Ciencia Cronopio

EL PODER LIMPIO DEL VIENTO

Por Felipe Isaza Cuervo*

El uso del viento como fuente de potencia para realizar algunas actividades humanas no es nuevo. Como ejemplos se pueden mencionar las aplicaciones en los barcos de vela y los molinos de viento utilizados para accionar bombas de agua o sistemas de molienda de granos.
En los últimos años el uso de la potencia del viento para generar electricidad, ha tenido un crecimiento enorme como consecuencia de las necesidades de encontrar fuentes limpias y renovables de generación. Al mismo tiempo los gobiernos e instituciones reguladoras de los mercados de energía desarrollan mecanismos para poder financiar proyectos que utilicen esta tecnología.

De la pasada cumbre de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático realizada en Copenhage, los países participantes acordaron compromisos de reducción de emisiones de gases contaminantes para el 2020 y propiciaron un apoyo —en el futuro se verá si cumplen con esta promesa— para que los países en vía de desarrollo puedan incorporar fuentes y tecnologías renovables entre sus opciones de generación.

Dentro de las alternativas para lograr estos dos compromisos, la energía eólica sobresale como una de las fuentes que debe ser tenida en cuenta por los países desarrollados y en vía de desarrollo.

El poder del viento y el calentamiento global

Con respecto al calentamiento global, esta tecnología sobresale principalmente porque no utiliza combustibles fósiles (razón por la cual en su operación no genera emisiones contaminantes) y utiliza un recurso que por su naturaleza es renovable y en teoría disponible en cualquier lugar. Pese a lo anterior, apenas desde hace veinte años la potencia del viento ha comenzado a crecer dentro de las tecnologías que utilizan los países para obtener su suministro de energía eléctrica.

Sin embargo, en las dos últimas décadas, el crecimiento ha sido casi exponencial, aunque insuficiente para poder aportar de manera significativa con las metas de reducción de emisiones contaminantes y de incorporación de tecnologías renovables en los países, especialmente en que están en vías de desarrollo. De lo anterior es lógico preguntarse por qué siendo el viento un recurso que se ha utilizado por muchos años y que tiene evidentes ventajas ambientales, su uso es tan limitado y ¿por qué solo después de ver la inminencia del cambio climático los esfuerzos se dirigen hacia tecnologías como ésta?

Las dificultades que ha tenido esta tecnología para implementarse de forma masificada se intentarán explicar analizando los principios de la misma y algunos elementos relacionados con la economía de la generación de energía, puntos que se convierten en las barreras a vencer no solo técnicamente sino con serios compromisos políticos y económicos.

En pocas palabras, un sistema de generación de energía eólica consta de unos equipos especiales, llamados aerogeneradores, cuya función es capturar la energía del viento y transformarla en energía eléctrica. El objetivo de estos equipos es convertir la energía cinética del viento en energía cinética rotacional (esto se logra específicamente a través del movimiento de las aspas) en el eje del aerogenerador, de manera que se pueda accionar el generador y entonces obtener la energía eléctrica que finalmente será distribuida a los usuarios finales.

El viento es un recurso intermitente

Como expuse en las anteriores líneas, el fenómeno es un proceso de transformación de la energía cinética del viento en energía eléctrica, de manera que a mayor velocidad de viento mayor será la energía generada. En este punto surge un primer problema: para poder generar energía utilizando el viento se requiere una velocidad mínima de éste de alrededor de siete metros por segundo.

Es evidente que no todos los lugares tienen la misma velocidad de viento. Incluso en un mismo lugar la velocidad varía según la estación (en países donde hay estaciones) y también la situación cambia según la hora del día. Esto hace que el viento tenga características intermitentes con respecto a la velocidad óptima para generación de energía. De acuerdo con lo anterior, para seleccionar un lugar donde se pueda generar energía eléctrica utilizando el viento, el sitio debe cumplir con las velocidades mínimas y que las variaciones en la velocidad no sean tan grandes. Asimismo, buena parte del tiempo, los equipos de generación deben permanecer detenidos para llegar a la velocidad mínima de operación.

Lugares con las condiciones de viento ideales existen, pero se requiere tiempo y estudios costosos y sólo pocos países han destinado recursos para ubicarlos y desarrollarlos.

