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¿Cómo genera energía un molino de viento?

marzo 19, 2022
¿Cómo genera energía un molino de viento?

Cómo funciona una turbina

Un aerogenerador es un dispositivo que convierte la energía cinética del viento en energía eléctrica. Cientos de miles de grandes turbinas, en instalaciones conocidas como parques eólicos, generan actualmente más de 650 gigavatios de energía, a los que se añaden 60 GW cada año[1]. Son una fuente cada vez más importante de energía renovable intermitente, y se utilizan en muchos países para reducir los costes energéticos y la dependencia de los combustibles fósiles. Un estudio afirmaba que, a partir de 2009[actualización], la energía eólica tenía las «menores emisiones relativas de gases de efecto invernadero, las menores demandas de consumo de agua y… los impactos sociales más favorables» en comparación con la fotovoltaica, la hidráulica, la geotérmica, el carbón y el gas[2].

Las turbinas eólicas más pequeñas se utilizan para aplicaciones como la carga de baterías para la energía auxiliar de barcos o caravanas, y para alimentar las señales de tráfico. Las turbinas más grandes pueden contribuir al suministro de energía doméstica y vender la energía no utilizada al proveedor de servicios públicos a través de la red eléctrica.

La rueda de viento de Héroe de Alejandría (10 d.C. – 70 d.C.) es uno de los primeros ejemplos registrados de máquinas alimentadas por el viento en la historia[3][4]. Sin embargo, las primeras centrales eólicas prácticas conocidas se construyeron en Sistán, una provincia oriental de Persia (actual Irán), a partir del siglo VII. Estos «Panemone» eran molinos de viento de eje vertical, que contaban con largos ejes de transmisión verticales con palas rectangulares[5]. Fabricados con entre seis y doce velas cubiertas de estera de caña o material de tela, estos molinos se utilizaban para moler grano o extraer agua, y se empleaban en las industrias de la molienda y la caña de azúcar[6].

Pequeña turbina eólica

En Estados Unidos, el 8% de nuestra capacidad de generación de energía procede de turbinas eólicas, más que cualquier otro recurso renovable, y la energía eólica se ha triplicado con creces en la última década. Más de la mitad de esa capacidad procede de sólo cinco estados: Texas, Iowa, Oklahoma, California y Kansas. Según la Asociación Americana de Energía Eólica, hay más de 56.000 aerogeneradores en todo el país que proporcionan una capacidad de unos 96.000 megavatios, suficiente para alimentar a más de 15 millones de hogares. El Departamento de Energía prevé que en 2050 esa capacidad eólica aumentará a más de 400 gigavatios.

¿Cómo se puede participar en esta creciente acción de la energía eólica? Muchas compañías eléctricas permiten aprovechar la energía eólica y otras fuentes renovables si se paga un poco más por una opción «verde». Un mayor número de consumidores que contratan energía verde significa que esas compañías eléctricas se esforzarán por obtener más energía verde. Veamos cómo funcionan los aerogeneradores y algunas de sus posibles ventajas e inconvenientes.

La energía eólica comienza con el sol. Para que el viento sople, el Sol calienta primero una sección de tierra junto con el aire que hay sobre ella. Ese aire caliente asciende, ya que un determinado volumen de aire caliente es más ligero que el mismo volumen de aire frío. A continuación, el aire más frío se precipita para llenar el vacío dejado por ese aire caliente y voilá: una ráfaga de viento.

La energía eólica en el mundo

La gente ha utilizado la fuerza del viento durante miles de años. El viento ha movido barcos a lo largo del río Nilo, ha bombeado agua y molido grano, ha apoyado la producción de alimentos y mucho más. Hoy en día, la energía cinética y la potencia de las corrientes de aire naturales llamadas viento se aprovechan a gran escala para crear electricidad. Una sola turbina eólica moderna en alta mar puede generar más de 8 megavatios (MW) de energía, suficiente para abastecer limpiamente a casi seis hogares durante un año. Los parques eólicos terrestres generan cientos de megavatios, lo que convierte a la energía eólica en una de las fuentes de energía más rentables, limpias y disponibles del planeta.

La energía eólica es la fuente de energía renovable a gran escala de menor coste y es la mayor fuente de energía renovable en Estados Unidos en la actualidad. Hay casi 60.000 aerogeneradores con una capacidad combinada de 105.583 megavatios (MW). Eso es suficiente para suministrar energía a más de 32 millones de hogares.

El proyecto Frontier Windpower I, en el condado de Kay (Oklahoma), lleva funcionando desde 2016 y se está ampliando con el proyecto Frontier Windpower II. Una vez completados, Frontier I y II generarán un total de 550 megavatios de energía eólica, suficiente para alimentar 193.000 hogares.

La mayor turbina eólica

La producción de energía a lo largo del tiempo se mide en megavatios-hora (MWh) o kilovatios-hora (kWh) de energía. Un kilovatio equivale a mil vatios. La producción de energía a razón de 1 MW durante 1 hora equivale a 1 MWh de energía.

General Electric (GE) fabrica un modelo de 1,5 megavatios que en su día fue muy utilizado. 1,5 MW es su capacidad nominal, o máxima, a cuyo ritmo producirá energía cuando el viento esté en el rango ideal para ese modelo, entre 27 y 56 mph. En la actualidad, las turbinas suelen oscilar entre los 2 y los 3 MW.

La potencia se genera a partir de la energía del viento, por lo que la potencia de una turbina viene determinada por su capacidad para captar esa energía y convertirla en un par de giro que pueda hacer girar el generador y empujar los electrones a la red. Una torre más alta permite acceder a vientos más estables y las aspas más grandes capturan más energía eólica. Un generador más grande requiere palas más grandes y/o vientos más fuertes.

Cada turbina eólica tiene un rango de velocidades de viento, normalmente entre 30 y 55 mph, en el que producirá a su capacidad nominal o máxima. A velocidades de viento más bajas, la producción disminuye drásticamente. Si la velocidad del viento se reduce a la mitad, la producción de energía se multiplica por ocho. Por lo tanto, en promedio, las turbinas eólicas no generan cerca de su capacidad. Las estimaciones de la industria proyectan una producción anual del 30-40%, pero la experiencia del mundo real muestra que la producción anual del 15-30% de la capacidad es más típica.

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