GENERACIÓN DE ENERGÍA EÓLICA A TRAVÉS DE COMETAS

JORGE ANDRÉS YEPES GARCÍA

FACULTAD DE MINAS, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA – SEDE MEDELLÍN.

OCTUBRE 25 DE 2010

Ante el aumento de la demanda energética satisfecha fundamentalmente por la quema de combustibles fósiles ahogando al planeta en CO2, se ha venido desarrollando nuevas fuentes limpias,  renovables  y  económicas de  energía,  que  junto  al  mejoramiento de  La eficiencia conlleven a una sostenibilidad ambiental,  donde la sociedad pueda seguir su avance sin destruir el medio ambiente.

La energía eólica es una tecnología limpia, no produce emisiones de CO2  ni de ninguno de los gases de invernadero, tampoco cenizas o material particulado. Tradicionalmente la fuerza del viento se ha aprovechado a través de los molinos aerogeneradores, sin embargo, su eficiencia se ve disminuida al alcanzar pocas alturas y su utilización está sujeta a zonas donde las corrientes de aire sean fuertes y relativamente constantes. A medida que aumenta la altura sobre la superficie de la tierra, el viento aumenta su velocidad y con ella el potencial de generación de energía. Los investigadores se han centrado en cómo llegar a esta fuente. Massimo Ippolito y Mario Milanese, profesor de la Universidad Politécnica de Turín, fundaron en 2007 la empresa “Kite Gen”, en la cual han logrado  desarrollar una tecnología que genera electricidad a partir de cometas que vuelan a 800 metros de altura.

El viento es la energía cinética producida por el calor del sol, la atmosfera terrestre es como un colector solar gigante, de libre acceso en cualquier lugar del globo, con la ventaja de estar ya instalado y sin necesidad de mantenimiento.

El potencial eólico mundial se estima entre 1700 y 3500 TW, equivalente a unas 180 veces la energía que consume actualmente la humanidad (14TW) (Ippolito, Corungiu 2007). La máxima potencia del viento se da a los 10.000 metros de altura, decreciendo a medida que nos movemos hacia la superficie. A 80 m, altura de las actuales turbinas, la velocidad del viento es de 4,6 m/s en promedio. A 800 m, la velocidad se estima en 7,2 m/s  con vientos más constantes en duración y dirección (Cristina L. Archer – Mark Z. Jacobson, 2005), proporcionando hasta 4 veces más potencia que la alcanzada a los 80 m, al pasar de 58 W/m2 a 205 W/m2.

Las torres aerodinámicas después de los 100 m aumentan exponencialmente su peso, su inestabilidad y su precio, de manera que con la tecnología actual es imposible construir torres de 800 m, pero estas distancias pueden ser alcanzadas con cometas.

El sistema Kite Gen funciona en un ciclo “Yo-yo”, las cometas son impulsadas por el viento, alcanzan velocidades de 70 a 80 m/s, tiran de los cables que las sostienen y mediante un sistema de poleas se activa los alternadores en tierra que producen electricidad. Cuando el cable se ha extendido en toda su longitud, la cometa es llevada a una posición en la que pierde su resistencia al viento y los cables son enrollados para luego repetir el proceso. Todo el ciclo esta automatizado mediante un software, que recibe información de sensores instalados en las cometas, con el fin de establecer patrones de vuelo en trayectorias con forma de ocho, maximizando la producción de energía.

Figura 1.Ciclo Yo-yo. Tomado de Ippolito [2007]

Hasta el momento se ha desarrollado teóricamente las siguientes configuraciones:

  • Generador Kite Gen en tierra.
  • Generador Kite Gen en altamar.
  • “Parque eólico” en tierra o en altamar.
  • Generador Kite Gen en buques.
  • “Carrusel” en tierra y en altamar.

En 2006 se instaló en Italia el primer prototipo de Generador Kite Gen en tierra bautizado KSU1, generando en promedio 5 kW y alcanza una potencia máxima de 30 kW.

Figura 2. Esquema del “Parque Eólico”. Tomada de Ippolito [2007]

El “Parque eólico” consiste en un conjunto de generadores agrupados en una zona con el fin de aumentar la producción de energía en un mismo lugar, valiéndose de la escalabilidad del sistema. Al ser modular, cada módulo explota las diferentes regiones a las  que tiene acceso y puede aprovechar la misma trayectoria de otros módulos, aumentando el rendimiento del conjunto. Esta configuración  se  encuentra  actualmente  en  construcción  en  Ciudad  Berzano  de  San  Pedro  y Ciudad de Sommariva Perno, en Italia.