A pesar de la tendencia a la masificación del uso de la tecnología, los costos de implementación de la misma no han experimentado una reducción significativa comparada con el crecimiento en su uso. Más bien todo lo contrario. De acuerdo con fuentes gubernamentales de Estados Unidos, en 1998  —a nivel mundial— se contaba con 6.960 MW instalados con un costo promedio de US$1.200/kW. En 2007 se contaba con 93.850US$/kW a un costo promedio de US$2.000/kW. Estos costos son necesarios para crear tecnología necesaria que  permite contrarrestar los problemas de intermitencia del viento. Por eso se desarrollan nuevos equipos, demanda y desarrollo de nuevos materiales de construcción, desarrollo de geometrías aerodinámicas y técnicas de construcción y ensamble, entre otras técnicas.

Aunque la tecnología no es nueva, aún está en etapa de desarrollo y en periodo de masificación, por lo que sus costos siguen siendo altos y poco atractivos frente otras alternativas tecnológicas de generación.

Otro elemento que aumenta los costos asociados con esta tecnología, se relaciona directamente con la ubicación de los lugares óptimos. En ciertas ocasiones, dichos espacios están ubicados en zonas remotas y lejos de los centros de consumo o de las líneas principales de transmisión, lo que genera sobrecostos en la implementación ya sea por la  adecuación de terrenos, construcción de vías de acceso y líneas de distribución.

La incertidumbre del viento

Comparando centrales eólicas con centrales de tecnologías térmicas (que utilizan combustibles fósiles como carbón o gas natural) o las hidráulicas (que utilizan la energía potencial del agua) de la misma capacidad, para las dos últimas siempre será más fácil poder generar energía utilizando la máxima capacidad disponible, desde que cuenten con el suministro de combustible o almacenamiento de agua necesarios. En el caso del viento la energía generada variará de acuerdo con la intermitencia de la velocidad del viento. Lo anterior implica que la energía generada y vendida como generalidad siempre será mayor para las dos últimas que para la eólica.

Adicionalmente, en los mercados de energía regulados, el precio de la energía se determina según la oferta y la demanda, por lo que al momento de vender,  la energía no necesariamente será remunerada a un buen precio. La incertidumbre en los ingresos para la generación eólica, por la variación en la cantidad de energía generada y precio de venta, aumenta el riesgo en la inversión en este tipo de tecnología, lo que la hace poco atractiva para los inversionistas. Es evidente que esto último no favorece la masificación de esta tecnología.

Otro problema asociado con la intermitencia del recurso es que de acuerdo a los avances realizados a la fecha, no se puede confiar  toda la generación de energía a un recurso intermitente, pues estaríamos entrando a los problema de la incertidumbre y de lo incierto, ya que la intermitencia del viento no garantizaría la satisfacción de la demanda de energía en todo momento. Lo anterior hace que se requieran otras tecnologías de generación complementarias para suplir los periodos donde el viento no tiene el comportamiento deseado.

Hasta el momento se han analizado de manera conceptual algunos elementos cuantitativos que se convierten en obstáculos para la masificación de la tecnología. Sin embargo hay otros, no menos importantes, pero de tipo subjetivo, que se mencionarán de forma breve. Algunos críticos hablan del impacto visual de las instalaciones, las discusiones sobre la forma como afectan algunas especies de aves y murciélagos (con diferentes estudio que soportan los puntos de vista al respecto) y el impacto por contaminación por ruido, entre otros.

Problemas ambientales y estéticos

A pesar de los obstáculos mencionados, la energía eólica tiene múltiples ventajas a nivel tecnológico y ambiental que se deben resaltar. La no emisión de gases contaminantes, evita la contaminación de las fuentes de agua; comprende costos de operación que no están sujetos a la variación del precio de los combustibles y la escasez de los mismos. También se puede anotar aquí, el uso de un recurso renovable, ecológico,  compatible con el uso de la tierra en actividades esenciales como la agricultura y la ganadería.

Si se analiza la penetración de la energía eólica en países como Dinamarca, España y Alemania (por citar los casos más representativos), en los últimos diez años se observa que la energía eólica representa cerca del 20% de la capacidad instalada en Dinamarca, el 12% en España y el 6% en Alemania (este último con cerca de 26.000 MW instalados, casi el doble de la capacidad total de generación instalada en Colombia que cuenta solo con 20MW de energía eólica),  y con un crecimiento anual promedio en la instalación de unidades eólicas de 10% para los tres países. Es evidente que condiciones para la generación eólica sí existen y que en algunos lugares —como los citados— se toman decisiones que hacen posible la incorporación de la energía eólica en los portafolios de generación de energía.

