Energía Viento Eólica

 Razones para apostar a la energía eólica

Por Aime Uranga Alvarado[1]

La polémica de que las energías renovables son muy caras respecto a las energías que usan combustibles fósiles, tiene muchas facetas que es necesario analizar. Si tomamos como ejemplo la operación de los aerogeneradores instalados en el parque eólico La Venta, Oaxaca, México. Mediciones hechas por la CFE en el año de 1999, arrojaron que la velocidad del viento era superior a los 6 m/s (metros por segundo) con excepción de varios días de los meses de mayo y de junio, presentando los meses de noviembre, diciembre y enero niveles por encima de los 15 m/s. Las mediciones de velocidad del viento se han realizado durante más de 10 años y también, existen resultados de generación real. Así mismo, en muy corto tiempo la tecnología de construcción de equipos de conversión del viento en electricidad (aerogeneradores), ha evolucionado desde equipos de solamente 100 kW hasta los modernos mayores de 2 MW, con generadores síncronos y asíncronos, cuya vida útil garantizada es de 20 años.

Cada una de las partes vitales del aerogenerador es supervisada de manera autónoma por un control electrónico que lee a través de sensores apropiados las condiciones de operación y las ajusta a las condiciones óptimas (vibración, temperatura, humo, dirección del viento, velocidad, frecuencia, etc.) Los diferentes controles autónomos se comunican entre si a través de fibra óptica y con el microprocesador[2] PLC central que opera el generador eólico registrando en las memorias y ajustando todos los parámetros del generador a las condiciones cambiantes del viento durante las 24 horas del día, los 365 días del año, por 20 años o más, libre de fallas. El microprocesador envía toda su información a la central administrativa a través de cientos de kilómetros por medio de Intranet o Internet. Este sistema de control se conoce como control distribuido, ya que ofrece la posibilidad supervisar y hacer ajustes finos desde la central administrativa, así como supervisar la operación de cientos de aerogeneradores, hidroeléctricas y termoeléctricas para adecuarlos a la operación completa de la red,   

Salvo condiciones meteorológicas extraordinarias que pudieran causar un daño grave a las partes mecánicas del aerogenerador, este no requiere atención extraordinaria, que no sea el mantenimiento preventivo de diseño en los intervalos anuales, durante la vida de operación que es de 20 años.

En los estudios de valoración del ciclo de vida de los aerogeneradores o generadores eóloeléctricos, se han considerado la mayoría de las externalidades, ver la siguiente figura. No encontramos literatura de este mismo estudio para otras tecnologías de generación:

En el estudio de ciclo de vida iniciamos con la valoración de la energía y la emisión de contaminantes al medio ambiente desde el mismo lugar dónde se extraen las materias primas para la fabricación de los aerogeneradores y sus accesorios (la mina), incluyendo el transporte y refinación. Continuamos con los tratamientos que se les provee a cada materia prima para convertirlas en hierro fundido, placas de acero, piezas de aluminio, cables de cobre, acero mecánico, fibra de vidrio, resina, etc., también, consideramos la basura que se genera. Posteriormente, incluimos el impacto ambiental del transporte hasta la fábrica de aerogeneradores. En la fábrica de aerogeneradores, durante la manufactura, se incurre en consumos de energía, liberación de desechos al reciclaje y liberación de Gases Efecto Invernadero (GEI’s), que deberán ser sumados a los anteriores impactos al ambiente. El transporte hasta el sitio de instalación; la erección y puesta en marcha; durante su operación como plantas de generación de energía eléctrica y mantenimiento; al termino de su vida como aerogenerador, durante su desmantelamiento, la disposición de sus piezas para reciclaje, ciertos productos irrecuperables que se integran a la naturaleza y finalmente, lo que se envía a la basura e incineración. Esto es lo que se suele llamar un análisis de la cuna a la tumba (Análisis del Ciclo de Vida, ACV).

