La demanda de energía eléctrica se irá incrementando con los años debido al crecimiento de la población a nivel mundial. Por eso, constantemente se realizan estudios para innovar los mecanismos de generación de energía que transforman la fuerza o potencia del agua, de los rayos solares, del calor de la tierra, de la combustión de hidrocarburos y hasta de la velocidad de los vientos, en miles de watts que requieren las ciudades. Es esta última la que actualmente viene siendo aprovechada a través del empleo de aerogeneradores eólicos. Pero la novedad, en este caso, no es incrementar la potencia con la instalación de más torres ancladas a tierra o en las costas marinas, sino dirigir estos aerogeneradores sobre las olas del mar o expulsarlos al aire libre como si fueran cometas.
La generación de energía eólica y la construcción de grandes parques eólicos no es algo nuevo. Esta crece de forma constante a partir del siglo XXI, en algunos países más que otros, especialmente en Europa y América del Norte. Esta energía es utilizada mediante el uso de máquinas capaces de transformar la energía eólica (de vientos) en energía mecánica de rotación utilizable, ya sea para accionar directamente máquinas operarias como para la producción y suministro de energía eléctrica. En este último caso, el sistema de conversión, (que comprende un generador eléctrico con sus sistemas de control y de conexión a la red) es conocido como aerogenerador.
¿Cómo funciona? La fuerza del viento mueve la hélice del aerogenerador y mediante un sistema mecánico hace girar el rotor del generador interno, que es normalmente un alternador que produce energía y nutre una red subterránea de media tensión que está conectada a una subestación colectora para posteriormente alimentar con electricidad a la red general del pueblo, ciudad o país donde se encuentre instalada.
La industria de la energía eólica en tiempos modernos comenzó en 1979 con la producción en serie de turbinas de viento por los fabricantes Kuriant, Vestas, Nordtank, y Bonus. Aquellas turbinas eran pequeñas para los estándares actuales, con capacidades de 20 a 30 kW cada una. Desde entonces, la talla de las turbinas ha crecido enormemente y la producción se ha expandido a muchos sitios.
Actualmente, estos aerogeneradores pueden tener entre 35 m y 138 m con espacios entre las puntas de sus aspas de hasta 126 m como en el caso del E-126, el más grande del mundo, desarrollado por la compañía Enercon con una capacidad de 20,000 kW/h por año, suficiente para alimentar a unos 5,000 hogares.
Sin embargo, a esta tendencia por la creación de parques eólicos sobre superficie, que requieren grandes movimientos de tierra, recientemente se han sumado dos nuevas alternativas para la generación de energía eléctrica con la utilización de la fuerza del viento: Windfloat y Airborne Wind Turbine, que además han sido premiadas por su eficiencia.
WINDFLOAT. WindFloat, desarrollada por la empresa Marine Innovation and Technology, es una alternativa que consiste en instalar los aerogeneradores o turbinas eólicas en el mar, pero no ancladas directamente en su fondo, como es el caso actual, sino manteniéndolas a flote con un sistema de ingeniería de última evolución.
Windfloat es la primera turbina eólica flotante del mundo. Es un trabajo compartido de la empresa estadounidense Principle Power y Energías de Portugal. Desde su instalación a 5 km de la costa de Aguçadoura, en el norte del país europeo, Windfloat ya produce 1.7 GW de energía por hora.
De esta manera, dice Marine Innovation and Technology, se lograría un importante avance en una de las áreas con mayores posibilidades para agilizar el desarrollo de la energía eólica, teniendo en cuenta que en aguas profundas es posible lograr una mayor producción energética que con las turbinas ubicadas en cercanías de las costas.
«Hasta el momento, el desarrollo de la energía eólica marina se ha centrado mayormente en el diseño de infraestructuras ubicadas cerca de las costas, donde las turbinas pueden anclarse directamente en el fondo del mar. Esto significa que los más de 2,000 megavatios producidos en Europa mediante energía eólica marina se obtienen a través de turbinas ubicadas a alrededor de 50 metros de las costas. Si con turbinas ubicadas en cercanías de las costas se obtienen rendimientos energéticos consistentes y se logran aprovechar fuertes vientos, al desarrollar infraestructuras en alta mar esas condiciones pueden mejorar aún más. Para aprovechar el viento que sopla sobre las aguas más profundas, la última tendencia es diseñar turbinas eólicas flotantes, que evitan la necesidad de insertar estas estructuras en el fondo marino.», afirma.
