En algunos países, las turbinas eólicas ya han reemplazado las fuentes de energía más tradicionales. ¿Qué estamos esperando?
Turbinas de viento en Rusia
Los molinos de viento de todo el mundo generan ahora más electricidad que toda la industria energética de Rusia y, a un precio, su generación ya es igual a la de las centrales térmicas. Y esto a pesar del hecho de que hace diez años, los ingenieros y funcionarios energéticos rusos consideraron que sus oportunidades de desarrollo se habían agotado y los parques eólicos en sí eran demasiado costosos. Ahora todo ha cambiado: la corporación estatal rusa está invirtiendo decenas de miles de millones para ponerse al día con Occidente en el campo de las turbinas eólicas. ¿Por qué no se cumplieron las previsiones pasadas de los expertos rusos, que no consideramos? ¿Y hay perspectivas para los intentos de Rosatom de gastar dinero?
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Viento de la historia
Cuando la gente pensó por primera vez en usar el viento, la pregunta era complicada. Existe evidencia indirecta de que el Homo erectus o los neandertales pudieron haber navegado. Los intentos modernos de superar el estrecho entre Creta y el continente, y hace 130 mil años, aparecieron repentinamente herramientas de piedra en esta isla, han demostrado que no es realista hacer esto con remos: la corriente en este estrecho es demasiado fuerte. Los grabados rupestres, que confirman con precisión el uso de velas, tienen varios miles de años.
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Las primeras máquinas mecánicas, impulsadas por la fuerza del viento, fueron inventadas por Heron de Alejandría, en el siglo I a. C. (también creó la primera muestra de una turbina que gira durante la combustión del combustible). Es cierto que su molino de viento no resolvió un problema práctico, sino entretenido. Era una especie de instrumento musical, actuando con la rotación de la rueda por el viento que se aproximaba.
Alrededor del 400 d. C., los molinos de viento con un eje de rotación vertical, máquinas de oración, aparecen en los templos budistas de la India. Es fácil notar su diferencia cardinal con el esquema de Heron: la versión budista del molino de viento está "puesta de lado".
Una aplicación práctica de las máquinas de viento se encontró en el siglo IX en Irán (descripciones de Abu Ishaq al-Istakhri). Sin embargo, no tenían nada que ver con los que estamos acostumbrados. Se trataba de torres, en cuyo perímetro había estructuras de malla cubiertas con tela. El viento los hacía girar y un mecanismo especial convertía la rotación del eje vertical en el movimiento de muelas o en el funcionamiento de un dispositivo de elevación de agua.
Desde Irán, la novedad llegó a India y China, pero no a Europa, que luego tomó prestadas muy pocas innovaciones técnicas.
En 1185, se mencionó el primer molino de viento en Yorkshire (Inglaterra), y este primer molino de viento occidental ya era del tipo familiar: con un eje de rotación horizontal, en el que se montan palas que giran verticalmente. Como podemos ver, desde el siglo XII, los enfoques occidental y oriental de los aerogeneradores eran opuestos.
Las ventajas del esquema oriental sobre el occidental son obvias. Un molino de viento de eje vertical funciona sin importar la dirección del viento, por lo que los chinos e iraníes podrían dejarlo desatendido e ir a hacer cosas más importantes. Además, en la versión este, con igual potencia, la resistencia al viento de la estructura es mucho mayor, por lo que comienza a funcionar incluso con viento débil.
Por otro lado, el aerogenerador occidental de eje horizontal tiene sus propias fortalezas. Sí, debe mantenerse "a favor del viento", pero sus palas siempre se ven afectadas por el viento de un solo lado, lo que aumenta su producción de energía. El oriental, en cada revolución, experimenta un momento en el que las palas giran y el viento las "golpea" desde el otro lado. Hay suficiente inercia para que la estructura gire más, pero el mástil se sacude violentamente y parte de la energía de rotación se destina a compensar el "impacto". Debido a estas cargas variables, el mástil o la torre deben hacerse más fuertes y masivos. Los resultados son obvios: la turbina eólica occidental es más difícil de operar, pero más eficiente y más barata.
