NO ver el futuro por confusión de escalas

La generación eólica NO es reemplazante de la generación hidráulica y viceversa, de hecho, ninguna fuente de energía puede reemplazar a otra de distinto origen por definición.

Es de público conocimiento en la provincia de Misiones, la construcción de represas como fuentes energéticas renovables y limpias, pero también se confunde la gente, en la “magnitud y escala” de energías que estas fuentes pueden brindar.

Esta confusión hace pensar, y hablar, de reemplazar represas por campos eólicos, haciendo de ambas fuentes renovables enemigas una de otra.

Fundamentalmente, se está omitiendo que la hidráulica es una fuente “Base” de generación renovable mientras la eólica no lo es.

En este contexto, mostraremos los fundamentos técnicos que desde el Consejo de Ingeniería de la Provincia de Misiones CPAIM, (ambiente propicio para tratar estos temas), y su comisión de POLITICAS ENERGETICAS, PLANEAMIENTO Y MEDIO AMBIENTE, viene trabajando desde hace bastante tiempo en el tema, tratando de transmitir cuales son las fuentes energéticas conocidas como “Bases” y las complementarias.

La generación hidráulica, es “Base”, y es una fuente renovable y limpia, porque a las represas, en un concepto básico, hay que entenderlas simplemente como un escalón en el río, donde el agua corre con fuerza y la presión de la misma mueve las paletas de una turbina. Es decir: con la corriente del rio se genera electricidad.

La escala y magnitud de generación, estará dada por el caudal del rio y el salto que tenga la represa.

El esfuerzo que hacen todos los países para generar en “verde”, con fuentes renovables es cada vez mayor, y Argentina se proyecta a futuro con esta tendencia, porque de lo que se trata en realidad, es de la reducción del uso de combustibles fósiles, es decir minimizar la “quema de petróleo”, y esto es parte del plan estratégico de estado en casi todas las naciones.

La mayoría de la población, debe “desmitificar” a las represas, y darse cuenta que es un recurso renovable, siendo esta la verdadera visión “ecologista” que se debería tener por este tipo de generación.

Como ejemplo vemos que todos los ríos del mundo en su gran mayoría con capacidad de generación, ya han sido represados. Algunos ejemplos concretos, están en nuestro vecino Brasil, o Egipto que en estos días tiene la mirada de todo el mundo, posee si se quiere un único rio, el Nilo, y allí está la presa de Asuán, con una potencia instalada de 2100 MW (Megavatios), y generando 10000 GWh año (Giga vatios hora año), en forma limpia y renovable. Otro ejemplo es China, que construyo la represa más grande del mundo “tres gargantas”, con una potencia instalada mayor a 22500 MW (Megavatios). Y así casi todas las naciones del mundo tienen represas que están generando desde hace décadas.

No debemos olvidar que los dos principales ríos que tiene Argentina, con módulos de generación, son el río Paraná y el río Uruguay, y es Misiones la que está en una posición “privilegiada” como provincia, al poder generar con ellos. En consecuencia, puede contar con las regalías que le correspondan, de la misma forma que las provincias del sur del país cuentan con sus regalías por los hidrocarburos.

Como ejemplo concreto de magnitud de generación, podríamos decir que, la construcción de la represa Corpus, evitará por año la combustión de 4.860 millones de m3 (metros cúbicos) gas natural equivalente a 4.200 millones de litros de Diesel Oil. Esto equivale a 13 millones de m3 de gas por día, que es cerca de el 10 % de la producción de gas natural de Argentina, medidos en el año 2003.

Y como si esto fuera poco, esa enorme magnitud de generación hidroeléctrica (del orden de más de 21.000 millones de KWh año), evitará la emisión por cada año de funcionamiento, de 6.500 Tn (toneladas) de CO (monóxido de carbono), de 11.450.000 Tn. de CO2 (dióxido de carbono), 1.200Tn. de CH4 (metano), de 38.300 Tn. de nitrogenados (NOx), y cantidades relativamente pequeñas pero altamente corrosivas de anhídridos sulfurosos (SO2).

Quizás sea difícil imaginar estos volúmenes, pero estas son las magnitudes a las cuales nos queremos referir.

