^{[ 51 ]}^{[ 52 ]}

Penetración

La penetración de la energía eólica es la fracción de energía producida por el viento en comparación con la generación total. La participación de la energía eólica en el consumo mundial de electricidad en 2021 fue de casi el 7%, ^{[ 54 ]} un aumento con respecto al 3,5% en 2015. ^{[ 55 ]}^{[ 56 ]}

No existe un nivel máximo de penetración eólica generalmente aceptado. El límite para una red en particular dependerá de las centrales generadoras existentes, los mecanismos de precios, la capacidad de almacenamiento de energía , la gestión de la demanda y otros factores. Una red eléctrica interconectada ya incluye capacidad de generación y transmisión de reserva para hacer frente a fallos en los equipos. Esta capacidad de reserva también puede servir para compensar la generación variable de energía producida por las centrales eólicas. Los estudios han indicado que el 20 % del consumo total anual de energía eléctrica puede incorporarse con mínima dificultad. ^[⁵⁷^] Estos estudios se han realizado en ubicaciones con parques eólicos geográficamente dispersos, cierto grado de energía gestionable o hidroeléctrica con capacidad de almacenamiento, gestión de la demanda e interconexión a una gran área de red que permite la exportación de energía eléctrica cuando sea necesario. Las empresas eléctricas continúan estudiando los efectos de la penetración a gran escala de la generación eólica en la estabilidad del sistema. ^[⁵⁸^]

La cifra de penetración de la energía eólica puede especificarse para diferentes periodos de tiempo, pero suele citarse anualmente. Generar casi toda la electricidad a partir del viento anualmente requiere una interconexión sustancial con otros sistemas; por ejemplo, parte de la energía eólica en Escocia se envía al resto de la red británica . ^{[ 59 ]} Mensual, semanal, diaria o horariamente —o incluso menos— el viento podría suministrar hasta el 100 % o más del consumo actual, almacenándose, exportándose o reduciéndose el resto. La industria estacional podría entonces aprovechar los periodos de viento fuerte y de bajo consumo, como por la noche, cuando la producción eólica puede superar la demanda normal. Dicha industria podría incluir la producción de silicio, aluminio, ^{[ 60 ]} acero, gas natural e hidrógeno, y el uso de almacenamiento a largo plazo futuro para facilitar el 100 % de la energía procedente de fuentes renovables variables . ^{[ 61 ]}^{[ 62 ]} Los hogares y las empresas también pueden programarse para variar la demanda de electricidad , ^[⁶³^]^[⁶⁴^] por ejemplo, aumentando remotamente la temperatura de los termostatos de los calentadores de agua. ^[⁶⁵^]

Variabilidad

La energía eólica es variable y, durante los períodos de viento débil, puede ser necesario sustituirla por otras fuentes de energía. Actualmente, las redes de transmisión gestionan las interrupciones en otras centrales generadoras y las variaciones diarias de la demanda eléctrica, pero la variabilidad de las fuentes de energía intermitentes, como la eólica, es más frecuente que la de las centrales convencionales, que, cuando están programadas para operar, pueden suministrar su capacidad nominal aproximadamente el 95 % del tiempo.

La energía eléctrica generada a partir de la energía eólica puede ser muy variable en diferentes escalas temporales: horaria, diaria o estacional. También existe variación anual, pero no es tan significativa. Dado que la generación y el consumo instantáneos de electricidad deben mantenerse en equilibrio para mantener la estabilidad de la red, esta variabilidad puede plantear importantes desafíos para la incorporación de grandes cantidades de energía eólica a un sistema de red. La intermitencia y la naturaleza no gestionable de la producción de energía eólica pueden aumentar los costos de regulación, la reserva operativa incremental y (a altos niveles de penetración) podrían requerir un aumento en la gestión de la demanda energética , la reducción de carga , las soluciones de almacenamiento o la interconexión del sistema con cables HVDC ya existentes .

Las fluctuaciones en la carga y la previsión ante posibles fallos de las grandes centrales generadoras de combustibles fósiles requieren una capacidad de reserva operativa, que puede incrementarse para compensar la variabilidad de la generación eólica.

