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Parte I: Tecnología

La Parte I comprende todos los aspectos de la tecnología de la industria eólica, la cual ha sufrido rápidos avances en todas las áreas. Se ha aprendido mucho, pero aún hay mucho más por descubrir, tanto en la meteorología básica, en la aerodinámica y en las ciencias de materiales, así como en las áreas de gran aplicación como son las estrategias de mantenimiento, el diseño de centrales eólicas y la planificación de las redes eléctricas. Y todavía hay conceptos no probados en el diseño de turbinas que podrían tenerse en consideración. Esta parte describe los fundamentos de la tecnología eólica, el estado actual y las posibles tendencias de futuro.

Estimación del recurso eólico

Los métodos para obtener la estimación del recurso eólico están bien establecidos. El Capítulo I.1 describe la estimación del recurso eólico para grandes extensiones, la cual se desarrolla con el objeto de establecer tanto los recursos disponibles en la región como las mejores áreas de la región. También abarca los recursos eólicos y la estimación de la producción de energía para emplazamientos específicos. La precisión de la estimación de la producción energética es de crucial importancia, tanto para el promotor del proyecto como para las entidades financieras implicadas, y el capítulo explica los múltiples factores que pueden afectar a la producción de energía.

Figura S.3 Atlas eólico europeo, Recurso eólico en tierra

Fuente: Garrad Hassan

La predicción también está desarrollada, en el Capítulo I.2, pues es hoy en día una cuestión importante para la industria eólica. Dependiendo de la estructura del mercado eléctrico, el propietario del proyecto o el comprador de la energía pueden obtener beneficios significativos con una predicción precisa de la producción eólica. Las compañías eléctricas con alta penetración eólica en sus redes también precisarán de herramientas de predicción para optimizar la operación de su sistema.

Tecnología de aerogeneradores

Los rápidos avances técnicos son más visibles en la tecnología de aerogeneradores. El Capítulo I.3 muestra cómo el tamaño del aerogenerador, la potencia y la complejidad se han desarrollado de forma extremadamente rápida, como prueba el incremento del tamaño de la turbina comercial en un 100% en 20 años (Figura S.4). Los aerogeneradores pueden parecer máquinas simples, pero tienen algunos requisitos básicos, que distinguen esta rama de la ingeniería de las demás:

• La máquina debe operar como una estación energética, desprovista de vigilancia, y proporcionar más que energía a la red eléctrica;
• El viento varía en distintas escalas temporales, de los segundos a los años, lo que supone incertidumbre en todo, desde las cargas mecánicas a la producción de energía;
• La tecnología tiene que competir en costes de energía con otros recursos renovables además de con la generación convencional.

Figura S.4 Crecimiento del tamaño de los diseños de aerogeneradores comerciales

Fuente: Garrad Hassan

En esa línea, el Capítulo I.3 analiza la evolución del diseño de aerogeneradores y explica por qué los aerogeneradores de tres palas, con rotor a barlovento, de velocidad variable y regulación mediante cambio de paso son los que predominan actualmente. Las directrices principales en diseño son hoy en día la compatibilidad con los códigos de red, el coste de la energía (el cual incluye fiabilidad), las emisiones de ruido acústico, el impacto visual y la adecuación a las condiciones del emplazamiento.

Sin embargo, aún quedan muchas cuestiones técnicas sin resolver. Por ejemplo, en los grandes aerogeneradores que se producen en la actualidad aparecen las siguientes problemáticas:

• Conceptos de gran diámetro, y generadores de baja velocidad;
• Conceptos con generadores de alta velocidad y cajas multiplicadoras; y
• Soluciones intermedias con generadores de velocidad media y cajas multiplicadoras de baja relación de transmisión.

Del mismo modo, tal vez sea sorprendente que el tamaño óptimo de un aerogenerador estándar para aplicación en parques eólicos en tierra no sea aún obvio. En el capítulo se explican algunas de estas cuestiones técnicas, y concluye con la revisión de algunos conceptos alternativos radicales.

Diseño de parques eólicos

El Capítulo I.4 describe cómo los aerogeneradores se agrupan en parques eólicos, los factores que afectan a su emplazamiento y su construcción. El diseño de los parques eólicos es crítico en relación con la reducción de costes y la aceptación social, tanto en emplazamientos en tierra como en mar, especialmente en los nuevos parques eólicos de mayor tamaño que las grandes plantas de generación eléctrica convencional.

La distribución de los aerogeneradores dentro del parque eólico afecta claramente no sólo a la producción de energía, sino también al impacto visual producido y los posibles efectos del ruido en las poblaciones vecinas. Este capítulo explica cómo se puede optimizar la disposición para tener en cuenta dichas restricciones, usando software diseñado específicamente para la industria eólica.

El capítulo también analiza las cuestiones importantes en torno al diseño de la infraestructura del parque eólico, como las obras civiles y eléctricas. Como la industria eólica ha ido obteniendo experiencia a medida que se han ido instalando proyectos eólicos en las más diversas condiciones, los costes y otras cuestiones importantes están siendo claramente comprendidos, y los riesgos no deberían ser mayores a los de otros proyectos de ingeniería civil o de plantas energéticas de tamaño similar.

