La energía eólica es una rama de la energía que se especializa en convertir la energía cinética de las masas de aire en la atmósfera en energía eléctrica, mecánica, térmica o cualquier otra forma de energía que sea conveniente para su uso en la economía nacional. Tal transformación puede ser realizada por unidades tales como un generador de viento (para generar energía eléctrica), un molino de viento (para convertir en energía mecánica), una vela (para uso en el transporte) y otros.
La energía eólica se clasifica como energía renovable , ya que es consecuencia de la actividad del sol . La energía eólica es una industria en auge. 2020 fue el mejor año de la historia para la industria eólica mundial con 93 GW de nueva capacidad instalada, un 53 % más año tras año. El crecimiento récord en 2020 fue impulsado por un aumento en las instalaciones en China y Estados Unidos, los dos mercados de energía eólica más grandes del mundo, que en conjunto instalaron casi el 75 % de las nuevas instalaciones en 2020, más de la mitad de la energía eólica mundial. En 2020, la capacidad total instalada de todos los aerogeneradores fue de 743 GW, equivalente a las emisiones anuales de carbono de toda Sudamérica, o más de 1.100 millones de toneladas de CO2 al año. [1] En 2019, la capacidad total instalada de todos los aerogeneradores ascendió a 651 gigavatios [2] y, por tanto, superó la capacidad total instalada de energía nuclear (sin embargo, en la práctica, la capacidad media anual utilizada de los aerogeneradores ( KIUM ) es varias veces inferior a la capacidad instalada, mientras que las centrales nucleares casi siempre operan a capacidad instalada). En 2019, la cantidad de energía eléctrica producida por todas las turbinas eólicas del mundo ascendió a 1430 teravatios-hora (5,3% de toda la energía eléctrica producida por la humanidad). [3] [2] Algunos países son particularmente intensivos en el desarrollo de la energía eólica. Según WindEurope, en 2019, el 48 % de toda la electricidad se produjo en Dinamarca con la ayuda de aerogeneradores, en Irlanda - 33 %, en Portugal - 27 %, en Alemania - 26 %, en el Reino Unido - 22 %, en España - 21%, en el conjunto de la Unión Europea - 15% [4] . En 2014, 85 países de todo el mundo utilizaron energía eólica de forma comercial. A finales de 2015, más de 1 000 000 de personas trabajaban en la energía eólica en todo el mundo [5] (incluidas 500 000 en China y 138 000 en Alemania) [6] .
Los grandes parques eólicos se incluyen en la red general, los más pequeños se utilizan para suministrar electricidad a áreas remotas. A diferencia de los combustibles fósiles, la energía eólica es prácticamente inagotable, omnipresente y más respetuosa con el medio ambiente. Sin embargo, la construcción de parques eólicos está asociada a algunas dificultades técnicas y económicas que frenan la expansión de la energía eólica. En particular, la variabilidad de los flujos de viento no crea problemas con una pequeña participación de la energía eólica en la generación total de electricidad, sin embargo, con un aumento en esta participación, los problemas de confiabilidad de la generación de electricidad también aumentan [7] [8] [9] . Para resolver tales problemas, se utiliza el control de distribución de energía inteligente.
Los molinos de viento se usaban para moler grano en Persia ya en el año 200 a. mi. Los molinos de este tipo estaban muy extendidos en el mundo islámico y los cruzados los trajeron a Europa en el siglo XIII [10] .
Los molinos de pórtico, los llamados molinos alemanes, fueron los únicos conocidos hasta mediados del siglo XVI. Fuertes tormentas podrían volcar tal molino junto con el lecho. A mediados del siglo XVI, un flamenco encontró la manera de hacer imposible este vuelco del molino. En el molino, colocó solo el techo móvil, y para girar las alas con el viento, era necesario girar solo el techo, mientras que el edificio del molino estaba firmemente fijado en el suelo.
- Marx K. Máquinas: el uso de las fuerzas naturales y la ciencia.La masa del molino de pórtico estaba limitada debido al hecho de que tenía que girarse a mano. Por lo tanto, su rendimiento también fue limitado. Los molinos mejorados se llamaban molinos de carpa .
En el siglo XVI , se empezaron a construir estaciones de bombeo de agua mediante un motor hidráulico y un molino de viento en las ciudades europeas : Toledo - 1526 , Gloucester - 1542 , Londres - 1582 , París - 1608 , etc.
En los Países Bajos, numerosos molinos de viento bombeaban agua de tierras rodeadas de presas. Las tierras ganadas al mar se utilizaron en la agricultura. En las regiones áridas de Europa, los molinos de viento se usaban para regar los campos.
El primer parque eólico , el "molino" de Blyth con un diámetro de 9 metros, se construyó en 1887 en la casa de campo de Blyth en Marykirk ( Gran Bretaña ) [11] . Blyth ofreció el exceso de energía de su "molino" a la gente de Marykirk para iluminar la calle principal, pero fue rechazado porque pensaron que la energía era "obra del diablo" [12] . Más tarde, Blyth construyó una turbina eólica para suministrar energía de emergencia al hospital local, al manicomio y al dispensario [13] . Sin embargo, la tecnología de Blyth no se consideró económicamente viable y el próximo parque eólico no apareció en el Reino Unido hasta 1951 [13] . El primer aerogenerador controlado automáticamente por el estadounidense Charles Brush apareció en 1888 y tenía un diámetro de rotor de 17 metros [13] .
En Dinamarca, el primer parque eólico se construyó en 1890 , y para 1908 ya había 72 estaciones con una capacidad de 5 a 25 kW. El más grande de ellos tenía una altura de torre de 24 metros y rotores de cuatro palas con un diámetro de 23 metros. El antecesor de los modernos parques eólicos de eje horizontal tenía una capacidad de 100 kW y fue construido en 1931 en Yalta. Tenía una torre de 30 metros de altura. En 1941, la capacidad unitaria de los parques eólicos alcanzó los 1,25 MW.
Entre las décadas de 1940 y 1970, la energía eólica experimentó un período de declive debido al intenso desarrollo de las redes de transmisión y distribución, que proporcionaban energía independientemente del clima a precios moderados.