Las baterías a escala industrial se utilizan a menudo para equilibrar la variación horaria y de menor duración, ^{[ 66 ]}^{[ 67 ]} pero las baterías de automóviles podrían ganar terreno a partir de mediados de la década de 2020. ^{[ 68 ]} Los defensores de la energía eólica argumentan que los períodos de viento bajo pueden abordarse simplemente reiniciando las centrales eléctricas existentes que se han mantenido listas, o interconectándolas con HVDC. ^{[ 69 ]}

La combinación de la diversificación de las energías renovables variables por tipo y ubicación, la previsión de su variación y su integración con energías renovables gestionables, generadores de combustible flexible y gestión de la demanda puede crear un sistema eléctrico con el potencial de satisfacer las necesidades de suministro eléctrico de forma fiable. La integración de niveles cada vez mayores de energías renovables se está demostrando en la práctica. ^{[ 70 ]}

La energía solar tiende a ser complementaria a la eólica. ^{[ 72 ]}^{[ 73 ]} En escalas de tiempo diarias a semanales, las áreas de alta presión tienden a traer cielos despejados y vientos superficiales débiles, mientras que las áreas de baja presión tienden a ser más ventosas y nubosas. En escalas de tiempo estacionales, la energía solar alcanza su máximo en verano, mientras que en muchas áreas la energía eólica es menor en verano y mayor en invierno. ^{[ A ]}^{[ 74 ]} Por lo tanto, la variación estacional de la energía eólica y solar tiende a cancelarse mutuamente en cierta medida. ^{[ 71 ]} Los sistemas híbridos de energía eólica se están volviendo más populares. ^{[ 75 ]}

Previsibilidad

Para cualquier generador en particular, hay un 80% de probabilidad de que la producción eólica cambie menos del 10% en una hora y un 40% de probabilidad de que cambie un 10% o más en 5 horas. ^{[ 76 ]}

En el verano de 2021, la energía eólica en el Reino Unido disminuyó debido a los vientos más débiles en setenta años. ^{[ 77 ]} En el futuro, suavizar los picos mediante la producción de hidrógeno verde podría ayudar cuando la energía eólica tenga una mayor proporción de generación. ^{[ 78 ]}

Si bien la producción de una sola turbina puede variar considerablemente y rapidez según varíen las velocidades del viento locales, a medida que se conectan más turbinas en áreas cada vez más extensas, la producción de energía promedio se vuelve menos variable y más predecible. ^{[ 29 ]}^{[ 79 ]} La previsión meteorológica permite que la red eléctrica esté preparada para las variaciones predecibles en la producción que se producen. ^{[ 80 ]}

Se cree que los sistemas de electricidad con bajas emisiones de carbono más fiables incluirán una gran proporción de energía eólica. ^{[ 81 ]}

Almacenamiento de energía

Por lo general, la energía hidroeléctrica convencional complementa muy bien la energía eólica. Cuando el viento sopla con fuerza, las centrales hidroeléctricas cercanas pueden retener temporalmente el agua. Cuando el viento amaina, pueden, siempre que tengan la capacidad de generación necesaria, aumentar rápidamente la producción para compensar. Esto proporciona un suministro eléctrico general muy uniforme, prácticamente sin pérdidas de energía y sin consumir más agua.

Alternativamente, cuando no se dispone de una altura de agua adecuada, la energía hidroeléctrica de bombeo u otras formas de almacenamiento de energía en la red, como el almacenamiento de energía de aire comprimido y el almacenamiento de energía térmica, pueden almacenar la energía generada durante los períodos de viento fuerte y liberarla cuando sea necesario. El tipo de almacenamiento requerido depende del nivel de penetración del viento: una baja penetración requiere almacenamiento diario, y una alta penetración requiere almacenamiento a corto y largo plazo, de hasta un mes o más. La energía almacenada aumenta el valor económico de la energía eólica, ya que puede utilizarse para sustituir la generación de mayor coste durante los períodos de máxima demanda. Los ingresos potenciales derivados de este arbitraje pueden compensar el coste y las pérdidas del almacenamiento. Aunque los sistemas de energía hidroeléctrica de bombeo solo alcanzan una eficiencia de alrededor del 75 % y tienen altos costes de instalación, sus bajos costes operativos y su capacidad para reducir la carga base eléctrica requerida pueden ahorrar tanto combustible como costes totales de generación eléctrica. ^[⁸²^]^[⁸³^]

Recuperación de la energía

La energía necesaria para construir un parque eólico dividida entre la producción total a lo largo de su vida útil, el retorno energético sobre la energía invertida , de la energía eólica varía, pero el promedio es de aproximadamente 20–25. ^{[ 84 ]}^{[ 85 ]} Por lo tanto, el tiempo de recuperación energética suele ser de alrededor de un año.

