Siguiendo con la serie de post sobre energía sustentable, originados por el libro de MacKay (post inicial aquí), pasemos a discutir sobre la energía eólica. (Recordemos que en el libro, el autor hace un análisis de fuentes y en que gastamos esa energía para una persona promedio en UK. En dos pilas va añadiendo tanto las fuentes como los gastos energéticos por persona. El fin de estos post es hacer el mismo análisis pero aplicado a Argentina). Publicado originalmente en Energía sustentable con números, no adjetivos
Un aerogenerador es una máquina que convierte el viento en electricidad. El aerogenerador más común luce como un gran ventilador, con un mástil que lo separa del suelo:
Aerogeneradores cerca de Puerto Madryn, Chubut. Foto del autor.
¿Cúanta energía se podría generar en Argentina con generadores de este tipo? No lo sé pero podemos hacer el siguiente experimento mental:
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Si llenamos el territorio nacional de aerogeneradores ¿cuánta energía podríamos extraer?
- ¿Y sólo el 10% del territorio? ¿Y si es sólo el 1%?
- ¿De qué tamaño tendría que ser un parque eólico para suplir el consumo interno hoy?
Es obvio que es imposible llenar todo el territorio de aerogeneradores, pero es interesante tener en mente ese número, al menos conocer el orden de magnitud del mismo, para las discusiones sobre energía renovable.
Empecemos con algunas cantidades útiles relacionadas con la Argentina:
- Área del territorio: 2736690 km² o 2.73 10 ¹² m². (CIA Factbook)
- Población: según último censo: 40117096 personas. (Censo 2010)
- Consumo per capita anual de electricidad: 2967 kwh (Banco Mundial)
- Consumo per capita por dia de electricidad: 2967kWh/365d=8.13 kWh/d (dividir el de arriba por los días del año).
Para saber más sobre las conversiones de unidades, visite la página Unidades de medida.
Veamos ahora la potencia que pueden entregar los aerogeneradores. Podemos describir un modelo sencillo (esbozado en Mac Kay Ch B Wind II), con muy pocas variables. Primero, la relación para un único generador. La potencia para un aerogenerador:
potencia=factor de eficiencia x potencia por área x área
donde potencia por área = ½ x densidad del aire x (velocidad)³=½ρV³ y el área = πr² (las aspas del aergenerador forman un círculo). El factor de eficiencia representa la fracción de la energía que finalmente puede ser convertida a electricidad del total de energía provista por el viento al aerogenerador. Esta fracción dista bastante de ser del 100%. La fijaremos en un 50% en la discusión que sigue.
Coloquemos ahora algunos números como ejemplo (densidad del aire 1.2 kg/m³, radio de las aspas 10 m, eficiencia en un 50% o 0.5 en fracción y la velocidad del viento en 5 m/s):
potencia= ½3.1416*(10m)²(1.2 kg/m³)(5m/s)³0.5≈12kW≈300 kWh/d
Esto es para un generador. Nos interesa usar muchos generadores. Por eso debemos charlar sobre como disponerlos en el terreno. Los aerogeneradores no se deben colocar muy cerca unos de otros porque ¡las aspas se chocarían! Ya más en serio, si la distancia entre aerogeneradores es demasiado corta, se correr el riesgo de que uno de ellos le “robe” el viento al aerogenerador vecino o interfiera con el uso eficiente del mismo. Según los expertos, si el diámetro de un aerogenerador es D, los mismos no deberían estar más cerca de 5D. Veámos el dibujo hecho por MacKay himself:
La distancia mínima entre generadores debe ser 5 veces el diámetro del aerogenerador. Tomado de MacKay
Esto trae una consecuencia interesante. Si llenamos un territorio con generadores de diámetro D (tener en cuenta que la ecuación de arriba contiene el radio o 2r=D) con separación de 5D entre generadores, la potencia generada por unidad de superficie no depende del diámetro de las aspas. Es simple:
potencia por unidad de área = potencia del aerogenerador/área ocupada
Es decir:
potencia por unidad de área = eff0.5ρV³πr²/(10r)²=effπ/200ρV³
Si la velocidad es de 5m/s y la eficiencia del 50% con la densidad de 1.2 kg/m³:
potencia por área = eff0.0204V³=1.18 W/m²
Si la velocidad es 10 m/s, la potencia por área es de unos 10 W/m², más de 8 veces que con 5 m/s.