Un resurgimiento del interés en la energía eólica comenzó en la década de 1970 después de la crisis del petróleo de 1973 . La crisis ha puesto de manifiesto la dependencia de muchos países de las importaciones de petróleo y ha llevado a la búsqueda de opciones para reducir esta dependencia. A mediados de la década de 1970, Dinamarca comenzó a probar los precursores de las turbinas eólicas modernas. Más tarde , el desastre de Chernóbil también estimuló el interés por las fuentes de energía renovables. California implementó uno de los primeros programas de incentivos de energía eólica al ofrecer créditos fiscales a los productores de energía eólica [10] .
A mediados de la década de 1920, TsAGI desarrolló plantas de energía eólica y molinos de viento para la agricultura. El diseño del "molino de viento campesino" podría hacerse en el sitio con los materiales disponibles. Su potencia oscilaba entre los 3 litros. Con. , 8 l. Con. hasta 45 l. Con. Tal instalación podría iluminar 150-200 yardas o alimentar un molino. Para la constancia del trabajo, se proporcionó un acumulador hidráulico [14] . En 1931, se construyó el parque eólico Ufimtsev en Kursk , la primera planta de energía eólica del mundo con una batería inercial, es un sitio del patrimonio cultural federal. En el mismo año, se puso en funcionamiento en Balaklava una planta de energía eólica con una capacidad de 100 kilovatios, en ese momento la más poderosa del mundo , pero fue destruida en 1941 durante las batallas de la Gran Guerra Patria [15] .
El potencial técnico de la energía eólica en Rusia se estima en más de 50 billones de kWh /año. El potencial económico es de aproximadamente 260 mil millones de kWh / año, es decir, alrededor del 30 por ciento de la generación de electricidad por todas las centrales eléctricas en Rusia [16] .
Las zonas de energía eólica en Rusia se encuentran principalmente en la costa y las islas del Océano Ártico desde la península de Kola hasta Kamchatka, en las regiones del Bajo y Medio Volga y Don, la costa del Caspio, Ojotsk, Barents, Báltico, Negro y mares de Azov. Las zonas de viento separadas se encuentran en Karelia, Altai, Tuva, Baikal.
La máxima velocidad media del viento en estas zonas se produce en el período otoño-invierno, el período de mayor demanda de electricidad y calor. Alrededor del 30% del potencial económico de la energía eólica se concentra en el Lejano Oriente, el 14%, en la región económica del norte, alrededor del 16%, en Siberia occidental y oriental.
La capacidad instalada total de plantas de energía eólica en el país en 2009 es de 17-18 MW.
Los parques eólicos más grandes de Rusia están ubicados en Crimea y construidos por empresarios ucranianos: el parque eólico Donuzlavskaya (capacidad total de 18,7 MW), el parque eólico Ostaninskaya (Vodenergoremnaladka) (26 MW), el parque eólico Tarkhankutskaya (15,9 MW) y el parque eólico Vostochno-Krymskaya granja. En total, cuentan con 522 aerogeneradores con una capacidad de 59 MW.
Otra gran planta de energía eólica en Rusia (5,1 MW) se encuentra cerca del pueblo de Kulikovo, distrito de Zelenogradsky , región de Kaliningrado . El aerogenerador Zelenograd consta de 21 instalaciones de la empresa danesa SEAS Energi Service AS
En Chukotka se encuentra el parque eólico Anadyr con una capacidad de 2,5 MW (10 aerogeneradores de 250 kW cada uno). La producción anual en 2011 no superó los 0,2 millones de kWh .
En la República de Bashkortostán , opera el parque eólico Tyupkildy con una capacidad de 2,2 MW, ubicado cerca del pueblo del mismo nombre en el distrito de Tuymazinsky [ 16 ] . El parque eólico consta de cuatro aerogeneradores de la empresa alemana Hanseatische AG tipo ET 550/41 con una potencia de 550 kW cada uno. La generación anual de electricidad en 2008-2010 no superó los 0,4 millones de kWh .
En la República de Kalmykia, en el distrito de Priyutnensky, ALTEN LLC construyó una planta de energía eólica con una capacidad de 2,4 MW, con una producción total de 10 millones de kWh por año. ALTEN LLC gestiona los activos del parque eólico instalado, y también realiza actividades para su mantenimiento y operación junto con Vensys-Elektrotechnik .
En la República de Komi, cerca de Vorkuta, no se ha completado el VDES de Zapolyarnaya con una capacidad de 3 MW. En 2006, hay 6 unidades de 250 kW con una capacidad total de 1,5 MW.
En la isla de Bering de las islas Commander, hay un parque eólico con una capacidad de 1,2 MW.
Un ejemplo exitoso de la implementación de las capacidades de las turbinas eólicas en condiciones climáticas difíciles es una planta de energía eólica-diesel en el cabo Set-Navolok de la península de Kola con una capacidad de hasta 0,1 MW. En 2009, a 17 kilómetros de allí, se inició un estudio de los parámetros del futuro parque eólico que operará en conjunto con la TPP de Kislogubskaya .
Hay proyectos en diferentes etapas de desarrollo de Leningrad WPP 75 MW, Yeisk WPP 72 MW (Territorio de Krasnodar), Kaliningrad Marine WPP 50 MW, Morskoy WPP 30 MW (Karelia), Primorskaya WPP 30 MW, Magadan WPP 30 MW, Chui WPP 24 MW (República de Altai), Ust-Kamchatskaya WPP 16 MW (Óblast de Kamchatka), Novikovskaya VDPP 10 MW (República de Komi), Daguestanskaya WPP 6 MW, Anapskaya WPP 5 MW (Territorio de Krasnodar), Novorossiyskaya WPP 5 MW (Territorio de Krasnodar), Valaamskaya WPP 4 MW (Karelia), Parque eólico Priyutnenskaya 51 MW (República de Kalmykia).
Como ejemplo de realización del potencial de los territorios del Mar de Azov, se puede señalar el parque eólico de Novoazovsk , en funcionamiento en 2010 con una capacidad de 21,8 MW, instalado en la costa ucraniana de la bahía de Taganrog.