Ciencias económicas

Coste de la energía eólica terrestre por kilovatio-hora entre 1983 y 2017 ^{[ 86 ]}

La energía eólica terrestre es una fuente de energía eléctrica económica, más barata que las centrales de carbón y las nuevas centrales de gas. ^{[ 10 ]} Según BusinessGreen , las turbinas eólicas alcanzaron la paridad de red (el punto en el que el coste de la energía eólica iguala al de las fuentes tradicionales) en algunas zonas de Europa a mediados de la década de 2000, y en EE. UU. aproximadamente en la misma época. La caída de los precios sigue reduciendo el coste nivelado y se ha sugerido que alcanzó la paridad de red general en Europa en 2010, y que alcanzará el mismo punto en EE. UU. alrededor de 2016 debido a una reducción prevista de los costes de capital de aproximadamente el 12 %. ^{[ 87 ]}En 2021, el director ejecutivo de Siemens Gamesa advirtió que el aumento de la demanda de turbinas eólicas de bajo costo, combinado con los altos costos de los insumos y los altos costos del acero, resulta en una mayor presión sobre los fabricantes y una disminución de los márgenes de ganancia. ^{[ 88 ]}

El norte de Eurasia, Canadá, algunas partes de Estados Unidos y la Patagonia argentina son las mejores zonas para la energía eólica terrestre; mientras que en otras partes del mundo la energía solar, o una combinación de eólica y solar, tiende a ser más barata. ^{[ 89 ]}^{: 8}

Costo y tendencias de la energía eléctrica

La energía eólica requiere una gran inversión de capital , pero no tiene costos de combustible. ^{[ 90 ]} Por lo tanto, el precio de la energía eólica es mucho más estable que los precios volátiles de las fuentes de combustibles fósiles. ^{[ 91 ]} Sin embargo, el costo promedio estimado por unidad de energía eléctrica debe incorporar el costo de construcción de la turbina y las instalaciones de transmisión, los fondos prestados, el retorno para los inversionistas (incluido el costo del riesgo), la producción anual estimada y otros componentes, promediados durante la vida útil proyectada del equipo, que puede ser de más de 20 años. Las estimaciones de costos de energía dependen en gran medida de estos supuestos, por lo que las cifras de costos publicadas pueden diferir sustancialmente.

La presencia de energía eólica, incluso cuando está subvencionada, puede reducir los costes para los consumidores (5.000 millones de euros al año en Alemania) al reducir el precio marginal y al minimizar el uso de costosas centrales eléctricas de punta . ^{[ 92 ]}

El costo ha disminuido a medida que la tecnología de las turbinas eólicas ha mejorado. Ahora existen palas de turbinas eólicas más largas y ligeras, mejoras en el rendimiento de las turbinas y una mayor eficiencia en la generación de energía. Además, los costos de inversión y mantenimiento de los proyectos eólicos han seguido disminuyendo. ^{[ 93 ]}

En 2021, un estudio de Lazard sobre electricidad sin subsidios indicó que el costo nivelado de la electricidad generada por energía eólica continúa disminuyendo, pero a un ritmo más lento que antes. El estudio estimó que el costo de la nueva electricidad generada por energía eólica oscilaba entre $26 y $50/MWh, en comparación con la nueva energía generada por gas, que oscilaba entre $45 y $74/MWh. El costo medio de la energía de carbón existente totalmente amortizada era de $42/MWh, la nuclear de $29/MWh y la de gas de $24/MWh. El estudio estimó que la energía eólica marina rondaba los $83/MWh. La tasa de crecimiento anual compuesta fue del 4% anual entre 2016 y 2021, en comparación con el 10% anual entre 2009 y 2021. ^{[ 10 ]}

El valor de la energía eólica

Si bien los costos nivelados de la energía eólica pueden haber alcanzado los de las tecnologías de energía tradicionales basadas en la combustión, el valor de mercado de la energía generada también es menor debido al efecto de orden de mérito , lo que implica que los precios del mercado eléctrico son más bajos en las horas con una generación sustancial de energía renovable variable debido a los bajos costos marginales de esta tecnología. ^{[ 94 ]} El efecto se ha identificado en varios mercados europeos. ^{[ 95 ]} Para las centrales eólicas expuestas a la fijación de precios del mercado eléctrico en mercados con alta penetración de fuentes de energía renovable variable, la rentabilidad puede verse comprometida.

