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Energía

Vientos prometedores en el camino de Brasil

El potencial eólico del país es tres veces mayor que el de su parque eléctrico, y con su capacidad actual puede abastecer a 22 millones de hogares

Parque Eólico Bons Ventos, en Aracati, estado de Ceará

CPFL Renováveis

De acuerdo con la Asociación Brasileña de Energía Eólica (ABEEólica), el potencial para la generación de energía eólica en Brasil está estimado en alrededor de 500 gigavatios (GW). Es lo suficiente como para satisfacer el triple de la demanda energética actual del país. Y es una cifra más de tres veces superior al actual parque nacional de generación de electricidad, incluidas allí todas las fuentes disponibles: hidroeléctrica, biomasa, gas natural, petróleo, carbón y energía nuclear. En diciembre de 2018, la capacidad de generación instalada llegó a los 162,5 GW, según la Agencia Nacional de Energía Eléctrica (Aneel). De este total, las centrales eólicas representaron 14,2 GW, el equivalente a la capacidad instalada de la central hidroeléctrica de Itaipú, de 14 GW, una cantidad suficiente como para abastecer a 22 millones de hogares. La energía generada por la fuerza de los vientos ocupa el cuarto lugar en la matriz eléctrica brasileña.

Elbia Gannoum, presidente ejecutiva de ABEEólica, explica que el potencial eólico de 500 GW solo tiene en cuenta la generación onshore (en tierra) con aerogeneradores que constituyen el estándar actual: de entre 2 y 3 megavatios (MW) de potencia, e instalados en torres de 150 metros (m) de altura. El aerogenerador (o turbina eólica) es el dispositivo que convierte la energía eólica en energía eléctrica. Pero la industria ha puesto ahora en marcha un esfuerzo tendiente a aumentar la potencia de los aerogeneradores hasta alrededor de 5 MW. Con una turbina dos veces más potente, es posible duplicar la energía generada en un espacio físico similar y disminuir los costos operativos. “Los desarrollos tecnológicos pueden expandir considerablemente el potencial eólico brasileño”, sostiene la ejecutiva de ABEEólica.

La empresa estadounidense GE ha anunciado que venderá en Brasil su nueva turbina de 4,8 MW, que lanzó en todo el mundo en 2017. Esa máquina dispone de un rotor de 158 m de diámetro con tres palas o álabes de 77 m de longitud cada una. La altura del conjunto –la suma de la torre más una de las palas apuntando verticalmente− puede llegar a los 240 m, el equivalente al largo de dos canchas de fútbol sumado a la altura de la estatua del Cristo Redentor de Río de Janeiro, con sus 30 metros.

La combinación de un rotor más grande y torres altas, según explica Vitor Matsuo, líder de productos de GE Renewable Energy para América Latina, hace posible que la turbina aproveche los vientos más fuertes y produzca más energía: aproximadamente un 90% más que el modelo anteriormente disponible en Brasil, de 2,5 MW. Una turbina de 4,8 MW podría contemplar el consumo de 7.500 viviendas.

Este nuevo modelo de turbinas se producirá en la planta de GE situada en el Polo Industrial de Camaçari, en el estado Bahía, y las palas en se fabricarán en la unidad de su subsidiaria LM Wind Power con sede en la localidad de Ipojuca, en el estado de Pernambuco. Dichas palas se elaborarán en fibra de carbono, un material que es más fuerte y liviano que la fibra de vidrio tradicional. Su desarrollo tecnológico se llevó a cabo en Estados Unidos, y la participación brasileña consistió en suministrar los datos referentes a las características del viento, las limitaciones logísticas y la disponibilidad de maquinarias tales como grúas para adecuarse a las condiciones de operación en Brasil.

En octubre, la compañía fabricante danesa Vestas anunció que producirá aerogeneradores de 4,2 MW en el estado brasileño de Ceará. La empresa está estudiando si revitalizará sus instalaciones en la localidad de Aquiraz, donde produjo turbinas de 2 MW, o si buscará otro lugar también en ese estado brasileño. Las inversiones ascienden a 23 millones de euros y la perspectiva apunta a generar 200 empleos directos.