Los aerogeneradores son máquinas gigantescas comparadas con el tamaño de los seres humanos, tomemos por ejemplo, la torre de los aerogeneradores de 850 kilowatts (kW) llega a medir 60 metros de altura, comparado con un edificio con altura entre pisos de 3 metros, alcanzaría una altura de 20 pisos, la longitud de cada alabe es de 25 metros, el diámetro de hélice tiene 52 metros (m), cubriendo un área frente al aire de 2,124 metros cuadrados (m2), que cuando el viento sopla a 8 metros por segundo (m/s), cruzan 16,990 metros cúbicos por segundo (m3/s) y si esta es la velocidad del viento promedio durante el año, cruzan 535.78 Gigas*m3/a (536*10^9 m3/a)[3], desarrollando como motor un promedio de 456 caballos de fuerza (Hp), esto es la potencia máxima que desarrolla un trailer. Así mismo, si el viento sopla a 25 m/s, este motor de viento desarrolla 1,139 Hp. Significan un par de torsión de 27,564 kilogramos fuerza metro (kgf*m) en el eje de la hélice, tanto como una fuerza de 27.5 toneladas actuando a un metro del centro de la hélice. Ahora bien, los aerogeneradores de 850kW son “pequeños”, comparados con los de 1,650, 2,000, 3,000, 3,600 y 5,000 kW, con torres de 78, 80, 90,105 ó más metros que se están instalando actualmente, tanto en tierra firme (onshore) como en la costa dentro del mar (offshore).

 La foto siguiente muestra la maniobra de descarga de una sección de un poste para la Venta II:

 Los materiales utilizados en la construcción del aerogenerador, su torre y los cimientos, contienen el 89% de la energía y los contaminantes asociados a los procedimientos de producción de la energía en el país donde se fabrican, solamente el 11% de la energía y los contaminantes asociados tiene su origen en la operación y mantenimiento en el lugar dónde se instalan. El 54.99%  tiene que ver con la forma en que se produce en Dinamarca (país fabricante) la electricidad, es decir, 48.2% de planta carboeléctrica y  6.79% combustóleo. La fuerza motriz del aerogenerador es el viento y como no hay combustible quemándose durante los 20 años de operación, no emite contaminación a la atmósfera. Debemos aclarar, que el objetivo de un estudio de ciclo de vida es la conservación de los sistemas que sostienen la vida en el planeta Tierra y, no sirve de nada evitar la contaminación en un país y producirla en otro. Por tanto, lo ideal sería producir todos los materiales del aerogenerador que requieren uso intensivo de electricidad, en países dónde la energía eléctrica se genera con energía renovable, por ejemplo, hidroeléctrica, la disminución del impacto en los ecosistemas sería dramática. El país más activo en el mundo en instalación de energía eólica en su sistema de generación es Dinamarca, por tanto, actualmente, los resultados de este estudio serían diferentes en cuanto a emisión de contaminantes, porque cada año introducen a su sistema generación eléctrica limpia.

A continuación presentamos las toneladas de materiales que se requieren desde la cuna a la tumba, para la instalación de un aerogenerador de 3.0 MWh.

De la misma manera la tabla siguiente presenta las cantidades de energía en porcentaje y en megawatt-hora (MWh) requeridas en todos los procesos de fabricación de sus componentes:

Si quisiéramos comparar de manera seria los costos de un sistema de generación de energía, lo tendríamos que hacer con los mismos procedimientos, tomando en cuenta las externalidades asociadas, por ejemplo, este aerogenerador produciendo energía eléctrica a un factor de planta[4] de 30.02 %, produciría durante sus 20 años de vida 157,801 megawatt-hora (MWh), la cual dividida entre la energía consumida durante su fabricación (7,795 MWh) la eficiencia del sistema sería:

Eficiencia del sistema = energía de salida / energía de entrada = 157,801 / 7,795 = 20.24