Potencia por m2 en función de la velocidad del viento
Hay muchísimos detalles. El más obvio es que la velocidad del viento no es constante en el tiempo y además no es igual en todo el territorio nacional. Por otro lado, la eficiencia no es igual para todo el rango de velocidades de viento, hay velocidades óptimas para cada aerogenerador. Y así un millón de cosas más que no puedo considerar aquí.
Sigamos con el cálculo. Ya que tenemos la potencia por metro cuadrado, usemos el área del territorio nacional (ver al inicio) considerando una velocidad del viento de 5 m/s:
pot. tot.100% de Argentina = 3.23 10² W = 3.23 TW
(1 Teravatio= 10¹² W). Ya que ese número es simplemente un delirio, usemos un 10% del territorio, que sigue siendo un delirio, pero uno de menor escala. Esto arroja
pot. tot.10% de Argentina = 0.323 TW
Pongamos ese número en contexto. ¿Cuántas personas viven en Argentina? 40117096 personas. Por lo tanto, 0.323 10¹² W / 40117096 personas = 8000 W o aproximadamente unos 200 kwh/d. Compare ese número con el consumo de electricidad per cápita por día basado en el dato del Banco Mundial: 8.2 kwh/d. Doscientos contra ocho ¡Energía de sobra! Tengamos en cuenta que este número es solo para la electricidad, no incluye lo energía que provienen de la combustión de energía fósil (prácticamente todo el trasnporte del país usa gas, diesel o nafta).
Bien, pensemos un poco más ese número. El 10% del territorio de la Argentina (octavo país del mundo por extensión del territorio) sería un cacho de terreno de unos 270000 km². Las tres primeras provincias en extensión territorial son Buenos Aires (unos 300000 km²), Santa Cruz ( 243000 km²) y Chubut (224000 km²). ¿se imagina la casi toda provincia de Buenos Aires llena de aerogeneradores para suplir de energía eléctrica a todo el país? Yo no puedo.
¿Se imagina toda la Provincia de Buenos Aires llena de generadores?
Revisemos la ecuación nuevamente:
potencia por área=eff0.0204V³
La potencia depende del cubo de la velocidad ¿qué pasaría si usamos una área más chica pero donde sople viento más fuerte? En alguna parte de la internet se consigue el siguiente mapa en formato pdf:
En Chubut y Santa Cruz, con sus más de 200000 km², hay regiones con velocidades medias del viento del orden de los 8m/s a 10m/s. ¿Cuánta energía se podría extraer si se usa un 10 % de Chubut en esas zonas con más altas velocidades? Chubut según vimos, tiene 224000 km², el 10% serían unos 22000 km². A velocidades de 9m/s y eficiencias de 50%:
potencia usando 10% de Chubut = 0.5 x 0.0204 x (9m/s)³ x 22000000000m² = 0.151 10¹² W = 0.151 TW.
Si ese número enorme lo dividimos entre la población Argentina:
pot. 10% de Chubut / poblacion de Argentina= 3780 W/persona = 95 kWh/d/persona
Es un número muy interesante: 95 kWh/d por persona. Recordemos que:
- El consumo promedio de electricidad es de 8.2 kWh/d.
- Lamparita de bajo consumo 18 W aprox 0.5 kwh en un día o 0.5 kwh/d
- Radiador eléctrico, unos 1200 W aprox 30kwh/d
- Heladera enchufada un día entero unos 3.6 kwh/d
- Aire acondicionado de 2200 frigorías, unos 1350 W aprox 34 kwh/d
- Una laptop de unos 50 W, esquivale a 1.25 kWh/d.
Hagamos la pregunta más directa: ¿de qué tamaño tendría que ser el parque eólico para suplir el consumo eléctrico de la Argentina actual?