La única compañía fabricante de aerogeneradores en Brasil es WEG, del estado sureño de Santa Catarina, que está desarrollando una turbina de 4 MW para su presentación durante la segunda mitad de este año. La empresa opera en el mercado eólico desde el año 1996 como proveedora de piezas, y en 2010 comenzó a fabricar turbinas. En el año 2012 selló una asociación tecnológica con Northern Power Systems, de Vermont, Estados Unidos, y en 2016 adquirió la división de aerogeneradores de esa compañía estadounidense. Fueron los ingenieros de Northern quienes diseñaron la línea actual de aerogeneradores WEG, con potencias de 2,1 MW y 2,2 MW, que suman 308 máquinas vendidas. La turbina de 4 MW es el resultado del trabajo conjunto de un equipo integrado por 15 estadounidenses y 20 brasileños.

Chan/ WEG  Técnicos realizan el mantenimiento de un aerogenerador de WEG instalado en el Complejo Eólico Cutia, en São Bento do Norte, estado de Rio Grande do NorteChan/ WEG 

João Paulo Gualberto da Silva, director de Nuevas Energías de WEG, sitúa a la realización de los cálculos de carga entre los principales retos concernientes al desarrollo de la turbina de 4 MW.  “Esa tarea solo fue posible con la ayuda de simulaciones realizadas en supercomputadoras”, dice. Y ese trabajo apunta a establecer el esfuerzo mecánico requerido para mantener fija una estructura “hecha para volar”, que comprende un rotor de 147 m de diámetro que dará 14 vueltas por minuto con tres palas que rotarán cada 10 segundos. Cada pala pesará 23 toneladas y tendrá 74 m de largo y 3 m en su punto más ancho.

La fatiga de los materiales, la logística y la factibilidad económica constituyen otros temas que han de considerarse. Un ejemplo de las dificultades, reportado por Gualberto da Silva, es el concerniente al montaje. Las torres que sostienen a las turbinas de 2,2 MW tienen 120 m de largo, y debería reforzárselas a los efectos de que sostengan a las máquinas de 4 MW. Pero sucede que las grúas necesarias para el ensamble de dichas torres no operan con estructuras mayores. “Estamos definiendo el refuerzo de acero y hormigón que será necesario para que las torres de los tamaños actuales resistan al esfuerzo que se les requerirá”.

A diferencia de GE, que fabricará palas de fibra de carbono, WEG apunta a mantener la producción con fibra de vidrio y resina epoxi, que son materiales más económicos. El proyecto de las nuevas palas se está desarrollando con la ayuda de proyectistas y fabricantes de moldes europeos y chinos.

WEG es la única fábrica brasileña de aerogeneradores, y planea lanzar este año turbinas de 4 MW de potencia

El ruido y los pájaros
Brasil cuenta actualmente con algunos grupos de investigación en energía eólica, entre ellos los de las universidades federales de Ceará (UFC), Santa Catarina (UFSC), Rio Grande do Sul (UFRGS) y la Universidad de São Paulo (USP). En la Escuela Politécnica de la USP, el grupo Poli Wind se formó en 2016 con cuatro integrantes, entre ellos el investigador en pasantía posdoctoral Joseph Youssif Saab Jr., coordinador de la Carrera de Ingeniería Mecánica del Instituto Mauá de Tecnologia. Saab es el autor de un proyecto de álabes para turbinas más silenciosos que generó una solicitud de patente y que puede caracterizarse como un aporte genuinamente brasileño al desarrollo de la tecnología de turbinas eólicas. “El ruido excesivo constituye un problema para las comunidades aledañas a los parques eólicos. Es como tener un avión volando sobre tu casa las 24 horas. Y ese ruido empeorará a medida que las turbinas eólicas aumenten de tamaño”, advierte el investigador. El grupo está buscando fabricantes dispuestos a realizar pruebas con los perfiles alares desarrollados.

Saab creó una herramienta de predicción del ruido que emiten las palas que se aplicará mientras estas se encuentran todavía en las primeras etapas del diseño, que permiten la realización de ajustes en el proyecto. Se trata de una herramienta computacional de distribución libre y que ha sido descargada más de 36 mil veces en todo el mundo vía internet. Para el diseño de esos nuevos perfiles aerodinámicos se proyectaron tres turbinas eólicas con diámetros de 100, 180 y 220 metros, que aún no se han construido.