¿Cómo interpretar este resultado? Por cada unidad de energía que invertimos en la construcción montaje en el sitio y mantenimiento de un aerogenerador, este nos devolverá durante su vida operativa 20 unidades de energía renovable. ¿Qué sucede con los sistemas de generación por medio de combustibles fósiles? Las plantas termoeléctricas por ejemplo, no sólo consumen energía para construir todas las piezas que las componen[5], sino que durante su vida útil seguirán consumiendo energía varias veces más de la que producen, enviando a la atmósfera sus venenos. Sin incluir la energía consumida en su construcción, excepto para la eólica, la tabla siguiente muestra la eficiencia e ineficiencia en que incurren los sistemas de generación eléctrica durante su vida útil, pero los “expertos” dicen que es más barata:

Ineficiencia del sistema = energía de entrada / energía de salida

El mayor impacto en la valoración del ciclo de vida de un sistema de generación termoeléctrica, esta asociado al combustible consumido durante su vida útil y los materiales de fabricación y construcción:

·         Cambio Climático (Emisiones al aire de hidrocarbonos, CO2, metano, etc.)

·         Carcinógenos (Arsénico, Benceno, Cadmio, metales pesados, etc.)

·         Partículas inorgánicas emitidas al aire (SO2, NOx)

·         Combustibles fósiles derramados.

·         Partículas orgánicas emitidas al aire.

·         Disminución de la capa de ozono.

·         Contaminantes tóxicos en agua y tierra.

·         Acidificación/Eutrofización (emisión al aire de amoniaco y nitrógeno)

·         Uso del suelo.

·         Minerales (Aluminio, Hierro, Cobre, etc.)

A continuación mostramos en una tabla los consumos de combustible, agua y las emisiones asociadas a la producción de energía eléctrica mediante combustibles fósiles:

Un sistema de generación termoeléctrico esta formado por miles de de componentes, algunos sujetos a condiciones operación muy severas, que demandan inspección continua; miles de metros cúbicos de combustible y agua fluyendo hacia el proceso; miles de partes mecánicas que requieren inspección, lubricación, ajuste y sustitución. Así mismo, varias decenas de trabajadores capacitados que durante tres turnos se dedican exclusivamente a realizar esas labores y otros tantos que administran varios kilos de papel con órdenes de servicio por turno. En este mismo orden de ideas, para esta planta generadora deben fluir dieciocho millones ciento treinta y tres mil doscientos metros cúbicos de agua anuales, que se extraen de pozos, ríos o lagos y se devuelven al medio ambiente como vapor con el consecuente daño a la naturaleza (es decir, cada hora 207 pipas de diez mil litros de agua). Fluyen cada hora a través de oleoductos a razón de un promedio132 mil 858 litros de Diesel (un poco más de 13 pipas de diez mil litros), extraídos de la naturaleza y procesados en una refinería que vale miles de millones de pesos y trasportados a distancias de cientos de kilómetros, un consumo anual de un millón 27 mil 749 metros cúbicos de combustóleo. Lanzado a la atmósfera Tres millones 137 mil 737 toneladas de CO2 junto con unas toneladas más de gases todavía más nocivos (CO, SO2, NOx y particulas), envenenando el ambiente, poniendo a especies animales y vegetales en peligro de extinción y presión financiera a las clínicas de salud de los sistemas de seguridad social de los seres humanos, empujando su destrucción y privatización a nivel mundial (ver Tabla C anterior).