Los molinos de viento estaban muy extendidos en Europa hasta motores de vapor y electricidad. Casi no requerían personal, líneas eléctricas (lo cual es importante en las áreas rurales) y eran menos ruidosas. Bueno, la versión de un molino de viento que extrae agua de un pozo sigue siendo extremadamente popular en el tercer mundo, donde la electrificación aún no ha afectado a más de mil millones de personas.
Los intentos de entablar amistad con el viento y la electricidad se hicieron muy pronto. La primera turbina eólica en producir electricidad se construyó en Dinamarca en 1890. En Occidente, sus dimensiones a principios del siglo XX alcanzaban los 25 metros de altura y la envergadura de las palas era de 23 metros. Por desgracia, todo se arruinó por el problema del viento cambiante. Se necesitaba electricidad incluso cuando no soplaba, y los generadores diesel y las líneas eléctricas eran bastante baratos. Entonces los molinos de viento fueron empujados a campos distantes, donde trabajaron para el riego. ¡Pero sólo por un tiempo!
El viento del cambio en la URSS
Cuando el mundo occidental comenzó a deshacerse de las turbinas eólicas debido a la electrificación, nuestro país tomó un camino completamente diferente: "a favor del viento". Para compensar la escasez de centrales térmicas, el Instituto Central de Aerohidrodinámica en la década de 1920 creó una serie de pequeños aerogeneradores con una capacidad de hasta 30 kilovatios, suministrándoles un acumulador hidráulico. Con un exceso de generación, el aerogenerador elevó el agua a la altura del mástil, y cuando no había viento, drenó el agua, hizo girar el aerogenerador, que dio corriente. Fueron utilizados en Buriatia y otros lugares sin cables eléctricos. El esquema, por cierto, es extremadamente razonable: este año se construyó una central eléctrica completa en Alemania de acuerdo con el mismo concepto, solo que mucho más poderosa.
En la URSS, antes del descubrimiento de los yacimientos de petróleo y gas de Siberia, se desarrollaron activamente fuentes de energía alternativas por razones estratégicas. El 90 por ciento del petróleo soviético se producía en el Cáucaso y era obvio que en cualquier guerra el enemigo intentaría atacar allí. Esto es lo que planeaba hacer la aviación francesa en 1940. Solo la destrucción de la Tercera República por Hitler evitó que esto sucediera. El propio Hitler quería hacer esto, pero tampoco lo logró. Para protegerse, el gobierno soviético alentó una variedad de alternativas, desde una y media en generadores de gas de leña hasta … turbinas eólicas con volantes de almacenamiento.
Sí, ese milagro se lanzó en Kursk en 1931. Con una capacidad de sólo 35 kilovatios, estaba equipado con un "disco de almacenamiento" (un tercio de tonelada) que giraba en un contenedor del que se evacuaba el aire para reducir la fricción. La planta de energía eólica del inventor Ufimtsev iluminó su casa y alimentó el taller incluso cuando no había viento. Sin embargo, en 1936 falleció, y desde entonces la estación (sigue en pie) nunca se ha puesto en marcha.
Sin embargo, incluso sin dispositivos de almacenamiento, las turbinas eólicas soviéticas se encontraban entre los líderes. En 1931, cerca de Balaklava, se construyó el generador eólico más potente del mundo con 100 kilovatios (distancia entre palas: 30 metros). Es interesante que los alemanes, que hoy están a la vanguardia del desarrollo de la energía eólica, trataran a los parques eólicos con bastante rudeza. En 1941, su bombardeo dejó fuera de servicio el molino de viento más grande del planeta. Quizás fue una cuestión de envidia: sus propias turbinas eólicas no daban más de 70 kilovatios y eran mucho menos. En 1950-1955, la URSS produjo 9.000 turbinas eólicas al año, con una capacidad de hasta cientos de kilovatios. Bueno, ¿de qué otra manera se podría abastecer de energía a las tierras vírgenes y al norte antes que a los generadores diesel?