En 2003-2005, en el marco de RAO UES, se llevaron a cabo experimentos para crear complejos basados en turbinas eólicas y motores de combustión interna , se instaló una unidad en el pueblo de Tiksi en el marco del programa. Todos los proyectos iniciados en RAO relacionados con la energía eólica fueron transferidos a RusHydro . A fines de 2008, RusHydro comenzó a buscar sitios prometedores para la construcción de parques eólicos [17] .
Se hicieron intentos para producir turbinas eólicas en masa para consumidores individuales, por ejemplo, la unidad de elevación de agua Romashka .
En los últimos años, la energía eólica se ha desarrollado rápidamente en Rusia. Entonces, en 2018, la capacidad total instalada de aerogeneradores fue de solo 134 MW, en 2020 - 945 MW [18] , en junio de 2021 - 1378 MW [19] , es decir, en tres años la capacidad aumentó 10 veces.
La potencia del aerogenerador depende del área barrida por las palas del generador y de la altura sobre la superficie. Por ejemplo, las turbinas de 3 MW (V90) fabricadas por la empresa danesa Vestas tienen una altura total de 115 metros, una altura de torre de 70 metros y un diámetro de pala de 90 metros.
Las corrientes de aire cerca de la superficie de la tierra/el mar son turbulentas : las capas subyacentes ralentizan las de arriba. Este efecto es perceptible hasta una altura de 2 km, pero ya disminuye bruscamente a altitudes superiores a los 100 metros [20] . La altura del generador por encima de esta capa superficial permite al mismo tiempo aumentar el diámetro de las palas y liberar terreno en el suelo para otras actividades. Los generadores modernos (2010) ya han alcanzado este hito y su número está creciendo rápidamente en el mundo [21] . El aerogenerador comienza a producir corriente cuando el viento es de 3 m/s y se apaga cuando el viento es superior a 25 m/s. La potencia máxima se alcanza con un viento de 15 m/s. La potencia de salida es proporcional a la tercera potencia de la velocidad del viento: cuando el viento se duplica, de 5 m/sa 10 m/s, la potencia se multiplica por ocho [22] .
| Potencia de los aerogeneradores y sus dimensiones | ||||
|---|---|---|---|---|
| Parámetro | 1 megavatio | 2 megavatios | 2,3 megavatios | |
| altura del mástil | 50m - 60m | 80 metros | 80 metros | |
| Longitud de la hoja | 26 metros | 37 metros | 40 metros | |
| Diámetro del rotor | 54 metros | 76 metros | 82,4 metros | |
| Peso del rotor sobre el eje | 25 toneladas | 52 toneladas | 52 toneladas | |
| Peso total de la sala de máquinas | 40 toneladas | 82 toneladas | 82,5 toneladas | |
| Fuente: Parámetros de aerogeneradores existentes. Pori, Finlandia Archivado el 29 de enero de 2018 en Wayback Machine . | ||||
En agosto de 2002, Enercon construyó un prototipo de aerogenerador E-112 de 4,5 MW. Hasta diciembre de 2004, la turbina siguió siendo la más grande del mundo. En diciembre de 2004, la empresa alemana REpower Systems construyó su aerogenerador de 5,0 MW. El diámetro del rotor de esta turbina es de 126 metros, el peso de la góndola es de 200 toneladas, la altura de la torre es de 120 metros A finales de 2005, Enercon aumentó la capacidad de su generador eólico a 6,0 MW. El diámetro del rotor era de 114 metros, la altura de la torre era de 124 metros. En 2009, las turbinas de clase de 1,5 a 2,5 MW representaron el 82 % de la energía eólica mundial [23] .
En enero de 2014, la empresa danesa Vestas comenzó a probar la turbina V-164 de 8 MW . El primer contrato de suministro de turbinas se firmó a finales de 2014. Hoy V-164 es la turbina eólica más potente del mundo. Se están desarrollando generadores con una capacidad de más de 10 MW.
El diseño de aerogeneradores de tres palas y eje de giro horizontal se ha convertido en el más extendido en el mundo , aunque todavía se encuentran bipalas en algunos lugares. Los generadores de viento con un eje de rotación vertical, los llamados aerogeneradores, son reconocidos como el diseño más efectivo para áreas con bajas velocidades del viento. tipo rotativo o carrusel. Ahora, cada vez más fabricantes se están pasando a la producción de este tipo de instalaciones, ya que no todos los consumidores viven en las costas, y la velocidad de los vientos continentales suele estar en el rango de 3 a 12 m/s. En tal régimen de viento, la eficiencia de una instalación vertical es mucho mayor. Vale la pena señalar que las turbinas eólicas verticales tienen otras ventajas significativas: son casi silenciosas y no requieren absolutamente ningún mantenimiento, con una vida útil de más de 20 años. Los sistemas de frenado desarrollados en los últimos años garantizan un funcionamiento estable incluso con fuertes ráfagas intermitentes de hasta 60 m/s.
Dinamarca, Holanda y Alemania van a construir una isla artificial en el Mar del Norte para generar energía eólica. Se planea implementar el proyecto en el bajío más grande del Mar del Norte: Dogger Bank (a 100 kilómetros de la costa este de Inglaterra), ya que aquí se combinan con éxito los siguientes factores: nivel del mar relativamente bajo y poderosas corrientes de aire. La isla de seis kilómetros cuadrados estará equipada con parques eólicos con miles de molinos de viento, así como una pista de aterrizaje y un puerto. La principal innovación de esta construcción es la concentración en el menor costo posible del tránsito de energía. El objetivo principal del proyecto es crear un parque eólico que pueda generar hasta 30 GW de electricidad barata. Los planes a largo plazo implican aumentar esta cantidad a 70-100 GW, lo que proporcionará energía a unos 80 millones de habitantes de Europa, incluidos Alemania, los Países Bajos y Dinamarca [24] .
