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LA ENERGÍA EÓLICA EN LA REPÚBLICA ARGENTINA: APORTES
PARA EL DESARROLLO DE SU APROVECHAMIENTO MASIVO
Autor: Enrique Adolfo Covas, Ing. Civil, Universidad Nacional de La Plata. ARGENTINA
Palabras clave: Viento, agua, almacenamiento, aprovechamientos combinados.
Resumen
Este trabajo tiene como objetivo realizar aportes para el desarrollo del aprovechamiento
masivo del recurso eólico de la Argentina, que, conjuntamente con otras fuentes de energía,
contribuirá por un lado al reemplazo paulatino de los combustibles fósiles, contaminantes y en
agotamiento y por otro, a la salida de la crisis energética en la que se encuentra el país.
Se plantea: la estrategia a seguir en los próximos años, el mejoramiento de los estudios del
recurso, la posibilidad de realizar aprovechamientos combinados eólicos – hidroeléctricos y el
desarrollo de aerogeneradores de eje vertical.
1. INTRODUCCION
El desarrollo del aprovechamiento masivo del recurso eólico de la Argentina,
contribuirá al reemplazo paulatino de los combustibles fósiles, contaminantes y en
agotamiento y a la salida de la crisis energética en la que se encuentra el país, que
se manifiesta principalmente en el crecimiento de la demanda, producto del
crecimiento de la economía, sin el necesario incremento de la oferta. (1), (2).
El crecimiento de la economía resulta indispensable para lograr a largo plazo,
una sustancial mejora en la situación socioeconómica. Para poder sostenerlo la
oferta energética debería crecer como mínimo en iguales proporciones.
La gran ventaja que posee la generación eólica en la Argentina es la
magnitud del recurso. Con la tecnología actual, en la Patagonia el recurso es
superior a 800.000 MW; más de 100.000 MW tendrán factores de utilización
cercanos al 50 % y para el resto, este factor será de aprox. 40%. (3).
Hay desventajas técnicas que dificultan su inserción masiva en el mercado
eléctrico. Ellas, imponen una restricción en la entrega al sistema de transmisión, de
cantidades inferiores al 20% de la energía circulante en el mismo. (2).
Mantener la restricción apuntada implica desaprovechar el recurso, por lo cual
deben buscarse las soluciones que permitan su aprovechamiento.
2. ESTRATEGIA A SEGUIR EN LOS PRÓXIMOS AÑOS
Resulta necesario volcar los esfuerzos para ir paulatinamente hacia el
reemplazo de combustibles fósiles por fuentes de energías renovables y “limpias.
Para ello, deben buscarse las soluciones necesarias para lograrlo en forma eficiente
y económica. Aquí se analiza la posibilidad del almacenamiento de la energía eólica
en centrales hidroeléctricas de acumulación por bombeo, que incluso permitirán la
producción de hidrógeno, como otra posibilidad complementaria de almacenamiento.
Deben implementarse estos sistemas combinados, tratando de aprovechar al
máximo los recursos naturales renovables, con grandes centrales (de más de 1.000
MW), en las zonas en donde se encuentre el recurso. Esto permitirá el desarrollo
industrial, disponiendo de industrias electrointensivas, que, a criterio del autor, deben
implantarse en las zonas del recurso. Para llegar a establecer un verdadero apoyo a
las fuentes de energía renovables, en particular la eólica, debe generarse un amplio
debate nacional que conduzca a elaborar una política energética consensuada y
duradera que exceda los plazos de una gestión.
En tal sentido, el autor propone como estrategia a seguir para los próximos 20
años, primero adoptar una tasa de crecimiento del país del 5%, tendiendo
principalmente a un fuerte desarrollo industrial para lograr una sustancial
modificación en las fuentes de ingreso del país y mejorar la calidad de vida de la
población. Para ello, deben realizarse anticipadamente las grandes obras de
infraestructura para abastecer a las industrias de la energía que necesitan.
El crecimiento industrial sostenido del país requerirá
un crecimiento del
mismo orden en la oferta energética, que significa un incremento promedio del
parque eléctrico de unos 2.000 MW anuales de potencia instalada, de manera que
en el año 2025 se cuente con una potencia instalada total superior a los 65.000 MW.