Incentivos y beneficios para la comunidad

Los precios de las turbinas han caído significativamente en los últimos años debido a condiciones competitivas más exigentes, como el mayor uso de subastas de energía y la eliminación de subsidios en muchos mercados. ^{[ 96 ]} A partir de 2021, todavía se otorgan subsidios con frecuencia a la energía eólica marina. Sin embargo, en general ya no son necesarios para la energía eólica terrestre en países con un precio del carbono incluso muy bajo, como China, siempre que no existan subsidios a los combustibles fósiles que compitan con ella . ^{[ 97 ]}

Las fuerzas del mercado secundario incentivan a las empresas a utilizar energía eólica, incluso si el precio de la electricidad es superior . Por ejemplo, los fabricantes socialmente responsables pagan a las compañías eléctricas una prima que se destina a subvencionar y construir nuevas infraestructuras de energía eólica. Las empresas utilizan energía eólica y, a cambio, pueden afirmar que están llevando a cabo importantes esfuerzos «verdes». ^{[ 98 ]} Los proyectos eólicos generan impuestos locales, o pagos en lugar de impuestos, y fortalecen la economía de las comunidades rurales al proporcionar ingresos a los agricultores con aerogeneradores en sus tierras. ^{[ 99 ]}^{[ 100 ]}

El sector de la energía eólica también puede generar empleos durante la fase de construcción y operación. ^{[ 101 ]} Los empleos incluyen la fabricación de turbinas eólicas y el proceso de construcción, que incluye el transporte, la instalación y el mantenimiento de las turbinas.

Energía eólica a pequeña escala

La energía eólica a pequeña escala es el nombre que reciben los sistemas de generación eólica con capacidad para producir hasta 50 kW de energía eléctrica. ^{[ 102 ]} Las comunidades aisladas, que de otro modo dependerían de generadores diésel , pueden utilizar turbinas eólicas como alternativa. Las personas pueden adquirir estos sistemas para reducir o eliminar su dependencia de la red eléctrica por razones económicas o para reducir su huella de carbono . Las turbinas eólicas se han utilizado para la generación de energía eléctrica doméstica junto con el almacenamiento en baterías durante muchas décadas en zonas remotas. ^{[ 103 ]}

Ejemplos de proyectos de energía eólica a pequeña escala en un entorno urbano se pueden encontrar en la ciudad de Nueva York , donde, desde 2009, varios proyectos de construcción han instalado turbinas eólicas helicoidales tipo Gorlov en sus azoteas . Si bien la energía que generan es pequeña en comparación con el consumo total de los edificios, ayudan a reforzar las credenciales ecológicas de los edificios de una manera que "mostrar a la gente tu caldera de alta tecnología" no puede, y algunos de los proyectos también reciben el apoyo directo de la Autoridad de Investigación y Desarrollo Energético del Estado de Nueva York . ^{[ 104 ]}

Las turbinas eólicas domésticas conectadas a la red pueden utilizar el almacenamiento de energía de la red, sustituyendo así la electricidad comprada por energía producida localmente cuando esté disponible. El excedente de energía producido por los microgeneradores domésticos puede, en algunas jurisdicciones, inyectarse en la red y venderse a la compañía eléctrica, generando un crédito minorista para los propietarios de los microgeneradores que compensa sus costes energéticos. ^{[ 105 ]}

Los usuarios de sistemas fuera de la red pueden adaptarse a la energía intermitente o utilizar baterías, sistemas fotovoltaicos o diésel para complementar la turbina eólica. ^{[ 106 ]} Equipos como parquímetros, señales de advertencia de tráfico, alumbrado público o pasarelas de Internet inalámbricas pueden alimentarse con una pequeña turbina eólica, posiblemente combinada con un sistema fotovoltaico, que carga una pequeña batería, eliminando la necesidad de una conexión a la red eléctrica. ^{[ 107 ]}

Las turbinas eólicas aéreas , como las cometas, pueden utilizarse en lugares con riesgo de huracanes, ya que pueden desmontarse con antelación. ^{[ 108 ]}

Impacto en el medio ambiente y el paisaje

Por unidad de energía, la energía nuclear y la eólica tienen emisiones mínimas de gases de efecto invernadero y, junto con la solar, son las fuentes de energía menos letales.