Los lugares más prometedores para la producción de energía eólica son las zonas costeras. Pero el costo de las inversiones en comparación con la tierra es 1,5-2 veces mayor. En el mar, a una distancia de 10-12 km de la costa (ya veces más lejos), se están construyendo parques eólicos marinos . Las torres de aerogeneradores se instalan sobre cimientos hechos de pilotes hincados a una profundidad de hasta 30 metros. La planta de energía en alta mar también incluye subestaciones de distribución y cables submarinos a la costa.
Además de pilotes, se pueden utilizar otros tipos de cimientos submarinos, así como bases flotantes, para fijar turbinas. El primer prototipo de aerogenerador flotante fue construido por H Technologies BV en diciembre de 2007. El aerogenerador con una capacidad de 80 kW está instalado en una plataforma flotante a 10,6 millas náuticas de la costa del sur de Italia en un área marina de 108 metros de profundidad.
El 5 de junio de 2009, Siemens AG y Statoil de Noruega anunciaron la instalación de la primera turbina eólica flotante comercial de 2,3 MW del mundo fabricada por Siemens Renewable Energy [25] .
A pesar de la disminución en el costo de construir turbinas eólicas marinas en la década de 2010, la energía eólica marina es una de las fuentes de electricidad más caras. El costo de generar electricidad a partir de parques eólicos marinos oscila entre $200 y $125/MWh. MHI- Vestas , Siemens y DONG Energy han firmado un acuerdo en virtud del cual las empresas pretenden reducir el coste de la electricidad en alta mar por debajo de 120 $/MWh para 2020.
A principios de 2019, la capacidad instalada total de todas las turbinas eólicas superó los 600 gigavatios. El aumento promedio en la suma de las capacidades de todas las turbinas eólicas en el mundo, a partir de 2009, es de 38 a 40 gigavatios por año y se debe al rápido desarrollo de la energía eólica en EE. UU., India, China y la UE [26 ] .
En todo el mundo en 2008, más de 400.000 personas estaban empleadas en la industria de la energía eólica. En 2008, el mercado mundial de equipos de energía eólica creció a 36 500 millones de euros, o alrededor de 46 800 millones de dólares estadounidenses [27] [28] .
En 2010, el 44% de los parques eólicos instalados se concentraron en Europa, el 31% en Asia y el 22% en Norteamérica.
| 1997 | 1998 | 1999 | 2000 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2017 | 2018 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7475 | 9663 | 13696 | 18039 | 24320 | 31164 | 39290 | 47686 | 59004 | 73904 | 93849 | 120791 | 157000 | 196630 | 237227 | 282400 | 318529 | 546380 | 600278 |
En 2014, el 39% de la electricidad en Dinamarca se generó a partir de energía eólica.
En 2014, los parques eólicos alemanes produjeron el 8,6 % de toda la electricidad generada en Alemania.
En 2009, los parques eólicos de China generaron alrededor del 1,3% de la electricidad del país. Desde 2006, la República Popular China ha adoptado una ley sobre fuentes de energía renovable. Se supone que para 2020 la capacidad de energía eólica alcanzará los 80-100 GW. [29]
En 2019, la energía eólica generó el 15 % de la electricidad en la UE. [treinta]
| N.º (2020) |
País | 1985 | 1990 | 2000 | 2010 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| una. | Porcelana | … | … | 0.6 | 49.4 | 185.6 | 240.9 | 303.4 | 366.0 | 405.3 | 466.5 |
| 2. | EE.UU | … | 2.8 | 5.6 | 94.7 | 190.7 | 227.0 | 254.3 | 272.7 | 294.9 | 336.5 |
| 3. | Alemania | … | 0.1 | 9.5 | 38.6 | 80.6 | 80.0 | 105.7 | 110.0 | 125.9 | 134.5 |
| cuatro | Gran Bretaña | … | … | 1.0 | 7.8 | 40.3 | 37.2 | 49.6 | 56,9 | 64.5 | 73.8 |
| 5. | India | … | … | 1.7 | 19.7 | 32.7 | 43.5 | 52.6 | 60.3 | 63.3 | 60.4 |
| 6. | Brasil | … | … | … | 2.2 | 21.6 | 33.5 | 42.3 | 48.5 | 56,0 | 56,7 |
| 7. | España | … | … | 4.7 | 44.3 | 49.3 | 48,9 | 49.1 | 50,9 | 54.4 | 55.2 |
| ocho. | Francia | … | … | 0.1 | 9.9 | 21.4 | 21.4 | 24.6 | 28.6 | 33.6 | 39.2 |
| 9. | Canadá | … | … | 0.3 | 8.6 | 26.7 | 30.6 | 31.2 | 32,9 | 30.5 | 33.6 |
| diez. | Suecia | … | … | 0.5 | 3.5 | 16.3 | 15.5 | 17.6 | 16.6 | 19.9 | 27.3 |
| once. | Pavo | … | … | … | 2.9 | 11.6 | 15.4 | 17.8 | 19.8 | 21.3 | 24.3 |
| 12 | Australia | … | … | 0.1 | 5.1 | 11.5 | 12.2 | 12.6 | 15.2 | 21.1 | 24.3 |
| catorce. | México | … | … | … | 1.2 | 8.5 | 9.9 | 9.9 | 12.2 | 16.8 | 19.3 |
