Este curso introductorio aborda conceptos de energía sustentable y describe tecnologías avanzadas que pueden sustituir progresivamente las actuales dominadas por el carbón, el petróleo y gas natural, cuyas emisiones está perturbando progresivamente el clima, lo que puede afectar el desarrollo y la convivencia internacional. Este curso ilustra los impactos que provoca la transformación de energía para estimular el desarrollo de cambios en las formas y tecnologías de producción y uso de la energía, comprendiendo su origen físico, sus desafíos, compromisos y externalidades. Se estudia la evolución del clima global y los escenarios que se contemplan. En base a ellos, se promueve la adopción de recursos naturales de larga autonomía, cuya transformación emite el mínimo impacto ambiental y climático y cuyas tecnologías son posibles de implementar a costos abordables para la sociedad, considerando que un sexto de la población global aún no accede a la electricidad ni a otros servicios energéticos esenciales para su desarrollo. Se proponen soluciones efectivas para la mitigación del cambio climático y se enuncian opciones aún en estudio.
Energía eólica
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Del curso dictado por Pontificia Universidad Católica de Chile
Explorando la Energía Sustentable
128 calificaciones
De la lección
Tecnologías sustentables
En este módulo estudiarás los fundamentos detrás de las tecnologías para la producción de energía nuclear y energías renovables no convencionales (ERNC). Podrás evaluar y comparar las fortalezas y debilidades de cada una de estas tecnologías en cuanto a su impacto ambiental y su potencial de generación eléctrica.
Conoce a los instructores
Julio VergaraPhD in Nuclear Materials Engineering
Profesor Asociado Adjunto de la Escuela de Ingeniería UC.
César Sáez NavarreteDoctor en Ciencias de la Ingeniería
Departamento de Ingeniería Química y Bioprocesos
Hola, soy César Sáez y en esta sección revisaremos los conceptos fundamentales relacionados con la energía eólica.
La energía eólica es otro tipo de energía renovable obtenida a partir de los vientos, en específico, obtenida a partir de la energía cinética de las corrientes de aire.
Por su parte los vientos se originan en el planeta debido a los gradientes de presión y de temperatura que en cualquier caso son originados por la acción solar indirecta sobre la tierra.
Los recursos eólicos del planeta son muy significativos, la figura ilustra el tremendo potencial global de desarrollo de los recursos eólicos de la tierra.
Infortunadamente no toda esta energía resulta aprovechable dado al desarrollo tecnológico actual.
El aerogenerador es el principal representante de la eoloelectricidad, habiéndose desarrollado para diversas escalas, actualmente es utilizado desde generación residencial hasta grandes plantas en zonas ventosas, ya sea sobre la superficie de la tierra o del mar.
La figura ilustra los principales tipos de sistemas eólicos horizontales que están existentes en la actualidad y que han sido desarrollados para aprovechar la energía del viento en distintas circunstancias.
Existen de una o varias aspas, localizados a favor o en contra del viendo, de uno o varios rotores flotantes o anclados al suelo y con sistemas difusores o concentradores.
Por su parte, los sistemas eólicos verticales son aún más variados, aunque menos utilizados que los sistemas horizontales. En la figura se puede observar la gran variedad de diseños existentes, empleados para diversas escalas de generación y condiciones de operación.
Los principales usuarios de la energía eólica en el mundo incluyen a Estados Unidos, Alemania, España, China e India.
En términos de desarrollo, Estados Unidos y China han sido quienes han incrementado su generación eólica de manera muy significativa en los últimos años.
La potencia instalada en energía eólica en el mundo se desarrolló casi exponencialmente hasta el año 2008.
A partir de ese instante el desarrollo global, si bien ha seguido creciente, ha mantenido una relación más bien lineal en el tiempo.
El costo de los aerogeneradores y de las plantas a escala de seguramente han tenido algo que ver con este cambio de pendiente
Algunos ejemplos de sistemas eólicos de diversas escalas pueden verse en las siguientes fotografías.
¿Podrían identificar si cada uno de estos sistemas es un sistema eólico horizontal o vertical?, adelante, pausen la reproducción y hagan el intento.