“Desde hace varios años en estudios de campo empecé a detectar fenómenos económicos a los que yo llamo distorsiones del “Dios-mercado”. Un fabricante de transformadores eléctricos de control o para alimentación de pequeños aparatos que consumen bajo voltaje, antes de cerrar su “ineficiente fabrica”, me comentaba que como le hacían los chinos, que con los mismos precios internacionales del acero silicio (para el núcleo) y el cobre (para las bobinas), más la necesaria mano de obra, máquinas, administración, impuestos, podían vender los transformadores a la mitad del costo tan sólo de los materiales. Nos dimos a la tarea de investigar y encontramos, varios meses después, que los transformadores que hicieron quebrar a cientos de pequeños negocios, tenían su origen en el decomiso en la aduana de Tijuana, México, de un cargamento de miles de transformadores procedentes de China, y que por alguna oscura razón, vendido como lote, ingresó al mercado del Distrito Federal, dónde fue distribuido en los mercados de la piratería y en cientos de negocias establecidos. En México, sus materias primas de fabricación, su mano de obra, sus impuestos, etc., fueron gratis y el dumping que provocó, quebró a las “ineficientes” pequeñas empresas locales. En otra investigación en referencia a las distorsiones del mercado, encontramos que llevar por avión varias toneladas de zanahoria miles de kilómetros, desde la Isla de Jamaica hasta Londres, Inglaterra, producía que un kilogramo de zanahoria cultivado por los “eficientes” campesinos jamaiquinos era más barato que un kilogramo de zanahoria cultivado en las afueras de Londres, por un “ineficiente” campesino inglés. Resulta que los productos agrícolas jamaiquinos para exportación tenían o tienen un subsidio del gobierno, que en esa época el combustible para la flota comercial de aviones ingleses, también tenía un subsidio, logrando de esa manera que las zanahorias viajeras conquistaran el mercado londinense. Como las distorsiones del mercado descritas, en la economía globalizada existen miles, que hacen “ineficientes” a unos productores y “eficientes” a otros. En realidad pocos productos del mercado no viven una situación similar. Los economistas defensores del libre mercado para sustentar sus teorías basan sus análisis, en estudios parciales de fenómenos económicos, sólo algunos, presionados por los ecologistas y la sociedad, han comenzado a considerar algunas variables económicas de impacto ambiental, aunque aun las cuantifican solamente en dinero. Si se pensara en términos de energía, como moneda de la naturaleza, sería antieconómico” (Iván Uranga)

En el terreno de los estudios que tienen como fin conservar los recursos de la naturaleza, evitar el calentamiento global, la preservación de las especies y todos los procesos que causan daño directo o indirecto a la biosfera, se tienen que diseñar nuevas unidades de medición. La propuesta de H. T. Odum (1970), sobre la valoración en términos de unidades de energía, podría resultar útil, pues ésta se encuentra presente en todos los procesos naturales que existen, desde la alimentación vegetal, animal y humana[6], hasta los materiales y procesos industriales más complejos. Con ella es posible medir la transformación cualitativa de la energía[7], así como la cuantitativa y medir niveles de eficiencia. Por ejemplo, se necesitan miles de unidades de energía para remover la tierra de donde se extrae una tonelada de hierro, después se requiere energía para transportar esa tonelada de hierro, luego la energía usada para fundirlo y depurarlo y, finalmente sumar la energía del proceso final de, por ejemplo, laminarlo. La cantidad de unidades de energía utilizada en todo el proceso, incluida la energía degradada en los procesos (pérdidas), será el costo de producción por tonelada en la lámina en unidades de energía (Joules). Pero dependiendo del uso útil que se le dará a esa tonelada de lámina, dividida entre los años que dure este uso, será el promedio de vida útil, luego, cuando llegue al final de su utilidad, consideraremos el valor de desecho (energía necesaria para desecharlo) y finalmente el costo o energía para su reciclaje. Es decir, un análisis de unidades de energía necesarias para llevarlo de la cuna a la tumba, que represente el costo que tiene para la naturaleza. Como las unidades de energía son fijas, no están sujetas a las variables del mercado, pueden medir todas las materias primas de la naturaleza y todos los productos elaborados y la eficiencia de los procesos, de manera precisa. Bueno, incluso, los procesos metabólicos de los seres humanos, que también somos parte de la naturaleza, pueden ser medidos en unidades de energía.

.

