Opinion · Un poco de ciencia, por favor

Situación actual y perspectivas de futuro de la energía eólica

Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

En varios artículos previos he descrito los principios en los que se fundamenta el aprovechamiento de la energía cinética del viento para producir energía eléctrica, las claves del funcionamiento de las turbinas eólicas y los principios físicos de esta fuente energética. En este texto, describiré la situación de esta fuente de energía y sus perspectivas a corto y medio plazo.


Transporte del aspa de una turbina de 83 metros de largo. Fuente de la fotografía:  Martin Fischer (SSP Technology A/S)


1. Situación actual de la energía eólica

Desde el comienzo de su desarrollo generalizado en la década de 1980, el mercado mundial de energía eólica se ha expandido exponencialmente. En las dos décadas transcurridas entre 1990 y 2010, la potencia eólica instalada en el mundo se ha multiplicado por 50 y las previsiones apuntan que en 2030 habrá en el mundo 10 veces la potencia instalada en 2010 y 20 veces en 2050. Ese incremento lleva aparejada una reducción año tras año del coste de la energía eléctrica de origen eólico, de una manera muy similar a lo que ocurre con la energía solar fotovoltaica, cuestión esta última que analicé con detalle en este artículo.

Hoy en día, la energía eólica es la tecnología renovable “moderna” más extendida, con 539 GW de potencia instalada a finales de 2017 y es la segunda fuente de obtención de energía de fuentes renovables, detrás de la hidráulica. Al final del mismo año 2017, la energía eólica suministró cerca del 5% de la demanda global de energía eléctrica, cuando al final de 2006 había suministrado menos del 1%. Este crecimiento se ha conseguido por la suma de dos factores: unas políticas públicas que han incentivado su uso en los principales países industrializados y unos avances sustanciales en la tecnología de fabricación de los aerogeneradores. Como consecuencia, se han producido drásticos recortes en los costes de obtención de la energía. Esos costes han seguido una tendencia similar a los de la fotovoltaica, tal y como se muestra en la curva de evolución del precio para la tecnología eólica, que muestra los datos globales más actualizados de los que disponemos en este momento:

Evolución del precio de la energía eólica y previsiones para su evolución hasta 2050 en tres escenarios (precios altos, medios y bajos). El eje vertical muestra el coste de la energía eléctrica de origen eólico, expresado €/MWh, el eje horizontal expresa la potencia eólica instalada acumulada en el mundo (en MW). Ambas escalas son logarítmicas. Fuente de la figura: Adaptado de Berkeley Lab, Electricity markets & Policy group

Como en el caso de las otras fuentes renovables, el descenso en el precio de la electricidad de origen eólico está directamente ligado al aumento de la capacidad instalada, tal y como muestra la gráfica anterior, en la que se aprecia una tendencia de reducción de precios conforme aumenta la potencia instalada, dando lugar a una economía de escala retroalimentada: a mayor potencia instalada, menor precio de la energía producida, que incentiva nuevas instalaciones, que de nuevo repercuten en una reducción de precios, etc.

No obstante, no todo son beneficios para la energía obtenida mediante molinos eólicos. Aunque no se genere contaminación por emisiones, los generadores eólicos sí producen impactos que afectan al medio ambiente allí donde se instalan. El impacto más evidente que provocan es sobre el paisaje, aspecto este inevitable, ya que no hay arquitectura que pueda disimular su presencia. Otro efecto es la mortandad que provocan en las aves por impactos en su palas; los parques eólicos marinos también afectan a las poblaciones de peces de la región, etc.


2. 
El futuro, casi presente: turbinas gigantes

Uno de los factores, entre otros, que ha ayudado a reducir los costes de la energía eólica es el aumento continuado en el tamaño de los aerogeneradores, lo que ha permitido que estos sean competitivos con la obtenida a partir de combustibles fósiles en gran número de regiones de todo el planeta. Lo que no está claro es si el tamaño de las turbinas podrá seguir aumentando o si por el contrario, están alcanzando su límite debido a las leyes de la física o a los problemas logísticos que representa el transporte de estructuras tan enormes.

Un reciente estudio publicado en la prestigiosa revista Nature Energy sugiere que tanto las turbinas basadas en tierra, como especialmente las que se instalan en la costa (instalaciones denominadas “off-shore”) tienen un gran potencial de crecimiento, lo que permitirá que esta fuente de energía, ya muy madura desde el punto de vista tecnológico, pueda seguir reduciendo costes en el inmediato futuro. De acuerdo con las conclusiones que se establecen en el artículo mencionado, el diseño de las turbinas del futuro será dependiente del proyecto concreto al que se piensen destinar, pero el tamaño seguirá aumentando.