Viento de independencia
La energía eólica soviética murió por el auge de la posguerra de los combustibles líquidos baratos, mientras que la occidental revivió con la crisis del petróleo de la década de 1970. Entonces, la idea de la independencia energética de la conspiración nerviosa y propensa a una conspiración monopolística de los pueblos del este que abastecen a expensas de la energía eólica maduró allí.
A primera vista, nos enfrentamos a una clara regresión. ¿Por qué cambiar de fuentes de energía estables a aquellas que dependen literalmente de la brisa? Además, hace unos años, los funcionarios rusos nos dijeron que las turbinas eólicas en Europa producen energía cara. Intentemos resolverlo.
El molino de viento de eje horizontal actual, de hecho, no depende tanto de las más mínimas fluctuaciones en la velocidad del viento. Vestas V164 tiene 220 metros de altura (una pirámide y media de Keops) y palas con un swing de 164 metros (edificio de más de 50 pisos). El peso total de sus palas de fibra de vidrio es de 100 toneladas. De hecho, tal diseño tiene su propio disco de almacenamiento, solo que su masa es 300 veces mayor que la de Ufimtsev.
Al mismo tiempo, se espera un aumento adicional de la altura de los aerogeneradores y la envergadura de sus palas, lo que significa que están aún menos amenazados por pequeñas paradas. Se cree que tiene sentido aumentar las dimensiones al menos a alturas de 300 a 400 metros y un tramo de palas de hasta 300 metros.
Comenzando con la Enercon E-126 de Siemens, ya existe un método para crear hojas tan colosales: se componen de dos secciones que se insertan entre sí. Varios fabricantes planean aumentar su número incluso a tres.
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La potencia del mismo Vestas V164 ya ha superado los 9 megavatios, y una duplicación de la envergadura de sus palas traerá un aumento de la potencia del aerogenerador hasta los 40 megavatios. Más importante aún, con cada cien metros de altitud, la velocidad media anual del viento aumenta notablemente. Con estructuras realmente grandes, tiene sentido construir parques eólicos incluso en áreas boscosas donde la velocidad del viento suele ser bastante baja cerca del suelo.
Debido al continuo crecimiento del tamaño de las turbinas eólicas, el costo de su energía está cayendo todo el tiempo. Juzgue usted mismo: la gente sabe cómo construir edificios económicos incluso de 828 metros, y con el crecimiento de su altura, los costos crecen linealmente. Pero la producción del molino de viento con cada duplicación de la altura ya crece al cuadrado. Las economías de escala son muy notorias en la energía eólica.
De hecho, incluso hace cinco años, en 2012, las turbinas eólicas en Occidente producían electricidad a más de 10 centavos por kilovatio-hora. Sin embargo, hoy esta cifra, como señaló el Departamento de Energía de EE. UU., Se ha reducido a 4-5 centavos por kilovatio-hora. Incluso las nuevas turbinas eólicas marinas, que suelen ser más caras que las terrestres, proporcionan energía a entre 6 y 7 centavos de dólar por kilovatio-hora, y este precio está cayendo incluso más rápido que en tierra. El motivo es que en el mar se pueden llevar palas de al menos 200 metros de largo, ya que hay mucho espacio en las "carreteras" marinas y no hay aglomeraciones.
Está bien, dices. Pero, ¿qué pasa con los períodos de calma, cuando no hay viento fuerte durante semanas? Bueno, por eso construyen turbinas eólicas marinas en Europa. Sobre el mar hay "pasajes" donde prácticamente no hay calma. Afortunadamente para los europeos, están cerca de ellos y, a menudo, en aguas poco profundas. Por ejemplo, todo el Mar del Norte es bastante poco profundo, al igual que, por cierto, la mayor parte de las aguas de la costa este de los Estados Unidos. Además, este año se puso en marcha la primera planta de energía eólica flotante del mundo con decenas de megavatios. Sus molinos de viento están anclados y la profundidad de trabajo para ellos es de hasta 800 metros. El área total de los mares de tal profundidad es tal que desde ellos es posible proporcionar energía al mundo entero muchas veces. Las pérdidas en las líneas de transmisión de CC de alto voltaje han caído ahora por debajo del 3 por ciento por cada mil kilómetros, es decir, la energía eólica "marina" llegará incluso tierra adentro.
