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José Javier Gomáriz.
La respuesta  está en el viento

La respuesta está en el viento

El viento se considera una importante fuente de energía limpia dado que no genera contaminación y no daña el medio ambiente. Las grandes turbinas o aerogeneradores, colocados en zonas de potencial eólico adecuado pueden transformar la energía del viento en energía eléctrica aprovechable.

MARÍA JOSÉ MORENO

Viernes, 17 de junio 2016, 08:09

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Investigadores de la Universidad Politécnica de Cartagena trabajan para obtener generadores de energía eólica más eficientes y modelos de detección de movimiento de aire más fiables

El viento se considera una importante fuente de energía limpia dado que no genera contaminación y no daña el medio ambiente. Las grandes turbinas o aerogeneradores, colocados en zonas de potencial eólico adecuado pueden transformar la energía del viento en energía eléctrica aprovechable. En la actualidad, la energía eléctrica generada en el mundo proveniente de este tipo de fuente no supera el 4% -un porcentaje mucho más alto en España-. Sin embargo, el potencial de explotación es inmenso.

Como suele suceder, para conseguir que la energía eólica se convierta en un modo de lograr electricidad rentable y extendido, la investigación científica en este campo es crucial. En la Universidad Politécnica de Cartagena, los profesores Antonio Sánchez Káiser, del grupo de Investigación de Mecánica de Fluidos, y Ángel Molina García, del Grupo de Investigación Ingeniería Eléctrica y Energías Renovables, trabajan mano a mano para conseguir aerogeneradores más eficientes y modelos de detección de viento más fiables porque, como señala el segundo, «en esta área, el viento no se entiende sin electricidad ni la electricidad sin viento».

Una de las líneas que les ocupa es la caracterización del recurso eólico. Explica Antonio Sánchez Káiser que «es habitual que las empresas promotoras de parques eólicos necesiten anticipar, con varios días, el potencial eólico de la zona donde se encuentren ubicados estos aerogeneradores con el fin de predecir cuánta energía van a ser capaces de producir, para no ser penalizadas respecto a su previsión inicial de producción. A día de hoy -indica el investigador-, el aporte energético proveniente del viento en nuestro país es bastante apreciable (el 16% de la demanda eléctrica), consolidándose a principios de año como la primera fuente de electricidad en España, llegando a abastecer en momentos puntuales el 60% de la demanda eléctrica, por lo que un fallo en la predicción del viento puede causar problemas de abastecimiento».

Estas tareas de prospección las abordan en la UPCT desde diferentes métodos. Uno de ellos se basa en el establecimiento de modelos experimentales y analíticos del perfil vertical de vientos (variación del viento con la altura) que proporcionan la energía disponible en cada punto y que tienen en cuenta aspectos como la orografía del terreno y la estabilidad atmosférica. Otros aprovechan esta información experimental del viento y de la orografía del terreno para, a través de técnicas de simulación numérica con CFD, establecer patrones del flujo de viento en un entorno determinado. De esta forma se consigue determinar la energía exacta contenida en el viento en cada localización.

En otra línea, trabajan sobre la optimización y el estudio de nuevos prototipos. «El equipo de la UPCT dispone de un banco de ensayos donde se ponen a prueba diferentes aerogeneradores con el fin de mejorarlos mediante un conocimiento más exhaustivo de su funcionamiento para distintas condiciones de viento», detalla Antonio Sánchez Káiser. Como resultado de esas pruebas, «se consigue caracterizar el comportamiento y las prestaciones de los nuevos prototipos, así como ensayar la influencia de cada uno de sus componentes principales (palas, generador eléctrico, sistema de orientación, etc.), pudiendo llevar a cabo a partir de los resultados obtenidos una mejora y optimización de dichos prototipos».

Una tercera línea de trabajo está centrada en estudiar de manera aislada alguno de los componentes que integran un aerogenerador, o incluso, elementos auxiliares utilizados en algunas aplicaciones de energía eólica. En general se trata de «estudios desarrollados a petición de empresas del sector que recurren a la Universidad para disponer de un asesoramiento especializado en este campo». Dentro de esta línea de investigación, se han desarrollado estudios de simulación numérica sobre los fenómenos de cavitación, presentes en bombas hidráulicas de pistón empleadas para la desalación de agua marina mediante aerogeneradores instalados en el mar.

