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Ordeñar energía al viento (nuevas ideas) 2007-09-09

Los actuales generadores eólicos no son la única forma de extraer la energía del viento. Probablemente era la única forma de hacerlo hasta ahora; pero nuevos materiales, más potencia a menor precio en los sistemas informáticos, mejor conocimiento de la aerodinámica de las alas y, cómo no, nuevas ideas, están produciendo, al menos en el papel, nuevos sistemas de ordeñar parte de la energía del viento.

La energía del viento

La humanidad lleva aprovechando la energía del viento desde hace miles de años mediante las velas de los barcos. Las velas sufrieron muchas metamorfosis para hacerlas cada vez más eficaces a la hora de extraer la energía del viento. Y hoy en día siguen evolucionando, basta ver los parapentes y las alas delta deportivas para convencernos de ello.



También podemos ver las nuevas ideas aerodinámicas en el diseño de las cometas 'de los niños'.



A más altura más energía

La energía del viento se concentra en dos latitudes del mundo. Una es la franja que pasa por la Patagonia y la otra, por suerte para nosotros, es la que pasa por Europa y Norte América. Estudios que tratan de estimar la energía del viento estiman que la atmósfera en movimiento tiene una energía equivalente a siete millones de plantas nucleares.

Esas dos corrientes de aire, la europea y la patagónica, se sitúan entre los 500 y los 10 000 m de altura y su anchura está comprendida entre cuatro y cinco mil km. La potencia de ese viento es, por término medio, de 2 kW por m2.

Hagamos uno de esos 'problemas de Fermi' de los que ya hemos hablado en otras ocasiones. La superficie de ese chorro de viento es de:

9,5 km de altura (10 km – 500 m)
5 000 km de anchura
Potencia media. 2 Kwh po m2

La potencia será la superficie por la potencia media que nos da: 95 TW (T de Tera: 1012).


En estas condiciones, en Europa, a más altura sopla con más velocidad y por lo tanto transporta más energía. Ese es uno de los motivos por los que los actuales aerogeneradores se instalan en lugares elevados.



En el diagrama de arriba, en el eje Y están las alturas y en el X la velocidad del viento. Este diagrama está realizado para Europa. Y, por supuesto, se trata de condiciones medias. Unos días hay más y otros menos.

En este diagrama hay dos puntos señalados con una gran flecha. El de la izquierda nos da la velocidad a 100 m de altura, que es la que alcanzan los generadores eólicos. El segundo punto nos señala los 800 m de altura. Vemos que la diferencia es muy notable. En el primer punto el viento tiene una energía de 40 W por m2 mientras que en el segundo es de 320 W. Además, vemos que a partir de los 1 000 m la velocidad, y por tanto la energía, crece de modo abrupto. la velocidad del viento a una altura de 800-1 000 m es el doble de la que hay a 80-100 m.

Por otro, lado debemos de tener en cuenta que la energía que se puede extraer del viento es proporcional al cubo de la velocidad. Solamente este detalle, sin tener en cuenta otros factores, hace que la energía que podemos ordeñar al viento a 800-1 000 m de altura es ocho veces (23) la que se obtiene a la altura de 80-100 m. Además, a dicha altura, el viento es mucho más estable y uniforme que a nivel de tierra.

La altura de 800 m está señalada pues es a la que podemos llegar con las tecnologías actuales. Según avancemos en este trabajo iremos viendo las razones por las que no podemos subir más, pero, de momento, baste señalar que hay que sujetar el extremo que vuela de algún modo, y eso depende de un hilo. La resistencia de ese hilo frente a su peso es un parámetro importante.

La empresa italiana Sequoia automation srl de Turín, ha presentado un prototipo del llamado Kitegen (de kite, cometa en inglés, y gen de generador), que ha sido considerado el mejor proyecto del año 2006 por el World Renewable Energy Congress. No se trata sólo de ideas; de hecho, presentaron un prototipo que funcionaba y producía 50 kW.

En una página con artículos aparecidos en la prensa italiana sobre Kitegen, la empresa Sequoia, nos da unos datos muy interesantes, comparando la energía de una central nuclear y la energía del viento. Nos dicen que los aviones no pueden sobrevolar una central nuclear en un radio de 5 000 m de la central y una altura de 1 500 m. Si estos números lo convertimos a una superficie vertical (que es lo que podrían usar los generadores eólicos) nos da quince millones de m2.

La energía de cada m2 depende de su altura, aunque podemos considerar que la energía a 1 000 metros es la media y tal como ya hemos visto es de cerca de 400 W. Eso significa que en esa superficie la energía del viento es de 6 GW. Si tenemos en cuenta que una central nuclear típica produce 1 GW estamos hablando de que el viento que pasa por la zona reservada de una central nuclear lleva 6 veces más energía que la que produce la propia central nuclear. ¿Sorprendente, no? El problema es que no tenemos tecnología para extraer toda esa energía; pero sí tenemos para extraer parte de ella. Aunque pocas dudas hay de que la energía es tanta que merece la pena investigar sobre métodos para extraerla.

