Historia de la energía eólica: Desde los inicios hasta nuestros días

La historia de la energía eólica se ha forjado gracias a la contribución de científicos e ingenieros que han dedicado su vida profesional a esta fuente de energía renovable. Gracias a ellos, los aerogeneradores se han desarrollado increíblemente y se han convertido en una de las fuentes de energía renovable más importantes del mundo.

Los inicios de la energía eólica

Los primeros molinos de viento de los que se tiene constancia eran de eje vertical y se utilizaron hace al menos 3.000 años. Se utilizaban principalmente para moler grano o bombear agua, con fines puramente mecánicos. Los primeros registros de molinos de viento de eje horizontal se remontan a documentos de las culturas persa, tibetana y china en torno al año 1000 a. C. La figura 1 muestra un molino de viento de eje vertical hallado en Afghanistan.

Los molinos de los Persas eran máquinas de eje vertical con velas fabricadas con haces de cañas o de madera y son considerados los más antiguos del mundo. Estos molinos se encuentran ubicados en Nashtifan (Irán), donde se pueden registrar velocidades de viento alrededor de 30 m/s y que sorprendentemente siguen funcionando hasta nuestros tiempos. Durante varios siglos han soportado la fuerza del viento a pesar de estar fabricados con materiales precarios como la arcilla.

Desde Persia y el medio este, los molinos llegaron a los países mediterráneos y Europa Central. En el rápido desarrollo fue influenciado por las Cruzadas, lo que origino que los molinos aparecieran en muchos lugares de Europa. Los primeros molinos de eje horizontal aparecieron en Inglaterra alrededor de 1150, Francia en 1180, Alemania en 1222 y en Dinamarca en 1259. En el siglo XIII, la industrialización provocó la decadencia de los molinos de viento debido a la llegada de los motores de combustión y la generalización de la electrificación rural.

Otro ejemplo son los molinos de viento ubicados en la región natural de La Mancha, en el centro de España. Estos molinos de viento se hicieron famosos gracias a la novela “El ingenioso caballero Don Quijote de la Mancha”, escrita por Miguel de Cervantes Saavedra en 1605. Estos molinos están distribuidos por toda la región La Mancha y su fama ha ido aumentando con el tiempo. Si visitas España deberías seguir la Ruta de Don Quijote.

Empezando a generar energía eléctrica

En 1887, el inventor estadounidense Charles Francis Brush construyo el primer aerogenerador multipala de corriente continua de 12 kW, la cual es considerada la primera máquina de operación automática para generar electricidad. Este aerogenerador tenía 144 palas con un diámetro del rotor de 17 metros fabricadas en madera. Fue una enorme turbina eólica que sirvió para cargar baterías de plomo-ácido, teniendo una vida útil de aproximadamente 20 años. A pesar de que Brush realizó los primeros trabajos en la fabricación de turbinas eólicas, ha sido olvidado como el pionero de los aerogeneradores antiguos multipala.

Años después, en 1891, el físico danés Poul la Cour logró mejorar el rendimiento del aerogenerador de Charles F. Brush. Poul la Cour se dio cuenta de que al disminuir el número de palas del rotor se aumentaba la producción de energía eléctrica. Construyó la primera turbina eólica para generar electricidad en Askov, Dinamarca, considerada como la precursora de los aerogeneradores actuales.. Es considerado el pionero de los aerogeneradores modernos y de la aerodinámica moderna. Construyó su propio túnel de viento para realizar sus pruebas aerodinámicas con el objetivo de mejorar la forma de las palas de sus aerogeneradores. Además, La Cour era profesor del instituto de Folk de Askov , impartiendo diversos cursos para electricistas eólicos. Funda la primera academia de energía eólica, la cual convoco una gran cantidad de estudiantes que más adelante se convirtieron en profesionales que ayudaron al desarrollo de la energía eólica.

Aerogeneradores históricos

Las investigaciones de Poul la Cour ayudó a los ingenieros daneses a mejorar el rendimiento y la tecnología de los aerogeneradores durante la Primera y la Segunda Guerra Mundial. De esta manera, los molinos de viento ayudaron a superar la falta de energía provocada por la escasez de combustibles fósiles en tiempos de guerra. Esto condujo a la masificación de los molinos de viento para la generación de electricidad. La Figura 8 muestra la distribución de los aerogeneradores de La Cour en un valle de los Países Bajos.

Desde el diseño del aerogenerador de Poul la Cour en 1891 hasta 1958, se ha fabricado diversos diseños de aerogeneradores que han quedado en la historia de la ingeniería. Los aerogeneradores daneses eran basados en rotores barlovento por regulación pasiva por pérdida aerodinámica, ya que poseían conocimientos avanzados de aerodinámica para la época. Mientras que los aerogeneradores estadounidenses eran basados con regulación de paso variable. Durante este periodo de tiempo, los aerogeneradores no tenían un desarrollo electrónico en su sistema debido a la incipiente electrónica de potencia de la época. En la Tabla 1, se muestra los aerogeneradores más importantes entre 1891 hasta 1958.

Evolución del tamaño y la tecnología de los aerogeneradores

A partir de 1980, el tamaño de los aerogeneradores ha aumentado drásticamente para reducir el precio por kilovatio-hora generado. De esta manera, poco a poco la energía eólica se ha convertido en una fuente de energía competitiva. El avance de la electrónica de potencia ha influenciado en gran medida a la tecnología eólica, convirtiéndose en sistemas más complejos, de mayor eficiencia y potencia. En la Figura 9, se puede observar la evolución referencial del tamaño y el desarrollo de la electrónica en los aerogeneradores a partir de 1980.

A partir del año 2000, se puede observar una influencia más significativa de la electrónica de potencia en el sistema de conversión de energía eólica. Esto se debe principalmente a la utilización de generadores DFIG (Doubly-Fed Induction Generator) y PMSG (Permanent Magnet Synchronous Generator), dejando poco a poco en desuso al generador SCIG (Squirrel Cage Induction Generator). Los aerogeneradores de mayor potencia (mayores a 5 MW) son por lo general para instalaciones offshore. La tendencia de los aerogeneradores es que aumenten tanto en altura como en el tamaño de sus palas para obtener mayor potencia, es decir, tener menor cantidad de máquinas en un parque eólico y generar mayor potencia. Los aerogeneradores con una potencia mayor a 10 MW pueden definirse como“mega-aerogeneradores”, donde existe una elevada competencia entre fabricantes.

Por ejemplo, el aerogenerador Haliade-X de 12 MW del fabricante GE Renewable Energy’s 12 MW iba a ser considerado el aerogenerador marino más potente del mundo, pero el fabricante chino Mingyang Smart Energy anunció la fabricación del aerogenerador MySE 16.0-242 de 16 MW el cual sería considerado el aerogenerador más grande del mundo hasta el momento.

Actualmente, los aerogeneradores pueden llevar a cabo funciones que antes no se pensaba posible , debido al desarrollo y la integración de la electrónica de potencia al sistema de conversión de energía eólica. Es increíble la evolución que han tenido los aerogeneradores desde sus inicios como simples máquinas mecánicas para moler granos o bombear agua, pasando por los aerogeneradores de Charles Brush y Poul la Cour hasta las actuales imponentes máquinas eólicas para la producción de energía eléctrica.

Referencias

[1] Ackermann, T. (Ed.). (2012b). Wind Power in Power Systems: Ackermann/Wind Power in Power Systems. Wiley-Blackwell.

[2] Burton, T., etc., Sharpe, D., Jenkins, N., & Bossanyi, E. (2001). Wind Energy Handbook. John Wiley & Sons.