Trabajo en equipo

Otra de las líneas de trabajo en torno a la energía eólica consiste en el desarrollo de modelos eléctricos de aerogeneradores lo más completos posibles pero que, a la vez, sean muy ágiles de procesar mediante ordenadores de prestaciones medias. Algo que suele resultar problemático, dado que la capacidad de cómputo que se requiere en los modelos habituales de simulación necesitan de requerimientos no disponibles habitualmente a nivel académico, ni siquiera extrapolables a nivel de empresas privadas. Para lograrlo trabajan en estrecha relación con el departamento de matemática aplicada y estadística de la UPCT, con el fin de desarrollar de manera conjunta nuevos modelos eléctricos de comportamiento de aerogeneradores lo más exactos posible, y a la vez ágiles y ligeros desde el punto de vista del requerimientos de 'hardware'.

«Simular el comportamiento eléctrico-electrónico de todo un conjunto de aerogeneradores es bastante complejo, pero a través de nuevas herramientas de soluciones aproximadas estamos introduciendo novedosas hipótesis que permitan agilizar el tiempo de cómputo y al mismo tiempo los resultados no pierdan exactitud», explica Ángel Molina. «El beneficio de conseguirlo sería una mayor precisión a la hora de estimar cuánta potencia se puede generar en un emplazamiento determinado en función de la posición de cada aerogenerador». También se está estudiando cómo afectaría un aumento de la cuota de energía eólica a la estabilidad del sistema eléctrico global, mediante modelos informáticos de simulación.

Por otro lado, señala Molina, «son objeto de estudio una serie de perturbaciones eléctricas que hasta hace unos años podía provocar la desconexión de los aerogeneradores y que actualmente la normativa impide dicha desconexión». Aclara que «el grupo pretende comprobar si los equipos que actualmente se encuentran en el mercado cumplen con el requerimiento de no desconexión frente a estas perturbaciones».

La tendencia actual es hacia aerogeneradores cada vez más grandes, que funcionen mejor, produzcan más potencia y mejoren el rendimiento de la zona en cuanto a la obtención de energía. De ahí que también desde la UPCT se investigue sobre cómo conseguir construir palas de mayor tamaño, colaborando con empresas del sector dedicadas a estos desarrollos. Según Antonio Sánchez Káiser, «las palas suelen fabricarse con fibra de vidrio y una resina para darles consistencia. El proceso de inyección de esa resina supone un problema complejo de mecánica de fluidos dado que es difícil conseguir que la resina se reparta por igual en toda la pala, teniendo en cuenta la gran envergadura de los nuevos desarrollos. Es preciso emplear técnicas experimentales específicas y técnicas de simulación numérica para poder estudiar la evolución del proceso».

Si unimos un recurso energético como el viento, muy abundante, una tecnología eólica con un alto grado de madurez y con muy poco impacto sobre el medio ambiente, un sector eólico profesional con alta cualificación, y una demanda energética en continuo crecimiento, la consecuencia lógica no puede ser otra que dirigir nuestros esfuerzos al uso inteligente de este recurso y a la intensificación de la investigación en este sector. Frente a las grandes explotaciones eólicas colocadas sobre grandes extensiones de terreno con tendencia a emplear cada vez máquinas eólicas de mayor tamaño, surgen otros retos en el desarrollo del sector como son la eólica de media potencia y la energía eólica marina. Las tendencias actuales indican que cada edificación debe auto abastecerse para poder subsistir, para ser sostenible. Los sistemas eólicos podrían ayudar a tal fin ya que, además de ocupar un espacio muy reducido sobre los edificios, la cantidad de recurso disponible sobre ellos es bastante abundante (la velocidad del viento aumenta con la altura), siendo el complemento perfecto de la energía solar para poder asegurar la autosuficiencia energética de los mismos.

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