Kitegen: cometas para extraer energía

Acabamos de mencionar este proyecto. Se trata de utilizar 'cometas' para mover una turbina generadora de electricidad. Lo llamamos cometa, por seguir con el juego de 'kite' en inglés; pero más bien podríamos hablar de parapentes.

Veamos una imagen artística del sistema, según la revista italiana Airone.



Vemos que se trata de una especie de 'caballitos' (carrusel). En la parte central, abajo, están los generadores de electricidad de tipo convencional. En los brazos del carrusel hay atadas cometas que le hacen girar. Si no se hiciera nada, la cometa llevaría al carrusel a un punto y ahí se quedaría quieta. Para lograr el giro, en primer lugar hay varias cometas (se necesita un mínimo de dos), y, en segundo lugar, la superficie que presentan al viento varía de una posición a otra.

Para lograr en cambio de perfil se utiliza este mecanismo:



Para conseguir una mayor superficie la cometa está inclinada. En el momento que se quiere disminuir esa fuerza, basta con ponerla vertical. Para lograr el giro la 'cometa' debe estar cambiando su posición permanentemente lo que se hace mediante los dos cables del dibujo que están controlados por un sistema informático. Además, en cada cometa, hay unos acelerómetros de estado sólido, que emiten los datos que necesita el ordenador para manejar los hilos.



Estos acelerómetros son similares a los que usa el aparato Segway para mantenerse vertical.

Perspectivas de Kitegen

El primer prototipo ya se ha hecho. La potencia del sistema es proporcional a la superficie de viento que interceptan las cometas, que a su vez es proporcional al diámetro del carrusel.

Los autores del estudio de Sequoia estiman que con un:

diámetro de 100 m se generarán 0,5 MW
diámetro de 200 m se generarán 5 MW
diámetro de 1 000 m se generarán 500 MW

También estiman que el costo de construir un sistema e 1 GW (el equivalente a una central nuclear) es de 80 millones de euros, que es muy poco comparado con cualquier otro tipo de central. Estiman que el costo de un MWh de energía producida será del orden de 1,5 Euros. O dicho de otro modo, un kWh costará: 0,15 céntimos de euro, lo que es mucho más barato que el obtenido por otras tecnologías. (Véase el artículo de Leonardo Libero aquí)

Además, señalan, que esa superficie no deja de ser útil para otros usos. Nada impide plantar y cosechar debajo de los brazos del carrusel. Es decir, no es una superficie inutilizada. Incluso hablan de combinar el Kitegen con células fotovoltaicas para aprovechar la superficie y para asegurar una mayor disponibilidad de la energía generada.

Ya sabemos que muchas veces lo presupuestado y lo real es diferente; pero aunque hubiera un error de 1 a 10, merecería la pena explorar la idea.

Otras ideas

La del Kitegen no es nada más que una de las muchas ideas para aprovechar la energía del viento.
En próximas entradas a este blog hablaré de Laddermill, de generadores de efecto Magnus, de ciervos volantes, de globos aerostáticos, de aviones eléctricos, etc.

Y me pregunto: lo mismo que hay corrientes de aire, hay corrientes de agua. Incluso las corrientes de agua son mucho más uniformes y estables. ¿Por qué no hacemos 'cometas' de agua?

Enviado por flexarorion a las 08:34 | 9 Comentarios | Enlace


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Comentarios

1
De: Anónimo Fecha: 2008-05-22 00:04

ololololololololololoo



2
De: Anónimo Fecha: 2008-07-29 00:59

no me gustan las ciencias naturales no me intersaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaan



3
De: Anónimo Fecha: 2008-07-29 01:02

ustedes los cientificos si tienen mucha imaginacion para hacer las cosas



4
De: CAMILO ANDRES Fecha: 2008-07-29 01:09

lalalalalalalalalalallalalallalalalallalal jajajajajajajjajjjajajjajjajjjajajjajjjajajjajjjjj JA JA JA JA JA JA



5
De: Anónimo Fecha: 2008-07-29 01:11

123456789133456777908090''¡'¡'kgkgjmvgctsgsrsfsfsigo9ghhpg'+otgiuhmfiguhpshmh90rybkfjgufweffity0iiroighort
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6
De: Anónimo Fecha: 2008-08-07 04:01

es fome



7
De: belen Fecha: 2008-09-24 21:29

me pueden mandar fodos de comedas por fi



8
De: suspiro de atacama Fecha: 2009-02-14 05:05

es interesante y loable que se inventes aparatos como este para no depender del petroleo



9
De: anonimo Fecha: 2012-02-20 15:29

no se ustedes pero aqui no hay lo que busco



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