energia eolica

La energía eólica es un recurso abundante, renovable y limpio. El origen es la energía solar, que si se absorbe en la atmósfera produce turbulencias de aire (entre el 1 y 2% de la radiación se convierte en viento) y si lo absorbe en el mar se convierte en evaporación. Los generadores eólicos pueden instalarse en lugares aislados como zonas desérticas, costeras, en laderas áridas y muy empinadas. Incluyendo las vías de acceso un parque eólico ocupa el 1% de la superficie total cubierta por el proyecto. Pueden convivir con otros usos del suelo (agricultura y ganadería); su instalación es rápida; puede trabajar en conjunto con centrales hidroeléctricas; se pueden construir parques eólicos en el mar (offshore), aprovechando vientos más fuertes, constantes y con menor impacto social. Entre las objeciones ambientales se mencionan: la destrucción de bienes naturales durante la construcción; el efecto sobre el paisaje de los grandes aerogeneradores (impacto visual); la sombra de las astas moviéndose cuando el sol está detrás (efecto discoteca); posible interferencia con aeronaves pequeñas y los radares de vigilancia aérea; peligros para la población de aves y murciélagos; cambios en el clima en la superficie; y percepción de ruido de baja frecuencia que produce estrés. Otro problema reportado de la zona de turbulencias es el efecto sobre aviones livianos que puede llegar a 1,5 km de distancia desde la posición del aerogenerador. Esta turbulencia también afecta a la distribución de torres dentro de un parque eólico. <<< >>> México se comprometió a una reconversión eléctrica y está realizando grandes proyectos de energía eólica, que no están libres de críticas. Por ejemplo, un médico tribal zapoteca (Oaxaca) se opone a los parques eólicos porque “ponen en peligro las plantas medicionales que son esenciales en los trabajos de sanación tradicional”. En general, los pueblos indígenas del sur de México protestan por el cierre de caminos y las amenazas de las empresas eléctricas; la falta de consultas previas y violación a los tratados nacionales e internacionales; la competencia por el uso de la tierra y la ausencia de puestos de trabajo para la comunidad. México planea tener 15 GW de potencia eólica para el 2020, partiendo de 2,5 GW en el 2013 (31 parques y 1.600 turbinas) y la mayoría localizada en una estrecha franja de territorio indígena.
(1). La energía eólica es intermitente. La intermitencia se debe a los cambios de velocidad y dirección del viento. El viento es una masa de aire que se desplaza desde la zona de alta presión atmosférica hacia la baja presión y la velocidad es proporcional a la diferencia de presión. La causa de tener zonas de alta y baja presión es el calentamiento no uniforme de la superficie terrestre. De día, el aire sobre las masas de agua se mantiene frío, y en la superficie de tierra se calienta absorbiendo la radiación solar. El aire se expande, se hace más liviano y se eleva. El aire más frío y pesado se mueve desde los espejos de agua para ocupar el lugar dejado por el aire caliente, con lo que se genera el viento. <<< >>> Los generadores alimentados con combustibles fósiles se mantienen funcionando para llenar el bache en caso de corte de energía repentino en las fuentes renovables. Esto significa que la energía “verde” sigue necesitando de emisiones de carbono. <<< >>> Al igual que los aviones, los aerogeneradores lidian con la falta de aire los días calurosos de verano. El aire es menos denso y crea menos elevación de las aspas. Es incierto estimar una pérdida de generación de energía por el cambio climático, aunque se estimó en el 14%. <<< >>> Los parques eólicos se distribuyen irregularmente en toda Europa. En el Mar del Norte, la generación eólica es irregular porque ocupan condiciones climáticas similares. Si un sistema estable de alta presión sin vientos se instala en el Mar del Norte (invierno 2016-17), la generación eólica a escala europea disminuye drásticamente. <<< >>>
