Los pequeños
aerogeneradores
(Parte II)
Por
Conrado
Moreno Figueredo*
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Futuro promisorio para la Pequeña Eólica
Como se mencionó en la primera parte de este trabajo, la Asociación Mundial de Energía Eólica (WWEA) celebra anualmente la Cumbre Mundial de la Pequeña Eólica y publica, también con carácter anual, un informe sobre el desarrollo y mercado de los pequeños aerogeneradores (PAG). Este artículo y el anterior están basados en dicho informe; los datos y demás informaciones que aquí aparecen fueron tomados del sitio web de la WWEA (www.wwindea.org).
Cuando la tecnología de los actuales grandes aerogeneradores se inició hace más de tres décadas, comenzaron a comercializarse esas máquinas; lo que es hoy un pequeño aerogenerador era entonces un gran aerogenerador. En los años setenta y ochenta, la mayor parte de las turbinas eólicas alcanzaban apenas una potencia no mayor de 100 kW.
De forma general, las turbinas eólicas se clasifican de acuerdo con la posición del eje de rotación del rotor en turbinas de eje vertical (TEV) y de eje horizontal (TEH), cada una con sus ventajas y desventajas (Figs. 1 y 2).
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Fig. 1. Turbina de eje vertical (TEV).
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Fig. 2. Turbina de eje horizontal (TEH).
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Desde los primeros años, cuando comenzaron a usarse los PAG, la tecnología que prevaleció fue la de las turbinas de eje horizontal (TEH). Basado en un estudio de más de 300 fabricantes de PAG a finales de 2011, 74% de las turbinas que se encontraban en el mercado eran de eje horizontal, mientras que 18% eran de eje vertical. Solo 6% de los fabricantes ofrecían ambas tecnologías.
Las pequeñas TEV comenzaron a desarrollarse en los 10 últimos años, por lo que su mercado no es tan amplio como las TEH, y aún es relativamente pequeño. Con la tendencia al uso de los PAG en zonas urbanas, la TEV han comenzado a despegar e introducirse en el mercado con modelos adecuados a las ciudades por sus características de ser más adecuadas a los vientos turbulentos prevalecientes en estas áreas complicadas de las ciudades, donde el viento es muy cambiante; dichas TEV no necesitan sistemas de orientación, y pueden recibir el viento en cualquier dirección. La potencia media de las pequeñas TEV es de algo más de 7 kW, que es mucho menor que la potencia media de los TEV. En el estudio realizado aparecían 157 modelos de TEV, 88% de los cuales estaban por debajo de los 10 kW, y 75% por debajo de los 5 kW. Ello está en correspondencia con la demanda del mercado en ese año 2011, en el que la media de las turbinas vendidas tenía una capacidad de 1,5 kW. En el 2011, 25 fabricantes a nivel mundial producían pequeñas máquinas en el rango de 50-100 kW. El comportamiento estadísitico de las TEV y las TEH se muestran en la tabla 1 y en la figura 3.
Tabla 1. Estadística mundial de las TEV y TEH
(Tomado del reporte de la WWEA de la pequeña eólica 2014)

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Fig. 3. Fabricantes de turbinas eólicas de acuerdo
con la orientación del eje de rotación del rotor.
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En las figuras 4, 5 y 6 se pueden observar los tres tipos de TEV más comunes. El rotor tipo Savonius, que es el más antiguo, es empleado por muchos fabricantes por la baja velocidad que necesitan para llegar al bajo torque de arranque con el que comienza a trabajar. El rotor tipo Darrieus difiere un tanto del original, conocido como «batidora de huevos», y resulta adecuado para sitios con alta turbulencia. Los rotores H son famosos por su robustez y poco ruido. La eficiencia es diferente de un modelo a otro.
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Fig. 4. Turbina eólica de eje
vertical de tipo Savonius.
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Fig. 5. Turbina eólica de
eje vertical de tipo Darrieus.
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Fig. 6. Rotor de eje vertical tipo H.
