Los aerogeneradores son mecanismos que convierten la energía del viento, más conocida como energía eólica, en energía mecánica, y después en energía eléctrica, la cual es transmitida a nuestros hogares por la infraestructura de la Comisión Federal de Electricidad (CFE). A estas máquinas también se les conoce como turbinas eólicas; de ninguna manera son ventiladores o molinos de viento, ya que no tienen esas funciones. Se dividen en dos grupos: aerogeneradores de eje horizontal y aerogeneradores de eje vertical; los más conocidos son los de eje horizontal, como el que se observa en la Figura 1.
A mayor área de barrido hay mayor energía captada por el aerogenerador. Estas turbinas funcionan bajo dos fuerzas aerodinámicas, la fuerza de arrastre y la fuerza de sustentación; se debe encontrar una relación en las palas, en la cual la fuerza de sustentación sea mayor que la fuerza de arrastre.
Por lo regular, cuando se habla de aerogeneradores se piensa en estas turbinas eólicas gigantes muchas veces mayores a 100 m de altura y 80 m de diámetro, por ello, en pocas ocasiones los pequeños aerogeneradores son mencionados. Estas pequeñas turbinas pueden medir 1.5 m de diámetro y 10 m de altura.
La viabilidad para instalar un aerogenerador depende de varios factores.
• Condiciones meteorológicas: la presión atmosférica, la temperatura ambiente, la dirección y rapidez del viento son esenciales para determinar la potencia del viento.
• Terreno: las condiciones del terreno originan cambios en el viento, así que tener bien definidos los obstáculos que están alrededor de donde se piensa instalar el aerogenerador es importante.
• Interconexión a la red eléctrica: la CFE tiene ubicadas y georreferenciadas las instalaciones donde se pueden hacer interconexiones (http://app.distribucion.cfe.mx/Aplicaciones/GeneracionDistribuida/GeneracionDistribuida).
• Seguridad: considerar la seguridad de las estructuras alrededor del aerogenerador es importante, además, el cuidado de las personas es indiscutible.
• Costo: se debe tener en cuenta que el precio del aerogenerador depende de su tamaño.
Si se siguen las consideraciones anteriores, se deben tener mediciones de las variables meteorológicas del sitio estudiado.
El estado de Querétaro está rodeado de montañas y cuenta con algunas planicies. De acuerdo con el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (Inegi, 2023), la entidad está divida en tres zonas de relieve: la Sierra Madre Oriental, Eje Neovolcánico y la Mesa del Centro (ver Figura 3). Al tener estas condiciones de relieve, el estado cuenta con corrientes de viento con una magnitud de entre 4 metros por segundo (m/s) y 6 m/s.
La interconexión a la red eléctrica para pequeños aerogeneradores se puede realizar bajo el concepto de generación distribuida, la cual, según la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (Conuee, 2023), es la generación o el almacenamiento de energía eléctrica a pequeña escala, lo más cercano posible al centro de carga, con la opción de interactuar (comprar o vender) con la red eléctrica y, en algunos casos, considerando la máxima eficiencia energética. En la generación distribuida, se manejan diferentes rangos: menores a 500 kilowatts (kW); mayores a 1,000 y menores a 5,000 kW; menores a 20,000 kW; menores a 100,000 kW; e inclusive de tan sólo unos cuantos kW, por ejemplo 3 kW, esto hace a la generación distribuida un concepto subjetivo. Se entiende que el rango menor es más conveniente, ya que la gestión con CFE es mucho más sencilla.
Considerando la definición de la generación distribuida, se buscan sitios con cargas eléctricas a las que se les pueda aportar energía generada por pequeños aerogeneradores (pueden ser hogares, oficinas, pequeños comercios, entre otros), sin pasar de 500 kW de potencia, es decir, lo máximo permitido son 499 kW.
Hay varias aplicaciones de generación distribuida.
- Carga base: se utiliza para generar energía eléctrica en forma continua.
- Carga en punta: se utiliza para suministrar energía eléctrica en periodos punta, con lo cual disminuye la demanda máxima del consumidor, ya que el costo de la energía en este periodo es el más alto.
- Generación aislada o remota: se usa para generar energía eléctrica en el modo de autoabastecimiento.
- Almacenamiento de energía: se puede considerar esta alternativa cuando es viable el costo de la tecnología a emplear.