Analicemos ahora, las magnitudes de otra fuente renovable, las eólicas, es aquí el viento la fuente energética, y de su análisis se desprende que no se puede acumular como en el caso de las hidráulicas en un embalse, ya que el embalse de una represa, SI es energía acumulada. Dicho de otra forma: el viento no se puede “guardar” para usarlo después, por eso estas fuentes son complementarias y no reemplazantes de la generación hidráulica, cubriendo perfectamente los picos de consumo en un sistema.

Lo único que se puede hacer es una transferencia de energía en un sistema, es decir cuando hay viento generar y aportar al sistema o red eléctrica esta energía, y de esa manera sacar parcialmente otras fuentes energéticas del sistema que están aportando en ese momento, como por ejemplo un ciclo diesel, un ciclo combinado, o disminuyendo el aporte energético de represas hidráulicas utilizando menor caudal en épocas de sequia etc. Pero entremos en algunos aspectos técnicos de la generación eólica o más conocidos como “molinos de viento”, y luego comparemos magnitudes y escalas, que es nuestro objetivo.

Algunos avances importantes en ella son: los nuevos materiales resistentes y livianos para construir las aspas del molino que sobrepasan los 45 metros de largo cada una, y también en la electrónica de control en el generador eléctrico, siendo el sistema que mantiene constante la frecuencia, conocida de 50 Hz (3) en la corriente alterna que suministra a la red.

Para los que deseen hondar un poco más en determinar de dónde y cómo se genera con el viento, tenemos que la energía que puede entregar un generador eólico está regida por la ley de Albert Betz (físico alemán 1919. Su libro “Wind-Energie”, publicado en 1926).

La ley de Betz dice que sólo puede convertirse menos de (el 59%) de la energía cinética del (viento), en energía mecánica usando un aerogenerador.

Demostración del teorema de Betz:

Consideremos, cosa bastante razonable, que la velocidad promedio del viento a través del área del rotor es el promedio de la velocidad del viento sin perturbar antes de la turbina eólica, v₁ , y la velocidad del viento después de su paso por el plano del rotor, v₂ , esto es, (v₁ +v₂ )/2. (Betz ofrece una demostración de esto). La masa de la corriente de aire a través del rotor durante un segundo es:

m = F (v₁ +v₂ )/2

donde m es la masa por segundo, es la densidad del aire, F es el área barrida por el rotor y [(v₁ +v₂ )/2] es la velocidad del viento promedio a través del área del rotor. La potencia del viento extraída por el rotor es igual a la masa por la diferencia de los cuadrados de la velocidad del viento (de acuerdo con la segunda ley de Newton):

P = (1/2) m (v 1 ² – v 2 ² )

Sustituyendo en esta expresión la m de la primera ecuación obtenemos la siguiente expresión para la potencia extraída del viento:

P = ( P/4) (v 1 ² – v 2 ² ) (v₁ +v₂ ) F

Ahora, comparemos nuestro resultado con la potencia total de una corriente de viento no perturbada a través de exactamente la misma área F, sin ningún rotor que bloquee el viento. Llamamos a esta potencia P₀:

P₀ = (P/2) v 1 ³ F

El ratio entre la potencia que extraemos del viento y la potencia del viento sin perturbar es: (P/P ₀ ) = (1/2) (1 – (v ₂ / v ₁ )² ) (1 + (v ₂ / v ₁ ))

Podemos dibujar P/P 0 en función de v ₂ / v ₁ :

Vemos que la función alcanza su máximo para v ₂ / v ₁= 1/3, y que el valor máximo de la potencia extraída del viento es de 0,59 veces ó 16/27 de la potencia total del viento.

A esto hay que sumarle que cuando hablamos de “potencia instalada” del aerogenerador o campo de generadores eólicos, debemos recordar que esta potencia no es la potencia real que se puede utilizar. Para decirlo de otra manera un generador de 3.000 kW (Kilovatios) de potencia instalada, con un factor de capacidad del 45%, podrá entregar una potencia real de 1.350 kW (Kilovatios).

Esto es muy importante remarcar, que cuando hablan de potencia eólica en otros países, y mencionan grandes números, se refieren a las instaladas, y no las aportadas al sistema.

Abajo vemos la curva de potencia de un generador de 3.000 kW con su rango de viento una tabla con diferentes factores de capacidad que van del 30% al 45%.

En el gráfico vemos la curva de distribución de potencia de una turbina Vestas de 3 MW con respecto al viento.