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Sistemas aislados y conectados a la red
El mercado actual tiende a ampliarse hacia los sistemas conectados a la red con aerogeneradores de mayor capacidad con respecto a los sistemas aislados. No obstante, los sistemas aislados no conectados a la red continúan jugando un importante papel en las áreas rurales o remotas de los países en desarrollo. Las aplicaciones aisladas encuentran su nicho de mercado en la electrificación de viviendas rurales, las estaciones de telecomunicaciones, la generación marítima (botes, yates y boyas) y los sistemas híbridos con el viento y el sol, o con el viento y los motores diésel.
Como se observa en la tabla 2, más de 80% de fabricantes continúan produciendo máquinas para sistemas aislados, aunque también las producen para conectarlas a la red. La mayor parte de los PAG aislados son de una potencia menor de 10 kW (tabla 3). El empleo de estos sistemas también viene aplicándose en la ciudad, como es el caso de los sistemas híbridos eólico-FV para la iluminación de calles y avenidas. Los sistemas aislados en China eran 97% de las instalacionesdel mercado en 2009, aunque aún 2,4 millones de viviendas carecían de electricidad, por lo que se puede aseverar que los sistemas no conectados a la red seguirán jugando un importante papel. Tanto para los sistemas aislados como para los conectados a la red, los incentivos económicos y las políticas de apoyo que se apliquen en cada país serán decisivos para continuar la promoción de esas tecnologías.
Tabla 2. Tipos de PAG de
acuerdo a su uso final en el 2011

Tabla 3. Modelos de fabricantes
de PAG, según la potencia nominal en el 2011

Aplicaciones de los pequeños aerogeneradores
Tradicionalmente, los pequeños aerogeneradores se han venido usando para resolver necesidades de carácter doméstico y agrícola, incluyendo el bombeo de agua, fundamentalmente en los países en desarrollo. Hoy en día estas aplicaciones se han ampliado, como se observa seguidamente:
• Doméstico o residencial.
• Comercial e industrial.
• Barcos y yates.
• Sistemas híbridos.
• Áreas de pastos y forrajes.
• Comunidades rurales.
• Zonas militares y de seguridad.
• Bombeo.
• Desalinización.
• Monitoreo remoto.
• Educación e investigación.
• Estaciones de comunicaciones.
Doméstico y residencial
Además de la aplicación residencial aislada, los sistemas aislados son cada vez más competitivos, y en Europa y Norteamérica se tornan más populares. Si bien esta aplicación se observó durante muchos años en las áreas rurales, ya en estos momentos se encuentra en zonas urbanas con turbinas diseñadas para ese fin. Son más robustas y elegantes para no impactar en el paisaje de la ciudad.
(Fig. 7).
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Fig. 7. Pequeños aerogeneradores en residencias urbanas.
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Comercial e industrial
Estas aplicaciones de los PAG son por lo general conectadas a la red, y dimensionadas para cubrir el consumo eléctrico de establecimientos fabriles, mercados y tiendas de todo tipo. Los PAG ya se instalan en áreas urbanas, donde las grandes turbinas no son adecuadas por su impacto visual y el espacio que ocupan.Estas aplicaciones crean una imagen promocional positiva para los propietarios por su mensaje ecologista, incrementando la competitividad de sus productos y servicios (Fig. 8).
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Fig. 8. Los PAG en el comercio y la industria.
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Desalinización y purificación de agua
El incremento de la población y las industrias exige cada día más agua potable. La tecnología de osmosis inversa es una de las más empleadas y los PAG pueden introducirse como fuente de energía, disminuyendo los costos de producción del agua producida.
