Generador de energía eólica
La investigación, “Occurrence of Low-Level Jets Over the Eastern U.S. Coastal Zone at Heights Relevant to Wind Energy”, se publicó el 9 de enero en la revista Energies. El estudio concluye que los chorros de bajo nivel -regiones pronunciadas de alta velocidad del viento que se producen dentro de un perfil vertical de velocidad del viento- se producen a una altura lo suficientemente baja como para alcanzar los planos de los rotores de los aerogeneradores en los parques eólicos previstos en la costa este de Estados Unidos, según la coautora Jeanie Aird, estudiante de doctorado del Laboratorio de Energía Eólica Barthelmie de la Escuela Sibley de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Facultad de Ingeniería.
Los chorros de bajo nivel -corrientes de aire de rápido movimiento en los 2 kilómetros más bajos de la atmósfera- pueden tener ventajas e inconvenientes para los aerogeneradores. Suelen provocar un aumento de la velocidad del viento que puede mejorar el rendimiento de las turbinas, como la potencia, pero también pueden aumentar las cargas sobre las palas y las torres de las turbinas con una mayor cizalladura y turbulencia del viento. Comprender su aparición es importante para planificar la longevidad de las turbinas eólicas y la producción de energía.
Estadísticas de la energía 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 de ella. 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.
Cómo funciona la energía eólica
Todo lo que se mueve tiene energía cinética, y los científicos e ingenieros están utilizando la energía cinética del viento para generar electricidad. La energía eólica, o energía del viento, se crea utilizando un aerogenerador, un dispositivo que canaliza la fuerza del viento para generar electricidad.
El viento impulsa las palas de la turbina, que están unidas a un rotor. El rotor hace girar un generador para crear electricidad. Hay dos tipos de turbinas eólicas: las de eje horizontal (HAWT) y las de eje vertical (VAWT). Las HAWT son el tipo más común de turbina eólica. Suelen tener dos o tres palas largas y finas que se parecen a las hélices de un avión. Las palas están colocadas de forma que se orientan directamente hacia el viento. Las VAWT tienen palas curvadas más cortas y anchas que se asemejan a los batidores de una batidora eléctrica.
Las pequeñas turbinas eólicas individuales pueden producir 100 kilovatios de potencia, suficiente para alimentar una casa. Los aerogeneradores pequeños también se utilizan en lugares como estaciones de bombeo de agua. Los aerogeneradores algo más grandes se asientan en torres de hasta 80 metros de altura y tienen palas de rotor de unos 40 metros de longitud. Estas turbinas pueden generar 1,8 megavatios de potencia. Hay aerogeneradores aún más grandes encaramados en torres de 240 metros de altura y con palas de más de 162 metros de longitud. Estas grandes turbinas pueden generar entre 4,8 y 9,5 megavatios de potencia.
Desventajas de la energía eólica
La energía eólica tiene el potencial de atender una demanda mundial de energía limpia y de bajo coste. Las investigaciones sugieren incluso que el viento podría suministrar cerca de la mitad de la electricidad mundial en 2050. Pero aunque la tecnología eólica ha evolucionado mucho en la última década, un reciente estudio multiinstitucional propone nuevas recomendaciones que pueden impulsar las innovaciones necesarias para que la eólica se convierta en una de las principales fuentes de electricidad de bajo coste del mundo.
En un artículo publicado en Science, un grupo internacional de 29 expertos en energía eólica, entre los que se encuentra el ingeniero mecánico de la Universidad Johns Hopkins Charles Meneveau, ha señalado tres “grandes” retos científicos que deben abordarse para aprovechar todo el potencial de la energía eólica:
“La disciplina emergente de la ciencia de la energía eólica es bastante fascinante, ya que abarca temas que van desde los flujos turbulentos geofísicos hasta la mecánica de la maquinaria gigantesca”, dijo Meneveau. “Eiffel utilizó conocimientos rudimentarios sobre la distribución de la velocidad del viento al diseñar la torre que lleva su nombre. Ahora imaginemos los retos que supone diseñar y construir dispositivos del tamaño de la Torre Eiffel con piezas de rápido movimiento, las aspas. Los retos de la investigación científica y de ingeniería en este campo son únicos”.