Energía eólica en el mar

El Capítulo I.5 describe la eólica marina, y en particular amplía la discusión de las cuestiones en tierra en los Capítulos I.2, I.3 e I.4 para el caso marino. Aunque este mercado es en la actualidad sustancialmente menor que el de tierra, sin embargo, su desarrollo y promoción forma parte fundamental de múltiples políticas energéticas nacionales, y las expectativas son muy alentadoras. El mercado eólico marino se caracteriza por proyectos que son significativamente mayores y más arriesgados que la mayoría de los proyectos terrestres, y parece probable que diferentes organizaciones desarrollarán y construirán estos proyectos. Se han desarrollado buques y tecnología específica para la instalación de los aerogeneradores, y los medios para acceder a estos parques eólicos marinos, viéndose como el coste, la disponibilidad y la seguridad influyen de forma decisiva.

La tecnología de aerogeneradores también es distinta para los proyectos marinos: existen sólidas razones para pensar por qué el tamaño de cada turbina es significativamente mayor, y por qué las turbinas de 5 MW y aún mayores se dirigen a este mercado. También surgen diferencias más sutiles en tecnología, debido al diferente medio ambiente y al incremento de los requisitos de fiabilidad. Tal vez haya una mayor posibilidad de diseños verdaderamente innovadores en el mercado marino que para el mercado terrestre, y el capítulo concluye con la revisión de conceptos innovadores como las turbinas flotantes.

Aerogeneradores pequeños

En el otro extremo de la escala, el Capítulo I.6 describe las turbinas de viento pequeñas y muy pequeñas que surgen para satisfacer distintas necesidades. Así como las áreas tradicionales de electrificación rural y el suministro de energía a hogares aislados, barcos e instalaciones de telecomunicaciones, las perspectivas de una demanda significativa para la ‘microgeneración’ en áreas urbanas descubren nuevos desarrollos técnicos en el diseño de pequeños aerogeneradores , que podrían conllevar mejoras económicas significativas. Además, los costes crecientes de los combustibles están fomentado el desarrollo, en el técnicamente exigente, campo de sistemas eólicos-diesel de alta penetración. Esta gama tan amplia de mercados, cada uno con sus propias características, indica que el campo de turbinas eólicas pequeñas muestra una variedad mucho mayor que los aerogeneradores grandes convencionales. Existe un gran potencial de crecimiento en muchos de estos mercados.

Investigación y desarrollo

El Capítulo I.7 describe los esfuerzos en investigación y desarrollo (I+D) en tecnología eólica. Un frecuente malentendido es considerar la energía eólica como una tecnología madura, que pueda conducir a reducir el esfuerzo en I + D. Además, el objetivo europeo del 20 por ciento para fomentar la producción de energía renovable presenta nuevos retos. Recientemente ha sido publicada la Agenda de Investigación Estratégica¹; la plataforma de energía eólica europea, TPWind, propone una visión ambiciosa de Europa. En este sentido, en 2030 la capacidad energía eólica deberá alcanzar los 300 GW, lo que representa un 28% del consumo eléctrico de la UE. Además, la visión de TPWind incluye un subobjetivo de energía eólica marina, que debería representar el 10% del consumo eléctrico de la UE en 2030. Un paso intermedio es el desarrollo de 40 GW en 2020, frente al único GW instalado hasta hoy.

La I + D es necesaria para asegurar la implementación eficiente de la ambiciosa visión de futuro de la energía eólica contemplada en  TPWind. Para facilitar la consecución de los objetivos expuestos en este estudio se han establecido prioridades de I+D con el objeto de alcanzar el escenario previsto para  2030 para el sector de la energía eólica. Se han identificado cuatro áreas temáticas:

1 condiciones del recurso eólico;

2 tecnologías de los aerogeneradores;

3 integraciones de la energía eólica;

4 despliegue y operación de la eólica marina.

Con el objeto de alcanzar los objetivos para 2030 de TPWind y posibilitar el despliegue a gran escala de la energía eólica, es esencial disponer de mercados,  políticas y marcos reglamentarios estables y bien definidos. La Estrategia de Despliegue de Mercado incluye, entre otras metas, la reducción de costes y la integración efectiva de la energía eólica en el entorno natural.

Una preocupación prioritaria es el esfuerzo en financiación de la I+D. De hecho, en la actualidad el esfuerzo total en I+D en energía eólica en la UE es insuficiente para alcanzar los objetivos Europeos en relación con la cuota de fuentes renovables en el mix energético y satisfacer los objetivos de Lisboa previstos en materia de crecimiento y de empleo.

El componente más crítico es la contribución Europea. El Plan de Tecnología Estratégica (SET-Plan) propone una serie de instrumentos para resolver esta situación, como las Iniciativas Industriales Europeas, las cuales incluyen a la Iniciativa Eólica Europea.