Las inversiones necesarias en el sector energético deberán ser del orden de U$S
60.000.000.000 en 20 años. Inicialmente habrá que instalar unos 1300 MW por año
y hacia el final del período unos 3.000 MW por año. Pero esta previsión es de
mínima, dado que si se establece una fuerte política de fomento, el crecimiento
podría ser muy superior. De estas inversiones, una buena parte deberían ser en
aprovechamientos combinados eólicos-hidroeléctricos.
3. MEJORAMIENTO DE LOS ESTUDIOS DEL RECURSO ENERGÉTICO EÓLICO
3.1. Metodología
El análisis que se propone, requiere que en una región extensa ventosa, por
ejemplo la provincia de Santa Cruz, la del Chubut, o ambas juntas, se dispongan
numerosas estaciones de medición, con sistemas de almacenamiento de datos a
tiempo real. Cuanto más estaciones se establezcan, mayor precisión tendrá el
estudio. En este sentido, la experiencia en la ubicación de estaciones de medición
no establece una regla precisa, fundamentalmente, por la incidencia de la topografía
y el tipo de terreno (presencia o no de montañas, tipo de vegetación rugosidad,
disposición de los accidentes en relación a los vientos, etc.).
Para cada zona de la región habrá que disponer con criterio, la densidad y
ubicación de las estaciones. A medida que avancen los estudios, podrán
determinarse reubicaciones incremento o disminución de las mismas.
Un estudio racional, requerirá de un tiempo mínimo de 3 años.
Los instrumentos de medición de viento actuales, incluyen sistemas de
almacenamiento de los datos, tanto de velocidad como de dirección. La velocidad (v)
y dirección (d) que se almacena, es la media del período (p) elegido, sabiendo que
cuanto menor es el período elegido, mayor cantidad de memoria se requiere y mejor
es la precisión del estudio. Pueden elegirse (según la marca y modelo elegido)
períodos suficientemente cortos, como para realizar un análisis confiable, siendo
aceptable adoptar 2 minutos, sabiendo que para cada período se almacena la media
de velocidad, la media de dirección y la velocidad máxima instantánea, denominada
ráfaga máxima en el período.
Entonces, los datos de base almacenados en cada estación son:
-
Velocidad media en el período en la estación (vmpe) [m/s] –
Tiempo real [minutos del período/hora/día/mes/año].
-
Velocidad máxima instantánea en el período [m/s] – tiempo
[minuto/hora/día/mes/año];
-
Dirección del viento [grados/minutos], respecto del Norte o
ubicación de la dirección en el cuadrante de viento subdividido (p. ej. O-SO) –
tiempo [minutos del período/hora/día/mes/año].
Para toda la región, puede efectuarse un análisis estadístico de los datos de
todas las estaciones, determinando para cada período, los parámetros más
significativos (máximo valor, mínimo valor, media, frecuencia relativa de cada valor,
frecuencia acumulada, mediana, desviación estándar, etc.).
Así, utilizando los datos de velocidad media en cada período, para cada
estación de medición, se calcula el promedio para toda la región; luego, con los
promedios para todos los períodos analizados, para el lapso de tiempo considerado
(por ejemplo un año), puede confeccionarse un gráfico vmpr [m/s] (velocidad media
en el período en toda la región) – t [hs] (Figura 1), similar al que se realiza para cada
estación, cuando se realiza un estudio convencional (4),.
Figura 1: Velocidad media periódica del viento en función del tiempo, para una
región, determinada a partir de todas las estaciones de medición.
A partir de los datos con los que se obtiene el gráfico de la Figura 1,
podremos determinar la frecuencia de rangos de vmpr y graficar el histograma
frecuencia – rango de vmpr,
al cual podremos transformar en una función de
distribución de frecuencia de valores promedio de velocidades medias en el período
para la región, expuestos en la Figura 2; podrá observarse en esta figura, muy
probablemente, frecuencias nulas en los rangos inferiores de velocidades medias
promedio en la región. Asimismo, la función de distribución que
se ajuste
adecuadamente al histograma de frecuencias, seguramente no será ni la de Weibull
ni la de Rayleigh, debiendo realizarse un análisis de las distintas funciones
estadísticas estudiadas, a fin de elegir una conveniente.
