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La fuerza de los vientos

El potencial eólico brasileño impulsa la investigación destinada al desarrollo de generadores de pequeño porte

GABRIEL AMARALEn Osório, no Río Grande do Sul, un conjunto de tres centrales produce 150 megavatiosGABRIEL AMARAL

Molinos de unos 110 metros de altura transforman en energía los vientos alisios que soplan constantemente durante todo el año en la costa y en el interior del nordeste brasileño, razón por la cual los parques eólicos instalados en la región tienen una productividad muy superior al promedio mundial. Los parques eólicos de Pernambuco, Ceará y Río Grande do Norte producen mucho más que los de Europa, China o Estados Unidos, dice el ingeniero aeronáutico Odilon Camargo, uno de los dueños de la empresa Camargo Schubert, de Curitiba, Paraná, responsable del Atlas do potencial eólico do território brasileiro, publicado en 2001 por el Ministerio de Minería y Energía y Eletrobrás. Este atlas apuntó un potencial eólico en Brasil del orden de los 143 gigavatios, es decir, 10 veces la capacidad de Itaipú. El potencial estimado en aquella época ya era mayor que todo lo que hay actualmente instalado en términos de generación de electricidad, que es del orden de los 100 gigavatios, dice Camargo, quien antes de convertirse en empresario era investigador del Centro de Tecnología Aeroespacial (CTA) del Instituto Tecnológico de la Aeronáutica (ITA), con sede São José dos Campos, interior paulista.

Esos vientos excepcionales, aliados a proyectos de gran escala en extensiones de áreas de baja ocupación demográfica y a la crisis del crédito mundial de 2009, que hizo que la oferta de máquinas sea mayor con relación a la demanda, llevaron a las empresas nacionales y a algunas multinacionales a invertir en el prometedor mercado brasileño. El resultado de ello es que el precio promedio de la energía eólica cayó considerablemente en las dos licitaciones de energía renovable organizadas por la Agencia Nacional de Energía Eléctrica, en diciembre de 2009 y agosto de 2010, con lo cual se volvió altamente competitiva. En diciembre del año pasado, con la contratación de 1.808 megavatios (MW) para su entrega hasta julio de 2012, el megavatio-hora se ubicó en 148 reales. En agosto, con el encargo de 70 nuevas centrales que suman 2.047 MW para su entrega en octubre de 2013 una capacidad que corresponde a más de una vez y media la central nuclear de Angra 2, el megavatio-hora se redujo a 130,86 reales, mucho más bajo que el valor ofertado por las centrales movidas con la quema de bagazo de la caña de azúcar (144,20 reales) y por las pequeñas centrales hidroeléctricas (141,93 reales).

Una alternativa energética
Un artículo publicado en el suplemento de Negocios del periódico O Estado de S.Paulo el día 25 de octubre informa que es reciente este efervescencia en el sector. Es desde hace más poco más un año. Antes el precio de la energía eólica era inviable para la realidad brasileña. Pero los vientos han cambiado y los proyectos han dejado de formar parte de la ideología de los ambientalistas para convertirse en una alternativa de abastecimiento energético en el país. El cambio de vientos atrajo en su estela a empresas de todas partes del mundo, como la argentina Impsa y la estadounidense General Electric, que ya están produciendo. En la disputa por el mercado brasileño se encuentran también la española Gamesa, la india Suzlon, la danesa Vestas y la alemana Siemens, además de la francesa Alstom. Pionera en Brasil, la empresa Wobben, de la localidad paulista de Sorocaba, con la tecnología de la alemana Enercon, sigue ocupando un lugar entre las líderes de nuestro mercado.