El impacto ambiental de la generación de electricidad a partir de energía eólica es menor en comparación con el de la energía proveniente de combustibles fósiles . ^{[ 110 ]} La energía eólica no consume combustible ni emite contaminación atmosférica , a diferencia de los combustibles fósiles. Las turbinas eólicas tienen uno de los potenciales de calentamiento global más bajos por unidad de electricidad generada: se emiten muchos menos gases de efecto invernadero que por unidad promedio de electricidad, por lo que la energía eólica ayuda a limitar el cambio climático . ^{[ 111 ]} Las emisiones de la producción de una turbina se recuperan en menos de un año de funcionamiento, ya que reemplaza la energía de gas o carbón . ^{[ 112 ]}^{[ 113 ]}

Los parques eólicos terrestres pueden tener un impacto visual significativo y un impacto en el paisaje. ^{[ 114 ]} Debido a una densidad de potencia superficial muy baja y a los requisitos de espaciamiento, los parques eólicos generalmente necesitan extenderse sobre más terreno que otras centrales eléctricas. ^{[ 115 ]}^{[ 116 ]} Los conflictos surgen especialmente en paisajes escénicos y de importancia cultural. Se pueden implementar restricciones de ubicación, como distancias de separación , para limitar el impacto. ^{[ 117 ]} El terreno entre las turbinas y las carreteras de acceso aún puede utilizarse para la agricultura y el pastoreo. ^{[ 118 ]}^{[ 119 ]} Algunos parques eólicos son rechazados por el potencial deterioro de áreas escénicas protegidas, paisajes arqueológicos y sitios patrimoniales. ^{[ 120 ]}^{[ 121 ]}^{[ 122 ]}

Muchas palas de turbinas eólicas están hechas de fibra de vidrio y algunas tenían una vida útil de solo 10 a 20 años. ^{[ 123 ]} Anteriormente, no existía un mercado para el reciclaje de estas palas viejas, ^{[ 124 ]} y comúnmente se desechaban en vertederos. ^{[ 125 ]} Debido a que las palas son huecas, ocupan un gran volumen en comparación con su masa. Desde 2019, algunos operadores de vertederos han comenzado a exigir que las palas se trituren antes de ser depositadas en vertederos. ^{[ 123 ]} El final de la vida útil de las palas es complejo, ^{[ 126 ]} y es más probable que las palas fabricadas en la década de 2020 estén diseñadas para ser completamente reciclables. ^{[ 125 ]}

Las turbinas eólicas también generan ruido. A una distancia de 300 metros (980 pies), este puede ser de alrededor de 45 dB, que es ligeramente más fuerte que un refrigerador. A 1,5 km (1 milla) de distancia, se vuelven inaudibles. ^{[ 127 ]}^{[ 128 ]} Algunas personas que viven muy cerca de turbinas eólicas han reportado efectos negativos para la salud, ^{[ 129 ]} pero la investigación revisada por pares generalmente no ha respaldado estas afirmaciones. ^{[ 130 ]}^{[ 131 ]}^{[ 132 ]} La hinca de pilotes para construir parques eólicos no flotantes es ruidosa bajo el agua , ^{[ 133 ]} pero en operación, la energía eólica marina es mucho más silenciosa que los barcos. ^{[ 134 ]}

La pérdida y fragmentación del hábitat son los mayores impactos potenciales de los parques eólicos terrestres en la vida silvestre, ^{[ 135 ]} pero el impacto ecológico mundial es mínimo. ^{[ 136 ]} Miles de aves y murciélagos, incluidas especies raras, han muerto a causa de las palas de las turbinas eólicas, ^{[ 137 ]} aunque las turbinas eólicas son responsables de muchas menos muertes de aves que las centrales eléctricas de combustibles fósiles cuando se incluyen los efectos del cambio climático. ^{[ 138 ]} Los efectos de las turbinas eólicas en las aves pueden mitigarse con un monitoreo adecuado de la vida silvestre. ^{[ 139 ]}

Política

Gobierno central

Aunque las turbinas eólicas con bases fijas son una tecnología madura y las nuevas instalaciones generalmente ya no reciben subsidios, ^{[ 140 ]}^{[ 141 ]} las turbinas eólicas flotantes son una tecnología relativamente nueva, por lo que algunos gobiernos las subvencionan, por ejemplo, para usar aguas más profundas. ^{[ 142 ]}

Los subsidios a los combustibles fósiles otorgados por algunos gobiernos están frenando el crecimiento de las energías renovables. ^{[ 143 ]}