Figura 2: Histograma de frecuencia de valores promedio de velocidades medias
periódicas medidas para una región y función de distribución de frecuencia de esos
valores.
Este histograma y la función de distribución de frecuencias pueden
expresarse también en términos frecuencia de potencia media del período:
Frecuencia[%] – Rango de potencias [W/m2] . En este caso, cada valor de velocidad
media del período, se transforma en potencia media del período aplicando la formula
P = ½ ρ A v3.
Con este análisis se puede conocer para toda una región, la productividad
energética de un parque eólico que la abarque por completo, la cantidad de tiempo
en que todos los aerogeneradores estarán parados por bajas o altas velocidades de
viento y la función de distribución de potencias obtenidas a lo largo del año. La
Figura 3 representada lo expuesto; en ella, el autor supone que no habrá ningún
momento de productividad nula del parque regional, tanto por altas como por bajas
velocidades de viento. Seguramente, la función de distribución de potencias
obtenida para la región, será más aplanada que cualquiera de las correspondientes
a una estación. Esto significa que, disponiendo convenientemente los parques en
una región extensa, podremos disminuir los efectos de la variabilidad del recurso en
períodos cortos (minutos, horas y días).
Figura 3: Funcionamiento del parque eólico en una región.
En consecuencia, analizada de esta manera, la confiabilidad de un parque
extenso en la Patagonia será mucho mayor que la que se determine utilizando las
funciones de distribución de potencias obtenidas para cada estación por separado.
Los mapas eólicos, obtenidos a partir de mediciones o a partir de modelos (4),
(8), (9), deberían ser complementados con los resultados del análisis que aquí se
propone.
Siguiendo la metodología expuesta, el autor propone iniciar el estudio en dos
sectores extensos ventosos: uno en correspondencia con la región costera de las
provincias de Santa Cruz y Chubut, hasta unos 50 km hacia el continente y otro que
abarque la Gran Altiplanicie central, en la provincia de Santa Cruz (Figura 4).
Figura 4: Sector de estudio inicial de viento propuesto para las provincias del Chubut
y Santa Cruz.
4. EL ALMACENAMIENTO DE LA ENERGÍA EÓLICA
4.1. Generalidades
En el ámbito de quienes trabajan en energía eléctrica, la energía eólica es
considerada de mala calidad, debido a la variabilidad del recurso en el tiempo. Las
variaciones de alta frecuencia, del orden de escasos segundos o menos, provocan
defectos notorios en la calidad de potencia tales como el parpadeo, armónicas, etc.,
mientras que los de baja frecuencia imponen el uso de otras fuentes para cubrir
faltantes (5).
Teniendo en cuenta lo anterior, se analiza en forma expeditiva, la posibilidad
de combinar la generación eólica con la generación hidráulica, almacenando gran
parte de la energía eólica producida, en centrales hidroeléctricas de acumulación por
bombeo; se logrará así posibilitar la generación de energía eléctrica limpia, en forma
eficiente, en grandes cantidades y con calidad de potencia controlada. Podrá
complementarse esta forma de almacenamiento con la producción de hidrógeno a
partir de la electrólisis del agua, utilizando la energía eólica como fuente.
La posibilidad realizar centrales de acumulación por bombeo, depende
principalmente de la disponibilidad del recurso eólico y de agua para bombeo en la
región de implantación. En la Figura 5 (extraída del libro La Energía Eólica,
Tecnología e historia, de Cadiz Deleito, Ed. H. Blume) (6), se observa el esquema de
este tipo de aprovechamiento.
Figura 5: Esquema de almacenamiento de energía eólica mediante el bombeo de
agua y posterior aprovechamiento hidroeléctrico.
4.2. Posibles Aprovechamientos con centrales de bombeo en el país
En nuestro país, numerosos cursos de agua y lagos naturales y artificiales,
presentan condiciones que son favorables para este tipo de emprendimientos.
