Cuanta energía eólica se puede generar en el mundo?¿Podría llegar a remplazar a los combustibles fósiles?
Se han escrito varios artículos sobre esta cuestión empleando metodologías muy diferentes y obteniendo resultados muy distintos. Es un tema complejo, algunos artículos son muy técnicos, difíciles de entender y resulta muy fácil perderse. Por eso me he decidido a escribir un articulo "for dummies", en el que intentar explicar las cosas de la manera mas simple que pueda. Aunque realmente es un articulo "by Dummy", en el que intento concretar lo poco que he entendido de estos artículos.
Como ni conozco, ni entiendo los complejos y rigurosos modelos climáticos que rigen la atmósfera, ni sus complicadas ecuaciones matemáticas, utilizare simplificaciones carentes de todo rigor y dibujitos. Todos los números que se daré son groseras aproximaciones sin ningún rigor. Lo siento... no doy para mas.
¿Cuanta energía podemos obtener del viento?
La mayoría de los estudios siguen la metodología "Bottom-up" que describo de manera esquemática a continuación:
Metodología "Bottom-Up"
En la primera figura se muestra nuestro planeta, con su atmósfera, y el viento, simplificado al máximo.(La tierra de una sola dimensión, finita, sin ningún tipo de relieve y una atmósfera donde sopla viento constante en la única dirección que existe.)
La metodología
Bottom-up es sencilla:
- Se instala un molinillo y se observa cual es su potencia.(Supongamos que es de 1MW)
- Se determina cuantos molinillos caben en el planeta y se multiplica este numero por la potencia unitaria.. Si caben 70 millones de molinillos y cada uno tiene una potencia de 1MW, el potencial total es de 70TW.
- Este modelo se puede afinar, si en lugar de todo el planeta consideramos solo las áreas donde es viable o rentable económicamente instalar aerogeneradores(representadas en verde)... de esta forma queda reducido a 5TW.
Aunque la realidad es muchísimo mas compleja que el modelo "for dummies", el fundamento es no cambia: Determinar cuanto puede producir un aerogenerador, calcular cuantos se pueden instalar y multiplicar. La inmensa mayoría de los estudios realizados utilizan esta metodología. Aunque las cifras varían un poco de unos estudios a otros, son generalmente muy elevadas e indican que la eólica podría suministrar varias veces la demanda mundial de electricidad. Ademas el limite obtenido es flexible, futuras mejoras tecnológicas podrían hacer viables la explotación eólica en localizaciones ahora consideradas inviables(Convertir áreas rojas en verdes) con lo que el potencia seria mucho mayor. Como estos resultados son muy positivos todos estaban la mar de contentos.
Pero siempre hay el típico aguafiestas que viene a poner pegas... En este caso los aguafiestas de turno son Carlos Castro y compañia que han escrito un articulo en el que critican la metodología Bottom-up, por algo tan irrelevante e intrascendente como que no tiene en cuenta el principio de conservación de la energía. ¡Mira que son tiquismiquis los de la Universidad de Valladolid! Por un principillo de nada tienen que venir a cortarnos el rollo. Con lo contentos que estábamos todos.(Dicho todo esto sin mala leche, y con mucha ironía... no se me pongan susceptibles)
El caso es que la metodología Bottom-up supone que los aerogeneradores son independientes y no se interfieren entre si y esto no resulta ser del todo cierto.
En la tercera figura se ve claramente que los aerogeneradores como unos aerogeneradores se hacen "sombra" unos a otros. Una molécula de aire que atraviese el esquema de izquierda a derecha, pose cierta energía cinética. Esta energía se pueda extraer con un aerogenerador situado en cualquier punto del gráfico... pero no se puede extraer una y otra vez en todos los puntos.
Esto se ve mejor con el símil del rio. ¿Cuanta agua se puede sacar de un rio?
La metodología "Bottom-up" calcularía: Una bomba puede extraer 10litros/s y ocupa 1m de orilla. El rio tiene una longitud de 1000km, de los que 50km tienen las características adecuadas para instalar bombas.... por lo tanto se puede extraer 500m3/s. La "pequeña pega" es que no se ha tenido en cuenta el principio de conservación de la masa y es posible que el rio no lleve tanta agua. Que existan 50km de orilla en los que se pueda instalar agua, no significa que el rio lleve agua suficiente para todas las bombas que se puedan instalar. ¿No seria mas lógico averiguar primero cual es el caudal del rio?
Eso es precisamente lo que propone Castro et al. llevando a cabo una metodología
Top-Down.
Metodologia Top-down
A partir del balance térmico del planeta determina la energía total de los vientos 1200TW y luego energía que se disipa en los 200m primeros metros de la atmósfera a la que pueden acceder los aerogeneradores. La energía disipada en estos 200m se reduce a 100TW. Estos 100TW es la potencia total de todos los vientos del planeta en los primeros 200m. Pero no toda esta energía se puede convertir en electricidad. Existe una serie de limitaciones: No todas las áreas del planeta son accesibles, no se pueden instalar parque eólicos en todas las zonas accesibles, los parque eólicos no captan toda la energía que circula por ellos, los aerogeneradores solo convierten en electricidad una fracción de la energía del viento que circula entre sus aspas.... etc etc. Teniendo en cuenta estas limitaciones(representadas en rojo en el esquema) la cifra se reduce hasta un miserable 1 TW. Para colmo de males este limite es completamente rígido, ya que resulta físicamente imposible saltarse el principio de conservación de la energía. Da igual lo mucho que mejore la tecnología... de donde no hay no se puede sacar.
