¿Cuánto cuesta
un parque eólico?


Por
Conrado Moreno Figueredo*




Cuba desarrolla un parque eólico de 50 MW en la provincia de Las Tunas, anunció el Noticiero Nacional de Televisión, recientemente.

 



Cuba se encuentra inmersa en la diversificación de su matriz energética, en la cual la introducción de las fuentes renovables de energía juega el rol más importante. ¿Cuáles son las causas? La alta dependencia del petróleo de nuestra matriz energética, el alto costo de este combustible y el ahorro directo de petróleo que aquellas traen consigo (garantía de la seguridad alimentaria y energética), el incremento de la demanda de energía cada vez mayor, y por supuesto, las conocidas razones medioambientales, entre otras. Las fuentes renovables de energía tuvieron una mayor visualidad en la Revolución Energética, con la energía eólica.
A mediados de 2005, por iniciativa del Comandante en Jefe Fidel Castro, se creó el Grupo de Impulso al Desarrollo de la Energía Eólica, con el fin de comenzar la instalación de los primeros parques eólicos.

Ello no era casual: la tecnología energética renovable con mayores posibilidades debido a su madurez tecnológica y la más económica para la producción de energía eléctrica a gran escala en nuestro país, era la energía eólica, reforzado esto con la experiencia alcanzada en la instalación y explotación del parque eólico de Turiguanó, y por el conocimiento del potencial eólico y la identificación de sitios con velocidades del viento apropiadas.

Recordemos que no tenemos posibilidad de grandes hidroeléctricas, y la producción de energía a partir de la biomasa en los centrales azucareros, que había sido el sostén en este sentido, estaba muy deprimida. Además, la energía solar fotovoltaica conectada a la red eléctrica no resultaba competitiva desde el punto de vista económico, y no se disponían de experiencias nacionales.

Ahora bien, al igual que otras tecnologías que utilizan fuentes renovables de energía, la eólica también se caracteriza por una alta inversión, aunque no consume combustibles convencionales. Está claro que este alto costo inicial constituye una barrera para su aplicación y difusión, principalmente en los países menos desarrollados y con una economía más precaria. No obstante, la eólica es una de las tecnologías energéticas renovables más económicas en lo que se refiere al costo del kWh producido. En sitios bien seleccionados, el kWh eólico es más bajo que el kWh fósil en muchos países, y en Cuba también.

Por supuesto, Cuba necesita disminuir sus costos con el fin de que esta tecnología sea más asimilable para nuestra economía. Con tal propósito, en este artículo se analizan los costos de un parque eólico acorde con los datos más actualizados, y así tener claro en qué podemos incidir para bajar dichos costos.

Recientemente, la televisión anunció que nuestro país se encuentra desarrollando un parque eólico de 50 MW en la provincia de Las Tunas. El objetivo de este trabajo es ofrecer una panorámica de cuánto cuesta un parque eólico, analizando los aspectos que más inciden
en ello.


¿Terrestres o marítimos?

Como se conoce, los parques eólicos pueden ser instalados en tierra (terrestres u onshore),
o en el mar (marítimo, fuera de costa u offshore). La mayor parte de la capacidad instalada en parques eólicos es dominada por los parques eólicos terrestres u onshore. No obstante, el mercado de los parques marítimos está creciendo con rapidez. Dado que en Cuba por el momento no se prevé instalar estos últimos, el trabajo se dedicará solo a los primeros.


Costos de inversión

El análisis económico de la energía eólica debe tener en cuenta varios aspectos básicos:

• Los costos de inversión.
• Los costos anuales de explotación, es decir, operación y mantenimiento.
• Los costos anuales de financiamiento.

Los costos de inversión más importantes en el proyecto de un parque eólico terrestre y su participación en el costo total, se presentan seguidamente:

Costos de estudios de viabilidad: <2%. Incluyen el estudio del recurso eólico, análisis del emplazamiento, diseño inicial, estudio de impacto ambiental, estudio de rentabilidad y gestión de proyecto, entre otros gastos iniciales.

Costos de equipamiento (aerogenerador): 65-84%. Incluyen los de producción de la turbina y equipos auxiliares, y la transportación hasta el sitio de emplazamiento e instalación.