Asimismo, existen posibles emplazamientos de nuevos reservorios.
Entre las posibles localizaciones de aprovechamientos combinados cabe
mencionar en primer lugar, a las provincias de Santa Cruz y Chubut, por cuanto para
ambas se conoce la bondad del recurso eólico y cuentan con cursos de agua,
reservorios naturales y artificiales y condiciones aptas para nuevos reservorios, que
resultan útiles para la construcción de aprovechamientos combinados.
El autor realizó un trabajo (3) que plantea la realización de dos centrales
hidroeléctricas de acumulación por bombeo, una de 5000 MW ubicada entre los
lagos Viedma y Argentino y otra, también de 5000 MW, entre un embalse a construir
y el lago Argentino. Podrá instalarse además, una central de 1000 MW.
En estos aprovechamientos, no se trata de aprovechar el recurso hidráulico
con algún grado de empuntamiento, sino de tener la posibilidad de almacenar agua y
producir grandes cantidades de energía, muy superiores a la que ofrece el recurso
hídrico. Es así, que con las centrales planteadas, se podrá obtener una producción
energética del orden de 45.000 GWh-año.
Para completar este aprovechamiento combinado, habrá que instalar un gran
parque eólico de unos 10.000 MW.
Los lagos Viedma y Argentino son de similares características; ambos poseen
una superficie del orden de 1600 km 2, la distancia mínima entre ellos es de unos 30
km, con un desnivel de unos 55 m, lo que permite la construcción de centrales de
aún mucho mayor potencia que la planteada.
Proyectos similares pueden estudiarse en las provincias del Chubut, Neuquén
y Río Negro. Una posibilidad concreta es la de adaptar los aprovechamientos
existentes sobre la cuenca del río Limay, convirtiéndolos en centrales de
acumulación por bombeo, lo cual permitirá incrementar
fuertemente la potencia
instalada en los mismos.
Igualmente, puede estudiarse la repotenciación del Complejo Hidroeléctrico
Río Grande Nº I en la provincia de Córdoba, combinándolo con el aprovechamiento
del recurso eólico existente en la cumbre de las sierras de Los Comechingones,
cercana a dicho complejo.
Por lo expuesto, el autor considera de sumo interés el realizar un inventario
de los posibles aprovechamientos combinados.
5. DESARROLLO DE AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL
Hasta mediados de la década del 90, los desarrollos de aerogeneradores de
eje vertical competían con los de eje horizontal, llegándose a potencias de hasta 1
MW. En nuestro país hubo desarrollos de aerogeneradores de eje vertical de baja
potencia, en la década de los 80.
Los aerogeneradores de eje horizontal tienen ventajas y desventajas técnicas
y económicas con relación a los de eje vertical. Las mismas, se traducen en
diferencias económicas que deben ser evaluadas detalladamente y que en su
conjunto no dan, a criterio del autor, diferencias sustanciales que a priori permitan
elegir entre una tecnología o la otra. Sin embargo, en nuestro país, en la región
patagónica, se muestra en principio, como conveniente el simplificar las tareas de
reparación y mantenimiento. También se menciona que, a diferencia de Europa, en
donde los vientos son de menor magnitud y abarcan menor superficie que en
nuestra Patagonia, aquí no resulta indispensable captar la mayor cantidad de
energía por unidad de superficie barrida por el rotor. El costo de la energía calculado
teniendo en cuenta todos los insumos y la vida útil del equipamiento, definirá en
definitiva cual es la alternativa más conveniente, pero desde ya se aprecia que no
habrá diferencias sustanciales, aunque a criterio del autor la menor incidencia en los
costos de reparación y mantenimiento, es un factor importante. Si las hay,
comparando el costo de la energía en Europa Vs. la Patagonia, adoptando para
Europa aerogeneradores de eje horizontal y para la Patagonia aerogeneradores de
eje vertical. Considerando vientos de diseño en Europa de 7,5 m/s y de 10 m/s en la
Patagonia, comparando los costos de los distintos insumos, resulta más rentable el
aerogenerador de eje vertical en la Patagonia por el mayor potencial eólico. Esto es
debido a la gran incidencia que tiene la magnitud del recurso en el costo de la
energía
con respecto a las demás variables (principalmente al coeficiente de
potencia, y
la vida útil). Por ello, el autor considera de interés el investigar y
desarrollar un aerogenerador de las características mencionadas. De los
aerogeneradores de eje vertical que se desarrollaron, hay dos tipos que parecen los
más eficientes: los Darrieus y los del Giro – Mill. De este último, una versión de gran
potencia es el que propone desarrollar el autor; tendrá las dimensiones aproximadas
mostradas en el croquis de la Figura 6. (6), (7).