La obtención de permisos para parques eólicos puede tardar años y algunos gobiernos están tratando de acelerar el proceso. La industria eólica afirma que esto ayudará a limitar el cambio climático y aumentar la seguridad energética ^{[ 144 ].} En ocasiones, grupos como los pescadores se resisten a esto ^{[ 145 ]} , pero los gobiernos aseguran que se seguirán cumpliendo las normas que protegen la biodiversidad ^{[ 146 ] .}

Opinión pública

Las encuestas sobre las actitudes del público en toda Europa y en muchos otros países muestran un fuerte apoyo público a la energía eólica. ^{[ 148 ]}^{[ 149 ]}^{[ 150 ]} Bakker et al. (2012) encontraron en su estudio que los residentes que no querían que se construyeran turbinas cerca de sus hogares sufrían significativamente más estrés que aquellos que "se beneficiaban económicamente de las turbinas eólicas". ^{[ 151 ]}

Aunque la energía eólica es una forma popular de generación de energía, los parques eólicos terrestres o cercanos a la costa a veces encuentran oposición debido a su impacto en el paisaje (especialmente en áreas escénicas, áreas patrimoniales y paisajes arqueológicos), así como al ruido y su impacto en el turismo. ^{[ 152 ]}^{[ 153 ]}

En otros casos, existe una propiedad comunitaria directa de los parques eólicos . Los cientos de miles de personas que se han involucrado en los parques eólicos pequeños y medianos de Alemania demuestran ese apoyo en ese país. ^{[ 154 ]}

Una encuesta de Harris de 2010 reveló un fuerte apoyo a la energía eólica en Alemania, otros países europeos y Estados Unidos. ^{[ 148 ]}^{[ 149 ]}^{[ 155 ]}

El apoyo público en Estados Unidos disminuyó del 75% en 2020 al 62% en 2021, con el Partido Demócrata apoyando el uso de la energía eólica el doble que el Partido Republicano. ^{[ 156 ]} El presidente Biden firmó una orden ejecutiva para comenzar la construcción de parques eólicos a gran escala. ^{[ 157 ]}

En China , Shen et al. (2019) descubrieron que los habitantes de las ciudades chinas podrían mostrarse reacios a la construcción de aerogeneradores en zonas urbanas, y una proporción sorprendentemente alta de personas citó un temor infundado a la radiación como motivo de sus preocupaciones. ^{[ 158 ]} Asimismo, el estudio revela que, al igual que sus homólogos en los países de la OCDE, los encuestados urbanos chinos son sensibles a los costos directos y a las externalidades sobre la vida silvestre. La distribución de información relevante sobre los aerogeneradores al público podría mitigar esta resistencia.

Comunidad

Muchas empresas de energía eólica trabajan con las comunidades locales para reducir las preocupaciones ambientales y de otro tipo asociadas con parques eólicos específicos. ^{[ 161 ]}^{[ 162 ]}^{[ 163 ]} En otros casos, existe una propiedad comunitaria directa de los proyectos de parques eólicos . Los procedimientos apropiados de consulta, planificación y aprobación gubernamentales también ayudan a minimizar los riesgos ambientales. ^{[ 148 ]}^{[ 164 ]}^{[ 165 ]} Algunos aún pueden oponerse a los parques eólicos ^{[ 166 ]} pero muchos dicen que sus preocupaciones deben sopesarse frente a la necesidad de abordar las amenazas que plantean la contaminación del aire , ^{[ 167 ]}^{[ 168 ]} el cambio climático ^{[ 169 ]} y las opiniones de la comunidad en general. ^{[ 170 ]}

En Estados Unidos, se informa que los proyectos de energía eólica impulsan las bases impositivas locales, contribuyendo a financiar escuelas , carreteras y hospitales , y a revitalizar las economías de las comunidades rurales al proporcionar ingresos estables a los agricultores y otros propietarios de tierras. ^{[ 99 ]}

En el Reino Unido, tanto el National Trust como la Campaña para la Protección de la Inglaterra Rural han expresado su preocupación por los efectos en el paisaje rural causados por la ubicación inadecuada de aerogeneradores y parques eólicos. ^{[ 171 ]}^{[ 172 ]}

Algunos parques eólicos se han convertido en atracciones turísticas. El Centro de Visitantes del Parque Eólico de Whitelee cuenta con una sala de exposiciones, un centro de aprendizaje, una cafetería con terraza panorámica y una tienda. Está gestionado por el Centro de Ciencias de Glasgow . ^{[ 173 ]}

