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A pesar de que el brutal descenso de los precios de la energía solar está ejerciendo una presión enorme, la industria eólica no se rinde. Y lo hace a base de nuevos y sobre todo más grandes desarrollos. Y cuando decimos grandes, decimos grandes de verdad.
Cuando hablamos de energía eólica, el tamaño sí importa. Para extraer más energía del viento, que al fin y al cabo ese es el objetivo, hay dos técnicas principales en la industria. La primera es diseñar palas más grandes, que permitan aumentar el área de barrido del aerogenerador y por lo tanto la cantidad de energía que es capaz de extraer del viento. La segunda es diseñar torres más altas, ya que a mayor altura el recurso eólico es mayor y de mejor calidad.
La historia del desarrollo de ingeniería de la energía eólica podría reducirse (de forma extremadamente simple) a la fabricación de aerogeneradores cada vez más y más grandes. Un crecimiento que ha permitido ir reduciendo el precio de la tecnología con el paso de los años.
Lo cierto es que hacer aerogeneradores más grandes implica un desarrollo paralelo de todo lo asociado a su instalación, pero eso siempre han sido problemas que se han ido solucionando a posteriori. Primero, se diseña un aerogenerador más potente y que genere más energía de forma más competitiva. Después ya se solucionará el resto.
La clave para un mayor tamaño: palas más flexibles y resistentes
Los retos para construir aerogeneradores cada vez más grandes son muchos y variados. Por un lado está el aumento del tamaño de los componentes, que como es lógico es proporcional a las nuevas dimensiones y potencia de la máquina. Hablamos de transformadores, cables, convertidores de potencia, multiplicadora en caso de que la haya, grupos hidráulicos, etc. La mayoría de estos componentes ya existían de forma industrializada en el mercado.Por otro lado, todo lo necesario para realizar la construcción también se magnifica. Las cimentaciones son más grandes, el transporte de componentes se complica, las estrategias de montaje son más difíciles...
Pero sin duda, una de las principales claves está en conseguir palas más flexibles y resistentes, capaces de soportar su propio tamaño y peso sumado al estrés generador por vientos más fuertes a mayor altura. Esto si que es algo que no se pueda importar de otros sectores. Aquí el desarrollo es profundo.
Las palas tiene que ser lo suficientemente resistentes para soportar grandes vientos, pero no demasiado flexibles, de lo contrario acabarían chocando contra la propia torre y haciendo que el aerogenerador colapse.
Lo cierto es que diseñar estas palas no es tarea fácil. Hablamos de álabes que ya actualmente superan los 60 y 70 metros de longitud en muchos modelos y que seguirán creciendo según avance la investigación y desarrollo.
Para haceros una idea de la magnitud de este reto, tenéis el siguiente vídeo del fabricante de palas LM Wind Power, suministrador de los principales actores de la industria eólica. Según la propia empresa, la pala tiene una longitud de 88,4 metros y pesa los mismo que 16 elefantes africanos, lo que equivale unas 80 toneladas (tomando un peso de 5.000 kg por elefante). Su destino es un aerogenerador de 8 megavatios.
Los aerogeneradores onshore siguen creciendo, pero el mar juega en otra liga
Sea como fuere, lo que está claro es que la base radica en hacer aerogeneradores cada vez más grandes, siempre con el objetivo de generar una energía eólica cada vez más barata.Sin embargo, de nada sirve diseñar el aerogenerador más grande de la industria si luego no hay ningún emplazamiento donde puedas instalarlo. Y cuando hablamos de instalaciones terrestres, esas limitaciones existen. La primera y una de las más importantes es el transporte y la infraestructura necesaria para su instalación. Puede pasar que llevar los componentes más grandes al lugar de instalación sea excesivamente caro, o directamente sea imposible. Hay que tener en cuenta que los transportes especiales y las grúas no caben por cualquier carretera, ni son capaces de subir cualquier desnivel. Construir esas carreteras o salvar esos desniveles puede costar millones. A ello habría que sumarle el impacto ambiental causado por una turbina de 200 metros de altura, su efecto en el paisaje, en la fauna...