| quince. | Italia | … | … | 0.6 | 9.1 | 14.8 | 17.7 | 17.7 | 17.7 | 20.3 | 18.9 |
| dieciséis. | Dinamarca | 0.1 | 0.6 | 4.3 | 7.8 | 14.1 | 12.8 | 14.8 | 13.9 | 15.9 | 16.4 |
| 17 | Polonia | … | … | … | 1.7 | 10.9 | 12.6 | 14.9 | 12.8 | 15.0 | 15.7 |
| Dieciocho. | Países Bajos | … | 0.1 | 0.8 | 4.0 | 7.6 | 8.2 | 10.6 | 10.6 | 11.2 | 15.6 |
| 19 | Bélgica | … | … | … | 1.3 | 5.6 | 6.2 | 6.5 | 7.5 | 9.4 | 12.4 |
| veinte. | Portugal | … | … | 0.2 | 9.2 | 11.6 | 12.5 | 12.3 | 12.6 | 13.7 | 12.3 |
| 21 | Irlanda | … | … | 0.2 | 2.8 | 6.6 | 6.2 | 7.4 | 8.6 | 9.5 | 11.1 |
| 22 | Japón | … | … | 0.1 | 4.0 | 5.6 | 6.2 | 6.5 | 7.5 | 8.5 | 10.6 |
| 23 | Argentina | … | … | … | … | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 1.4 | 5.0 | 9.4 |
| 24 | Noruega | … | … | … | 0.9 | 2.5 | 2.1 | 2.9 | 3.9 | 5.5 | 9.3 |
| 25 | Grecia | … | … | 0.5 | 2.7 | 4.6 | 5.2 | 5.5 | 6.3 | 7.2 | 8.9 |
| 25 | Finlandia | … | … | 0.1 | 0.3 | 2.3 | 3.1 | 4.8 | 5.8 | 6.1 | 7.7 |
| 26 | Rumania | … | … | … | 0.3 | 7.1 | 6.6 | 7.4 | 6.3 | 6.8 | 7.0 |
| 27 | Austria | … | … | 0.1 | 2.1 | 4.8 | 5.2 | 6.6 | 6.0 | 7.6 | 6.9 |
| 28 | Sudáfrica | … | … | … | … | 2.5 | 3.7 | 4.9 | 6.5 | 6.6 | 6.6 |
| 29 | Chile | … | … | … | 0.3 | 2.1 | 2.5 | 3.5 | 3.6 | 5.1 | 5.8 |
| treinta. | Uruguay | … | … | … | … | 2.1 | 3.0 | 3.8 | 4.7 | 4.8 | 5.4 |
| 31 | Ucrania | … | … | … | 0.1 | 1.1 | 1.0 | 1.0 | 1.2 | 1.5 | 4.9 |
| 32. | Marruecos | … | … | 0.1 | 0.6 | 2.5 | 3.0 | 3.0 | 3.8 | 4.7 | … |
| 33. | Tailandia | … | … | … | … | 0.3 | 0.3 | 1.1 | 1.6 | 3.7 | 3.3 |
| 34. | Pakistán | … | … | … | … | 0.8 | 1.4 | 2.1 | 3.2 | 3.6 | 3.2 |
| 35. | la republica de corea | … | … | … | 0.8 | 1.3 | 1.7 | 2.2 | 2.5 | 2.5 | 2.9 |
| 36. | Egipto | … | … | 0.1 | 1.5 | 2.1 | 2.2 | 2.3 | 2.4 | 2.8 | … |
| 37. | Puerto Rico | … | … | … | … | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.6 | 2.4 | … |
| 38. | Nueva Zelanda | … | … | 0.1 | 1.6 | 2.3 | 2.3 | 2.1 | 2.1 | 2.2 | 2.3 |
| 39. | República de China | … | … | … | 1.0 | 1.5 | 1.5 | 1.7 | 1.7 | 1.9 | 2.2 |
| 40 | Perú | … | … | … | … | 0.7 | 1.1 | 1.1 | 1.5 | 1.7 | 1.8 |
| 41. | Croacia | … | … | … | … | 0.8 | 1.0 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.6 |
| 42. | Kenia | … | … | … | … | … | … | 0.1 | 0.4 | 1.6 | … |
| 43. | Lituania | … | … | … | … | 0.8 | 1.1 | 1.4 | 1.1 | 1.4 | 1.5 |
| 44. | Bulgaria | … | … | … | 0.7 | 1.5 | 1.4 | 1.5 | 1.3 | 1.3 | 1.5 |
| 45. | Rusia | … | … | … | … | 0.2 | 0.2 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 1.3 |
| 46. | Jordán | … | … | … | … | 0.1 | 0.4 | 0.5 | 0.7 | 1.2 | … |
| 47. | Filipinas | … | … | … | … | 0.8 | 1.0 | 1.1 | 1.2 | 1.0 | 1.0 |
| 48. | Vietnam | … | … | … | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.5 | 0.8 | 1.0 |
| 49. | Kazajstán | … | … | … | … | 0.1 | 0.3 | 0.3 | 0.5 | 0.6 | 0.9 |
| cincuenta. | Estonia | … | … | … | … | 0.7 | 0.6 | 0.7 | 0.6 | 0.7 | 0.9 |
| … | |||||||||||
| 75. | Suiza | … | … | … | … | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.2 |
Las reservas de energía eólica son más de cien veces mayores que las reservas de energía hidráulica de todos los ríos del planeta.
Alemania planea producir el 40-45% de la electricidad a partir de fuentes de energía renovables para 2025. Alemania fijó previamente un objetivo de 12% de electricidad para 2010. Este objetivo se alcanzó en 2007.
Dinamarca planea para 2020 proporcionar el 50% de las necesidades de electricidad del país a través de la energía eólica [32] .
Francia planea construir parques eólicos de 25 000 MW para 2020, de los cuales 6 000 MW están en alta mar [33] .
En 2008, la Unión Europea fijó una meta: para 2010 instalar turbinas eólicas por 40 mil MW, y para 2020 - 180 mil MW. Según los planes de la Unión Europea, la cantidad total de electricidad generada por los parques eólicos será de 494,7 TWh. [34] [35] .
China ha adoptado un Plan Nacional de Desarrollo. Se prevé que la capacidad instalada de China aumente a 5000 MW para 2010 y a 30 000 MW para 2020 [36] . Sin embargo, el rápido desarrollo del sector de la energía eólica permitió a China superar el umbral de 30 GW de capacidad instalada ya en 2010. [37]
India planeó duplicar su capacidad eólica para 2012 (en 6000 MW) en comparación con 2008 [38] . Este objetivo se ha logrado.
Venezuela por 5 años a partir de 2010 pretende construir parques eólicos de 1500 MW. [39] . No se alcanzó la meta.