016_Eolica_177-01Aunque tiene el mayor parque eólico de Latinoamérica y su capacidad instalada actual de 835 MW ha aumentado 15 veces en los últimos 10 años, los vientos corresponden todavía a menos de un 1% de la energía producida en Brasil. En el ranking de los países productores, Estados Unidos lidera con 35 gigavatios (GW) ó 35 mil MW de capacidad instalada. Luego se ubican China, con 26 GW, y Alemania, con 25,8 GW, de acuerdo con la Asociación Mundial de Energía Eólica (WWEA, por sus siglas en inglés). Mientras que las fabricas multinacionales dominan el suministro de máquinas para los proyectos ganadores de las licitaciones y responden por las mayores inversiones en el país, en las universidades y centros de investigación brasileños el foco de interés recae sobre el desarrollo de aerogeneradores o generadores eólicos los aparatos que forman un conjunto con las aspas elaboradas normalmente en fibra de vidrio y un generador eléctrico de pequeño porte, apropiados para su uso en comunidades aisladas, propiedades rurales o áreas sin acceso a la energía convencional. Avanzan para ello por la senda abierta por el ingeniero aeronáutico Bento Koike, de la empresa Tecsis, de Sorocaba, interior paulista, quien también trabajó en el CTA, y al salir, se abocó al desarrollo de una tecnología propia para la fabricación de los álabes de los aerogeneradores, que en la actualidad son un éxito en el mercado. Su empresa llegó a fabricar alrededor de 7 mil aspas anuales a pedido, de una longitud de entre 40 y 50 metros, y tiene un contrato de provisión con GE y otros fabricantes de peso del mercado mundial de aerogeneradores.

Pequeños en el mercado
Uno de los proyectos realizados por pequeñas empresas, iniciado en 2003 por Eletrovento, que en la época se hospedaba en la Incubadora de Empresas de Base Tecnológica de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), resultó en dos generadores eólicos de baja potencia, uno de 0,5 y otro de 2 kilovatios (kW), que están listos para su comercialización. Los generadores, máquinas capaces de transformar la energía cinética de los vientos en energía eléctrica, están dotados de sensores que detectan la dirección y la intensidad del viento y se ajustan a ella para aprovechar el mayor potencial en cada momento.

Los modelos más populares son los horizontales de tres aspas o álabes, porque tienen una mayor eficiencia energética como resultado de una mejor distribución de las tensiones que se producen ante los cambios de dirección del viento. La energía obtenida puede trasferirse directamente a la red eléctrica convencional o utilizarse en sistemas aislados. Coordinado por el ingeniero electrónico Cassiano Nucci Paes Cruz, este proyecto, que contó con el apoyo de la FAPESP en la modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe) tenía como objetivo inicial el desarrollo de un aerogenerador con una capacidad instalada de 5 kW.

Proyectado con un margen de eficiencia, se transformó en un aerogenerador comercial de 7 kW, lo suficiente como para dar cuenta de las necesidades energéticas de siete residencias de mediano porte, dice Cruz. En el transcurso del proyecto se desarrollaron los otros dos modelos de 0,5 y 2 kW que serán los primeros que venderá Eletrovento, cuyo control pasó en febrero de este año a la empresa Everest, de Mairinque, interior paulista, como así también la tecnología desarrollada por Cruz, en asociación con el ingeniero Rubens Luciano. La tecnología abarca desde la construcción de las palas de fibra de vidrio hasta el control electrónico responsable de los ajustes de la máquina, capaz de adaptarse tanto a las enormes variaciones de viento como a la carga eléctrica, dice el investigador.

RENATO DE AGUIARPraia Formosa en Camocim, CearáRENATO DE AGUIAR

La cantidad de energía generada depende de las corrientes de aire del lugar de la instalación. Con un viento promedio de 6 metros por segundo, ó 22 kilómetros por hora, el generador eólico de 0,5 kilovatio logra producir alrededor de 60 kWh por mes, dice Carlos Pascoal Fernandes, director operativo de Eletrovento. La energía generada sirve para alimentar a una heladera, un televisor, una antena parabólica, algunas lámparas y una computadora, es decir, es suficiente como una casa pequeña, con pocas personas viviendo en ella. A efectos comparativos, una residencia brasileña promedio consume entre 100 y 150 kWh por mes. En tanto, con el generador de 2 kilovatios y la misma cantidad de viento, es posible producir 250 kWh por mes. Eso redunda en un ahorro del orden de los 290 reales mensuales en la cuenta de consumo de energía. El precio de venta del aparato de 0,5 kW, que incluye a la torre, la batería y el generador, sin contar los costos de transporte e instalación, se ubica en alrededor de 17 mil reales, y el de 2 kW es de 30 mil reales.