Lo que hace posible que estos países tengan desarrollado el uso de esta tecnología, es la implementación de medidas regulatorias e incentivos gubernamentales y de mercado de energía que la han favorecido de manera satisfactoria. Algunos de los incentivos que se utilizan en estos mercados pueden ser la exención de impuestos y la remuneración mediante ingresos fijos de la capacidad o confiabilidad que brindan al sistema. Por lo tanto, se valoran elementos como la capacidad mínima de generación garantizada y soportada en el comportamiento histórico de los vientos.

Sumado a los anteriores argumentos, también se deben tener en cuenta los ingresos por reducción de emisiones de efecto, establecidos en el protocolo de Kyoto en 1997 y vigentes en la actualidad, donde por cada tonelada de CO2 equivalente que se desplaza por utilizar tecnologías que no generan emisiones, el generador recibe un ingreso de acuerdo con la tasa transada del valor de la tonelada desplazada. Los elementos anteriores ayudan a que el flujo de caja de los proyectos de generación mediante energías alternativas, tengan un retorno positivo y así los inversionistas pongan la mirada en este tipo de tecnología, como en el caso de los países que la utilizan con éxito.

Lo que nos espera

Hay otros elementos que a futuro favorecerán la incorporación de unidades eólicas a nivel mundial, debido a los incentivos de mercado. Aquí cabe destacar la reducción de los costos de la tecnología y una eventual madurez de la misma. También, la volatilidad de los precios de los combustibles fósiles y la escasez que se pronostica en los próximos años de petróleo, conllevarán a que esta alternativa sea cada vez más atractiva si se la compara con las tecnologías tradicionales.

En relación a los planes inmediatos, El Consejo Global de Energía Eólica estima que entre 2008 y 2013 la inversión en la tecnología alcanzará los US$300.000 millones. En el caso de América Latina, Brasil, Argentina, Chile, México y Costa Rica tienen planes de instalación de cerca de 200 MW de energía eólica entre proyectos pilotos y operativos.

En Colombia solo existe un parque eólico, Jepírachi, ubicado en la Guajira y propiedad de Empresas Públicas de Medellín con una capacidad instalada de 20MW (menos del 1% de la capacidad instalada en el país). Entre las razones por las que solo se cuenta con un parque eólico, se puede traer a colación la alta riqueza hídrica y la capacidad térmica instalada en la actualidad.

Adicionalmente el país cuenta con una buena planeación de la capacidad instalada de generación para hacer frente a los picos de demanda de energía y las épocas de hidrología crítica (fenómeno del niño, por ejemplo), lo que hace que la evaluación de alternativas diferentes a las tradicionales no sea la prioridad actual.

No obstante, el país cuenta con estudios de vientos que permiten localizar las zonas con mayor potencial de generación (La Alta Guajira, San Andrés, las costas del Océano Atlántico y algunas zonas de los santanderes que son excepcionalmente buenas).

En el país aún no se han desarrollado los mecanismos de mercado que permitan valorar los elementos positivos de la tecnología. Entre ellos sobresalen el impacto benéfico sobre el ambiente, el impacto social positivo como desarrollo y empleo, la capacidad  y confiabilidad aportada al sistema. En Colombia se debería estudiar la complementariedad teórica con los periodos de hidrología crítica. Por eso los estudios difícilmente son llevados a la práctica por parte de los inversionistas y las empresas generadoras.

Cuando llegue el momento en que en el país se agoten las amplias posibilidades de generación hidráulica y térmica, y se generen las políticas y regulaciones de mercado adecuadas, se podrán comenzar a desarrollar —sobre los estudios de vientos existentes— los proyectos serios de generación eólica en nuestra geografía y entonces así, aportar a los compromisos de reducción de emisiones mediante el poder limpio y seductor del viento.
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* Felipe Isaza Cuervo es ingeniero mecánico de la Universidad Nacional de Colombia y magíster  Ingeniería Administrativa. Ha publicado en «Revista Energética» y «Renewable and Sustainable Energy Reviews».