Figura 6: Croquis de vista de aerogenerador Giro – Mill a desarrollar. P> 2 MW.
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El recurso energético eólico de la Argentina es tan grande, que debe
buscarse la manera de aprovecharlo masivamente. No se justifica que en la
Argentina haya menos de 40 MW instalados, cuando en los países desarrollados, en
donde el recurso es muy inferior, se instalan en conjunto esa cantidad en pocos
días. Hay soluciones técnicas que permiten resolver los problemas de calidad de
potencia de la generación eólica. En la Argentina una de las posibles soluciones de
corto y mediano plazo, es el almacenamiento de la energía mediante centrales
hidroeléctricas de acumulación por bombeo. Estas centrales son técnicamente
factibles, debido a la existencia de recursos hídricos y de reservorios, naturales y
artificiales. A largo plazo, la energía eólica servirá para la producción masiva de
hidrógeno. Debe realizarse un inventario de los posibles emprendimientos y una
evaluación técnica - económica para determinar su factibilidad, para luego
desarrollar los más convenientes.
Si una parte importante de la generación eólica se dispone para almacenar
energía,
se justifica para este fin
el desarrollo de aerogeneradores de gran
potencia, con escaso control de calidad de potencia, más simples, menos costosos y
menos eficientes que los que actualmente están en el mercado. En este sentido se
recomienda el desarrollo de aerogeneradores de eje vertical.
La legislación actual en la Argentina no alcanza para promover el uso de la
energía eólica. Debe adecuarse el marco regulatorio eléctrico dando un fuerte apoyo
a la misma, similar al que rige en países tales como Alemania y España.
REFERENCIAS
1)
Secretaría de Energía de la Nación, (2006). Buenos Aires.
2)
Compañía Administradora del Mercado Mayorista Eléctrico S.A. (CAMMESA).
(2006). Informes Estadísticos. Perez. www.cammesa.com.ar.
3)
Covas, Enrique A.,(2006). El Aprovechamiento masivo del Recurso
Energético Eólico de la Argentina. Posibilidad de Almacenamiento de la Energía
Mediante Centrales Hidroeléctricas de Acumulación por Bombeo. Aspectos
Ambientales. Inclusión en el Plan Energético Nacional. Necesidad de Adecuación del
Marco regulatorio Eléctrico. IV CAP y AH. Posadas, Mnes.
4)
BARROS, V., (1986).- “Atlas del Potencial Eólico del Sur Argentino”. CREE
(Centro Regional de Energía Eólica). Centro Nacional Patagónico. Chubut.
5)
DE BATTISTA, H. 2000 .“Control de la Calidad de Potencia en Sistemas de
Conversión de Energía Eólica”. Tesis Presentada para el Grado de Doctor en
Ingeniería. La Plata.
6)
CÁDIZ DELEITO, J.C., (1986).-. “La Energía Eólica. Tecnología e Historia”.
Ed. H. Blume. España.
7)
BASTIANON, R., (1994).- “Energía del Viento y Diseño de Turbinas Eólicas”.
Tiempo de Cultura Ediciones. Bs. As.
8)
MATTIO, H. FRANCO A., (2001).- “Mapa Eólico del Chubut”. CREE (Centro
Regional de Energía Eólica). Pcia. del Chubut.
9)
Faiella, L. M., Gesino, A.J. “Gestión de Variables Meteorológicas y Mapeo
Eólico”.2004. www.argentinaeolica.org.ar.