Sistemas similares Dynamis, otra empresa paulista, también trabaja en el desarrollo de un generador eólico de mediano porte, en la franja de los 100 kW, con el apoyo de la FAPESP a través del Pipe, y del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq). En 2003 realizamos estudios previos en asociación con el ITA para el desarrollo de generadores eólicos, dice el ingeniero aeronáutico Luciano Tanz, quien antes de ser empresario trabajó en Embraer. Los estudios sirvieron de base para un proyecto que la empresa puso en marcha en 2006. El aerogenerador que estamos desarrollando tiene alrededor de 22 metros de diámetro, lo suficiente como para hacer funcionar a una pequeña industria, una propiedad rural grande o hasta un pueblo, dice Tanz. Se estima que a comienzos de 2012 un prototipo del modelo estará en actividad. La opción de generación de 100 kW es estratégica, de acuerdo con el investigador. Los aerogeneradores de potencia inferior a 50 kW no logran competir con el costo de la energía vigente en el mercado, dice Tanz. Los de 100 kW tienen más espacio para competir. Para el desarrollo del aerogenerador, la empresa se valió de la experiencia obtenida con la fabricación de un simulador de caída libre, un túnel de viento que genera un flujo de alta velocidad capaz de equilibrar el peso de algunas personas, un proyecto que se inició en 2002 con el apoyo del Pipe. Ambas tecnologías involucran sistemas similares, dice Tanz.

El mercado eólico mundial de aerogeneradores de pequeño porte se encuentra en expansión, con un índice de crecimiento del 53% con relación a 2007 y una capacidad de generación de 40 megavatios en 2008, dice el profesor Jorge Villar Alé, coordinador del Centro de Energía Eólica (CE-Eólica) de la Pontificia Universidad Católica de Río Grande do Sul (PUC-RS). Los 220 fabricantes existentes en el mundo vendieron alrededor de 19 mil unidades en 2008. Uno de los principales obstáculos en la ayuda que nuestro centro les suministra a los fabricantes de aerogeneradores de pequeño porte se produce debido a que son empresas con pocos recursos como para invertir en la realización de los ensayos requeridos por las normas del mercado internacional, dice Alé. Cuando las empresas cuenten con incentivo gubernamental para fabricar sus aerogeneradores, podrán incrementar sus inversiones en la investigación destinada al desarrollo de productos con la mejor calidad posible. El profesor cita como ejemplo el proyecto Minieólica de España, que recibió 13 millones de euros del gobierno para  la investigación y el desarrollo de aerogeneradores. Este proyecto abarca a 30 instituciones, públicas, privadas, centros de investigación y universidades, que se dedican a expandir la inserción nacional de aerogeneradores de pequeño porte conectados a la red eléctrica o como sistemas aislados, dice Alé.

EDUARDO CESARAerogenerador de pequeño porte fabricado por EletroventoEDUARDO CESAR

Ensayos cíclicos
Entre los proyectos desarrollados actualmente por el CE-Eólica se encuentran el estudio de vientos, lo que incluye mediciones con torres meteorológicas, el tratamiento estadístico de los datos relevados y la determinación del potencial eólico, además de sus mejores aplicaciones. Uno de los proyectos, con una duración de cinco años, se realiza en asociación con la Universidad Federal de Pernambuco y la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo, para estudios de anemometría (la medición de la velocidad del viento) y de aerogeneradores de pequeño porte. En el marco de otro estudio, se desarrolló un banco de pruebas especial para la realización de ensayos cíclicos de aspas de generadores de hasta 3 metros de longitud, que corresponde a la potencia de 5 kW. El centro selló una asociación con la empresa Enersud, de Río de Janeiro, para la evaluación de las primeras aspas que fabrique.

Aparte de las aspas, Enersud desarrolló un aparato electrónico que hace posible la instalación de las turbinas eólicas directamente en la red, sin necesidad de baterías, producto de un convenio entre la empresa, la Universidad Federal de Ceará y la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep). La Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC), en sociedad con las empresas Milano, de la localidad de Criciúma, y Weg, de Jaraguá do Sul, ambas ciudades del referido estado, desarrolló un generador eólico de 15 kW denominando Ventus para pequeñas poblaciones. Un prototipo de esta torre eólica está instalado en una quinta del balneario Rincão, en el municipio de Içara, desde 2009. Puede abastecer a 30 residencias con un consumo promedio de 70 kWh mensual. En CE-Eólica también se estudian los modelos de aerogeneradores de eje vertical, que por su arquitectura pueden utilizarse en áreas urbanas, en lo alto de los edificios. Fabricamos y probamos diversos prototipos de eje vertical, dice Alé.

