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Vientos de progreso, la energía eólica en México

Durante los últimos veinte años, la generación de electricidad mediante energía eólica ha experimentado un desarrollo sin precedentes en el país. Para las empresas contratistas del sector eléctrico nacional sería un error estratégico desentenderse de los múltiples beneficios económicos, sociales y ecológicos que promete la fuerza inagotable del viento en el futuro

Por Eduardo Sánchez de Aparicio

Al conducir por la carretera M1 que entrelaza la ciudad de Budapest con la de Viena, el viajero puede encontrarse en medio de un paisaje cautivante. Agrupados a un costado de la autopista, justo en la frontera entre Hungría y Austria, se erigen decenas de aerogeneradores imponentes, que parecen custodiar el paso de los autos.

El pensamiento es inevitable, ¿puede México desplegar este tipo de campos eólicos en su territorio? Esta infraestructura, en efecto, sería fácil de emular en el país debido a sus condiciones privilegiadas de viento y ubicación geográfica. Pero antes de responder contundentemente, es menester profundizar en el tema y conocer más de cerca los procesos que demanda la generación eólica y, en general, sobre las alternativas sustentables de energía.

Aerogeneradores en la Autopista M1, entre Budapest y Viena

Uno de los conceptos más socorridos hoy en día entre los especialistas del sector es el de la Calidad de la Energía Eléctrica. El tema es abordado desde tres puntos de vista: 1) el usuario, 2) la compañía suministradora de energía, y 3) la sostenibilidad, es decir cómo la tecnología no debe hacer a un lado el impacto positivo o negativo que provoca en su entorno.

El tercer factor puede ser reforzado por el viajero si contempla, justo a un costado de la carretera, los arreglos extraordinarios de generadores eólicos acomodados estratégicamente; su emplazamiento y diseño no es por azar o capricho, sino que están basados en fundamentos técnicos, como los de no estorbar ni generar turbulencias que afecten a otros generadores, la creación accidental de sombras o contar con un estudio previo de impacto estético, ecológico, etcétera.

La Calidad de la Energía, por otro lado, tiene como objetivo dotar de electricidad de forma continua y segura a los usuarios a través de sistemas altamente eficientes y sostenibles, buscando generar la mínima huella de carbono posible.

En apoyo a esta visión, en diciembre de 2015 se celebró el Acuerdo de París, que convocó a más de 190 países, entre ellos México. La mayoría de las naciones participantes ratificaron y firmaron este documento en octubre de 2016, el cual entró en vigor a partir del 22 de noviembre de ese año. Su objetivo es reducir el calentamiento global, lo cual obliga a los firmantes a transitar hacia fuentes de energía limpias y renovables. En la actualidad, las tres más importantes a nivel mundial son la eólica, fotovoltaica y biomasa.

Fundamentos de energía eólica
La generación de electricidad a través de tecnología eólica comporta algunos conceptos básicos:

  • La Ley de Conservación de la Energía (la energía no se crea ni se destruye sólo se transforma)
  • Bajo este Principio de Conservación, la energía cinética del viento es transformada en energía mecánica mediante el movimiento de grandes aspas; ésta, finalmente, es reconvertida en electricidad a través de la propulsión mecánica de un generador

Hay que recalcar que cien por ciento de la energía cinética del viento no es transformada en electricidad en la misma proporción. Luego de grandes estudios se ha demostrado que el porcentaje de eficiencia de una turbina eólica, que aprovecha la fuerza del viento para mover sus aspas y reconvertirlo en energía eléctrica, no puede ser mayor a 60 por ciento, ya que está delimitada por el Coeficiente de Betz.

De estos componentes, hay dos que son fundamentales para la generación de la energía eólica: las aspas o paletas de la turbina y el mecanismo de control. Detrás de las primeras hay todo un estudio de ingeniería avanzada aplicada en fluidos. Las aspas, en verdad, son la clave para lograr mover la turbina con vientos bajos (cerca de los 3 m/s). Asimismo, controlan la velocidad para mantenerla lo más constante posible: de 10 a 15 rpm en el caso de vientos bajos y de 15 a 25 rpm para los altos, los cuales se producen cuando se superan los 11 m/s.

Las aspas, por otro lado, deben poseer una extraordinaria aerodinámica. De ahí que cuenten con un mecanismo de control que ayuda a cambiar su ángulo de incidencia con el aire. La función de este último componente es cambiar los valores de presión positiva y negativa en una y otra de las caras de las aspas.