Barcos y yates
Los barcos de pesca y yates pasan largos periodos de tiempo en altamar. Los PAG tienen la ventaja de poder aprovechar los vientos que tienen lugar en el mar abierto sin perturbaciones, lo que resulta adecuado para mover estas máquinas y producir electricidad, ya sea en áreas tropicales como en las latitudes donde el sol brilla poco. En Honghu, China, aproximadamente 20% de los botes cuyos propietarios son familias pescadoras, están equipados con una o dos pequeñas turbinas eólicas de 200-500 W; la electricidad en este caso satisface la demanda de iluminación, televisión y refrigeración. Durante las horas de bajo consumo, la electricidad se almacena en baterías de teléfonos móviles, laptops y linternas. La instalación de PAG en yates recreacionales reduce también el consumo de los motores diésel (Fig. 9).
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Fig. 9. Embarcación con PAG.
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Zonas militares y de seguridad
Ya es común que en zonas militares la tecnología de los PAG se haya tornado fiable y eficiente, por lo que los cuerpos militares y de seguridad están invirtiendo en esos sistemas para reemplazar las viejas plantas diésel y poder satisfacer sus demandas en áreas remotas, como en los controles fronterizos.
Sistemas híbridos
El empleo de sistemas híbridos ha estado creciendo en los pasados años. La iluminación de calles y avenidas en las ciudades con sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos, es una de las aplicaciones más populares, y la más comercializada y masiva en los últimos años. Los sistemas híbridos con almacenamiento en baterías aumenta significativamente la fiabilidad de todo el sistema, minimizando la fluctuación en el suministro. Otros sistemas híbridos también se emplean: eólico-biomasa, eólico-diésel, eólico-FV-diésel, eólico-FV-biomasa, eólico-hidráulico y eólico-hidrógeno.
Sistemas de agua potable en sitios de descanso
Las microturbinas portátiles resultan la solución más adecuada para mantener cargados los teléfonos móviles durante las estancias de descanso y recreación, como las áreas de campismo. Pequeños sistemas portátiles se han diseñado para estos fines, como los trailers o casas móviles y caravanas.
Bombeo de agua
El bombeo de agua es una de las mayores aplicaciones a nivel mundial. Hoy el bombeo de agua es usado para el riego agrícola y el llenado de tanques, mediante molinos de viento mecánicos y eléctricos.En zonas con escasez de agua, los PAG aislados tienen una gran oportunidad para reemplazar las bombas movidas con motores diésel, ofreciendo ventajas económicas y de seguridad. Un ejemplo de esta aplicación es Cuba, donde más de 8000 molinos de viento se encuentran instalados en todo el país.
Educación e investigación
El gran crecimiento de la industria de la pequeña eólica ha incrementado el interés en su educación e investigación. Muchos centros de investigación y pruebas de PAG se han construido en varios países del mundo, buscando una mayor calidad y productos certificados. En el Ártico y en la Antártida se emplean sistemas aislados en las expediciones por esas regiones con propósitos investigativos.
Factores más importantes que inciden en el desarrollo de los PAG
El futuro de la industria de los PAG depende en gran medida de múltiples factores, como son los costos de la tecnología, políticas de apoyo, incentivos económicos, costos de los combustibles, interés del inversionista y conciencia de los consumidores, así como normas, certificación y seguridad de la calidad de la máquina, y herramientas de evaluación del viento.
Costos
El costo es aun uno de los principales factores condicionantes, y constituye uno de los retos para la difusión de esta tecnología. En EE.UU. el costo del kW instalado en el 2011, de los diez principales modelos, oscilaba entre $2300/kW y $10 000/kW, y el promedio del costo del kW instalado de PAG era de $6040/kW; un 11% mayor que en el año precedente, el 2010. En China el costo promedio fue de $1900/kW. En la disminución de estos costos las políticas de incentivos para la industria serán decisivas, por cuanto la misma se encuentra en pleno desarrollo.
Políticas
Al igual que las demás tecnologías de energías renovables, el éxito del mercado de las pequeñas turbinas eólicas depende de un marco regulatorio estable y apropiado. Hoy en día, las tarifas fijas (feed-in tariffs), el metrado neto (net metering), los créditos al impuesto y los subsidios a la inversión son las políticas más generalizadas con respecto a la industria de la pequeña eólica. La tendencia a la introducción de las tarifas fijas ha beneficiado al sector de los PAG, y ha sido una de las políticas más exitosas en el campo de las energías renovables. Los demás esquemas no resultan tan ventajosos, por cuanto van dirigidos a promover las ventas pero no la generación, por lo que no impulsan el mejoramiento de la eficiencia de los sistemas, y por tanto a la industria.