El eje horizontal representa la velocidad del viento en m/s (metros/segundos), y el eje vertical la potencia en kW de la turbina Vestas. Observamos que con vientos de entre 13 m/s a 14 m/s estaríamos muy cerca de la máxima eficiencia y potencia de la turbina. Pasando los 14 m/s y hasta los 25 m/s no hay variación de potencia, se mantendría en su máximo valor nominal, y superando vientos de 25 m/s la turbina se apaga, cierra sus aspas y deja de girar. Reconectando su producción nuevamente cuando el viento este en rango de trabajo.

Otro dato interesante es que la turbina comienza a generar electricidad con vientos de 4 m/s.

Haciendo un promedio de los flujos de vientos en todo un año, encontramos el CF (capacity factor) o factor de capacidad, el cual nos indica que la potencia real que entregaría a la red.

En ese ejemplo figura un CF de 45%, es decir un 45% de la potencia Instalada es la potencia entregada al sistema. Ejemplo: 45% de 3 MW (potencia instalada) es 1.35 MW (potencia generada).

También se aprecia el número de casas que podría alimentar con un promedio de consumo de las mismas de 5500 kWh anual.

Pero la energía renovable es bienvenida de donde venga, como dijo un amigo: “todo electrón es bienvenido al sistema”. De hecho en el país se están construyendo campos eólicos en diferentes lugares, pero no con la visión de reemplazar fuentes Bases, sino para complementarlas.

Es así que se plantea seriamente en el sur argentino, un proyecto que podría ser un complemento entre ambas fuentes renovables, la hidráulica con la represa existente el Chocón, y la geografía ventosa de sus alrededores, como lo vemos en el siguiente mapa:

En el lugar indicado cercano a la represa, hay una meseta con una altura de 800 metros aproximadamente sobre nivel del mar, y con vientos promedios de hasta 10,5 mts/seg (metros/segundos), esto sería algo equivalente a 37,8 km/h (kilómetros/hora). Este sería un lugar ideal para instalar un campo de generación eólica, complementando así la generación hidráulica, ya que las redes de transmisión y subestaciones transformadoras de ambas fuentes estarían cercanas.

Pero el tema de “escalas y magnitudes” es el queremos abordar. Comparemos las potencias de ambas en el siguiente ejemplo:

Veamos la represa de Itaipu, que con una potencia instalada de 14.000 MW o 14 GW (Giga vatios), genera aproximadamente 94.684.781 MWh anuales de energía o 94.684,781 GWh anuales de energía Viendo esta enorme magnitud de energía generada por Itaipu, y si “erróneamente” la quisiéramos trasladar a eólica, se debería generar la misma cantidad de energía, y utilizando la curva anterior de potencia y energía generada por un molino de 3 MW de potencia instalada, con un factor de capacidad del 45%, vemos que este entrega 7.884 GWh al año. En consecuencia, si hacemos la relación de energías entregadas anuales supuestas, tendríamos la cantidad de generadores eólicos necesarios de 3 MW cada uno. Entonces la relación netamente energética se sería: (94.684,781 GWh / 7.884 GWh) = 12.009 generadores eólicos de 3 MW aproximadamente.

Haciendo un análisis de costo comparativo, vemos que cada generador eólico de esta potencia, tiene un costo aproximado de U$5 millones de dólares incluyendo algunas redes, eso se traduciría en 12.009 unidades, con un costo aproximado de U$60.045 millones de dólares. Nuevamente las escalas de inversión son diferentes, ya que construir Itaipu costo 3 veces menos.

Finalmente, queda de manifiesto que ambas fuentes energéticas, la hidráulica y la eólica son renovables pero están en diferentes escalas y magnitudes y es por eso que no son sustitutivas una de la otra.

Así que cuando se plantea a la opinión pública que hay reemplazante energético renovable para las represas, es simplemente una mentira.

La población en general, desconoce estos aspectos técnicos, y es por eso que se debe aclarar, que sin energía limpia y renovable como fuentes de generación eléctrica, estaremos condenados al mercado de los combustibles fósiles (petróleo, gas, etc), y sería bueno imaginar a que costo, ya que seguiremos polucionado muchísimo más el medio ambiente si no se construyen las represas pendientes como proyectos en el país desde hace varios años.

Por: Ing. Sergio R. Roko(MP2722)
COMISION DE POLITICAS ENERGETICAS, PLANEAMIENTO Y MEDIO AMBIENTE, CONSEJO PROFESIONAL DE ARQUITECTURA E INGENIERIA DE MISIONES (CPAIM).

Enviado por: Carlos Ortiz

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