Energía sustentable sin boludeces: ¿y si llenamos la Argentina de aerogeneradores?

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:

¿Cúanta energía se podría generar en Argentina con generadores de este tipo? No lo sé pero podemos hacer el siguiente experimento mental:

• 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:

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.

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.

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

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.