Al mismo tiempo, no se debe idealizar la sostenibilidad de los parques eólicos. Sí, pueden proporcionar energía durante todo el año y, en invierno, los mismos molinos de viento en alta mar darán más energía que en verano; las tormentas de invierno ayudarán. Sin embargo, no pueden hacer frente a los picos de consumo matutino y vespertino: el viento sopla aproximadamente igual a las 19:00 p.m. y a las 03:00 a.m. Por lo tanto, en Occidente, se cree que varios por ciento de la producción anual total continuará siendo proporcionada por plantas de energía térmica de gas “pico”. Al mismo tiempo, consumirán mucho menos combustible que en la actualidad, cuando aún no se han construido los conjuntos de turbinas eólicas marinas. Pero vale la pena recordar que esto difícilmente tendrá que esperar mucho.
Hoy en día, la energía eólica produce más de un billón de kilovatios-hora al año, más que todo el sector energético de Rusia. Y si la generación eléctrica en nuestro país no ha crecido desde 1990 (debido a aproximadamente el mismo volumen de producción industrial), entonces esto no se puede decir de las turbinas eólicas. Hace apenas 10 años, no daban ni una décima parte de la producción actual. Podemos decir con seguridad que en diez años los WEC del planeta darán mucho más de lo que dan ahora. Además, la mayoría de las turbinas eólicas están siendo construidas actualmente por China, y allí saben cómo desplegar una producción realmente masiva.
lo que el viento se llevó
Rusia puede presumir de la pirueta más inesperada en el camino de la humanidad hacia la energía eólica. Cuando los WPP eran impopulares en Occidente, estaban aumentando en nuestro país. Cuando empezaron a desarrollarse activamente en el mundo, aparecieron en el país multitud de expertos de la industria energética, que señalaron: "Se acabó el lugar de las turbinas eólicas en Europa". Es cierto que desde que empezamos a decir esto, la capacidad de las plantas de energía eólica entre los europeos se ha multiplicado por diez y sigue creciendo. Al parecer, la opinión de nuestros expertos no les fue transmitida.
Bueno, en 2016, de repente cambiamos de opinión nuevamente, por así decirlo, regresamos a la URSS de Dorezhnev. Rosatom fue el primero en decir su palabra de peso a nivel estatal. Su subdirector general, Vyacheslav Pershukov, señaló honestamente: después de cumplir con los pedidos existentes para la construcción de nuevas plantas de energía nuclear en el extranjero, Rosatom puede quedarse sin proyectos de construcción en el extranjero, ya que este mercado se está reduciendo rápidamente. La generación nuclear fuera de Rusia está de hecho en declive y no se vislumbran perspectivas de una salida a ella.
La razón principal es simple: la energía nuclear construida en Occidente es cara. La energía de las centrales nucleares construidas en Rusia es más barata, pero aún no tanto como la de las nuevas turbinas eólicas occidentales. Sí, para compensar su inconsistencia, necesita algunas centrales térmicas de gas, pero las centrales nucleares también las necesitan. Después de todo, el reactor siempre da el mismo rendimiento y la gente consume mucho más durante el día que durante la noche. Con el mismo precio y los mismos problemas, el comprador occidental, que siempre está bajo la presión de los "verdes", nunca elegirá la generación nuclear.
Aquí Pershukov también afirma: las posibilidades de construir nuevas grandes centrales nucleares en el extranjero están prácticamente agotadas. “No deberíamos ganar dinero en el mercado de la tecnología nuclear. Todos. De lo contrario, no funciona”, señala correctamente.