En Dinamarca, un sistema de compensación por pérdida de valor otorga a las personas el derecho a reclamar una indemnización por la disminución del valor de su propiedad si esta se debe a la proximidad a un aerogenerador. La pérdida debe ser de al menos el 1 % del valor de la propiedad. ^{[ 174 ]}

A pesar de este apoyo generalizado al concepto de energía eólica por parte del público en general, a menudo existe oposición local que ha retrasado o cancelado varios proyectos. ^{[ 175 ]}^{[ 176 ]}^{[ 177 ]} Además de las preocupaciones sobre el paisaje, existen inquietudes de que algunas instalaciones puedan producir niveles excesivos de ruido y vibración, lo que conlleva una disminución del valor de las propiedades. ^{[ 178 ]} Un estudio de 50 000 ventas de viviendas cerca de aerogeneradores no encontró evidencia estadística de que los precios se vieran afectados. ^{[ 179 ]}

Si bien las cuestiones estéticas son subjetivas y algunos encuentran los parques eólicos agradables y optimistas, o símbolos de independencia energética y prosperidad local, a menudo se forman grupos de protesta para intentar bloquear algunas centrales eólicas por diversas razones. ^{[ 166 ]}^{[ 180 ]}^{[ 181 ]}

Parte de la oposición a los parques eólicos se descarta como NIMBYismo , ^{[ 182 ]} pero una investigación realizada en 2009 encontró que hay poca evidencia que respalde la creencia de que los residentes solo se oponen a los parques eólicos debido a una actitud de "No en mi patio trasero". ^{[ 183 ]}

Geopolítica

El viento no se puede cortar, a diferencia del petróleo y el gas, por lo que puede contribuir a la seguridad energética . ^{[ 184 ]}

Diseño de turbinas

Las turbinas eólicas son dispositivos que convierten la energía cinética del viento en energía eléctrica. Fruto de más de un milenio de desarrollo de molinos de viento e ingeniería moderna, las turbinas eólicas actuales se fabrican en una amplia gama de tipos de eje horizontal y vertical. Las turbinas más pequeñas se utilizan para aplicaciones como la carga de baterías para energía auxiliar. Las turbinas ligeramente más grandes pueden utilizarse para contribuir en pequeña medida al suministro eléctrico doméstico, vendiendo la energía sobrante a la compañía eléctrica a través de la red. Los conjuntos de grandes turbinas, conocidos como parques eólicos, se han convertido en una fuente cada vez más importante de energía renovable y muchos países las utilizan para reducir su dependencia de los combustibles fósiles .

El diseño de una turbina eólica es el proceso de definir la forma y las especificaciones de una turbina eólica para extraer energía del viento. ^{[ 185 ]} Una instalación de turbina eólica consta de los sistemas necesarios para capturar la energía del viento, orientar la turbina hacia el viento, convertir la rotación mecánica en energía eléctrica y otros sistemas para arrancar, detener y controlar la turbina.

En 1919, el físico alemán Albert Betz demostró que, para una hipotética máquina ideal de extracción de energía eólica, las leyes fundamentales de conservación de la masa y la energía permitían capturar como máximo el 16/27 (59%) de la energía cinética del viento. Este límite de Betz puede alcanzarse en los diseños modernos de turbinas, que pueden llegar al 70-80% del límite teórico de Betz. ^{[ 186 ]}^{[ 187 ]}

La aerodinámica de una turbina eólica no es sencilla. El flujo de aire en las palas no es el mismo que el flujo de aire lejos de la turbina. La propia naturaleza de cómo se extrae la energía del aire también provoca que el aire se desvíe al pasar por la turbina. Esto afecta a los objetos u otras turbinas situadas aguas abajo, lo que se conoce como " efecto de estela ". Además, la aerodinámica de una turbina eólica en la superficie del rotor presenta fenómenos que rara vez se observan en otros campos de la aerodinámica. La forma y las dimensiones de las palas de la turbina eólica están determinadas por el rendimiento aerodinámico necesario para extraer eficientemente la energía del viento y por la resistencia necesaria para soportar las fuerzas que actúan sobre la pala. ^{[ 188 ]}

Además del diseño aerodinámico de las palas, el diseño de un sistema completo de energía eólica también debe abordar el diseño del buje del rotor, la góndola , la estructura de la torre, el generador, los controles y la cimentación de la instalación. ^{[ 189 ]}

Historia

La energía eólica se ha utilizado desde que los humanos comenzaron a usar velas contra el viento. Las máquinas impulsadas por el viento, utilizadas para moler grano y bombear agua, como el molino de viento y la bomba eólica , se desarrollaron en lo que hoy es Irán , Afganistán y Pakistán en el siglo IX. ^{[ 190 ]}^{[ 191 ]} La energía eólica estaba ampliamente disponible y no se limitaba a las orillas de arroyos de corriente rápida, ni requería, posteriormente, fuentes de combustible. Las bombas eólicas drenaban los pólderes de los Países Bajos , y en regiones áridas como el medio oeste estadounidense o el interior de Australia , proporcionaban agua para el ganado y las máquinas de vapor.