El viento oceánico   alcanza mayores velocidades y es más constante que el viento continental, pero la instalación de turbinas eólicas en plataformas marinas supone grandes desafíos estructurales debido al momento de vuelco generado por los grandes empujes de las torres en funcionamiento. Los  generadores Kite Gen, concentran la mayor parte de su peso en el suelo, a nivel de la plataforma, donde se ubica la maquinaria pesada y las mayores fuerzas de tracción generadas por el cable, de manera que el momento de vuelco no es una preocupación.

El sistema “Carrusel” consiste en una acomodación circular a nivel del suelo de varias cometas sujetas a un anillo manteniendo la tensión constante  en cada uno de los cables a través de cambios en su longitud para controlar la posición y las trayectorias. El viento hace que el anillo rote y con este movimiento se logra la generación de energía.

Un anillo de 800 m de diámetro, ocupa con todo su sistema un área de 5 km2 y genera la misma cantidad de energía que 150 torres eólicas de última generación que ocupan un área de 40 km2. Teóricamente se puede llegar a construir un anillo sin mayores complicaciones estructurales de 1600 m de diámetro, el cual puede generar 1GW. La configuración alcanza un límite de 25 km de diámetro, para producir 60 GW.

Desde el punto de vista económico, estudios realizados en Europa mostraron que una planta Kite Gen de 100MW proyectada con una vida útil de 20 años, tiene un costo de producción de menos de 30€ por megavatio-hora, es decir 0,03 euros por kWh, sin tener en cuenta los beneficios que los gobiernos europeos entregan a las energías verdes. Mientras los combustibles fósiles tienen unos costos de producción de 80€ por MWh, los parques eólicos 140€ por MWh y las plantas fotovoltaicas 350€ por MWh (Ippolito, Corungiu 2007).

Los impactos negativos encontrados hasta el momento son mínimos, estudios realizados por Kite Gen muestran que las cometas representan una menor causa de mortalidad para las aves que las líneas de alta tensión, los edificios, los vehículos y los ventanales. El ruido generado por las plantas en tierra es de 50 dB, amortiguadle a 200 m.

La búsqueda actual de energías alternativas limpias y eficientes ha llevado a las científicos a explorar el potencial de la troposfera. El viento, reconocida fuente verde, perece ser más eficiente a medida que se capta a mayor altura, las cometas surgen como el mecanismo para manipular en beneficio del hombre esta fuente de energía.

Se debe seguir investigando sobre los impactos de estas construcciones, como afectaría a gran escala a las aves y  al trasporte aéreo, su comportamiento a fuertes condiciones atmosféricas, la interconexión al sistema eléctrico de las plantas ubicadas en buques y plataformas marinas, su vida útil y mantenimiento, la posibilidad de construir en serie pequeñas unidades económicas y fáciles de transportar a lugares remotos donde hay pequeñas y pobres comunidades que hoy ni siquiera conocen la existencia de la electricidad.

Gobiernos de otros continentes deberían poner sus ojos en esta tecnología, sacarla de Italia y ensayarlo  en otros lugares  del mundo  para evaluar  su  comportamiento, eficiencia  e impacto positivo en el ambiente. Lo mismo debe suceder con otras investigaciones, la voluntad política puede  ir  más  allá  de  la  rentabilidad  económica  que  ha  representado  para  unos  pocos  la explotación  de  los  hidrocarburos  y  pensar  en  un  modelo  en  el  que  la  provisión  de  energía provenga de variadas fuentes, previniendo la escases por mas ilimitadas que están parezcan y las posibles crisis.

Bibliografía.

  • Kite Gen.”Kite  Gen  Research,  Generazione  eolica  d’altitudini”.  En:  Documentazione, Dossier informativo, disponible en: http http://kitegen.com/?page_id=38, consulta: 20 de Octubre de 2010.
  • Evaluation of global wind power. Cristina L. Archer and Mark Z. Jacobson. , Journal of

Geophysical Research, VOL. 110, D12110, doi:10.1029/2004JD005462, 2005.

  • Cristina L.  Archer  –  Ken  Caldeira”  Atlas  of  high  altitude  wind  power.  Disponible  en:

http://www.mdpi.com/1996-1073/2/2/307/s1, consulta: 20 de Octubre de 2010.

  • Cristina L. Archer – Ken Caldeira, Global Assessment of High-Altitude Wind Power. Energies

2009, 2, pp. 307-319.

  • Argatov, P. Rautakorpi, R. Silvennoinen, Estimation of the mechanical energy output of the kite wind generator. Renewable Energy 34 2009, pp.1525–1532
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