Costos de obra civil: 4-16%. Incluyen la transportación interna dentro del emplazamiento de la turbina y la torre, la construcción de la cimentación y carreteras, y otros costos relacionados con la infraestructura necesaria para la instalación y puesta en marcha de las turbinas.

Costos de conexión a la red: 9-14%. Incluyen el cableado, las subestaciones y las líneas eléctricas necesarias.

Otros costos de inversión: 4-10%. Por ejemplo, costos financieros durante la construcción, ingeniería, permisos legales y de uso del terreno, licencias, consultas, seguros y, además, los sistemas de monitoreo.

Los datos anteriores aparecen en el Irena Working Paper, de junio de 2012, y otras fuentes.


Aerogeneradores de eje horizontal

Existen diferentes tipos de turbinas eólicas, y entre ellas las de eje horizontal son las más empleadas. El diseño más frecuentemente encontrado es el de tres palas con caja multiplicadora, sistema de control por pérdida aerodinámica (stall) o de paso variable (el más común actualmente), operando a velocidad cercanamente constante. Existen otros diseños que están disponibles en el mercado de aerogeneradores, como el de conexión directa o sin caja multiplicadora (gearless), y con generador de velocidad variable.
Como se observa, los mayores costos corresponden al aerogenerador y sus equipos auxiliares, los que incluyen las partes y componentes siguientes (Fig. 1):

 


Fig. 1. Vista de un aerogenerador ya instalado,
con sus componentes fundamentales.

 

La torre soportante: Sus alturas varían desde 40 m y más de 100 m, y se fabrican por secciones generalmente tubulares cónicas de acero. Las hay de tipo celosía, similares a las torres de alta tensión; además, algunas combinan concreto, en la parte inferior, y tubulares de acero en la parte superior, cuando se requiere alcanzar mayores alturas.

Las palas del rotor: Sus longitudes son variadas, pueden tener más de 60 m y se fabrican en moldes diseñados específicamente para que tomen la forma aerodinámica que se requiere, con materiales compuestos que por lo general combinan fibra de vidrio y poliéster, o resina epóxica. También se emplea la fibra de carbono, buscando mayor resistencia.El buje o centro del rotor: Se fabrica de hierro fundido y su función es garantizar la posición de las palas según se requiera. Las palas pueden ser instaladas rígidamente al rotor sin variación del ángulo de posición, o también el buje puede venir equipado con un mecanismo que permita cambiar el ángulo o paso de las palas.
Los cojinetes: Como todos los rodamientos de la turbina, estos deben resistir las variaciones de las fuerzas y cargas provocadas por el viento.
El árbol principal: Transmite la fuerza de rotación del rotor a la caja multiplicadora.
El bastidor o chasis: Se fabrica de acero. Debe ser lo suficientemente robusto para resistir todo el tren de fuerza, y a la vez ser liviano.
La caja multiplicadora: Incrementa la baja velocidad del eje principal del rotor, a la alta velocidad de rotación que necesita el generador eléctrico.
Generador eléctrico: Convierte la energía mecánica proveniente de la caja multiplicadora, en energía eléctrica. Pueden ser sincrónicos y asincrónicos.
Sistema de orientación: Este mecanismo hace rotar la góndola para que el rotor se ubique de frente a la dirección del viento.
Sistema de variación del paso de las palas: Este sistema se encuentra dentro del buje y ajusta el ángulo de las palas, de forma que se aprovechen mejor los vientos predominantes en cada momento.
Convertidor de potencia: Es un equipo acondicionador que hace que la corriente llegue a la red en las condiciones adecuadas para ella; aparece cuando se emplea la tecnología de velocidad de rotación variable. Convierte la corriente eléctrica de frecuencia variable proveniente del generador, en la corriente alterna que va a ser transmitida a la red eléctrica. Puede estar ubicado en la góndola o en la base de la torre.
Transformador: Este equipo transforma la electricidad procedente del convertidor, en la corriente de alta tensión de la red eléctrica.
Sistema de frenado: Son frenos de discos que detienen la máquina cuando ello se requiere.
La góndola: Es el receptáculo en cuyo interior se instala el tren de fuerza (caja multiplicadora, generador, eje principal, etc.) y cubre todo dicho tren. Se fabrica de material compuesto con fibra de vidrio tratando de que sea lo más liviana posible, y que a la vez proteja todos los equipos componentes del tren de fuerza de las inclemencias del tiempo (lluvia, rayos, etcétera).