Superficie Parque Eolico * Potencia Por Área / población Argentina = 8.13 kWh/d
Parques eólicos ficticios de 107 y 45 km de lado en Prov Buenos Aires y en Chubut respectivamente
Si usamos los 5m/s, el cuadrado sería de unos 107km por lado. Si usamos la velocidad de 9 m/s, el parque cabría en un terreno cuadrado (en Chubut o Santa Cruz) de unos 42km de lado. En Google Earth dibujé dos cuadrados, unos de 107 de lado en la Provincia de Buenos Aires y otro de 45km (amarillo). Con uno de esos parques eólicos de esos tamaños (suponiendo media del viento en 5 m/s en Prov Buenos Aires y de 9m/s) se podría lograr generar el consumo actual de electricidad de la Argentina. El consumo energético es mayor, no estamos considerando la energía que proviene de combustibles fósiles.
No pretendo que esto se tome como un análisis definitivo o exhaustivo. Hay muchos datos y parámetros variables y se deben tomar en cuenta antes de apostar por este tipo de energías. Sólo pretendo dar una idea de los valores posibles u órdenes de magnitud de lo que potencialmente se podría hacer con el propósito de discutir basados en números y no en sueños. Además hay que considerar los problemas de lo variable del viento ¿cómo acumular energía? ¿cómo entregarla lejos en los centros poblados? etc. Sé que hay un plan estratégico nacional para este tema, del cual ignoro todo más allá del nombre. Espero escribir sobre él y sobre los detalles acá no incluidos pronto.
En vista de esos números ¿creen que vale la pena apostar por la energía eólica? Creo que sí.
Te puedo hacer una pregunta apelando a tu mayor honestidad intelectual.
En una muy arbitraria escala (ojímetro) de 0 a 10, siendo 0=Nada amenazada y 10=Totalmente amenazada;
¿cuán amenazada creés que está nuestra civilización (occidental, capitalista) por una futura carencia de energía que le imposibilite seguir funcionando como tal?
Me interesa mucho tu opinión.
Desde ya, muchas gracias.
PD: Sobre el post voy a comentar luego de revisar algunas fuentes.
Hola Galbini. Bueno, siendo brutalmente honesto, mi opinión al respecto se mueve como un péndulo, entre el pesimista resignado y el optimista cauto. El pesimista resignado piensa que no hay mucho que hacer, que la transición será rápida y probablemente violenta y luego veremos que pasa (si es que estamos para verlo). El optimista cauto piensa que hay esperanzas, que si bien el cambio llegará más temprano que tarde, hay oportunidades (y muchas) para que se haga de manera lo menos traumática posible. El comentario cliché. pero no menos cierto por ser cliché, que voy a hacer es este: depende mucho de la política. Y no significa votar por fulano o zutana. Significa por que la gente se informe y presione.
Leí el libro de MacKay, por recomendación tuya y me pareció muy interesante, aunque no pude dejar de pensar “¿como serían los números para nuestro país?” Nunca me puse a hacer las cuentas, hasta que llegó este post 🙂
Creo que tenemos los vientos, el área no parece tan grande, ¿por qué no apostar? Sin embargo, una de las cosas en las que hace hincapié MacKay (y lo que más me hizo reflexionar) es en cambiar nuestro estilo de vida por uno más eficiente, y eso ayudaría también a achicar el área necesaria…
Hola Diego45
Sí, quizás no le di demasiado énfasis pero esa estimación que hice así “a ojo de buen cubero” solo serviría para suplir el consumo de electrcidad “actual” (la fecha del estimado es del B Mundial es el 2011). No contempla una posible y necesaria reconversión de todo el transporte de combustibles fósiles a electricos y tampoco he dicho nada de consumir energía en menor cantidad (cosa que en mi humilde opinión, llegará, nos guste o no, tarde o temprano). Tienes razón en lo que planteas. La idea es escribir el próximo sobre una estimación inicial del consumo energético per cápita. Noi es fácil calcular/estimar eso…
En base a estos cálculos parecería que la superficie que se necesitaría para abastecer a la Argentina no es tan grande, sin embargo, creo que se podría reducir aún más.