(2). Los aerogeneradores se desconectan de la red. Sin almacenamiento la energía renovable debe ser consumida de inmediato a riesgo de generar el colapso de la red eléctrica. Los aerogeneradores producen huecos de tensión porque se desconectan para evitar daños con umbrales de velocidad mínima y máxima. Para arrancar, el aerogenerador necesita una velocidad de viento mínima (3-4 m/s o 10-14 km/h) y no debe superar los (25 m/s o 90 km/h). La ley de Betz (1919) indica que la potencia máxima que puede ser extraída del viento (independiente del diseño de la turbina) es del 59,3%. El valor deriva de los principios de conservación de la masa y la velocidad del aire que fluye en un disco ideal que extrae energía del viento. Las turbinas reales logran 75-80% de este límite. La máxima eficiencia (50%) se obtiene al enfrentar el aire en forma uniforme en toda la superficie del aspa. Si el viento aumenta se desconecta de la red o se cambia la inclinación de las aspas. En los pequeños se utilizan frenos que pueden ser mecánicos (cambiando la orientación de la “cola”) o energéticos (colocando una resistencia eléctrica al sistema). <<< >>>
(3). Los aerogeneradores reaccionan a las turbulencias. El rotor de 3 aspas mostró ser más estable que el de 2 y 4 aspas. El 90% de las turbinas eólicas tienen 3 cuchillas porque, ante un cambio de viento, minimiza la vibración. Sin embargo, los generadores de 2 aspas son más livianos y económicos, giran más rápido, pero generan más ruido. Un sistema de dos cuchillas está sujeto a una vibración considerable cuando las cuchillas están en posición horizontal, con el desgaste asociado a la turbina. Un diseño con una sola cuchilla sería realmente el más eficiente aerodinámicamente, pero la cuchilla simple se movería muy rápido, produciendo un nivel de ruido objetable, y desgastaría el conjunto más rápidamente. Agregar una cuarta cuchilla aumenta la producción de energía en solo un pequeño porcentaje, y el gasto agregado es comparativamente grande. <<< >>> Dentro de un parque eólico, cada generador produce una turbulencia sobre el resto. Las turbulencias disminuyen la eficiencia y afectan la duración de las máquinas porque produce vibraciones del eje del rotor. La separación entre aerogeneradores debe ser superior a 3-5 diámetros de aspas y los efectos de las turbulencias se hacen sentir hasta 20 km fuera del parque eólico. <<< >>> La Teoría de la Turbulencia trata de explicar la naturaleza estadística de las fluctuaciones de la energía eólica. La potencia del aerogenerador es proporcional al cubo de la velocidad del viento. Se puede pensar en la turbulencia como una bola de aire (remolino) con velocidad fluctuante. Los remolinos de baja frecuencia pueden abarcar cientos de kilómetros, y dentro hay remolinos de alta frecuencia y menor duración, que se prolongan unos pocos kilómetros. Un parque eólico dentro de los mismos remolinos se comporta como si todo el parque fuera una turbina gigante, es decir tiene fluctuaciones grandes. En un primer momento se subestimó el problema de la turbulencia, pensando que la energía sería el promedio, pero no es así. Esto se verificó usando datos de 20 plantas eólicas en Texas y 224 parques eólicos en Irlanda. <<< >>>
(4). La energía eólica tiene una baja huella de carbono. Según el fabricante Enercom, su modelo de 2,3 MW puede producir 100-150 GWh en 20 años de vida útil. Lo que representa 35 veces la energía necesaria para la producción, montaje, operación y desmontaje. Esto compensa el costo energético en 7 meses (5 meses si está colocado en un parque eólico marino). Los costos de inversión de un generador de este tipo son de 1 u$s/W de potencia instalada. <<< >>> En 2015, Dinamarca produjo el 42% de su electricidad desde turbinas de viento (en 2014 fue el 39%). A esa altura, Dinamarca panificó una conversión lenta de la calefacción basada en calderas con bombas de calor que queman combustibles fósiles a calefacción eléctrica. De esta forma el viento reemplazará al petróleo y gas. <<< >>>
(5). El tiempo de vida es largo. En Inglaterra había en el 2014 unas 4.200 turbinas en 531 parques eólicos que generaban 7,5% de la energía eléctrica del país. Pero lo interesante es que las primeras instalaciones tienen 20 años de antigüedad (1995) y trabajaban al 75% de la capacidad original, lo cual es un buen indicador de durabilidad. Un problema poco evaluado es el incendio de los generadores. En el 2014 se estimó que, sobre unas 200.000 turbinas instaladas en todo el planeta, se produjeron 117 incendios. La industria de petróleo y gas tienen muchos más incendios, pero la pérdida de una turbina llega a 3 Mus$. Una vez encendido el fuego es imposible apagarlo por el viento y la altura. Las causas de la ignición son los rayos y fallas mecánicas o eléctricas. Los rayos han obligado a cerrar algunos parques eólicos por los daños. <<< >>>