En la figura 2 se presentan una turbina eólica y sus componentes. No aparece el convertidor por estar ubicado en la base de la torre.

 



Fig. 2. Turbina eólica y sus componentes.

 


Costos unitarios de un parque eólico


¿Cuánto cuesta la instalación de un kW en un parque eólico? La turbina constituye el elemento más costoso de los parques eólicos. Como se señaló anteriormente, su costo oscila entre 64 y 85%. Ello depende, entre otros factores, de la madurez de la industria eólica en el país productor de la turbina y de las especificidades del proyecto, ya que mientras más resistentes sean las turbinas solicitadas, más costosas son.

Los componentes más caros son la torre, las palas y la caja multiplicadora, los cuales alcanzan alrededor de la mitad del costo total de la turbina (con valores aproximados de 26, 22 y 12%, respectivamente). El generador, transformador y convertidor llegan a 13% del costo del aerogenerador.

 



 

Para que se tenga una idea de cómo los precios dependen de estos factores, veamos los precios en USD/kW de las turbinas eólicas en tres países de diferentes continentes, y con diversos grados de desarrollo (Tabla 1).

Tabla 1
Precios de las turbinas
eólicas en tres países (USD/kW)



Los costos de conexión a la red dependen, entre otros factores, de si el parque va a ser conectado a una red de transmisión, o de distribución. En el primer caso, los costos se incrementan debido a la tecnología de la transformación. Si la red eléctrica no está muy alejada del parque eólico, la conexión usual es la de corriente alterna de alta tensión. Si las distancias son mayores de 50 km, se estima que emplear corriente directa de alto voltaje es la solución más económica. Los costos de conexión a la red varían de un país a otro. En los parques eólicos terrestres los costos se mueven entre 11 y 14% del costo total de inversión.

Los costos de las obras civiles y la construcción incluyen la transportación y la instalación de la turbina y la torre, además de la construcción de la cimentación y los caminos de acceso, y otros costos relacionados con la infraestructura del parque eólico. A pesar del aumento del tamaño de los aerogeneradores, y su correspondiente encarecimiento, los costos de transportación e instalación no han crecido en la misma proporción. La construcción de medios de transporte e izaje diseñados específicamente para instalar aerogeneradores, ha reducido los tiempos y costos de instalación.

El costo de la potencia instalada en los últimos años se encuentra, mayoritariamente, en
el rango de 1 700 y 1 250 USD/kW para parques eólicos terrestres en países desarrollados.
En el 2010, los costos de instalación en China se encontraban entre los más bajos del mundo, junto con Dinamarca, entre 1 300 y 1 384 USD/kW. En los Estados Unidos, estos costos alcanzaron los 2 154 USD/kW, y en Japón rebasaron los 3 000 USD/kW (Tabla 2).

Tabla 2
Costo de la potencia instalada
en el 2010 en varios países



Los costos de la potencia instalada varían en dependencia del país y el proyecto, según los costos de las turbinas, de las condiciones del sitio de instalación, del grado de madurez de la industria eólica local y del desarrollo de la economía del país donde está siendo ejecutado, en lo cual influye la mano de obra y el grado de satisfacción de las necesidades tecnológicas requeridas (por ejemplo, poseer las grúas y los medios de transporte requeridos), entre otros.
En resumen, un parque de 50 MW instalado en China o en Dinamarca pudiera costar unos 70 000 000 USD y en los Estados Unidos, más de 100 000 000 USD (Tabla 3). ¿Cuánto costará en Cuba? No olvide considerar que las turbinas eólicas pueden provenir de Europa
o de Asia, dígase China, y los costos de flete marítimo encarecen grandemente el proceso inversionista, pudiendo representar hasta 20% de la inversión.