El grupo Poli Wind también está preocupado con la mitigación de otro aspecto negativo de las grandes turbinas eólicas, que es la mortalidad de pájaros y murciélagos que chocan contra las palas eólicas. La recomendación brasileña e internacional indica erigir los parques fuera del camino de las rutas migratorias, cosa que, según Saab, no siempre se cumple en Brasil. Una posible solución que el grupo plantea consiste en dimensionar una sección estrecha del perfil alar a los efectos de generar una emisión de sonido tonal, un silbido que se ubique en el rango de entre 1 y 3 kilohercios (kHz), capaz de alertar a las aves sin un impacto significativo sobre el ruido total del rotor con relación a la audición humana.

Otra innovación, con un impacto potencial sobre los costos operativos de las turbinas eólicas, se está desarrollando en la empresa paulista Eolic Future Tecnologia, con sede en la localidad de São José dos Campos. Este proyecto, que cuenta con financiación del Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (PIPE, en portugués) de la FAPESP, tiene por objeto desarrollar un rotor de aerogenerador de eje horizontal como los utilizados normalmente en los parques eólicos, pero con una alteración: la barquilla, que es la estructura en donde se instala el sistema generador, queda reubicada en la base de la torre y no en la cima, tal como es habitual.

Según el ingeniero William Menezes, de la Facultad de Tecnología de São José dos Campos e investigador responsable de Eolic Future, la factibilidad técnica de este sistema para torres de 80 metros ya se ha verificado mediante cálculos analíticos, y el siguiente paso consiste en producir un prototipo para la realización de pruebas. La ventaja de instalar la barquilla en la base de la torre reside en la posibilidad de reducir los costos de mantenimiento un 15% al año. Menezes informa que el costo de una turbina eólica incluye los gastos de mantenimiento, actualmente estimados en alrededor de 2,5 millones de reales anuales desde el quinto año de operación. Asimismo, existe el riesgo de que se produzcan accidentes de trabajo en una estructura instalada lejos del suelo. Eolic Future planea comercializar esta tecnología en asociación con inversores y fabricantes de aerogeneradores.

El buen momento actual de la energía eólica en Brasil contó con la labor de un precursor, el ingeniero aeronáutico Bento Koike, creador de la empresa Tecsis, de la localidad de Sorocaba (interior de São Paulo). Esta compañía fue fundada en 1995 para fabricar sus propias palas de aerogeneradores con tecnología propia, que se exportaron inicialmente a Alemania y luego a otros países. Y vendió más de 50 mil álabes de 23 modelos distintos en los mercados nacionales y extranjeros hasta 2016. A partir de ese año, la empresa GE, su principal cliente, disminuyó la cantidad pedidos y, en 2017, adquirió una competidora, LM Wind Power. Este hecho, combinado con la crisis imperante en Brasil desde 2014, condujo a Tecsis a una difícil situación económica. En septiembre de 2018, la compañía logró la aprobación su plan de recuperación extrajudicial (concurso de acreedores).

Energía más barata
Los analistas señalan que el uso creciente de la energía eólica en el mundo se debe a su bajo impacto ambiental, ya que es impulsada por una fuente renovable como el viento, y a su menor costo de inversión. Un informe de la Agencia Internacional de Energías Renovables (Irena) consigna que el Costo Nivelado de la Energía (LCOE, en inglés) en el caso de la energía eólica se redujo un 22% entre 2010 y 2017, y actualmente es de 0,06 dólar por kWh. El LCOE abarca todos los costos esperables durante la vida útil de una central divididos por la generación en kWh producida durante ese período. El precio de las turbinas, que representa en promedio el 70% de la inversión, ha caído un 40%.

El Consejo Global de Energía Eólica, el foro representativo del sector a nivel internacional, informa que en el año 2017 se sumaron 52 GW de capacidad de generación eólica en todo el mundo, totalizando 539 GW. Para 2022, se estima una generación global de 840 GW. Brasil es el octavo generador eólico en volumen y responde por el 2% de la producción mundial. El país cuenta con 568 parques y más de 7 mil turbinas eólicas en funcionamiento, según datos de ABEEólica de 2017. El aumento de la generación ya contratada indica una capacidad instalada de 17,6 GW en 2022.