En algunos países (creo que Inglaterra, Canadá, y capaz alguna zona de EEUU) se permite a la población generar su propia energía (solar, eólica, etc) e ‘inyectar’ el excedente de lo que producen a la red eléctrica central. De esta forma, las compañías eléctricas le compran la electricidad sobrante a los que generan, y lo restas de la factura de la luz: cuando no estas generando usas la electricidad de red, cuando generas usas lo tuyo, y si generas de más, se la vendes a la empresa de electricidad.
Estaría muy bueno que se pueda aplicar esto en gran escala para la Argentina. Hace unos años averigüé si se podía hacer por acá (Neuquén) y no solo la empresa (EPEN) no te paga lo que te sobre sino que te permiten tener energía generada por vos en la misma casa donde estas conectado a la red eléctrica. O sea, o sos cliente o te las arreglas.
¿Y que tal si se pone por ley que las grandes fabricas tienen que auto generar una parte de su energía? Estoy casi seguro que si las empresas eléctricas pagan por la electricidad generada, más de una fabrica podría llenar los techos de paneles solares o los estacionamientos de generadores eólicos y hasta en una de esas hacer unos mangos extras.
Si esto se hiciera a gran escala, no solo la electricidad sería mas ‘local’, sino que debería ser necesario menos espacio para los generadores principales.
Muy bueno el post.
Por ahí entendí mal, pero estás diciendo que EPEN no te permite tener generadores eólicos si estás conectados con ellos?
Según me dijeron cuando averigüé para comprar paneles solares, allá por el 2011, era así. No te habilitaban la conexión a la red eléctrica si tenes otra fuente de energía instalada.
Hola Gabriel
Gracias por tus comentarios. Sé que en Europa hay países que tienen ya buena parte de su matriz energética, uno de ellos es Dinamarca. Otro que está bien avanzado y que uno no lo asocia con eso, es España. No creo que se ponga nunca un megaparque, tiene demasiados problemas prácticos. Pero quizás el plan nacional (aun debo leerlo y empaparme en él antes de escribir sobre el mismo) contermpla los parques distribuidos, cerca en lo posible de los centros urbanos. Todo esto, es elucubración, pues no lo conozco.
Aca tambien ya se esta empezando a permitir esto, Lee acá
http://unosantafe.com.ar/santafe/Habilitaron-al-primer-particular-que-generara-energia-para-la-EPE-20140508-0017.html
Me parece excelente, pero tambien habria que contemplar cuanta infraestructura necesitas tanto para mantener ese parque funcionando como el tema del transporte desde el sur a donde se lo usa.
No tengo idea, y se que a pesar de ser caro es mas barato que la termica.
otro tema que seria interesante en las ciudades es que las mismas instalen paneles solares en los techos y los pisos altos de los edificios, que por mas que no sean ultra-eficientes ayudaria a que si bajan el consumo propio un 10% o incluso un 5% seria una gran ayuda a la demanda.
Hola
Es interesante lo que planteas. Había pensado también agregar un estimado de los recursos necesarios para instalar semejante parque eólico, usando simplemente el contenido de metales, plástico, etc que necesitas para hacer un molino y luego multiplicarlo por el número de molinos. El tema es saber cuanto de cada material tiene cada coso de esos. Además esos molinos tienen una vida útil. Sé que algunos de los aerogeneradores de Comodoro están parados porque por alguna razón que desconozco no se hizo/pudo hacerles mantenimiento o simplemente el clima costero y el propio viento los sacó de circulación.
Lo de que sea más barato o más caro un tema de dos aristas… a) ¿es caro en términos de energía y materiales construir los molinos y desplegarlos en un área? b) en términos de dinero. El dinero, más allá del costo de los materiales y la energía necesaria para crear una planta de energía (eólica, geotérmica, de gas, etc) tiene que ver también con la existencia o no de subsidios/incentivos a ciertas fuentes de energía. Las energías renovables deben ser subsidiadas o incentivadas en un principio, si no será imposible competir con las fuentes convencionales. Quiero leer sobre las políticas desde el Estado (Secretaría de Energía/ENARSA) y luego charlar sobre ello acá. Gracias por tu comentario!
