La energía eólica, también conocida como energía eólica, es el medio para aprovechar el viento y convertirlo en electricidad. La eficiencia eólica promedio de las turbinas está entre 35-45%.
Producción de Energía Eólica
El viento se produce en la atmósfera terrestre debido a la diferencia de temperaturas terrestres a nivel local oa escala regional y mundial. Al calentarse se calienta sube dejando el lugar con baja presión de aire; el aire de las regiones más frías con presiones de aire más altas se mueve para igualar la presión del aire.
Los molinos de viento y las turbinas aprovechan la energía cinética o "energía de movimiento" que mueve el aire o el viento de un lugar a otro y lo convierte en electricidad. Las turbinas eólicas se erigen en lugares ventosos, para que el viento pueda mover las aspas de las turbinas. Estas palas hacen girar un motor y los engranajes aumentan las rotaciones lo suficiente como para producir electricidad. Diferentes diseños de turbinas son adecuados para diferentes condiciones.
Eficiencia eólica y factor de capacidad eólica
La eficiencia del viento no es lo mismo que el factor de capacidad del viento, que es lo que se discute cuando la gente piensa en la eficiencia energética. Wind Watch explica la diferencia entre los dos fenómenos.
Eficiencia eólica y su límite
La eficiencia eólica es la cantidad de energía cinética del viento que se convierte en energía mecánica y electricidad. Las leyes de la física descritas por Betz Limit dicen que el límite teórico máximo es 59.6%. El viento requiere el resto de la energía para atravesar las aspas. De hecho, esto es bueno. Si una turbina atrapara el 100 % de la energía, el viento dejaría de soplar y las aspas de una turbina no podrían girar para producir electricidad.
Sin embargo, actualmente ninguna máquina puede convertir todo el 59,6% de la energía cinética atrapada del viento en electricidad. Existen límites debido a la forma en que se fabrican y diseñan los generadores, lo que reduce aún más la cantidad de energía que finalmente se convierte en energía. El promedio en la actualidad es 35-45%, como se señaló anteriormente. El máximo en el rendimiento máximo podría alcanzar el 50% según Wind Watch. Un documento del gobierno australiano (NSW) también está de acuerdo en que el 50 % es la máxima eficiencia eólica que se puede obtener (pág. 3).
La eficiencia energética no varía tanto como el factor de capacidad eólica, que depende en gran medida de la ubicación y las condiciones meteorológicas.
Factor de capacidad eólica
El factor de capacidad eólica es la cantidad de energía producida por un generador en comparación con lo que podría producir si funcionara todo el tiempo a su máxima capacidad, según Green Tech Media. El factor de capacidad eólica tiende a variar de un lugar a otro y en diferentes épocas del año, incluso con las mismas turbinas, ya que depende de la velocidad del viento, su densidad y área de barrido que depende del tamaño del generador señala Open EI . El factor de capacidad eólica se puede optimizar eligiendo lugares donde prevalezcan condiciones de viento ideales durante todo el año o la mayor parte del mismo. Por lo tanto, es importante tener en cuenta el factor de capacidad del viento y las condiciones que lo influyen para maximizar la potencia de salida.
- Velocidad del viento por debajo de 30 millas por hora produce poca energía según Wind Watch. Incluso pequeños aumentos en la velocidad pueden traducirse en un aumento sustancial en la potencia generada según Open EI. La electricidad generada es el cubo de la velocidad del viento explica Wind EIS.
- Densidad del aire es más en las regiones más frías y al nivel del mar que en las montañas. Por lo que los lugares ideales con alta densidad de viento son mares con temperaturas más frías según Open EI. Esta es una de las razones de la expansión a gran escala de la generación eólica marina.
- Turbinas más grandes y más altas pueden aprovechar más viento más alto sobre el suelo y por la mayor envergadura de sus palas. Por lo tanto, las consideraciones económicas se vuelven importantes aquí.
El factor de capacidad se incrementa constantemente con tecnología mejorada. Los aerogeneradores construidos en 2014 alcanzaron un factor de capacidad del 41,2 % frente al 31,2 % de los aerogeneradores construidos entre 2004 y 2011, según Green Tech Media. Sin embargo, el factor de capacidad del viento se ve afectado no solo por la tecnología, sino también por la disponibilidad del viento en sí. Por lo tanto, en 2015 el factor de capacidad de las turbinas estuvo por debajo del promedio de años anteriores debido a la "sequía de viento", explica Green Tech Media.