Normas y certificación
La tecnología de los PAG es relativamente nueva e inmadura, por lo que necesita normas de calidad y de seguros que sirvan de guía a la industria. Actualmente existen normas para la pequeña industria a nivel internacional y algunas propias en un determinado número de países. La más conocida es la IEC6140 dirigida al diseño de pequeñas turbinas eólicas. La certificación es la herramienta que asegura que las normas se han aplicado. Hasta los últimos años ha habido una falta de documentos de certificación de carácter internacional, y se puede aseverar que el desarrollo de normas y certificación se encuentra en pleno proceso de desarrollo. Esto servirá para promover las ventas al mejorar el comportamiento de los PAG y para que el mercado crezca y se establezca.
Evaluación del recurso eólico
La predicción con exactitud de la velocidad del viento es fundamental para calcular la producción de electricidad de un PAG, ya que resulta la base de un alto rendimiento del equipo. Los métodos de medición que se emplean cuando se trata de la instalación de un parque eólico son costosos en relación al costo del PAG, por lo que la búsqueda de métodos evaluación del viento para los PAG constituye un reto para este sector. Es importante subrayar que la medición en el sitio de instalación es decisiva, pero debe tener un costo razonable con respecto al costo de las instalaciones de pequeña escala. El apantallamiento del viento y los efectos de la turbulencia ocasionada por los obstáculos, producen un viento variable y difícil de predecir por debajo de los 30 metros. Los mapas eólicos presentan resultados a 50 metros o más, y las torres de los PAG apenas alcanzan los 30 metros, por lo que su uso es limitado para estos casos.
Pronóstico hasta el año 2020
Es indudable que la demanda de PAG continuará incrementándose debido a la necesidad de energías limpias en todo el mundo. En los países en desarrollo, los PAG contribuyen a la electrificación de millones de personas en áreas rurales. Algunas organizaciones internacionales han comenzado a valorar este potencial, y los han incluido en sus programas de apoyo a las energías renovables en numerosos países. Varios países industrializados se han planteado metas ambiciosas y han promulgado políticas dirigidas a incentivar su empleo. Se vaticina que gran cantidad de países introduzcan marcos regulatorios dirigidos a apoyar el uso de PAG.
Los precios del petróleo, el calentamiento global y el incremento de la demanda de electricidad continuarán siendo los tres factores claves a largo plazo para el impulso a la industria de la pequeña eólica. No obstante, para que la tecnología de los PAG se torne tan madura como la de los grandes aerogeneradores, la industria tiene que ser apoyada por políticas estimulantes y normas específicas.
Basado en criterios de expertos, el crecimiento de la industria de los grandes aerogeneradores y la tendencia sostenida del crecimiento de la industria fotovoltaica desde la pasada década, tienen similares características con la industria de los pequeños aerogeneradores. Se pronostica que la industria de la pequeña eólica tenga un crecimiento similar al de la gran eólica y de la fotovoltaica.
La tendencia actual de la industria de la pequeña eólica muestra un crecimiento anual de 19-35%, considerando las nuevas capacidades instaladas en los últimos años. Basado en un pronóstico conservador, el mercado puede tener un crecimiento consecuente de 20% entre el 2015 y el 2020. Se prevé que la industria alcance aproximadamente 480 MW de nueva capacidad instalada anual en el 2020, y se haya alcanzado una capacidad
instalada acumulada cercana a los 3000 MW en ese año.
* Doctor en Ciencias Técnicas. Vicepresidente de la Asociación Mundial de Energía Eólica (WWEA). Profesor Titular del Centro de Estudio de Tecnologías Energéticas Renovables (Ceter), La Habana, Cuba.
e-mail: conrado@ceter.cujae.edu.cu
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