¿Por qué es deseable aumentar el tamaño de los aerogeneradores? Según analicé en este artículo, la potencia (y por lo tanto, la energía) que produce un generador es proporcional al área barrida por sus aspas, por lo tanto, mayor diámetro del rotor implica mayor potencia y por consiguiente, menor número de turbinas para obtener una energía determinada, con la evidente reducción de costes que esto significa. De acuerdo con esto, para las instalaciones basadas en tierra, se pronostica una tendencia en el aumento de las prestaciones de las turbinas que muestra la siguiente figura, donde se puede ver la evolución experimentada en la potencia, el diámetro del rotor y la altura de la torre de soporte, desde 1980 y su proyección al año 2030, para turbinas situadas en tierra:

Evolución promedio de la potencia (en MW), altura del rotor (HH, en metros) y del diámetro del rotor (RD, en metros) de los generadores eólicos basados en tierra desde 1980. Fuente de la figura: Berkeley Lab, Electricity markets & Policy group

 Evidentemente, aumentar el diámetro de los rotores y por lo tanto de la longitud de las aspas, lleva aparejados enormes problemas logísticos de transporte e instalación de los componentes de estos gigantes, tal y como se puede ver en el siguiente vídeo:

Una duda que se plantea en estos momentos es si la tecnología eólica para aplicaciones terrestres está alcanzando sus límites, debido a las layes físicas de escalado o a la logística del transporte que la figura anterior muestra, lo que podría traducirse en que ya se ha alcanzado el tamaño óptimo de las turbinas y que mayores tamaños sólo añadirían costes, perdiendo la ventaja ofrecida por la mayor potencia unitaria. Dado que la tecnología eólica tiene una elevado grado de madurez, es lícito preguntarse cuánto abaratamiento adicional puede significar seguir aumentado el tamaño de los rotores. En el artículo de Nature Energy mencionado, se responde a esta y otras cuestiones indicando que todavía hay margen para el aumento, en especial en turbinas “off-shore” (denominación que reciben las instalaciones marinas situadas cerca de las costas), tal y como veremos en el siguiente párrafo.

Uno de las principales razones del auge de la tecnología eólica es el desarrollo de las instalaciones “off-shore”. La energía eólica marina y la energía eólica basada en tierra están tomando caminos tecnológicos diferenciados. Mientras que en tierra, lo generadores no están creciendo tan rápido en tamaño, en las costas estamos viendo cada vez potencias más grandes. La eólica “off-shore” está creciendo a pasos agigantados, gracias a la apuesta por esta tecnología en Alemania, Reino Unido o Dinamarca. Como consecuencia de lo anterior, las turbinas off-shore continuarán creciendo en potencia y por consiguiente en diámetro de rotor. De hecho, hoy día ya hay instalaciones que emplean turbinas con potencias en el margen 6-8 MW. Esto se debe, al menos en parte, a la logística más simplificada que representa el transporte de estos artefactos a ubicaciones costeras. Pero no hay que perder de vista que los costes al margen de los propios de fabricación de las turbinas, es decir, los costes de inversión y construcción de las fábricas que los producen  son enormes. Por lo tanto, el aumento en el tamaño de las turbinas debe llevar aparejada una reducción de costes por MW para que sea rentable seguir incrementando las dimensiones de los generadores. La evolución de los parámetros de las turbinas off-shore y su previsible evolución hasta 2030 se muestra en la siguiente figura:

Evolución promedio de la potencia (en MW), de la altura del soporte (HH, en metros) y del diámetro del rotor (RD, en metros) de los generadores eólicos marinos desde 1980, con la previsible proyección hasta 2030. Fuente de la figura: Berkeley Lab, Electricity markets & Policy group.


3. Unas breves Conclusiones

Debido al gran desarrollo que ha alcanzado la tecnología de los aerogeneradores, esta fuente renovable es hoy en día la primera de las tecnologías renovables modernas y junto a la energía solar fotovoltaica se presenta como el futuro de la energía para un escenario de agotamiento de los combustibles fósiles. Su desarrollo futuro, con el aumento de parques basados en tierra y especialmente en las costas marinas, donde los vientos son muy constantes y por lo tanto predecible la cantidad de energía a obtener en un determinado período de tiempo, hace que el futuro de esta tecnología se presente muy optimista y en crecimiento continuo.