VENTAJAS Y DISEÑO. Existen tres ventajas principales para la instalación de WindFloat: primero, su estabilidad estática y dinámica proporciona el funcionamiento de diapasón suficientemente bajo que permite el empleo de turbinas de viento comerciales en el exterior; segundo, su diseño y tamaño permiten su montaje en la orilla; el tercero, su estructura permite el desplazamiento a zonas marinas con una profundidad mayor a 50 m y su movilización (totalmente montado y puesto en marcha) usando simples buques de remolque, lo que reduce notablemente sus costos.
Entre las características de su diseño se resalta que WindFloat consta de tres columnas unidas por un triángulo de placas. Estas columnas que se sumergirán en el mar están desarrolladas con placas de entrampamiento de aguas en la base de cada una. En una de las columnas se sitúa la torre de la turbina que contiene un poco de agua de lastre. Las otras dos columnas contienen más agua de lastre, suficiente para fijar las aproximadamente 400 a 800 toneladas que pesa la turbina.
Además, WindFloat destaca por su estabilidad dado que al medio de cada columna se colocan placas planas que logran un mejor equilibrio. A ello se suma que el recorte del casco del circuito cerrado mitiga el impulso de fuerzas del viento. Este sistema secundario asegura la eficacia de conversión de energía óptima después de cambios de la velocidad de viento y la dirección.
La plataforma flotante que integra a las nuevas turbinas eólicas está diseñada para soportar los rigores de un clima tormentoso continuado «durante cien años», según explican los responsables de la empresa. La firma Principle Power ha adquirido esta tecnología y en colaboración con Energías de Portugal, ha construido el primer WindFloat en el mundo.
Esta novedosa propuesta le valió a Principle Power la obtención del premio Technology Innovation of the Year (Innovación Tecnológica del Año).
INSTALACIÓN E INICIO DE OPERACIONES. Portugal fue el país elegido para utilizar por primera vez este tipo de tecnología. El éxito de la instalación e inicio de operaciones de WindFloat en noviembre pasado es el resultado del trabajo duro y previsión de la joint venture WindPlus, compuesto por Energías de Portugal (EDP), Repsol, Principle Power, ASM, Vestas Wind Systems A/S y InovCapital incluyendo un subsidio del Fondo de Apoyo a la Innovación (Fundo de Apoio à Inovação – FAI). Adicionalmente, más de 60 proveedores europeos, 40 de ellas portuguesas, aportó componentes principales al proyecto.
El WindFloat en tierras lusas está equipado con un aerogenerador Vestas v80 2.0 MW, turbina capaz de producir suficiente electricidad para 1,300 hogares. Tiene una altura de 54 m y un peso de 1,200 toneladas. Su costo fue de US$ 25.3 millones.
El sistema fue unido a la red eléctrica portuguesa por un cable submarino originalmente instalado para los Convertidores de Energía de Olas Pelamis (energía olamotriz) en setiembre del 2008 en la primera prueba mundial de energía de olas. El complicado medio ambiente del océano y las fuertes olas finalizaron esta prueba con fallas. Sin embargo, Windfloat sí pudo resistir el agreste clima invernal del océano Atlántico y las olas de 15 m de altura.
Desde su instalación a 5 km de la costa de Aguçadoura, en el Norte del país, Windfloat ya produce 1.7 GW de energía por hora. Sin embargo, su capacidad de 2 MW está bajo la media de turbinas ultramar en Europa, cuya media es de 3.6 MW al final del 2011, según datos de la Asociación Europea de Energía Eólica.
«Nosotros proyectamos comercializarlo con grandes turbinas porque el costo por megawatt se reduce. Ir de 2 a 5 megawatts, incrementa el poder dos veces y media, y solo hay que crecer el tamaño del soporte en 20 o 30 por ciento», señaló el jefe de Desarrollo de Negocios de Principle Power, Garrid Andrés.
Mientras tanto, el director de Proyectos de EDP, Pedro Valverde, comentó que en los próximos años, iniciarán con la fase comercial para conseguir el retorno de la inversión y mencionó que existen planes para crear subestaciones en medio del océano. De la misma forma el grupo WindPlus busca que la Unión Europea financie cinco proyectos similares alrededor de la costa portuguesa porque el Winfloat colabora con la reducción de emisiones de carbono, objetivo señalado al 2020.
Por lo pronto, el proyecto Windfloat ya captó interés en otros países europeos, Japón y Estados Unidos.