La producción de energía eólica en Europa en 2020 aumentó un 7% interanual hasta los 417,9 TWh. [40]
La parte principal del costo de la energía eólica está determinada por los costos iniciales para la construcción de estructuras de turbinas eólicas (el costo de 1 kW de capacidad instalada de turbinas eólicas es de ~ $ 1000).
Los aerogeneradores no consumen combustibles fósiles durante su funcionamiento. La operación de una turbina eólica con una capacidad de 1 MW durante 20 años ahorra aproximadamente 29.000 toneladas de carbón o 92.000 barriles de petróleo .
El coste de la electricidad producida por aerogeneradores depende de la velocidad del viento [41] .
| Velocidad del viento | Precio de costo (para EE. UU., 2004) |
|---|---|
| 7,16 m/s | 4,8 céntimos/kWh; |
| 8,08 m/s | 3,6 céntimos/kWh; |
| 9,32 m/s | 2,6 céntimos/kWh. |
A modo de comparación: el costo de la electricidad producida en las centrales eléctricas de carbón en los Estados Unidos es de 9 a 30 centavos/kWh. El coste medio de la electricidad en China es de 13 céntimos/kWh.
Con una duplicación de la capacidad instalada de generación eólica, el coste de la electricidad producida se reduce un 15%. Se espera que los costos disminuyan aún más en un 35-40% para fines de 2006. A principios de la década de 1980, el costo de la energía eólica en los EE. UU. era de $0,38.
En marzo de 2006, el Earth Policy Institute (EE. UU.) informó que en dos áreas de los Estados Unidos, el costo de la energía eólica ha caído por debajo del costo de la energía convencional. En el otoño de 2005, debido al aumento de los precios del gas natural y el carbón , el costo de la electricidad eólica cayó por debajo del costo de la electricidad producida a partir de fuentes tradicionales. Austin Energy, con sede en Texas , y Xcel Energy, con sede en Colorado , fueron los primeros en vender electricidad generada por viento por menos que la electricidad tradicional.
Las regiones más prometedoras para la energía eólica son aquellas con velocidades medias anuales del viento superiores a 7 m/s. En Rusia, esta es toda la costa del Océano Ártico desde la Península de Kola hasta el Estrecho de Bering y las Islas del Ártico, así como el Lejano Oriente (la costa del Pacífico, las costas del Mar de Ojotsk y el Mar de Japón ), la velocidad media anual del viento a una altura de 100 m aquí es de 7-10 m/s, pero prácticamente no hay grandes asentamientos en el Ártico (la excepción es Murmansk , donde está previsto el parque eólico de Murmansk), y el Lejano Oriente no sufre escasez de electricidad y es rico en recursos hídricos. En el sur de la parte europea de Rusia, la velocidad media anual del viento es algo menor, pero también suficiente para el desarrollo de la energía eólica ( Distrito Federal Sur , Distrito Federal del Cáucaso Norte , región del Volga ). Aquí, la velocidad media anual del viento es de 6-9 m/s [42] . Además, el Territorio de Krasnodar ocupa uno de los primeros lugares entre las regiones de Rusia en términos de escasez de electricidad. Por tanto, es aquí donde se concentran los mayores proyectos de energía eólica.
En la mayoría de las regiones de Rusia, la velocidad media anual del viento no supera los 5 m/s , en relación con los cuales las turbinas eólicas habituales con un eje de rotación horizontal prácticamente no son aplicables: su velocidad inicial comienza en 3-6 m / s, y no será posible obtener una cantidad significativa de energía de su trabajo. Sin embargo, hoy en día, cada vez más fabricantes de aerogeneradores ofrecen los llamados. instalaciones rotativas, o aerogeneradores con eje de rotación vertical. La diferencia fundamental es que 1 m/s es suficiente para que un generador vertical empiece a generar electricidad. El desarrollo de esta dirección elimina las restricciones sobre el uso de la energía eólica para el suministro de electricidad. La tecnología más avanzada es una combinación de dos tipos de generadores en un dispositivo: un generador eólico vertical y paneles solares . Complementándose entre sí, juntos garantizan la producción de una cantidad suficiente de electricidad en muchos territorios de Rusia, excepto en las regiones árticas, donde no hay suficiente luz solar durante varios meses al año. En el Ártico y en el Distrito Federal del Lejano Oriente, donde existen dificultades con el suministro de combustible para las centrales eléctricas convencionales, PJSC RusHydro consideró económicamente viable crear centrales eólicas y solares que complementen las centrales eléctricas de combustibles fósiles. [43]
| Nº p/p | Nombre y ubicación de WPP | Región | Potencia instalada, kW | Año de puesta en marcha |
|---|---|---|---|---|
| una | WES con. Nikolskoe | Krai de Kamchatka | 1050 | 1997-2013 |
| 2 | WPP en Labytnangi | Okrug autónomo de Yamalo-Nenets | 250 | 2013 |
| 3 | WPP Ust-Kamchatsk | Krai de Kamchatka | 1175 | 2013—2015 |
| cuatro | Pueblo de WPP Bykov Mys | Yakutia | 40 | 2015 |
| 5 | WES con. Novikovo | Región de Sajalín | 450 | 2015 |
| 6 | WPP página Tiksi | Yakutia | 900 | 2018 |
La energía eólica es una fuente de energía no regulada. La producción de un parque eólico depende de la fuerza del viento, factor que es muy variable. En consecuencia, la salida de electricidad del aerogenerador al sistema eléctrico es muy desigual tanto en tramos diarios como semanales, mensuales, anuales y de largo plazo. Teniendo en cuenta que el sistema energético en sí tiene heterogeneidades de carga (picos y caídas en el consumo de energía), que, por supuesto, no pueden ser reguladas por la energía eólica, la introducción de una parte significativa de la energía eólica en el sistema energético contribuye a su desestabilización. Es evidente que la energía eólica requiere de una reserva de potencia en el sistema energético (por ejemplo, en forma de centrales de turbinas de gas o generadores diésel ), así como de mecanismos para suavizar la heterogeneidad de su generación (en forma de centrales hidroeléctricas estaciones de bombeo o centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo ). Esta característica de la energía eólica aumenta significativamente el costo de la electricidad recibida de ellos. Las redes son reacias a conectar turbinas eólicas a la red , lo que ha llevado a que la legislación les obligue a hacerlo.