Tabla 3
Costo de la potencia instalada
de un parque de 50 MW en varios países


Costos de la generación de la electricidad

Para comparar la viabilidad económica de un parque eólico con respecto a los sistemas tradicionales (térmico, solar, hidráulico), el costo de la inversión no es lo que decide sino los costos de generación de electricidad. El costo de generación de electricidad de un parque eólico viene dado por la suma de todos los costos del parque eólico a lo largo de su vida útil, que incluyen los flujos financieros cada año.

En este análisis, los costos principales son los de inversión, los de operación y mantenimiento, y la producción anual de electricidad esperada. Además de estos, se suman los costos de los terrenos, gestión, administración, seguros, impuestos y los costos financieros. La producción anual de electricidad es muy sensible a la velocidad media anual del viento, de aquí la importancia de realizar una evaluación cuidadosa del potencial eólico
de los emplazamientos planificados, y de utilizar torres a la mayor altura posible, lo que está limitado por el costo de la torre según la altura.

De acuerdo a diferentes estudios realizados en el 2010, los costos de generación de la electricidad en parques eólicos están por debajo de los 0,07 USD/kWh como promedio en la mayoría de los proyectos en zonas con viento favorable calculados para 20 años de vida útil, y la recuperación de la inversión no rebasa los 7 años de acuerdo con los altos precios del petróleo. Estos costos del kWh son comparables con los costos promedio estimados de producción de electricidad con carbón (0,067 USD/kWh), o con gas (0,056 USD/kWh), siendo más favorable esta comparación cuando se trata de los costos de producción con petróleo, según Irena Working Paper 2012.

Reducción de los costos de inversión

Como se ha señalado, los aspectos claves que influyen en los costos de los proyectos de parques eólicos son los costos de las turbinas eólicas o aerogeneradores, las cimentaciones, la conexión a la red, la instalación y los gastos de planificación y gestión.
En el mundo se le presta mucha atención a los costos de la turbina eólica en sus diferentes componentes: torre, palas o aspas, caja multiplicadora y otros componentes tales como generador, sistemas de control, transformador y convertidor.

Todos los que de una u otra forma trabajan el tema en Cuba coinciden en que existen condiciones para reducir los costos de inversión de los parques eólicos cubanos.
La fabricación de torres puede ser un renglón importante de ahorro, ya que constituyen más de 20% de la inversión y existen varias fábricas con condiciones para producirlas. Este alto costo se ve incrementado por los costos de los fletes marítimos y los seguros. Otros elementos propios de las torres pudieran fabricarse también en Cuba. No puede descartarse que a un plazo mayor se pudieran producir otros componentes, tales como las palas y otros elementos mecánicos y eléctricos que constituyen partes de algunos subsistemas.

 



 

El ensamblaje de elementos tales como las góndolas reduciría los costos, ya que al adquirir sus componentes los costos por fletes marinos se verían disminuidos debido a su gran volumen y peso, y por supuesto por la mano de obra. Igualmente pudiera pensarse en la fabricación de componentes propios de la industria mecánica, como el chasis o bastidor.

La no posesión en Cuba de elementos de izaje y medios de transportación encarece la inversión al tener que arrendarla en otro país a un alto precio, por lo que la adquisición de estos elementos ayudaría a disminuir considerablemente estos costos iniciales.

La sustitución de contrataciones de personal técnico extranjero especializado por profesionales y técnicos cubanos bien preparados y experimentados, es otro elemento
a tener en cuenta para atenuar los costos de inversión.

Acelerar el proceso de instalación y conexión a la red reduciría el tiempo desde la llegada
de los aerogeneradores a puerto cubano hasta su puesta en marcha, lo que también aportaría un ahorro considerable.

En fin, que dadas las proyecciones del país en cuanto al incremento de la potencia instalada en parques eólicos, se requiere dedicarle atención a este importante aspecto de reducir los costos de inversión con las inversiones industriales que sean necesarias y posibles.

* Doctor en Ciencias Técnicas. Profesor Titular del Centro de Estudio de Tecnologías Energéticas Renovables (CETER), La Habana, Cuba.
e-mail: conrado@ceter.cujae.edu.cu