Brasil cuenta con 46 parques eólicos en operación actualmente, 38 de ellos en el nordeste y ocho en el sur, que responden por los 835 MW de capacidad instalada. El mayor productor individual, el parque Praia Formosa, de la cidad de Camocim, estado de Ceará, tiene 104 MW. En la región de Osório, a 100 kilómetros de Porto Alegre, Río Grande do Sul, los parques de Osório, de Índios y Sangradouro tienen una capacidad instalada total de 150 MW. La potencia generada por los tres juntos sería suficiente como para dar cuenta de la mitad de las necesidades de consumo de energía eléctrica de la ciudad de Porto Alegre, que en 2009 tenía casi un millón y medio de habitantes.

Actualmente se sabe que el potencial estimado es mucho mayor que los 143 GW previstos en el Atlas eólico de 2001. Sucede que para ese cálculo se consideraron únicamente las áreas con vientos de más de 7 metros por segundo a 50 metros de altura, parámetros evaluados como un umbral de atractivo técnico para que un proyecto fuese considerado interesante en ese entonces. De todas las áreas relevadas, solamente un 20% fueron consideradas aprovechables debido a los problemas ambientales, con las tierras o topográficos, dice Camargo. Los 50 metros eran la base promedio de las máquinas generadoras de energía eólica. Hoy en día tienen 80, 100, 110 metros de altura. Cuando aumenta la altura, el potencial aumenta también, pues hay más viento. Según el criterio utilizado en esa época, la región sur de Brasil podría generar 22,8 GW por sí sola.  Los estados do Río Grande do Sul y Santa Catarina, en área territorial, son juntos mayores que Alemania, que ya tienen instalados 26 GW prácticamente y sigue creciendo, dice Camargo. Como ambos tienen vientos parecidos, ya se sabe que el potencial de la región sur es mucho mayor que lo que inicialmente se previó. El interior de Bahía, cerca de la región del río São Francisco, al igual que otras áreas del nordeste, también son prometedores para estos emprendimientos. Pero existe un potencial aprovechable en todas las regiones de Brasil.

SIEMENS PRESSEBILDTurbinas instaladas en alta mar en DinamarcaSIEMENS PRESSEBILD

Alemania cuenta actualmente con dos Itaipú de energía eólica de capacidad instalada. El interés en esta fuente energética surgió allá después del pánico generalizado que ocasionó el accidente nuclear de Chernobyl en la década de 1980, dice Camargo. En Brasil, como consecuencia del racionamiento de 2001, luego de la crisis energética causada por el bajo volumen de agua de las centrales hidroeléctricas, o gobierno creó en 2002 el Programa de Incentivo a las Fuentes Alternativas de Energía Eléctrica (Proinfa), que fue un primer impulso para el uso de la biomasa, de pequeñas centrales hidroeléctricas y eólicas. La primera gran compra de energía eólica por parte del gobierno en el marco del Proinfa fue de 1.453 MW, en 2005. Posteriormente, a través del Programa Subvención Económica de la Finep, el gobierno federal emitió dos pliegos que también contemplaban proyectos para el área energética. En el primero, en 2007, solamente se presentaron dos proyectos de energía eólica. En 2009, la cantidad trepó a 16, con propuestas que abarcaron desde el desarrollo de aparatos electroelectrónicos aplicados a la producción de energía eólica, presentada por la empresa Weg, de Santa Catarina, pasando por el desarrollo de torres, a cargo de Seccional Brasil, de Paraná, hasta la producción de aerogeneradores de pequeño porte, de Clamper, de Minas Gerais.

Energías complementarias
Como los nuevos reservorios de agua de Brasil se encuentran lejos de los mayores mercados consumidores, las turbinas eólicas son tenidas por los expertos como complementarias a las centrales hidroeléctricas. Las dos hidroeléctricas actualmente en construcción en el río Madeira, Santo Antônio y Girau, juntas tienen 6.600 MW de potencia, pero debido a que prácticamente no tienen reservorio, la cantidad de energía generada en la época de crecida y la de la bajante es completamente diferente, dice Pedro Perrelli, director ejecutivo de la Asociación Brasileña de Energía Eólica (Abeeólica), que reúne a 70 empresas de la cadena generadora. El régimen de lluvias de la Amazonia, que origina las crecidas de los ríos, y el régimen de vientos del nordeste son complementarios. Esto se debe a que los períodos de sequía, cuando los reservorios de las represas se ubican en sus niveles más bajos, coinciden con el período de mayor incidencia e intensidad de los vientos del nordeste.