El segundo elemento de importancia es la caja de relación o multiplicadora. Éste dispositivo se encarga de convertir y multiplicar la velocidad de rotación de las aspas (que en promedio van de 9 a 20 rpm) a través de varios juegos de engranes que hacen girar el generador a >1,000 rpm para producir electricidad. El aerogenerador debe estar en posición perpendicular a la dirección del viento para aprovechar al máximo su velocidad. Esto se logra a través de sensores ubicados en una veleta, los cuales indican la dirección en la que sopla el viento y que, de inmediato, emite una señal al control central del sistema, que a su vez manda la instrucción a unos servomotores que hacen girar todo el sistema para que las aspas estén ubicadas de forma perpendicular.

Ola de energías limpias
Además del Protocolo de Kyoto y el Acuerdo de París, otra de las razones que explican por qué las llamadas energías limpias, en este caso la eólica, toman cada vez más fuerza, no sólo en México sino a nivel global, es que el negocio de los hidrocarburos ha dejado de ser tan atractivo e interesante para los inversionistas. Con el paso del tiempo, además, se ha logrado disminuir el precio de KW/hr producido por esta fuente. Uno de los principales logros de la Reforma Energética y de las subastas celebradas en 2016 es justamente que México presenta ahora precios y ofertas del orden de los 30 dólares por MWh, principalmente en energías limpias (eólica, fotovoltaica e hidroeléctrica), lo cual representa grandes ahorros.

El crecimiento de la eólica, en específico, ha sido sostenido en los últimos años, por lo que no atender este segmento representaría un riesgo muy alto para las empresas mexicanas involucradas en la generación eléctrica, ya que una decisión de este tipo podría acarrear grandes pérdidas por ventas potenciales no realizadas.

A nivel global, China es el país con mayor capacidad instalada, con aproximadamente 150 GW a finales de 2015. El segundo lugar lo ocupan los EEUU (el expresidente Obama empujó mucho para lograr este sitio) con más de 75 GW instalados. La nación americana, sin embargo, podría ser desbancada con la llegada de Donald Trump, quien ha manifestado que no apoyará tanto a las energías renovables como su antecesor. Alemania es el tercero en el podio con 45 GW, aproximadamente, seguida por India que sorprendentemente desplazó a España del cuarto peldaño con más de 25 GW instalados, según el Global Wind Report: Annual Market Update, publicado en 2015.

Parques eólicos en México
La pregunta que había quedado en el aire, en el caso de México, puede responderse ahora afirmativamente. El país, en efecto, posee una notable infraestructura de campos eólicos, similares y hasta mejores que los de Hungría y Austria.

Hasta 2015, la República Mexicana contaba con una capacidad instalada de más de 3.073 GW (25 por ciento más que Austria) y mil 770 aerogeneradores; 2016 cerró en 3.8 GW instalados y más de 2 mil aerogeneradores. Los estados con parques eólicos son: Oaxaca, Chiapas, Jalisco, Nuevo León, Puebla, San Luis Potosí, Tamaulipas y, recientemente, Coahuila y Zacatecas.

El reto, sin embargo, sigue siendo importante, ya que uno de los compromisos del país es generar 35 por ciento de la electricidad mediante fuentes no-fósiles para 2024.

En el caso de la energía eólica, la meta es producir 9.5 GW para 2018 y 15 GW en 2022. De ahí que la oportunidad para las empresas contratistas electromecánicas del país sea mayúscula, pues en los próximos 14 años la capacidad instalada de energía eólica tendrá un crecimiento de casi 400 por ciento.

Actualmente, México cuenta con grandes profesionistas e ingenieros con extraordinarias capacidades para aprovechar esta ventana de oportunidad, algunos de ellos aglutinados en torno a la Unión Nacional de Constructores Electromecánicos (UNCE), la cual congrega a más de 20 asociaciones regionales y/o estatales de contratistas electromecánicos dedicados al diseño y ejecución de obra para energizar al país.

Ventana de oportunidad
De la primera subasta para la generación de energía eléctrica 11 empresas resultaron ganadoras, de las cuales 25 por ciento invertirán en tecnología eólica. Para la segunda fueron 23; un 43 por ciento de ellas bajo la bandera del viento. Lo anterior, sin duda, fortalecerá aún más la presencia y desarrollo de esta fuente de energía en el país. En los próximos dos años, de hecho, se espera que se duplique la capacidad de generación eólica que se ha instalado durante los últimos 18 años. Es indudable que se trata de una gran oportunidad para las empresas mexicanas relacionadas al mercado eléctrico. La inversión tampoco será menor y se calcula en alrededor de 2 mil millones de dólares anuales durante los próximos 25 años.