AIRBORNE WIND TURBINE. Otra gran alternativa eólica, es la desarrollada por los ingenieros de la empresa estadounidense Altaeros Energies, quienes han presentado un novedoso producto llamado Airborne Wind Turbine, una turbina eólica flotante que es la fusión entre un molino de viento tradicional y un dirigible, que lo hizo merecedor del premio ConocoPhillips Energy en el 2011.
La empresa estadounidense Altaeros Energies presentó este novedoso producto llamado Airborne Wind Turbine, una turbina eólica flotante que es un cruce entre un molino de viento tradicional y un dirigible. Por este producto, la compañía se hizo merecedor del premio ConocoPhillips Energy en el 2011.
El concepto de un aerogenerador volante no es nuevo. Data desde el año de 1833 con la visión de John Etzler, un alemán-americano, aficionado a la «tecnología», quien imaginaba capturar la energía eólica de altura con el uso de cometas. Actualmente a este tipo de turbina se le denomina aerogenerador eólico de alta altitud, y se basa en el diseño de una turbina que se apoya en el aire sin una torre.
Actualmente, hay varios proyectos con esta visión aérea. Bryan Roberts, profesor de ingeniería en la Universidad Tecnologíca de Sydney, Australia, colabora con la empresa Sky Wind Power, en la construcción de una aeronave en forma de helicóptero con cuatro rotores que vuela por sus propios medios a 4,600 m de altitud y se queda allí, sostenido por alas y con un cable de anclaje al suelo. Según sus diseñadores, mientras que parte de la energía se pierde en el ascenso, los potentes vientos le permiten generar energía eléctrica constante. En tanto, el ex astronauta y físico, Wubbo Ockelsen, en colaboración con la Universidad Técnica de Delft ha diseñado una turbina de viento a la que llama «Laddermill». Consiste en un conjunto de cinco cometas denominado «la escalera». Las cometas al elevarse van sujetas en un extremo a un cable de amarre a un generador eléctrico. Otro ejemplo, es el desarrollado por la Makani Airborne, que es una turbina eólica en una especie de ala delta que genera energía al volar en círculos donde el viento es más fuerte. Así como estás hay infinidad de ejemplos, sin embargo, fue la tecnología del Airborne Wind Turbine lo que le ha valido un reciente premio de reconocimiento por su eficiencia energética.
CONSTRUCCION Y DISEÑO. La tecnología del Airborne Wind Turbine es simple. Utiliza un equipo estándar de 2.5 KW y una turbina de tres palas fusionada con inflables tipo dirigibles que llevan sistemas de radar. Este equipo captura el viento a más de 1,000 m aprovechando la fuerza del aerostato que funciona a modo de cobertura y que puede permanecer en el aire durante largos periodos de tiempo y resistir vientos huracanados.
Su funcionamiento es también sencillo. Un inflable, lleno de helio, lo levanta del suelo a grandes alturas, donde los vientos son más fuertes que a nivel del suelo. Las turbinas de aire se mantienen equilibradas por unos anclajes situados sobre el terreno. Desde lo alto envía la electricidad generada por la turbina a una batería que la vuelca a la red.
A principios del 2018, la compañía Altaeros, fundada en el 2010 por el estudiante del Massachusetts Institute of Technology (MIT) y de la Universidad de Harvard, Ben Glass, completó las pruebas de su prototipo en Limestone, Maine. En el invierno de este año, el Airborne flotó un poco más de 100 m del suelo, generando el doble de energía a gran altitud que una típica torre eólica.
Existen, además, diversas alternativas para capturar la energía eólica en el espacio sin necesidad de una torre. Actualmente, se siguen probando propuestas como la de Makani Airborne, Sky Wind Power o el Laddermill.
PROYECCIONES. Altaeros tiene como proyecto desarrollar estas unidades en zonas remotas y militares donde las fuentes de energía son el gas y otros hidrocarburos. Esto permitiría reducir el costo total de la energía usada en esas zonas a casi a la mitad, debido a que es una energía que no implica explotación y es totalmente sostenible.
Por otro lado, los organismos reguladores en Estados Unidos están comenzando a reconocer la existencia de esta nueva tecnología. Incluso la Administración Federal de Aviación (FAA) informó sobre un proyecto de directrices que permitan la nueva clase de sistemas eólicos en el aire al estar situados en la normativa vigente.
Para Adam Rein, co-fundador de Altaeros, «el diseño del Airborne Wind turbina puede superar algunos de los retos de las tradicionales turbinas eólicas, reduciendo el impacto en las aves y el medio ambiente».