016_Eolica_177-02En un artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) en 2009, investigadores de la Universidad Harvard estimaron un potencial de generación eólica 40 veces mayor que la actual producción mundial de electricidad. Esa investigación señala que Brasil tiene un potencial eólico equivalente a 25 veces la capacidad actual de generación del país, dice Alé. Este cálculo no tiene en cuenta los impactos sociales, económicos y ambientales. Ése es un punto que debe considerarse antes de instalar un parque eólico, para evitar lo que sucedió en 2009 en Ceará, cuando el Ministerio Público Federal denunció diversos problemas socioambientales, tales como la devastación de dunas, el entierro de lagunas, la interferencia en acuíferos y la destrucción de viviendas, como así también conflictos con las comunidades de pescadores. Todos los posibles impactos ambientales deben estudiarse antes de implementar parques eólicos, dice Alé. Las colisiones de aves y la muerte de murciélagos, como efecto de los rui¬dos de las máquinas, como así también los efectos de las sombras y las posibles interferencias electromagnéticas, han sido ampliamente estudiados por expertos que trabajan con energía eólica.

Un problema que existe en Alemania y en otros lugares, en donde existen parques eólicos instalados cerca de áreas residenciales, es la sombra de las aspas que giran, que proyectan un efecto de centelleo en algunas ventanas de las casas, que es una molestia para los habitantes, dice Camargo. La solución que apunta el ingeniero es la colocación de un sensor que, en determinados períodos del día propicios para ese fenómeno, haría que la máquina parase. Es un problema fácil de resolverse, dice. Con relación a las colisiones de pájaros, Camargo dice que antes las máquinas eran pequeñas, y por eso tenían un giro muy rápido, lo que complicaba a las aves. Hoy en día, aun en su rotación máxima, las aspas son bastante visibles. Ha habido una gran disminución de la velocidad angular y las máquinas se ubican al menos a 40 metros del suelo.

Bajo impacto
El Consejo Mundial de Energía Eólica (GWEC), en asociación con Greenpeace, dio a conocer un estudio que muestra que la energía eólica contemplará el 12% de la demanda eléctrica mundial en 2020, y podrá llegar al 22% en 2030. De acuerdo con dicho estudio, esa fuente de energía tendrá una participación estratégica en la disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero durante los próximos años. El interés es en esta energía renovable de bajo impacto es tal que el gigante de búsquedas Google anunció en octubre que invertiría recursos en un proyecto de 5 mil millones de dólares que prevé la instalación de una línea de transmisión de energía eléctrica de 563 kilómetros que interconectará a las centrales eólicas construidas en el mar con la costa este de Estados Unidos. Las líneas de transmisión también constituyen una preocupación brasileña, aun cuando los parques eólicos han sido construidos aquí en tierra firme o cerca de la costa. Tan es así que Abeeólica pretende elevar al gobierno federal a fin de año un estudio que propone la construcción de una gran línea de transmisión, de casi 1.000 kilómetros de extensión exclusiva para la energía eólica. Esa línea saldrá de Pau Ferro, en Pernambuco, pasará por Paraíba, Rio Grande do Norte, Ceará y terminará en São Luís, capital de Maranhão, dice Perrelli. Para construir dicha línea, se harán necesarios unos 800 millones de reales. Complementará a la red convencional y se crearán subestaciones en los lugares que se encuentran actualmente sobrecargados. Esa línea gigante también reduciría el costo de la energía, como consecuencia de la disminución de las distancias existentes entre los parques generadores y las líneas de transmisión.

Los proyectos
1.
Desarrollo de un aerogenerador nacional de 5 kW (nº 2002/08008-6); Modalidad Programa de Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas; Coordinador Cassiano  Nucci Paes Cruz – Eletrovento; Inversión R$ 179.681,00 (FAPESP)
2. Generador eólico de mediano porte con transmisión continuamente variable (nº 2005/04435-5); Modalidad Programa de Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas; Coordinador Luciano Tanz Dynamis; Inversión R$ 181.596,05 (FAPESP)

Artículo científico
LU, X. et al. Global potencial for wind-generated electricity. PNAS. v. 106, n. 27, p. 10.933-38. 22 jun. 2009.

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