Pero las oportunidades no sólo van para las grandes empresas ganadoras de estas subastas, tanto extranjeras como mexicanas, sino también para todas aquellas compañías constructoras nacionales que serán subcontratadas. Esto con objeto de lograr una mano de obra calificada en instalaciones electromecánicas en territorio nacional. Luego, están los proveedores nacionales de materias primas, cuyos servicios podrán hacer más eficientes los costos.

Un punto importante para las empresas mexicanas que deseen especificar sus productos y soluciones es que, en muchos de casos, la especificación será en el lugar de origen de la firma ganadora. De momento, las principales compañías ganadoras extranjeras proceden de Estados Unidos, España, Alemania, Francia, Italia, China y Corea, entre otros países.

Las claves para encarar este impresionante reto radican en que las subastas eléctricas sean ejecutadas de acuerdo a lo pactado, así como en la construcción de una mayor “carretera” de líneas de transmisión eléctrica para estar cerca de los campos eólicos actuales y de los que se desarrollen en los próximos años. De igual forma, no deberá olvidarse el fortalecimiento de las empresas mexicanas relacionadas con la manufactura de los componentes de aerogeneradores para fortalecer la economía y abastecer las necesidades de las empresas desarrolladoras en estos campos.

Coeficiente de Betz
Desarrollado por el físico alemán Albert Betz, este Coeficiente indica que una turbina no puede aprovechar más del 59.3 % de la energía cinética del viento

El porcentaje restante (40.7 %) son pérdidas de energía representadas por la fricción y desaprovechamiento del viento (aerodinámica), eficiencia de las máquinas, generación de calor, etcétera. En condiciones reales, los generadores modernos alcanzan un 80 por ciento del límite de Betz

Siete componentes de una turbina eólica

  • Torre o Poste
  • Aspas o paletas de turbina
  • Anemómetro
  • Góndola o carcaza
  • Caja de relación o multiplicadora
  • Mecanismo de Control
  • Generador

Funciones del ángulo de incidencia variable

  • Lograr que la turbina comience a girar aún cuando persiste una baja velocidad del viento
  • Conforme el viento aumenta o disminuye, el ángulo de incidencia cambia para mantener una velocidad de rotación constante
  • Una aerodinámica tal que, en vientos demasiado fuertes (generalmente superiores a 25 m/s), las aspas en vez de girar tienden a frenar el mecanismo rotor por seguridad del sistema

INEEL elabora el atlas eólico de México
En 2014, los gobiernos de Dinamarca y México firmaron un acuerdo de colaboración bilateral dentro del Programa de Energía y Mitigación del Cambio Climático, el cual incluye la elaboración de un Atlas Eólico de México (AEM), enfocado en la identificación detallada de los lugares que cuentan con características apropiadas para desarrollar proyectos de generación eólico-eléctrica en pequeña, mediana y gran escala.

En su elaboración participa el Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias (INEEL) y la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU Wind Energy), que brinda apoyo técnico. El organismo mexicano funge como agencia ejecutora y lleva a cabo la coordinación general de las actividades.

Ricardo Saldaña, Ubaldo Miranda, Flor Morales, Gerardo Pérez y Ramón Lira, investigadores de la Gerencia de Energías Renovables del INEEL, contribuyen al procesamiento y análisis de la información histórica del viento y su modelación. El INEEL también se encarga de las actividades de difusión de resultados, así como de la coordinación de la capacitación y formación de recursos humanos.

La meta del AEM es facilitar la explotación del recurso eólico en México, lo que incluye su valoración y localización con propósitos de planeación, así como la creación de un Atlas de Viento Numérico y una base de datos. Su intención es dotar a la sociedad, pero también a los inversionistas y desarrolladores, de una plataforma accesible y gratuita que contenga información confiable y validada bajo estándares internacionales. Esta transparecencia en el  acceso a la información permitirá, a su vez, acelerar las inversiones para el desarrollo de parques eólicos a nivel nacional.

Junto al INEEL y la universidad danesa participa un grupo interdisciplinario, integrado por la Gerencia de Estudios de Ingeniería Civil y Ciencias de la Tierra de la CFE y los Institutos de Geografía y de Energía Renovable de la UNAM. El proyecto es financiado por el gobierno de Dinamarca, que financia la participación de la DTU, y el Fondo para la Transición Energética y el Aprovechamiento Sustentable de la Energía.
Fuente: INEEL
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Eduardo Sánchez de Aparicio.
Socio-fundador y director de Relaciones Institucionales en Sigma Solutions Commerce Group S.A. de C.V. También es director de Sigma Solutions Consulting Group y coordinador del Subcomité de Accesorios y Herrajes para Cable, IEE Sección México, y miembro del Centro de Competitividad e Innovación Caname.

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