Los problemas en las redes y despacho de los sistemas eléctricos debido a la inestabilidad de la operación de los aerogeneradores comienzan luego de que alcanzan una participación del 20-25% de la capacidad instalada total del sistema. Para Rusia, este será un indicador cercano a 50 mil - 55 mil MW.
Según las empresas españolas Gamesa Eólica y WinWind, la precisión de las previsiones de generación de energía de los parques eólicos durante la planificación horaria en el mercado diario o modo spot supera el 95%.
Las pequeñas turbinas eólicas independientes pueden tener problemas con la infraestructura de la red , ya que el costo de la línea de transmisión y la aparamenta para conectarse a la red eléctrica puede ser demasiado alto. El problema se soluciona parcialmente si el aerogenerador se conecta a una red local donde haya consumidores de energía. En este caso, se utiliza el equipo de distribución y energía existente, y el WPP crea un aumento de energía, reduciendo la energía consumida por la red local desde el exterior. La subestación transformadora y la línea de transmisión externa están menos cargadas, aunque el consumo total de energía puede ser mayor.
Los grandes aerogeneradores experimentan importantes problemas de reparación, ya que sustituir una gran parte (pala, rotor, etc.) a más de 100 metros de altura es una tarea compleja y costosa.
En Rusia, se cree que el uso de turbinas eólicas en la vida cotidiana para generar electricidad no es práctico debido a:
En la actualidad, a pesar de la subida de los precios de la energía, el coste de la electricidad no alcanza un valor significativo en el grueso de las industrias en comparación con otros costes; La confiabilidad y la estabilidad del suministro de energía siguen siendo clave para el consumidor.
Los principales factores que provocan un aumento del coste de la energía recibida de los aerogeneradores son:
En la actualidad, es más factible económicamente obtener con la ayuda de turbinas eólicas no energía eléctrica de calidad industrial, sino corriente continua o alterna (frecuencia variable) con su posterior conversión con la ayuda de elementos calefactores en calor - para calentar viviendas y obtener agua caliente. Este esquema tiene varias ventajas:
Aún más beneficioso en términos de eficiencia energética es el uso de una bomba de calor en lugar de un elemento calefactor .
Un aerogenerador con una capacidad de 1 MW reduce las emisiones atmosféricas anuales de 1800 toneladas de CO2 , 9 toneladas de SO2 , 4 toneladas de óxidos de nitrógeno [44] .
Según las estimaciones del Global Wind Energy Council, para 2050 la energía eólica mundial reducirá las emisiones anuales de CO 2 en 1.500 millones de toneladas [45] .
Los aerogeneradores extraen parte de la energía cinética de las masas de aire en movimiento, lo que provoca una disminución de su velocidad. Con el uso masivo de molinos de viento (por ejemplo, en Europa ), esta desaceleración teóricamente puede tener un efecto notable en las condiciones climáticas locales (e incluso globales) del área. En particular, una disminución en la velocidad promedio del viento puede hacer que el clima de la región sea un poco más continental debido al hecho de que las masas de aire que se mueven lentamente tienen tiempo para calentarse más en verano y enfriarse en invierno. Asimismo, la extracción de energía del viento puede contribuir a un cambio en el régimen de humedad del territorio adyacente. Sin embargo, los científicos solo están desarrollando investigaciones en esta área; los artículos científicos que analizan estos aspectos no cuantifican el impacto de la energía eólica a gran escala en el clima, pero sugieren que puede no ser tan insignificante como se pensaba anteriormente [46] [47] .
Según el modelo de la Universidad de Stanford , los grandes parques eólicos marinos pueden amortiguar significativamente los huracanes, reduciendo el daño económico de su impacto [48] .
Los aerogeneradores producen dos tipos de ruido :
Actualmente, al determinar el nivel de ruido de las turbinas eólicas, solo se utilizan métodos de cálculo. El método de medidas directas del nivel de ruido no proporciona información sobre el nivel de ruido de un aerogenerador, ya que actualmente es imposible separar de forma efectiva el ruido de un aerogenerador del ruido del viento.
| fuente de ruido | Nivel de ruido, dB |
|---|---|
| Umbral de dolor de la audición humana | 120 |
| Ruido de turbinas de motores a reacción a una distancia de 250 m | 105 |
| Ruido de un martillo neumático a 7 m | 95 |
| Ruido de un camión a una velocidad de 48 km/h a una distancia de 100 m | sesenta y cinco |
| Ruido de fondo en la oficina | 60 |
| Ruido de un turismo a una velocidad de 64 km/h | 55 |
| Ruido aerogenerador a 350 m | 35-45 |
| Fondo de ruido por la noche en el pueblo | 20-40 |
En las inmediaciones de la turbina eólica cerca del eje de la rueda eólica, el nivel de ruido de una turbina eólica suficientemente grande puede superar los 100 dB.
Un ejemplo de tales errores de cálculo de diseño es el generador de viento Grovian . Debido al alto nivel de ruido, la instalación funcionó durante unas 100 horas y fue desmantelada.
Las leyes del Reino Unido , Alemania , los Países Bajos y Dinamarca limitan el nivel de ruido de un parque eólico en funcionamiento a 45 dB durante el día y 35 dB durante la noche. La distancia mínima de la instalación a edificios residenciales es de 300 m.
Las vibraciones de baja frecuencia transmitidas a través del suelo provocan un ruido perceptible en los cristales de las casas situadas a una distancia de hasta 60 m de las turbinas eólicas de megavatios [49] .
Como regla general, los edificios residenciales se ubican a una distancia de al menos 300 m de las turbinas eólicas. A tal distancia, la contribución de la turbina eólica a las oscilaciones infrasónicas ya no se puede distinguir de las oscilaciones de fondo.
Durante el funcionamiento de las turbinas eólicas en invierno, con una alta humedad del aire, es posible que se acumule hielo en las palas. Al poner en marcha una turbina eólica, el hielo puede volar a una distancia considerable. Como regla general, las señales de advertencia se instalan a una distancia de 150 m de la turbina eólica [50] en el territorio donde es posible la formación de hielo en las palas .