Como solo se puede obtener en el mejor de los casos 1TW cuando necesitamos 14TW para vivir....
nuestra sociedad esta condenada. Por ese motivo este articulo ha tenido gran repercusión y causado grandes discusiones.(Al menos entre los cuatro raros que hablamos de estos temas. No nos engañemos a la mayoría de la sociedad todo esto se la trae floja)
Hasta aquí mi resumen sobre lo que he entendió a cerca de los limites de la eólica. Creo que a pesar de las simplificaciones, los fundamentos de las metodologías empleadas están bien ilustrados.
Una vez explicado de la mejor manera que he sabido, las posturas de los diferentes autores sobre el tema, expondré la mía.
Creo que el articulo de Carlos Castro et al resulta muy interesante por que da un nuevo enfoque al problema. Sin embargo, creo que comete graves errores conceptuales que le llevan a obtener unas conclusiones que son inconsistentes con los resultados obtenidos con la metodologia Bottom-Up.
En primer lugar, explicare los motivos que me han llevado a pensar que las conclusiones extraídas son erróneas y posteriormente señalare donde creo que esta el error.
¿Donde esta el limite?¿Que ocurre cuando llegas a el? ¿Que te impide seguir?Si existe un limite, es porque hay algo que te impide seguir avanzando. En el caso de la metodología Bottom-Up la cosa esta muy sencilla... se acaban los lugares donde poner molinillos. O afinando un poco mas... se acaban los emplazamientos en los que resulta rentable poner aerogeneradores.
Comenzamos instalando aerogeneradores en las mejores ubicaciones, y a medida que estas se van agotando, tenemos que instalarlos en ubicaciones peores con menos vientos. Hasta que llegar un momento que todas las ubicaciones buenas están ocupadas y las libres no son lo suficientemente rentables... por lo que ya no podemos instalar mas.
En el siguiente gráfico se describe esta situación, que pese a haber intentado simplificarlo al máximo... reconozco que es un poco confuso. En el eje de las X representa la potencia de instalada. Es la suma de la potencia nominal de todos los aerogeneradores que instalemos, independientemente que estén en funcionamiento o no. En azul, se muestra la evolución del numero de horas de operación en función de la potencia instalada. A medida que se van ocupando los mejores emplazamientos las horas de operación caen. (Obviamente esto es una enorme simplificación).
Y por ultimo en amarillo, se representa la potencia eólica producida por todos los aerogeneradores instalados. Esta se obtiene de multiplicar la potencia nominal por el numero de horas de operación y dividirla entre las horas totales del año.
A medida que vamos instalando mas y mas aerogeneradores el numero de horas anuales de operación bajando... y por ello la potencia eólica obtenida no aumenta de manera lineal con la instalada. Suponiendo que por debajo de los 2000horas de operación los parques dejan de ser rentables, obtenemos un limite de potencia eólica de 5 TW. Este es un limite económico... se podría seguir construyendo aerogeneradores en emplazamientos no rentables, hasta generar 70TW de potencia eólica, para lo que habría que instalar varios cientos TW de aerogeneradores.(Dejando a un lado la cuestión del agotamiento de materiales, claro esta)
Limites de la energía eólica
El articulo de Carlos Castro, nos dice que antes de llegar al limite de 5TW nos toparemos con un muro infranqueable de 1TW, debido nada menos que al principio de conservación de la energía
Supongamos que no hacemos caso a las advertencias del limite y seguimos instalando aerogeneradores. En teoría la generación eólica no puede sobrepasar el valor de 1TW. Pero nadie impide que instalemos los aerogeneradores que nos de la gana. Supongamos que seguimos instalando aerogeneradores, hasta alcanzar una potencia instalada nominal de 20TW. ¿Cuanta potencia eólica producirán este enorme cantidad de aerogeneradores?
Si el limite dado por Castro es correcto... la potencia eólica generada(linea amarilla) no puede sobrepasar el limite de 1TW, por lo que debería ir curvándose a medida que aumentamos el numero de aerogeneradores. Y esto a su vez implica que el numero de horas de operación de los aerogeneradores deberá caer drásticamente, ya que la potencia eólica es el producto del numero de horas y la potencia instalada. Si instalando 20TW de aerogeneradores, solo se produce 1TW de potencia eólica. Significa que los aerogeneradores solo funcionan en una vigésima parte del tiempo.(436horas anuales)
Y obviamente la única razón para que funcionen tan poco los aerogeneradores es que sople poco el viento. La potencia del viento debe reducirse a un 20% de la original.
Es decir, que si el viento disipaba en los primeros 200m una potencia de 100TW, a raíz de instalar los aerogeneradores y producir 1TW de electricidad, la potencia disipada por el viento debería reducirse hasta los 20TW.
No veo otra opción, si no se redujese la potencia del viento, los aerogeneradores que hemos instalado producirían mucho mas que el limite de 1TW.
Creo que salta a la vista que no es posible que la potencia disipada del viento caiga en esa medida, por lo tanto, la única posibilidad es que no exista tal limite y por lo tanto que el articulo este equivocado.
En otra entrada, explicare donde esta ese error. Pueden intentar descubrirlo por si mismos mientras tanto. Daré una pista: No tiene nada que ver la elección de la capa de 200m, ni bombeo energéticos entre capas. Eso pensé en un primer momento, pero creo que me equivoque.