Los aerogeneradores pequeños plantean algunos desafíos en términos de seguridad. Entre los más importantes está el ruido: todos los aerogeneradores generan ruido durante su funcionamiento, especialmente a altas velocidades de viento. En entornos urbanos densamente poblados, el ruido puede convertirse en un problema para los residentes cercanos. Por lo tanto, es esencial considerar la ubicación adecuada de los aerogeneradores pequeños para minimizar la interferencia acústica con las comunidades circundantes.
Asimismo, la seguridad estructural de los aerogeneradores pequeños se cuida desde la correcta instalación, de acuerdo con las regulaciones locales. Los fabricantes y los instaladores deben seguir las pautas de seguridad específicas y realizar inspecciones regulares para detectar posibles daños o desgastes en las turbinas. Esto es especialmente importante en áreas donde pueden ocurrir fenómenos climáticos extremos, como vientos fuertes o tormentas. También es necesario considerar la distancia de seguridad adecuada entre los aerogeneradores pequeños y los edificios, árboles u otras estructuras cercanas, para evitar posibles daños en caso de fallas o colapsos de las turbinas; así como para prevenir sombras parásitas o efectos de turbulencia en otros edificios, o en las propias turbinas.
Un estudio que se debe realizar es el de protección de aves y murciélagos, ya que los aerogeneradores representan un riesgo para estos animales en áreas urbanas. En general, los desarrolladores de proyectos eólicos deben realizar estudios de impacto ambiental para evaluar y mitigar los posibles efectos negativos en la fauna local; esto puede incluir la implementación de medidas como la instalación de sistemas de detección y repelencia de aves, así como la colocación adecuada de las turbinas para evitar rutas migratorias o áreas de anidación.
Es fundamental cumplir con todas las regulaciones y normativas locales relacionadas con la instalación y operación de aerogeneradores pequeños en áreas urbanas. Esto implica obtener los permisos y autorizaciones necesarios de las autoridades competentes, así como seguir las pautas de seguridad establecidas por los organismos reguladores.
El cálculo de la viabilidad económica de la puesta en marcha de un aerogenerador de baja potencia implica evaluar los costos y los beneficios asociados con la instalación y operación. Los costos de adquisición incluyen el costo de compra del aerogenerador, que puede variar según el tamaño, la marca y el proveedor; además del costo del equipo en sí, el envío, la instalación y los permisos necesarios. La instalación del aerogenerador puede implicar la contratación de personal especializado, la preparación del terreno, la construcción de la base y la interconexión a la red eléctrica.
Los costos operativos incluyen el mantenimiento regular del aerogenerador, el reemplazo de partes y componentes desgastados, y el monitoreo de su rendimiento. Es importante estimar estos costos a lo largo de la vida útil del aerogenerador, pues debe generar suficiente electricidad para cubrir la inversión y operación: es necesario estimar la cantidad de energía que el aerogenerador puede generar en función de su capacidad nominal y de los patrones de viento en la ubicación específica; esto se puede hacer utilizando datos históricos de viento, o mediante estudios específicos.
Es importante tener en cuenta las tarifas de energía vigentes en el mercado. Esto implica considerar el precio al que se puede vender la electricidad generada por el aerogenerador y los acuerdos de compra de energía existentes. Las tarifas de energía pueden variar según la ubicación y las políticas energéticas locales. Algunos países ofrecen incentivos y subsidios para la generación de energía renovable, y estos programas pueden incluir tarifas de alimentación, exenciones fiscales u otros beneficios.
Una vez que se han considerado todos estos aspectos, se puede realizar un análisis financiero para determinar la viabilidad económica del proyecto. Esto puede implicar el cálculo del periodo de recuperación de la inversión, el retorno de la inversión (ROI), el valor presente neto (VPN) o la tasa interna de retorno (TIR).
Es importante recordar que el cálculo de la viabilidad económica puede ser complejo y debe tener en cuenta factores específicos de cada proyecto y ubicación. Se recomienda consultar a expertos en energía renovable, consultores financieros o utilizar herramientas especializadas en evaluación de proyectos para obtener resultados más precisos y confiables.
En México, las energías renovables están reguladas por diversas leyes y políticas que promueven su desarrollo y utilización, como la Ley para el Aprovechamiento de Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética (Laefte). Esta ley establece lineamientos generales para el fomento y la regulación de las energías renovables en México; busca promover la diversificación de la matriz energética y el uso eficiente de los recursos naturales.
