Fundamentos de la Energía Eólica: Viento, Aerogeneradores e Infraestructura

Principios Físicos Fundamentales

Ecuación de Continuidad

La ecuación de continuidad se basa en el principio de conservación de la masa de un fluido. Al pasar a través de dos secciones (A₁ y A₂) de un conducto o tubería, esta ley establece que la masa que entra por la primera sección es igual a la masa que sale por la segunda.

Diferencia entre Presión Relativa y Absoluta

La principal diferencia radica en su punto de referencia:

• La presión absoluta es la suma de la presión atmosférica y la presión manométrica (la presión medida por un manómetro).
• La presión relativa (o manométrica) es la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica.

Nota: La presión atmosférica, que se mide con un barómetro, disminuye a medida que aumenta la altura.

Factores que Influyen en el Viento

Causas Orográficas que Determinan su Dirección

Ciertos factores orográficos producen modificaciones en la circulación general del viento en España. Los más destacados son:

• Encauzamiento: Ocurre en lugares como el Valle del Ebro y el estrecho de Gibraltar, donde el terreno canaliza el flujo del viento.
• Efecto esquina: Se observa en el noroeste de España (Galicia) y en el sur de Portugal (cabo de San Vicente), donde la geografía provoca una aceleración del viento.

Variación del Viento con la Altura

La velocidad del viento no se mantiene constante con la altura debido a la influencia del rozamiento con la superficie terrestre. A medida que nos acercamos al suelo, el viento es frenado por este efecto de fricción, resultando en velocidades menores en las capas más bajas de la atmósfera.

Variabilidad de la Velocidad del Viento

La velocidad del viento está en constante movimiento, lo que provoca que su contenido energético varíe continuamente.

La Rosa de los Vientos

La rosa de los vientos es una herramienta gráfica muy valiosa para presentar la información medida sobre el viento. Se utiliza para representar visualmente los datos de la velocidad del viento en cada dirección del espacio.

Tecnología y Aplicaciones de la Energía Eólica

Aerogeneradores Tipo Darrieus: Características

Este tipo de aerogenerador de eje vertical presenta las siguientes características:

• Proporcionan una mayor eficiencia al tener menos pérdidas por fricción.
• Son incapaces de arrancar por sí solos, ya que su par de arranque es nulo independientemente de la velocidad del viento. Por ello, necesitan un dispositivo auxiliar para iniciar el movimiento.

Coeficiente de Potencia (Cp)

El coeficiente de potencia indica con qué eficiencia un aerogenerador convierte la energía cinética del viento en energía eléctrica.

Horas Anuales Equivalentes

Las horas anuales equivalentes representan el número de horas al año que un aerogenerador necesitaría funcionar a su potencia nominal para producir la misma cantidad de energía que ha generado realmente en un año. Este valor depende del tiempo de funcionamiento real y de la potencia nominal de la turbina, y es un indicador clave para medir la producción eléctrica.

Producción de Electricidad en Instalaciones Aisladas

La energía eólica se utiliza para suministrar electricidad en viviendas no conectadas a las redes eléctricas convencionales. Esta solución es especialmente recomendable para localizaciones situadas en zonas alejadas de los centros de población, donde la conexión a la red es inviable o muy costosa.

Instalaciones Eólicas Marinas (Offshore)

Ventajas

• Elevado potencial eólico: El mar ofrece superficies inmensas con velocidades de viento altas y constantes.
• Menor impacto ambiental y visual: Al estar alejados de la costa, su impacto en el paisaje y en las comunidades es reducido.
• Ubicación próxima a centros de consumo: Muchos grandes centros urbanos se encuentran en zonas costeras.
• Sin limitaciones de transporte: Los grandes componentes pueden transportarse por mar más fácilmente.

Desventajas

• Complejidad tecnológica: Las estructuras deben soportar condiciones marinas adversas, lo que aumenta la complejidad y el coste.

Infraestructura y Aspectos Ambientales

Infraestructura Eléctrica de un Parque Eólico

La infraestructura eléctrica de un parque eólico está formada por todos los dispositivos eléctricos, desde los propios aerogeneradores hasta la línea de salida en alta tensión. El flujo de energía sigue varias etapas:

1. Generación: Se produce en el parque eólico, incluyendo todos los elementos y circuitos del aerogenerador.
2. Centro de seccionamiento: Agrupa la energía a través de líneas subterráneas de Media Tensión (MT).
3. Subestación de generación: Eleva la tensión de Media Tensión (MT) a Alta Tensión (AT).
4. Transformación y transporte: La energía se transporta a través de líneas de Alta Tensión (AT).
5. Subestación de distribución: Reduce la tensión de Alta Tensión (AT) a Media Tensión (MT) para su distribución.
6. Distribución: La energía se distribuye a través de líneas de Media Tensión (MT).
7. Centros de transformación MT/BT: Se reduce la tensión de Media Tensión (MT) a Baja Tensión (BT) cerca de los puntos de consumo.
8. Uso final de la energía: La electricidad llega a los consumidores para su uso doméstico, industrial y agrícola.

Impacto Ambiental de las Centrales Eólicas

La instalación de centrales eólicas puede generar diversos impactos en el entorno:

• Impacto visual: Alteración del paisaje por la presencia de los aerogeneradores.
• Impacto sobre las aves: Riesgo de colisión para las aves y alteración de sus rutas migratorias.
• Impacto sobre la flora y la fauna: Afectación del hábitat durante la construcción y operación.
• Efecto sonoro: Ruido generado por el movimiento de las palas.
• Impacto por erosión: Movimientos de tierras necesarios para la cimentación y los accesos.
• Interferencias electromagnéticas: Pueden afectar a las señales de telecomunicaciones, radar y televisión.