(6). Los aerogeneradores usan materiales críticos. La energía eólica y los automóviles eléctricos necesita los mejores imanes, pero la ferrita tiene baja densidad energética. Se necesita mucha ferrita para crear un gran campo magnético. Los imanes de ferrita son grandes, toscos y pesados. La metalurgia de materiales consiste en prueba y error, mezclar compuestos prometedores y ver lo que sucede. Por ejemplo, el imán Alnico (años 1930) tenía aluminio, cobalto, níquel y duplicaban la densidad energética de las mejores ferritas. En los años 1970, se usaron lantánido o tierras raras. Por ejemplo, con samario se almacena el doble de energía que con Alnico. Los imanes de neodimio (tierras raras, hierro y boro) en los años 1990, es el imán más potente conocido. Para el 2010 las tierras raras empezaron a escasear. Cada motor de un automóvil eléctrico necesita 2 kg y una turbina eólica de 1 MW necesita 300 kg. Pero para manejar altas temperaturas, los imanes de Neodimio necesitan una aleación con disprosio para mantenerlos estables. Y el disprosio es lo que falta. <<< >>> Una montaña subacuática a casi 500 km de las Islas Canarias (España) es rica en telurio, un elemento químico del grupo de las tierras raras. A 1.000 m de profundidad la corteza exterior de la montaña está recubierta de 5 cm de una roca que contiene 2.670 toneladas de telurio (10% de las reservas mundiales). Pero para alcanzarlo se requiere echar mano a la minería submarina, duramente objetada por los ambientalistas. <<< >>>
(7). Los aerogeneradores hacen ruido. El “Síndrome de la Turbina de Viento” es producido por la interacción del borde del aspa, la turbulencia y la capa límite que genera un ruido que se propaga en forma direccional. El ruido en la base puede no sentirse, pero de frente podría ser perturbador a distancias de hasta 2 km. El ruido es dependiente de la forma de las aspas y la densidad de generadores; esta modulado por la velocidad de giro y es más perceptible durante el silencio en las noches. El ruido es un infrasonido de 16 Hertz que ciertas personas pueden llegar a escuchar. En Falmouth (Massachusetts) se logró que los generadores se detuvieran durante la noche debido a las denuncias de trastornos de sueño. Pero Falmouth es un caso sobre 49 (hasta 2015), donde 48 fueron desestimados a nivel global. La mejora del diseño y la reducción de velocidad atenúan estos problemas. En Finlandia se fijó un nivel de ruido que no debe exceder los 45 dB durante el día y 40 dB en la noche. Estos límites determinan el máximo de energía que puede producir el aerogenerador. <<< >>> Una revisión de 8 estudios con 2.433 participantes encontró cierta evidencia de alteración del sueño por la cercanía a turbinas eólicas. Cuanto mayor sea la exposición, mayor es la tendencia, pero casi la totalidad de los resultados medidos son subjetivos. No hay certezas. Los niveles de ruido pueden depender de las condiciones ambientales (terreno y atmósfera) y también del diseño de la turbina. Las turbinas grandes tienen aspas que giran más lento y hacen menos ruido. Lo importante no es solo predecir el nivel de ruido, sino también la molestia, las causas, y en particular las pulsaciones. La norma IEC61400 internacional regula las turbinas de viento, y varios países tienen directrices nacionales adicionales. <<< >>> Una fuente de ruido de los aerogeneradores es el movimiento de las palas del rotor, otro son las ruedas dentadas que producen vibraciones en la caja de cambios. La eficacia de los sistemas de amortiguación pasivos utilizados hasta ahora es un poco limitado: sólo absorben el ruido en una frecuencia determinada. Como los modernos convertidores adaptan la velocidad de rotación a la del viento la frecuencia del zumbido también varía. <<< >>> Otros dicen que el síndrome de turbina eólica