Existe una ley nacional sobre el fomento de la energía eólica del 2006, que reemplaza a una del ’98, pero que no cambia nada, solo invita a las provincias a reglarmentar individualmente y no genera beneficio alguno. Ahora no estoy seguro si es una ley o un decreto, pero existe y funciona de esa forma…. Humo al por mayor. Voy a google un rato a ver que encuentro, Saludos!
Debí haber ido a Google antes de comentar. La ley del 2006 busca que las energías de fuentes renovables aporten el 10% del consumo eléctrico nacional.
el problema de hacer esta suposicion es que no tomas en cuenta el costo y disponibilidad de materiales.
luego tampoco calculas el costo de hacer una interconexion de todos los paneles a nivel nacional.
tampoco tienes en cuenta que no todos los paneles van a funcionar a maxima potencia o promedio todo el tiempo. la eolica necesita algun tipo de fuente de energia adicional cuando no hay viento o hay demasiado. se sigue dependiendo del petroleo en esos casos.
si hablas de baterias, y haces las cuentas, ni bien calculas la cantidad y costos de mantenimiento, lo desechas.
materiales, la mayoria son baratos y abundantes, algunos no, sobretodo las tierras raras que son imprescindibles en el rotor.
sin estas tierras raras el rendimiento baja a menos de la mitad.
ya de por si, el mantenimiento es casi casi inviable economicamente, con menos rendimiento es ruinoso. por eso es que no se estan reparando los del sur argentino, no conviene.
el unico pais que produce las tierras raras necesarias es china, y tiene cerrada la exportacion, porque se produce muy poco, y lo usan para ellos.
eeuu tiene algunas minas, que si bien son factibles, estan cerradas por el momento, porque cuando china exportaba, lo hacia tan barato que las demas minas cerraron en todo el mundo.
la energia eolica es muy buena tecnologia, pero es imposible a escala masiva.
la mayoria de las renobables tienen ese problema. en el papel van perfecto y a pequeña escala, luego cuando las quieres llevar a escala masiva mundial, o te quedas sin materiales al poco de empezar o la interconexion y mantenimiento es tan cara que no es rentable.
este tipo de cosas, con calculos, graficas y demas, estan tratados con mucho detalle en crashoil.blogspot.com
Excelente aporte. Es verdad, la mayoría de los aerogeneradores de Comodoro están parados por falta de mantenimiento. La cooperativa que los mandó a hacer terminó fundiendo después de la devaluación del 2001 y la que los tiene ahora no tiene capital para mantenimiento. Una cosa es tener la energía disponible y otra muy diferente es el mantenimiento de la misma. Saludos
Por lo que tengo entendido el INVAP está construyendo aerogeneradores para instalarlos en Cutral-Có nqn. . Es una buena iniciativa. Por otro lado me parece que también seria bueno incursionar en las aguas de la energía mareomotriz, ya que contamos con muchisimos km de costas. Sin más, creo que hace falta crear políticas para la energía renovable.. se invierte tanto en Vaca Muerta y tan poco en Chiuidos que ya sabemos hacia donde apunta la pínula del sistema. Abrazo!.
Para almacenar la energia eolica producida en momentos de bajo consumo, y usarla en momentos de bajo viento y alto consumo, se puede usar presas/lagunas de bombeo, y recuperar hasta un 70% de la energia utilizada. La superficie de estas es variada, de un par de km2 a decenas, segun la cantidad de horas de energia que se quiera acumular y se pueden instalar cerca de los puntos de consumo.
http://ecomedioambiente.com/energias-renovables/almacenamiento-de-energia-central-hidroelectrica-de-bombeo/
Lista de las lagunas de acumulacion de energia instaladas en el mundo.
http://www.energystorageexchange.org/projects/data_visualization