Por supuesto, si primero abandona algún negocio durante una década y luego lo acepta cuando los competidores ya tienen tecnologías que se han desarrollado a lo largo de los años, entonces no debe contar con posiciones de liderazgo de inmediato. Por tanto, Rosatom siguió el camino ya recorrido por Pedro I y empezó a aprender uno nuevo (o más bien, uno antiguo, muy olvidado en nuestro país) de los holandeses. A través de una subsidiaria, formó una sociedad con Lagerwey. Hasta 2020, la corporación estatal planea construir 26 pequeños parques eólicos con 610 megavatios, comenzando en la región de Ulyanovsk en 2018. Sí, esto es menos de una centésima parte de la entrada global anual, pero Rosatom aprende de estas migajas. Además, en 2020, está previsto localizar la producción de turbinas eólicas en Rusia en un 65 por ciento.
Será más difícil más adelante, cuando tengas que ir a gran escala. Es imposible producir turbinas eólicas con una capacidad total de solo cientos de megavatios por año con ganancias. Este es un gran negocio, sin producción en masa, no habrá precios bajos. Por tanto, es necesario ampliar tanto la construcción de aerogeneradores en nuestro país como entrar al mercado mundial. Sin embargo, será muy difícil competir aquí.
Gigantes como Vestas han pasado décadas perfeccionando sus tecnologías y construido instalaciones completamente únicas. Por ejemplo, una planta para la producción de palas titánicas de decenas de toneladas, ubicada en la isla específicamente para facilitar la exportación de una carga tan difícil por carreteras terrestres. Dónde construirá Rosatom esto y si podrá mantenerse al día con el mercado de turbinas eólicas en constante mejora es una pregunta, y no fácil.
En un comentario a KP, el representante de Rosatom, Andrei Ivanov, señaló que NovaWind, la división de Rosatom responsable de proyectos en la "nueva energía", acordó crear una empresa conjunta con Lagerwey - Red Wind BV. Se ocupará de los problemas de localización de la producción de turbinas eólicas en Rusia., y más específicamente - en Volgodonsk, cerca de las instalaciones existentes de Rosatom. En nuestro país se construirán aerogeneradores de 2,5 y 4,5 megavatios. En total, Red Wind suministrará 388 aerogeneradores de este tipo para 2022, de los cuales los primeros 60 solo se ensamblarán en Rusia, a partir de componentes Lagerwey, y solo entonces habrá aerogeneradores "locales" de dimensiones tan impresionantes.
Con la planta de energía nuclear, fue mucho más fácil para él. Después de todo, no solo se crearon en la URSS, sino que no dejaron de construir y mejorar en nuestro país. Ser el primero en lo que es un pionero es mucho más fácil que en lo que tiene que aprender de los demás. Esperemos que el gigante estatal tenga éxito, especialmente porque cuenta con un buen personal de ingeniería.
Viento del futuro
Seamos realistas: es poco probable que las turbinas eólicas se conviertan en la principal fuente de energía para la humanidad en las próximas décadas. Sí, en Dinamarca ya suministran la mayor parte de la electricidad, y en Estados Unidos proporcionan más que centrales hidroeléctricas. Pero en países donde todavía hay muchos días despejados, la energía solar se está desarrollando ahora mucho más rápido que el viento. Los precios de la electricidad obtenida con su ayuda están cayendo incluso más rápido que los de los parques eólicos. Ya a principios de la década de 2020, superará a las turbinas eólicas en producción y se convertirá en el principal ariete que destruye la energía del carbón y los hidrocarburos.
Pero para los países con territorios del norte, el viento puede jugar un papel diferente: el generador principal. Es poco probable que esto suceda en Rusia, y no solo porque al sur de Samara tenemos mucho sol. Más importante aún, no podemos dejar la energía nuclear o de gas debido a la enorme infraestructura que se construyó para ellos. Y, sin embargo, para 2030 las turbinas eólicas se convertirán en elementos frecuentes en los paisajes rusos, como lo son ahora en Alemania o Gran Bretaña.