es psicógena: una enfermedad “comunicada” repartidas por grupos de intereses anti-viento que pueden tener intereses con los combustibles fósiles. El proyecto Tremac (Alemania) estudia las vibraciones que se propagan en la atmósfera (acústica) y suelo (ondas sísmicas) producidas por los aerogeneradores. Los elementos que intervienen son: las palas del rotor, el árbol de transmisión, la suspensión, la estructura de la torre, la fundación y el suelo, los terrenos topográficos y las corrientes de aire. Se conectan con cuestiones de medicina ambiental y psicológica, y las quejas subjetivas para relacionarlas con las mediciones objetivas. <<< >>>
(8). Los parques eólicos disturban el clima. Los parques eólicos pueden alterar el clima. La turbulencia creada por las turbinas aspira el aire desde arriba hacia abajo. Se documentó un parque eólico de 200 turbinas entre 2010 y 2013. Se midió la velocidad y dirección del viento, la temperatura, humedad, turbulencia, contenido de gases y precipitaciones. El objetivo fue documentar como la turbulencia afecta a las condiciones a nivel del suelo. El impacto fue medible en varias variables haciendo que las condiciones de crecimiento sean más favorables para el maíz y la soja. Se midió -4 °C de día y +0,5 °C a la noche. El parque enfría de día como un ventilador que sopla sobre una superficie mojada y calienta de noche cuando el suelo pierde calor. La turbulencia suprime la formación de rocío y seca los cultivos, lo que podría combatir mohos y hongos nocivos. También reduce el riesgo de heladas en cultivos sensibles y puede enriquecer el contenido de CO2 lo que podría favorecer el crecimiento de las plantas. Los parques eólicos podrían aumentar las precipitaciones en las regiones áridas o ayudar a enfriar la superficie (una forma de geoingeniería). <<< >>> En el mar, los parques eólicos afectan las temperaturas superficiales y las tasas de evaporación. Quitar energía al viento podría alterar el movimiento del calor y las precipitaciones. Mientras que las velocidades del viento sobre los océanos están aumentando, los vientos de superficie han disminuido en un 15% desde 1979. La mitad de esta desaceleración puede deberse al cambio en el uso del suelo generando una superficie más áspera. <<< >>> Un modelo predijo que los efectos climáticos de la energía eólica podrían notarse desde 2 TW de potencia (en el 2011 era de 0,2 TW) y el máximo extraíble sería de 68 TW. Extraer toda la potencia eólica disponible produciría grandes cambios en la temperatura y la precipitación. Otro modelo basado en mediciones de la velocidad del viento a 100 m de altura indica que hay 1.700 TW de energía eólica. De esta cifra, entre 72 y 170 TW podrían ser extraídos de una manera práctica y con costos competitivos. Se pronostica que en el umbral de 11,5 TW la energía cinética del viento se reduciría en menos del 1%, lo que sería despreciable. En otra estimación se predijo que la energía disponible en las corrientes de chorro (a 10 km de altura y con vientos de 100 km/h) es 100 veces la demanda mundial de energía. Pero al ralentizar los vientos de gran altitud podría reducirse la transferencia de calor entre el ecuador y los polos. Esto haría que el ecuador más cálido y más hielo en los polos. <<< >>>
(9). Los conflictos con las aves. Una consecuencia importante es el daño sobre la población de aves (especialmente en las migratorias o planeadoras) y murciélagos (que los afecta aún sin golpearlos). En el 2012 la Wildlife Society Bulletin, publicó un informe para Estados Unidos con 570.000 aves muertas (83.000 rapaces) y 880.000 murciélagos. Con 51,6 GW instalados en ese momento, la energía eólica mata 11 aves/MW/año. En Canadá un estudio indica 8 muertes anuales de aves por cada aerogenerador (Journal Avian Conservation & Ecology). En Estados Unidos el mismo valor se estimó en 19; en España la Birdlife dijo 100-300; antes se habían calculado en 309 en Alemania y 895 en Suecia. Como siempre hay grandes variaciones de acuerdo con el origen de la investigación, produciendo valores controvertibles. En Wyoming la empresa Duke Energy fue multada con 1 Mus$ en el año 2013. La razón fue la muerte de 14 águilas reales y 149 aves protegidas, sin haber