Por otra parte, la Ley de Transición Energética (LTE) tiene por objetivo establecer las bases para la transición del país hacia un sistema energético sustentable. Establece metas específicas de generación de energía e instrumentos para fomentar la inversión en proyectos de energía renovable.
Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica (LSPEE) regula el suministro y la prestación del servicio público de energía eléctrica en México. Establece el marco para la generación, transmisión, distribución y comercialización de electricidad, incluyendo la integración de energías renovables en el sistema eléctrico nacional.
La Ley de Promoción y Desarrollo de los Bioenergéticos promueve el desarrollo y la utilización de energía, por ejemplo, a partir de biomasa y biogás.
Un caso de éxito de aerogeneradores de baja potencia instalados en ciudades es el proyecto Micro Wind Turbines, en la ciudad de Rotterdam, Países Bajos. Este proyecto fue implementado por el Instituto de Investigación Energética de la Universidad de Tecnología de Delft.
El proyecto consistió en instalar aerogeneradores de baja potencia en azoteas de edificios residenciales y comerciales en diferentes vecindarios de Rotterdam. Estos aerogeneradores tenían una potencia nominal de alrededor de 1 kW cada uno y fueron diseñados para funcionar eficientemente en entornos urbanos. El objetivo principal del proyecto era demostrar la viabilidad de los aerogeneradores de baja potencia como fuente de energía renovable en áreas urbanas, y promover la participación de los ciudadanos en la transición energética. Aunque es importante mencionar que las condiciones del viento en los Países Bajos no son iguales a las del estado de Querétaro.
Conclusiones
Los proyectos de producción de energía eléctrica mediante energía eólica de baja potencia en comunidades urbanas serán positivos después de un análisis completo de todas las variables mencionadas en este artículo. Son muchas las ventajas de producir energía eléctrica utilizando energías renovables, la principal es para nuestro planeta, al disminuir la generación de gases de efecto invernadero. A su vez, instalar aerogeneradores en comunidades rurales reducirá la dependencia de la red eléctrica convencional y fomentará la generación de energía descentralizada.
La participación ciudadana involucrará a los residentes y propietarios de los edificios en la instalación y el monitoreo de los aerogeneradores. Esto promoverá la conciencia sobre la energía renovable y motivará a las personas a adoptar medidas más sostenibles. Los aerogeneradores de baja potencia pueden ser diseñados para ser visualmente atractivos y no intrusivos, lo que permitiría su integración armoniosa en el paisaje urbano.
Otro aspecto importante para nuestra sociedad es que estos proyectos pueden tener un enfoque educativo, con talleres y actividades de divulgación para informar a los ciudadanos sobre la energía eólica y fomento a la adopción de soluciones renovables.
Así se demuestra que los aerogeneradores de baja potencia pueden desempeñar un papel significativo en la generación de energía renovable a nivel local en áreas urbanas. Además de producir electricidad, su implementación puede ayudar a concienciar a la comunidad, promover la participación ciudadana y acelerar la transición hacia una matriz energética más limpia y sostenible.
En Querétaro hay corrientes de viento que pueden utilizarse para generar energía eléctrica en las comunidades urbanas. Se recomienda que si se planea la instalación de aerogeneradores de baja potencia sea en edificios o en lugares altos para aprovechar la intensidad del viento y la disponibilidad para la interconexión a la red eléctrica.
Finalmente, la generación distribuida debe ser considerada como la forma en que las energías renovables tendrán éxito en el futuro.
Referencias
- http://app.distribucion.cfe.mx/Aplicaciones/GeneracionDistribuida/GeneracionDistribuida
- Instituto Nacional de Estadística y Geografía, 2023, acceso 25/05/2023.
- Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía, acceso 01/06/2023.
- Ley para el Aprovechamiento de Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética (LAEFTE), https://www.cre.gob.mx/documento/3870.pdf, acceso 02/06/2023.
- Ley de Transición Energética (LTE), https://www.diputados.gob.mx/LeyesBiblio/pdf/LTE.pdf, acceso 02/06/2023.
- Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica (LSPEE), https://www.senado.gob.mx/comisiones/energia/docs/marco_LSPEE.pdf, acceso 02/06/2023.
El doctor Quetzalcóatl Cruz Hernández Escobedo es profesor de ingeniería en energías renovables en la Escuela Nacional de Estudios Superiores Unidad Juriquilla, de la Universidad Nacional Autónoma de México
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