Si bien la energía eólica es un recurso renovable muy interesante su dependencia del clima genera cierto grado de incertidumbre en los proyectos de inversión.
Sistemas complementarios o conectados a la red podrían resultar eficientes y económicos y con un grado de independencia mayor de las condiciones climáticas.
Si bien las ventajas de la tecnología eólica pueden ser claras para la mayoría de los entendidos en energía renovables, sus desventajas pueden no serlo tanto.
su incierta confiabilidad, los requerimientos de almacenamiento de energía y algunos aspectos relacionados con la salud pública, el efecto estroboscópico, por ejemplo, que genera la rotación de las aspas, el ruido y riesgo para las aves, pueden ser elementos relevantes para tener en consideración
Algunos aspectos económicos de la tecnología eólica incluyen su inversión que oscila entre los 800 y 1200 dólares por kilowatt instalado y un costo de la energía que oscila entre los tres y nueve centavos de dólar por kilowatt/hora generados.
En otros ámbitos, el aprovechamiento de la energía eólica costa afuera ha motivado ingenieros y desarrolladores a apostar por nuevas modificaciones tecnológicas.
Sin embargo, el efecto sobre el tránsito de las embarcaciones, por ejemplo, en especial aquellas de grandes dimensiones debe tenerse muy en consideración sobre todo respecto del impacto en países cuya dependencia del mar resulta evidente.
En esta misma línea también resulta muy importante el arreglo de los aerogeneradores, elementos productores de grandes turbulencias pueden ocasionar perdidas muy significativas de eficiencia en los aerogeneradores en la línea de fluyo del viento como se muestra en la figura.
En efecto, se han desarrollado metodologías no solo para evaluar el recurso viento, sino para seleccionar en base a esta información, la mejor tecnología de aerogenerador y la mejor configuración posible para los sistemas instalados tanto sobre el suelo como en el mar.
Otras apuestas tecnológicas incluyen aerogeneradores flotantes y anclados al fondo marino, de modo que pueden ser instalados mar afuera aprovechando el abundante viento de algunas localidades.
Las chimeneas solares son otro tipo de tecnología que utilizan el efecto convectivo del gradiente térmico producido por el sol y la diferencia de presiones debida a la altura para generar fuertes vientos en estructuras cilíndricas verticales de enorme tamaño.
En la figura se ilustra comparativamente una chimenea solar de 200 megawatts de capacidad de generación en comparación con un aerogenerador de 5 megawatt.
y otras edificaciones, a modo comparativo, de relevancia mundial.
Por su parte, el aprovechamiento de los fuertes vientos de altura ha inspirado el desarrollo de sistemas generadores flotantes, como el de la figura.
Que generan a gran altitud y transmiten energía generada a la tierra a través de un cable que además le sirve de soporte.
Si bien este tipo de generadores no deben instalarse en rutas aéreas evidentemente los potenciales de riesgos de corte del cable de anclaje, las pérdidas de conducción hacia el piso y el requerimiento de escaso peso de la estructura global, son elementos que se están abordando con nuevos materiales en la actualidad.
En resumen, la energía eólica es la energía de los vientos generados por la acción solar indirecta en el planeta, presentan un gran potencial de generación, limitado exclusivamente por el desarrollo de sistemas que faciliten su aprovechamiento en zonas de muy difícil acceso.
La adopción de la tecnología eólica de generación, si bien se ha venido desarrollando desde hace varias décadas en diversos países del globo, tiene como representantes principales a Estados Unidos y China
Con un mercado de crecimiento muy fuerte en los últimos años.
Los sistemas eólicos son muy diversos y pueden clasificarse en horizontales y verticales, sus desventajas incluyen su elevado costo y su incierta confiabilidad y dependencia climática, su requerimiento de almacenamiento de la energía excedente y problemas relacionados con el ruido.
El efecto estroboscópico de la rotación de sus aspas y el impacto en las aves locales y de migración.
Las chimeneas solares y el generador Magnus de alta altura, son ejemplo de desarrollo de aerogeneradores innovadores que vale la pena considerar.
Eso es todo por ahora, hasta la próxima clase.
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