Elbia Gannoum estima que la generación eólica será la más comercializada en las subastas de energía organizadas por Aneel durante los próximos años. Esto se debe a que la generación eólica se ha vuelto competitiva en Brasil, con un costo de alrededor de 90 reales por MWh, en tanto que la generación hidroeléctrica en la última subasta, en abril pasado, costó 198 reales por MWh.

Y una nueva perspectiva también puede provenir del mar. Con base en un estudio realizado en el año 2011, el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, en portugués) estimó que existen 606 GW de potencial eólico en el mar territorial brasileño, y 57 GW estarían en una región que se extiende hasta a los 10 kilómetros de la costa, con mayores probabilidades de aprovechamiento. No obstante, ABEEólica no prevé una expansión eólica offshore a corto plazo a causa de la inversión, que es cinco veces más alta que en tierra. Así y todo, Petrobras anunció en agosto de 2017 la elaboración de un proyecto tendiente a instalar el primer parque eólico marino en la costa Guamaré (en el estado de Rio Grande do Norte). El objetivo es que el mismo empiece a operar en 2022.

Un poco de historia
El sector cobró impulso en 2009 con la primera subasta exclusiva de energía eólica

Nuno Guimarães/ Frame/ Folhapress Parque eólico en el municipio de Galinhos, estado de Rio Grande do NorteNuno Guimarães/ Frame/ Folhapress

Brasil comenzó a prestarle atención al potencial de la energía eólica en el año 2001, debido
a la crisis energética conocida en el país como “el apagón”. Era necesario diversificar la matriz energética y la generación eólica constituía una alternativa de implementación rápida.
Ese año se creó el Programa de Energía Eólica de Emergencia (Proeólica), con el objetivo de contratar 1.050 megavatios (MW) en proyectos eólicos para finales de 2003. Pero esa iniciativa no tuvo éxito.

En 2002, el gobierno brasileño instituyó el Programa de Incentivo a Fuentes Alternativas de Energía Eléctrica (Proinfa), con el objetivo de fomentar el surgimiento de una industria nacional, pero la producción local era incipiente y costosa, y la generación eólica no era competitiva en las subastas, que constituían el nuevo sistema de comercialización de energía estipulado por la Agencia Nacional de Energía Eléctrica (Aneel) en 2004.

Solo a partir del año 2009, tal como informó Elbia Gannoum, presidenta de la Asociación Brasileña de Energía Eólica (ABEEólica), con la realización de la primera subasta exclusiva de energía eólica, el sector comenzó a cobrar impulso. En ese momento se contrataron 1,8 gigavatios (GW). Al año siguiente, la generación eólica comenzó disputar contratos en subastas de energía renovable, y en el año 2011, en subastas de energía en general.

El crecimiento del sector, según Jorge Boeira, líder de energías renovables de la Agencia Brasileña para el Desarrollo Industrial (ABDI), también es producto del apoyo del Banco Nacional de Desarrollo Económico y Social (BNDES), que en 2012 comenzó a suministrar sostén a la industria de maquinarias, en el marco del Programa de Financiación de Máquinas y Equipos.

Según datos de ABDI, Brasil cuenta actualmente con seis fabricantes de aerogeneradores, que poseen juntos capacidad como para producir 1.500 unidades anuales, suficientes para generar 3,5 GW. En palas eólicas, la capacidad es de 7 mil unidades por año. En total, más de 70 empresas forman parte de la cadena de producción del sector, y el índice de nacionalización es del 80%. “Es una cadena de producción completa, que puede ser competitiva en proyectos en Latinoamérica”, dice Boeira.

Proyecto
Desarrollo de un sistema de aerogeneradores de eje horizontal y transmisión de potencia vertical con miras a reducir el tiempo de inactividad y los costos de mantenimiento (nº 16/21569-0); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigador responsable William Marcos Muniz Menezes (Eolic Future Technology); Inversión R$ 130.879,48.

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