Es por eso que la industria, principalmente en Europa, aunque ahora también en Estados Unidos, se está moviendo hacia el mar. Y en el mar, cuando nos alejamos lo suficiente de la costa, ya empiezan a ser menos problemáticas las limitaciones de tamaño y el impacto ambiental. En este caso el único límite lo pone la ingeniería.
Como consecuencia, la industria eólica offshore es quien está llevando la batuta en cuanto la desarrollo de aerogeneradores de gran tamaño se refiere.
Un claro ejemplo de esta tendencia es el aerogenerador presentado por General Electric el paso mes de marzo, el Haliade-X. Un aerogenerador que se ha convertido, al menos sobre el papel, en el más alto y potente del mundo. Hablamos de una turbina con un rotor de 220 metros de diámetro, compuesto por palas de 107 metros de longitud diseñadas y fabricadas por el mismo desarrollador del vídeo que os hemos mostrado: LM Wind Power. Su potencia es de 12 megavatios.
Para haceros una idea del tamaño de este aerogenerador, desde General Electric han preparado la siguiente infografía:
GE invertirá 400 millones de dólares hasta 2021 en ingeniería, pruebas y desarrollo de la cadena de producción y suministro de componentes. El objetivo de la empresa es suministrar su primera nacelle para demostración en 2019 y poder suministrar a sus clientes las primeras unidades en 2021.
Para que os hagáis una idea, actualmente los aerogeneradores onshore más potentes del mercado se encuentran en el rango de 4-5 megavatios. Los offshore, ya llegan a los 8-9 megavatios. General Electric propone llegar hasta los 12. Y el resto de la industria pronto propondrá metas mayores.
Pero, ¿para qué queremos aerogeneradores más grandes? Más energía a menor precio
Aunque sea lógico, el objetivo de hacer aerogeneradores más grandes no es otro que generar más energía a menor precio. Pero hacer aerogeneradores más grandes también tiene otro beneficio: un mayor factor de capacidad. Para los más iniciados, el factor de capacidad es el cociente entre la energía real generada por la central eléctrica durante un período (generalmente anual) y la energía generada si hubiera trabajado a plena carga todo el tiempo. Es decir, que si un parque eólico trabajase todo el tiempo a su potencia máxima (algo que no ocurre nunca) tendría un factor de capacidad del 100%. Si lo hiciese siempre a media carga, tendría un factor de capacidad del 50%.La evolución de los aerogeneradores ha ido consiguiendo que con el paso del tiempo, los nuevos parques eólicos tengan mejores factores de capacidad. Según datos del Departamento de Energía de los Estados Unidos, el factor de capacidad medio de los proyectos construido entre 1998 y 2001 era del 25,4%, el de los construidos entre 2004 y 2011 era del 32,1% y el de los construidos en 2014 y 2015 del 42,5%. En España, y según los datos de Red Eléctrica, el factor de carga medio de los parques eólicos es alrededor del 25%. El factor de capacidad de las centrales nucleares está entorno al 90%.
Según General Electric, el Haliade-X tendrá un factor de capacidad del 63% con unas condiciones de recurso eólico "típicas del Mar del Norte alemán". Eso sobre el papel queda muy bonito pero hay que llevarlo a la realidad. Y lo cierto es que ya ha pasado: el parque eólico Hywind, en Escocia, alcanzó un factor de capacidad del 65% sus tres primeros meses de funcionamiento.
¿Y por qué es importante que el factor de capacidad sea lo más alto posible? Pues básicamente, porque cuanto más factor de capacidad tengan las energías renovables, menos generación de respaldo hace falta. Y actualmente, esa generación de respaldo es principalmente de origen fósil (aunque algún día llegarán las baterías).
En cualquier caso, hay que dejar claro que un factor de capacidad del 60% sigue sin ser carga base. Parece que ya empieza a dejar de ser carga variable, pero sigue sin ser base.
Sea como fuere, el desarrollo de la tecnología y de turbinas cada vez más grandes hace que el futuro de la energía eólica sea realmente esperanzador. Y recuerda, cuando hablamos de energía eólica, el tamaño sí importa.
Artículo publicado originalmente en DiarioRenovables | Cuando hablamos de energía eólica, el tamaño sí importa