La primera turbina eólica utilizada para la producción de energía eléctrica fue construida en Escocia en julio de 1887 por el profesor James Blyth del Anderson's College de Glasgow (precursor de la Universidad de Strathclyde ). ^{[ 192 ]} La turbina eólica de Blyth, de 10 metros (33 pies) de altura y cubierta de tela, se instaló en el jardín de su casa de vacaciones en Marykirk , Kincardineshire , y se utilizó para cargar acumuladores desarrollados por el francés Camille Alphonse Faure , para alimentar la iluminación de la casa, ^[¹⁹²^] convirtiéndola así en la primera casa del mundo en tener su energía eléctrica suministrada por energía eólica. ^[¹⁹³^] Blyth ofreció el excedente de energía eléctrica a los habitantes de Marykirk para iluminar la calle principal; sin embargo, rechazaron la oferta, ya que pensaban que la energía eléctrica era "obra del diablo". ^[¹⁹²^] Aunque más tarde construyó una turbina eólica para suministrar energía de emergencia al Asilo para Lunáticos, la Enfermería y el Dispensario locales de Montrose , el invento nunca llegó a popularizarse, ya que la tecnología no se consideraba económicamente viable. ^[¹⁹²^]

Al otro lado del Atlántico, en Cleveland, Ohio , Charles F. Brush diseñó y construyó una máquina más grande y de ingeniería compleja durante el invierno de 1887-1888 . ^{[ 194 ]} Esta fue construida por su empresa de ingeniería en su casa y operó desde 1886 hasta 1900. ^{[ 195 ]} La turbina eólica de Brush tenía un rotor de 17 metros (56 pies) de diámetro y estaba montada sobre una torre de 18 metros (59 pies) de altura. Aunque grande para los estándares actuales, la máquina solo tenía una potencia nominal de 12 kW. La dinamo conectada se utilizaba para cargar un banco de baterías o para operar hasta 100 bombillas incandescentes , tres lámparas de arco y varios motores en el laboratorio de Brush. ^[¹⁹⁶^] Con el desarrollo de la energía eléctrica, la energía eólica encontró nuevas aplicaciones en la iluminación de edificios alejados de la generación central de energía. A lo largo del siglo XX, se desarrollaron caminos paralelos, pequeñas estaciones eólicas adecuadas para granjas o residencias. Desde 1932, muchas propiedades aisladas en Australia alimentaban su iluminación y ventiladores eléctricos con baterías, cargadas por un generador eólico "Freelite", que producía 100 vatios de energía eléctrica con una velocidad del viento de tan solo 10 millas por hora (16 km/h) . ^[¹⁹⁷^]

La crisis del petróleo de 1973 impulsó la investigación en Dinamarca y Estados Unidos que condujo al desarrollo de generadores eólicos a gran escala que podían conectarse a las redes eléctricas para el suministro de energía en zonas remotas. En 2008, la capacidad instalada en Estados Unidos alcanzó los 25,4 gigavatios, y en 2012 llegó a los 60 gigavatios. ^{[ 198 ]} Actualmente, los generadores eólicos operan en todos los tamaños, desde pequeñas estaciones para la carga de baterías en residencias aisladas hasta parques eólicos marinos de gigavatios que suministran energía eléctrica a las redes eléctricas nacionales. La Unión Europea está trabajando para ampliar estas perspectivas. ^{[ 199 ]}

En 2023, el sector mundial de la energía eólica experimentó un crecimiento significativo, con 116,6 gigavatios (GW) de nueva capacidad añadida a la red eléctrica, lo que representa un aumento del 50 % con respecto a la cantidad añadida en 2022. Este incremento de capacidad elevó la capacidad total instalada de energía eólica en todo el mundo a 1021 GW al final del año, lo que supone un crecimiento del 13 % en comparación con el año anterior. ^{[ 200 ]}^{: 138}

Véase también

Notas

↑ California es una excepción

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Enlaces externos

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