implementado sistemas de protección. Posteriormente, la empresa informó que instaló sistemas de radar para detectar las aves planeadoras y detener las turbinas. Además de los aerogeneradores, en Estados Unidos y Canadá hay 84.000 torres de comunicaciones que cuestan la vida a 7 millones de aves (datos del 2012). El 70% de estas aves son muertas en torres de más de 300 metros de altura, que son solo el 1,6% del total. La verdadera causa son los cables de soporte de las torres que resultan casi invisibles durante las migraciones nocturnas. <<< >>> Para poner esta información en contexto, los datos de muertes de aves por aerogeneradores son bajos comparados con otras causas. En Estados Unidos se estimó entre 400 y 1.000 millones las aves que mueren al año pegando contra artefactos humanos, lo que corresponde del 2 al 10% de las aves en el país. En Canadá (2013) estimaron que los gatos matan 200 millones de aves al año; mientras mueren por atropellos de autos 32 millones de aves y por colisiones con edificios 22 millones. En Brasil se calculó que mueren al año 475 millones de animales atropellados en las rutas. El 90% son animales pequeños (aves, roedores, anfibios), pero el 1% son mamíferos grandes (carpinchos, zorros, felinos), lo que significa 5 millones de casos. Una aplicación de celular permite enviar una foto y registrar con el GPS la posición de cada evento. En Esteros de Iberá (Corrientes), un centenar de carpinchos mueren al año atropellados en la ruta de acceso que es de tierra. El carácter confiado del carpincho lo convierte en una víctima fácil. <<< >>> Un estudio determinó que los parques eólicos en Estados Unidos matan unas 46.000 aves, pero medido por unidad de energía las centrales nucleares matan a más del doble y las plantas de combustibles fósiles matan más de 30 veces (24 millones de aves). La explosión de la estación petrolera de BP en 2010 en el Golfo de México mató más de 600.000 aves. <<< >>>
(10). Los conflictos con los murciélagos. En los murciélagos la diferencia de presión en los extremos de las aspas produce que se dilaten los pulmones y revienten los vasos sanguíneos (equivalente a los buceadores de profundidad cuando salen a la superficie). Es un problema que no deja marcas y recién se descubrió en el 2008. La preocupación por aves y murciélagos no es solo por la vida silvestre, es también un daño económico. Los murciélagos son eficientes insecticidas naturales que consumen 3.000 insectos por noche. Como una turbina eólica puede matar en promedio 25 murciélagos por año, es como aumentar en 17 millones la población de insectos. Se trata de un costo cruzado con la agricultura que deberá utilizar insecticidas. Este conflicto es un dilema “verde-vs-verde”. <<< >>> En Alemania se encontró que muchos murciélagos muertos son migratorios y existe una responsabilidad directa del país en proteger a los animales migratorios. Se sabe el origen de los murciélagos por la “huella geográfica” dada por la proporción de hidrógeno-deuterio en el pelo y piel. Los aerogeneradores alemanes matan más de 200.000 murciélagos al año y tienen una tasa de reproducción baja (1 o 2 crías al año) por lo que el efecto sobre la población puede ser muy importante. Una de las soluciones es aprovechar que los murciélagos no aceptan el viento por encima de 6-8 m/s y están más activos de noche. Los aerogeneradores deben apagarse en estas condiciones. <<< >>> Un estudio analizó la procedencia de 4 especies de murciélagos muertos en aerogeneradores en Alemania. Analizaron la proporción de isótopos estables de hidrógeno en la queratina de la piel. Hay 2 isótopos estables que difieren en masa y cuya proporción varía de norte a sur. El isótopo más ligero es más frecuente en el agua de la atmósfera en el norte. Los isótopos se incorporan en la piel en su hábitat de reproducción. La huella isotópica permite identificar el lugar aproximado de proveniencia. Por ejemplo, los murciélagos (Nathusius pipistrelos) provienen de los países del Báltico, Bielorrusia y Rusia. El desarrollo a gran escala de parques eólicos en Alemania puede afectar los ecosistemas remotos. Se registra un incremento de muertes en las turbinas porque los parques se establecen cerca de zonas