En el caso del petróleo, un barril extraído del pozo, requiere cierta energía para su extracción, esta energía que se dispersa y ya no podrá producir trabajo, deberá ser restada al barril y se considerará como desgaste de energía por extracción. Posteriormente, se transporta por algún medio usando energía hasta la refinería, esta energía es otra merma. En la refinería, para refinarlo se utiliza energía en su refinación, esta energía es la pérdida por refinación, luego se transporta, en este caso varias veces y por varios medios, hasta el lugar de distribución, otra vez usando energía. Finalmente, este barril muy disminuido se convierte en energía mecánica en un camión de transporte y como es un proceso térmico, bastante ineficiente, más de la mitad se disemina como contaminante en la atmósfera con el consecuente impacto sobre la estabilidad del planeta entero. Si en todos los procesos hasta el usuario final, se consumió el mínimo teórico de cada proceso, se llamará a esto el proceso ideal o el más eficiente, cosa que ocurre excepcionalmente, porque en algún paso de la cadena, del viaje desde la naturaleza al interesado final, siempre hay algún tipo de desperdicio de energía y, mientras más pasos tenga el proceso, el riesgo de detrimento es mayor, por tanto, en el proceso real, invariablemente, ese barril extraído de la naturaleza llegara bastante disminuido. Para efectos prácticos, una unidad de combustible derivada del petróleo utilizada por un consumidor será la quinta parte de la que se extrajo de la naturaleza. De acuerdo con el planteamiento anterior, una cierta cantidad de energía ahorrada por el beneficiario final, medida en unidades de energía, habrá que multiplicarlas por cinco, para considerar su efecto, en cuanto ahorro en la naturaleza. Por este motivo, el ahorro de energía, es decir, la energía que los usuarios dejan de consumir, es el mejor negocio para la naturaleza. La energía no consumida en cualquier proceso, por los usuarios finales, tiene un alto impacto positivo para la naturaleza.

Con todo el desfalco que el sistema capitalista ha causado a la naturaleza y sobre todo a los seres humanos, la sociedad debemos preguntarnos si todavía es legítimo evaluar los propósitos de alto impacto social, como son los proyectos de generación de energía, con las obsoletas herramientas y unidades de medida pertenecientes a una etapa anterior del desarrollo social. ¡Es momento de empezar a romper paradigmas!

---

[1] Maestra en Relaciones Internacionales UNAM, Doctora en Economía, con mención honorífica por la UNAM y postulante a Pos-Doctorado en el CRIM.

[2] En España se conoce a estas computadoras industriales como Autómatas Programables.

[3] Utilizamos el símbolo de Excel para indicar que un número esta elevado a la potencia 2^2 = 4, 10^3 =1000. También, kilo = 1000; Mega = 1000,000 = 10^6; Giga = 1000,000,000 = 10^9; Exa = 1000,000,000,000 = 10^12.

[4] Los generadores de energía durante su operación normal promedio producen solamente una fracción de la capacidad total, a esto se le llama factor de planta, factor de servicio u operación. Los aerogeneradores dependen del viento y por tanto, es normal que su producción promedio sea 30 a 45% de su capacidad total durante el año. Las termoeléctricas operan a factores de planta de 60 a 80%. 

[5] En igualdad de potencia instalada y considerando el sistema de enfriamiento por condensación, la planta de tratamiento de agua y los ductos kilométricos de combustible, los materiales utilizados son muy similares. Sólo el generador es posible que sea más ligero que la suma equivalente de generadores eólicos debido al factor de escala.

[6] Los preparadores físicos de los gimnasios utilizan la expresión “A quemar calorías, un, dos, tres, cuatro…” Al hacer ejercicio los seres humanos quemamos la energía que nos proporcionan los alimentos.

[7] Por ejemplo, la electricidad es una energía de alta calidad, porque puede ser convertida con gran facilidad, limpieza y eficiencia a otros tipos de energía, mientras el carbón, al transformarse en otro tipo de energía, tiene una baja eficiencia y contamina. En toda transformación, una parte de la energía se degrada y ya no puede producir trabajo, a esta energía le llamamos “perdida”, pero el término es erróneo, porque recordemos que, la Materia y la Energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.