Además, en el caso de una ligera formación de hielo en las palas, se observaron casos de mejora de las características aerodinámicas del perfil.
El impacto visual de los aerogeneradores es un factor subjetivo. Para mejorar la apariencia estética de las turbinas eólicas, muchas grandes empresas emplean a diseñadores profesionales. Los arquitectos paisajistas participan en la justificación visual de nuevos proyectos.
En una revisión de la firma danesa AKF, el coste del ruido y el impacto visual de los aerogeneradores se estima en menos de 0,0012 euros por 1 kWh. La revisión se basó en entrevistas con 342 personas que viven en las inmediaciones de los parques eólicos. Se preguntó a los residentes cuánto pagarían para deshacerse del vecindario con turbinas eólicas.
Las turbinas ocupan solo el 1% de toda la superficie del parque eólico . En el 99% del área de la finca, es posible dedicarse a la agricultura u otras actividades [51] , que es lo que sucede en países tan densamente poblados como Dinamarca , los Países Bajos , Alemania . La base del aerogenerador, que tiene unos 10 m de diámetro, suele estar completamente bajo tierra, lo que permite que el uso agrícola de la tierra se expanda casi hasta la base misma de la torre. La tierra se alquila, lo que permite a los agricultores obtener ingresos adicionales. En los EE. UU., el costo de alquilar un terreno con una turbina es de $ 3000-5000 por año.
Tabla: Necesidad específica de superficie de terreno para la producción de 1 millón de kWh de electricidad
| Fuente de energía | Indicador específico de superficie de terreno requerida para la producción de 1 millón de kWh en 30 años (m²) |
|---|---|
| fuente geotérmica | 404 |
| Viento | 800-1335 |
| Celda fotovoltaica | 364 |
| elemento de calentamiento solar | 3561 |
| Carbón | 3642 |
| Causas de muerte de las aves. | Número de aves muertas (por 10.000) |
|---|---|
| casas / ventanas | 5500 |
| gatos | 1000 |
| Otras razones | 1000 |
| líneas eléctricas | 800 |
| Mecanismos | 700 |
| pesticidas | 700 |
| torres de televisión | 250 |
| turbinas de viento | Menos que 1 |
Tabla: Daño a animales y pájaros. Datos de AWEA [52] .
Las poblaciones de murciélagos que viven cerca de los parques eólicos son mucho más vulnerables que las poblaciones de aves. Se forma una zona de baja presión cerca de los extremos de las palas de los aerogeneradores, y un mamífero que ha caído en ella recibe barotrauma . Más del 90% de los murciélagos que se encuentran cerca de los molinos de viento muestran signos de hemorragia interna. Según los científicos, las aves tienen una estructura diferente de los pulmones y, por lo tanto, son menos susceptibles a los cambios bruscos de presión y solo sufren una colisión directa con las aspas de los molinos de viento [53] .
A diferencia de las centrales térmicas tradicionales , los parques eólicos no utilizan agua, lo que puede reducir significativamente la presión sobre los recursos hídricos .
Los aerogeneradores se pueden dividir en tres clases: pequeños, medianos y grandes. Los aerogeneradores pequeños son capaces de generar 50-60 kW de potencia y usan rotores con un diámetro de 1 a 15 m. Se utilizan principalmente en áreas remotas donde hay necesidad de electricidad.
La mayoría de las turbinas eólicas son turbinas de tamaño mediano. Utilizan rotores con un diámetro de 15-60 my tienen una potencia entre 50-1500 kW. La mayoría de las turbinas comerciales generan potencia entre 500kW y 1500kW.
Las grandes turbinas eólicas tienen rotores que miden entre 60 y 100 m de diámetro y son capaces de generar entre 2 y 3 MW de potencia. En la práctica, se ha demostrado que estas turbinas son menos económicas y menos fiables que las medias. Los grandes aerogeneradores producen hasta 1,8 MW y pueden tener más de 40 m de sumidero, 80 m de torres.
Algunas turbinas pueden producir 5 MW, aunque esto requiere velocidades del viento de alrededor de 5,5 m/s o 20 km/h. Pocas áreas en la Tierra tienen estas velocidades de viento, pero se pueden encontrar vientos más fuertes en altitudes más altas y en regiones oceánicas.
La energía eólica es una energía limpia y renovable, pero es intermitente, con variaciones a lo largo del día y la estación, e incluso de un año a otro. Las turbinas eólicas operan alrededor del 60% por año en regiones ventosas. A modo de comparación, las plantas de carbón operan a alrededor del 75-85% de su capacidad total.
La mayoría de las turbinas producen energía más del 25% del tiempo, este porcentaje aumenta en invierno cuando hay vientos más fuertes.
En los casos en que las turbinas eólicas están conectadas a grandes redes eléctricas, la naturaleza intermitente de la energía eólica no afecta a los consumidores. Los días sin viento se compensan con otras fuentes de energía, como las centrales eléctricas de carbón o las centrales hidroeléctricas que están conectadas a la red.
Las personas que viven en áreas remotas y usan electricidad de turbinas eólicas a menudo usan baterías o generadores de respaldo para proporcionar energía durante los períodos sin viento.
La mayoría de las turbinas eólicas comerciales están fuera de servicio (para mantenimiento o reparación) menos del 3 % del tiempo, siendo tan seguras como las centrales eléctricas convencionales.
Las turbinas eólicas se consideran duraderas. Muchas turbinas han estado generando energía desde principios de la década de 1980. Muchos molinos de parques eólicos estadounidenses han estado en uso durante generaciones.
Las estructuras metálicas del aerogenerador, especialmente los elementos de las palas, pueden causar importantes interferencias en la recepción de la señal de radio [54] . Cuanto más grande es la turbina eólica, más interferencia puede crear. En algunos casos, para solucionar el problema, es necesario instalar repetidores adicionales .
| Energía | |||||||||||||||||||||||||||
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Industria del combustible : combustible |
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Energía prometedora : |
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