Los investigadores de energía eólica del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (National Renewable Energy Laboratory, NREL, por sus siglas en inglés) del Departamento de Energía de EE. UU. se encuentran entre un equipo de autores que invitan a la comunidad científica a abordar tres desafíos que impulsarán la innovación necesaria para que el viento se convierta en una de las principales fuentes mundiales de bajo costo generación eléctrica.
Su llamado a la acción apareció en un nuevo artículo publicado en Science.
“La gente piensa que debido a que las turbinas eólicas han funcionado durante décadas, no hay margen de mejora. Y, sin embargo, hay mucho más por hacer”, dijo el investigador de NREL y coautor del artículo Paul Veers. “La energía eólica tiene el potencial de ser una fuente primaria de energía de bajo costo para el mundo, pero no llegaremos allí en una trayectoria comercial habitual. Necesitamos científicos e investigadores de todo el mundo que se unan a nosotros para abordar los desafíos de investigación del viento”.
En otoño de 2017, NREL convocó a más de 70 expertos en energía eólica en representación de 15 países para discutir un futuro sistema eléctrico donde la energía eólica podría satisfacer la demanda global de energía limpia. En base a este taller, los autores principales del artículo Veers, el Gerente de Investigación del Grupo NREL, Eric Lantz y Katherine Dykes de la Universidad Técnica de Dinamarca, identificaron tres “grandes desafíos” en la investigación de energía eólica que requieren un mayor progreso de la comunidad científica.
Primer gran desafío: una mejor comprensión del recurso eólico en la región de la atmósfera donde operan las plantas de energía eólica.
A medida que las turbinas eólicas aumentan en altura para capturar un mayor recurso energético y las plantas eólicas se extienden a mayores distancias, necesitamos comprender la dinámica del viento en estas elevaciones y escalas. El uso anterior de modelos físicos simplificados y tecnología de observación básica ha permitido la instalación de plantas de energía eólica y predicciones de rendimiento en una variedad de tipos de terreno. Pero existen grandes lagunas en nuestro conocimiento de los flujos de viento en terrenos complejos o bajo condiciones variables de estabilidad atmosférica. El desafío es modelar esas condiciones diferentes para que la planta eólica pueda ser optimizada, rentable y controlable, e instalada en la ubicación correcta.
Segundo gran desafío: abordar la dinámica y el sistema estructural de las máquinas rotativas más grandes del mundo.
Las turbinas eólicas son ahora las máquinas rotativas más flexibles y grandes del mundo, con longitudes de pala superiores a 80 metros y torres que se elevan por encima de los 100 metros. Para poner esto en perspectiva, tres de los aviones de pasajeros más grandes, los Airbus A380-800, podrían caber nariz con nariz dentro del área barrida de un rotor de turbina eólica. A medida que las máquinas continúan creciendo, se necesitan nuevos materiales y procesos de fabricación para abordar los problemas emergentes de escalabilidad, transporte y reciclaje. Además, la intersección de la turbina y la dinámica atmosférica plantea varias preguntas de investigación importantes. Muchas suposiciones simplificadoras sobre las cuales se diseñaron las generaciones anteriores de aerogeneradores ya no se aplican. El desafío radica no solo en comprender la atmósfera sino también en descifrar qué factores son críticos tanto en la eficiencia de la generación de energía como en la seguridad estructural.
Tercer gran desafío: diseñar y operar plantas de energía eólica para apoyar y fomentar la confiabilidad y la resistencia de la red.
Las fuertes penetraciones eólicas y solares cambiarán drásticamente las redes eléctricas del futuro. La energía eólica puede proporcionar servicios de red esenciales, como control de frecuencia, rampas y regulación de voltaje. Los controles innovadores podrían aprovechar los atributos de las turbinas eólicas para optimizar la producción de energía de la planta mientras se proporcionan estos servicios esenciales. Por ejemplo, el uso de técnicas de big data en la información de sensores distribuidos en máquinas alrededor de la planta podría mejorar la captura de energía, reducir los costos y optimizar las operaciones para cumplir con los requisitos de la red. El camino para realizar este futuro requerirá una investigación sustancial en las intersecciones del modelado del flujo atmosférico, la dinámica de la turbina individual y el control de la planta eólica con la operación del sistema eléctrico más grande.
Estos grandes desafíos de la investigación del viento se basan uno en el otro. Caracterizar la zona de operación de la planta de energía eólica en la atmósfera será esencial para avanzar en el diseño de las turbinas eólicas de próxima generación de bajo costo, y seguramente aún más grandes que las de hoy en día. También será importante comprender tanto el control dinámico de las máquinas como pronosticar la naturaleza del flujo de entrada atmosférico, esto permitirá el control de la planta necesaria para el soporte de la red.
Figura 1. Los grandes desafíos científicos de la energía eólica abarcan vastas escalas tanto en términos de espacio como de tiempo. Dominar la física y abordar las necesidades de investigación relacionadas a través de estas escalas posicionará la energía eólica para que sirva como una fuente primaria de suministro de energía futura para el mundo. Crédito: Josh Bauer y Besiki Kazaishvili, NREL
“Abordar estos desafíos adoptando un enfoque interdisciplinario de ciencia e ingeniería de la energía eólica conducirá a soluciones que avanzarán en el estado del arte en la producción de energía de la planta eólica”, dijo el Director Asociado de NREL Lab para Ciencias de Ingeniería Mecánica y Térmica y coautor del artículo Johney Green. “Este enfoque también proporciona las soluciones integradas necesarias para avanzar en todo el sistema, desde la turbina hasta la planta y la red eléctrica general, para prepararnos para el sistema energético del futuro”.
Noticia de: techxplore.com / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
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