boscosas, donde la gente está menos molesta pero donde los murciélagos forrajeando por encima de los árboles llegan a las aspas. <<< >>> También en Alemania se encontró que las turbinas de viento atraen los murciélagos nocturnos hembras durante el verano. El 70% de los murciélagos muertos son una especie migradora y nocturna. El campo de estudio fue una tierra cultivada con varios parques eólicos. En los primeros días del verano, las hembras parecen obsesionadas con los parques eólicos. Una explicación supone que, al formar hogares en los árboles al inicio del verano, las hembras buscan nuevas viviendas y zonas de caza. Podrían confundir el parque eólico con grandes árboles muertos, ideal como hogares. Las hembras volaron más tiempo y expandieron sus territorios de caza en un área más grande que los machos. En promedio, las hembras pasaron 1,5 horas en el aire y cubrieron casi 30 km durante su cacería, en tanto los machos ocuparon 1 hora y 15 km. Tanto machos como hembras son objeto de caza cerca de estructuras lineales (setos o senderos). Los futuros parques eólicos deben excluir ciertos entornos como prados y pastizales, áreas cultivadas con cultivos orgánicos y las zonas cercanas a los ríos, lagos o zonas con elementos del paisaje lineales. Los dispositivos detectores de murciélagos (detectan las señales de ecolocalización) pueden indicar el uso del área como zona de caza. Los murciélagos no vuelan por debajo de 10 °C y con velocidad del viento mayor a 8 m/s. Operar las turbinas por encima de 8 m/s reducirá solo el 1% la energía generada y salvaría a los murciélagos. Son los únicos mamíferos capaces de un verdadero vuelo activo, y viven de insectos por lo que son un proveedor de servicios de los ecosistemas. <<< >>>
(11). Los conflictos con la vida marina. El proyecto Trident (energía eólica en el océano de California) tiene un problema en el impacto ambiental sobre la ruta de migración para varias especies de ballenas. Estas estructuras se plantean como plataformas flotantes con riendas al fondo marino. Los mamíferos marinos tienen muy buena detección de sonar así que deberían eludir las líneas de anclaje. Se dice que no hay incidentes conocidos de mamíferos marinos enredados en las líneas de amarre de las plataformas de perforación de petróleo en alta mar. Para otros estas líneas pueden formar un riesgo por el entrelazamiento. <<< >>> El ruido producido durante la conducción de las bases en el lecho marino para instalar turbinas eólicas es potencialmente perjudicial para las especies marinas (focas, delfines y ballenas). Las actividades de construcción pueden causar lesiones o muerte traumática. Las alteraciones pueden dar lugar a perder zonas de alimentación causando mayor competencia en otras áreas. También podría tener un impacto en las tasas de reproducción o supervivencia. <<< >>> Como beneficio, en Dinamarca se reportó un aumento de la fauna marina en el entorno de los parques eólicos en el Mar del Norte. Se debe a la protección del área que impide la pesca y a uso de rocas para contener el oleaje (arrecifes artificiales) que ofrece protección a la vida. <<< >>>
En Suma. No está en duda si la energía eólica debe prosperar, sino cómo se debe proceder. Los estudios de impacto ambiental para un parque eólico deben tener en cuenta la situación ornitológica y de murciélagos de la zona. Los aerogeneradores actuales son de baja velocidad de rotación con lo que reduce la posibilidad de impacto y en muchos casos se están implementando sonidos que espantan a los murciélagos. Parece natural que no existan fuentes de energía sin impacto ambiental, sin embargo, debería aplicarse el Principio de Precaución. Así como se pide para otras tecnologías (transgénicos, energía nuclear), este principio obliga a la “inversión de la prueba”, demostrando que no se produce daño y absteniéndose del uso hasta demostrarlo. Las energías “verdes” renovables y no contaminantes son “toleradas” en sus riesgos debido a la enorme desproporción de daños con respecto a los combustibles fósiles. Por ejemplo, si se decide construir una autopista, a la vez se está asumiendo una cantidad de muertes anuales en accidentes.

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