Comparación con otras fuentes de energía
La eficiencia energética del viento es mejor que la eficiencia energética del carbón. Solo el 29-37 % de la energía del carbón se convierte en electricidad y el gas tiene casi la misma eficiencia que el viento, ya que el 32-50 % de la energía del gas se puede convertir en electricidad.
Sin embargo, en términos de factores de capacidad, los combustibles fósiles funcionaron mejor que la energía eólica en EE. UU. en 2016 según la Administración de Información Energética (EIA) de EE. UU.
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Las plantas de carbón en EE. UU. funcionaron al 52,7 % de su capacidad. - El factor de capacidad para las plantas de gas fue del 56 % en EE. UU.
- La energía nuclear tenía un factor de capacidad del 92,5 %, según cifras de la EIA para combustibles no fósiles.
- El factor de capacidad de la energía hidroeléctrica fue del 38 %.
- El factor de capacidad de la energía eólica fue del 34,7 %.
Al comparar la potencia de salida de diferentes fuentes de energía, es mejor considerar no solo el factor de capacidad, sino también su eficiencia energética. Esto es lo que hace que el aumento de la generación de energía eólica sea competitivo y factible en comparación con los combustibles fósiles, que también se ven afectados por los problemas de contaminación que causan.
La intermitencia afecta la producción de energía eólica
La energía eólica sufre de intermitencia ya que el viento no siempre está disponible y puede soplar a diferentes velocidades, lo que significa que la energía se genera en niveles inconsistentes. La intermitencia de la energía es el fenómeno en el que la energía no está disponible de forma continua debido a muchos factores que las personas no pueden controlar. Por lo tanto, hay variación en el suministro.
Soluciones a la Intermitencia
Dado que la generación de energía de las turbinas eólicas fluctúa de una hora a otra, o incluso de un segundo a otro, los proveedores de energía deben tener mayores reservas de energía para cumplir y mantener niveles constantes de suministro de energía, explica el científico estadounidense. Intermitencia significa no solo carencias sino también períodos de excesos; esto también proporciona una posible solución. The American Scientist explica que a medida que aumenta la cantidad de fuentes de energía eólica, las diferencias locales en el clima y las condiciones del viento pueden equilibrar los déficits y los excesos.
Los pronósticos y modelos meteorológicos mejorados también facilitan tener en cuenta incluso los cambios a corto plazo en la energía eólica. También es necesaria una combinación de fuentes para igualar las diferencias diurnas o estacionales en la generación de energía eólica.
Independientemente de la intermitencia, los nuevos parques eólicos generalizados en los EE. UU. han ayudado a estabilizar el suministro de energía, especialmente durante condiciones climáticas extremas en Texas, según Clean Technica.
Costo
En 2017, The Independent anunció que la producción de energía eólica era más barata que la de los combustibles fósiles. Costaba $50 producir un megavatio-hora (MWh) en 2017. Con la mejora de la tecnología, los costos continúan cayendo, lo que lo hace más atractivo que las fuentes de energía contaminantes convencionales. EE. UU. espera estimular este movimiento proporcionando incentivos gubernamentales para aumentar la participación de la energía eólica, que proporcionó el 6 % de su electricidad en 2016 según la EIA.
Wind EIS señala que el 80% de los costos son costos de capital involucrados en la instalación de las turbinas, y el 20% está operativo. Sin embargo, al no implicar costes de combustible, y considerando la energía generada en todo su ciclo de vida, la energía eólica es competitiva.
Energía libre de carbono
La energía eólica es una de las alternativas más eficientes a la energía de combustibles fósiles. Se prevé que para 2050, 139 países que actualmente utilizan el 99 % de la energía mundial podrían estar utilizando energía 100 % renovable. La energía eólica y solar juntas podrían proporcionar hasta el 97% de esta energía, según un Informe del Foro Mundial de 2017. Esto puede ayudar a contener el aumento del calentamiento global por debajo de 1,5 °C. Ya sea que se trate de un parque eólico en la ladera de una colina o a lo largo de la costa, la tecnología de turbinas eólicas ofrece una forma mucho más eficiente de generar electricidad utilizable que las fuentes tradicionales no renovables.