Dado que la energía eólica es cada vez más barata, los desarrolladores de parques eólicos están elaborando planes para crear granjas un orden de magnitud más grande que cualquiera de las existentes hoy día, algunas de ellas con más de 1.000 turbinas. Pero existe un gran problema: la economía de los parques eólicos depende de predicciones precisas sobre la potencia de salida, y es mucho más difícil modelar el comportamiento de parques eólicos de gran tamaño.
A una escala de entre varios cientos y más de mil turbinas eólicas, simular la interacción entre tantas turbinas bajo una gama de diferentes condiciones climáticas puede ser demasiado complejo para los modelos informáticos actuales. La cuestión podría tener profundas implicaciones en el coste de la energía eólica y su capacidad de aumentar su escala hasta lograr sustituir grandes cantidades de combustibles fósiles.
Hace unos cinco años, la pobre recopilación de datos y el uso de modelos informáticos ineficaces hacía que los desarrolladores eólicos tuvieran propensión a sobreestimar la producción de energía de sus granjas en más del 10 por ciento, una cantidad suficiente como para destruir los beneficios y en algunos casos impedirles pagar los préstamos. Los modelos han mejorado, pero el uso de parques eólicos más grandes, y la creciente prevalencia de los parques eólicos comunes construidos lo suficientemente cerca entre sí como para interferir unos con otros, hace que la cuestión se esté planteando de nuevo.
Algunos investigadores y expertos de la industria señalan que aunque los modelos informáticos hayan mejorado en la estimación de la producción de los parques eólicos típicos de entre 50 y 100 generadores, tendrán problemas a escalas mucho más grandes. "Si tuvieras que hacerlo con 1.000 turbinas de viento, los instrumentos usados por la industria empezarían a no ser capaces de funcionar", señala Keith Longtin, director general de gestión de productos de GE Power and Water.
Hay miles de millones de dólares en juego, y por tanto los desarrolladores de los nuevos y enormes parques eólicos están tomando medidas extraordinarias para tratar de predecir la potencia de salida.
La construcción de un megaparque con 1.000 turbinas, un proyecto de Chokecherry y Sierra Madre en el rancho Overland Trail en Wyoming (EE.UU.), se espera que comience el próximo año.
Los desarrolladores del proyecto han medido la velocidad del viento, la dirección, temperatura y otras condiciones meteorológicas en el lugar durante cinco años (dos años es el tiempo estándar). Han recopilado datos de 32 torres meteorológicas repletas de sensores y elevadas entre 60 y 80 metros por encima de las colinas ondulantes y cubiertas de salvia del rancho, junto con mediciones de radar basadas en el sonido (denominado 'sodar') capaces de escanear el viento a altitudes de hasta 200 metros, la altura de algunas turbinas.
Los desarrolladores también han utilizado superordenadores para usar los datos con los últimos modelos informáticos, desarrollados para tener en cuenta el modo en que los aerogeneradores interactúan entre sí. A medida que el viento se mueve a través de ellas, las turbinas generan estelas que pueden interferir en el funcionamiento de las turbinas situadas más abajo en la corriente. Han llegado a la conclusión de que el parque eólico podría generar al menos 8.760 millones de kilovatios-hora al año, o energía suficiente para 770.000 hogares.
Un problema de los modelos actuales es que no representan con precisión la variabilidad del viento, no solo a nivel del suelo, sino incluso a cientos de metros por encima del nivel de los aerogeneradores. Investigaciones recientes sugieren que en algunas condiciones climáticas "los modelos pueden subestimar drásticamente las pérdidas producidas por las estelas", indica Michael Drunsic, consultor sénior de DNV KEMA, que ayuda a los desarrolladores a estimar la producción de energía eólica. "Las estelas se extienden mucho más lejos de lo estimado previamente", asegura. Esto no es un gran problema en parques eólicos que tengan solo una hilera, como por ejemplo aquellos que siguen la cresta de una montaña. Pero en el caso de los grandes parques eólicos con varias hileras, las estelas más largas podrían afectar a muchas turbinas, reduciendo su producción.
Este tipo de hallazgos pueden afectar cómo se distribuyen las turbinas de viento, sobre todo en parques eólicos más grandes con muchas hileras de turbinas. Charles Meneveau, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad Johns Hopkins (EE.UU.), ha desarrollado modelos de la forma en que los parques eólicos de gran tamaño perturban el aire hasta un kilómetro por encima de ellos. En base a algunas de sus simulaciones, ha demostrado que las turbinas de hecho deben colocarse a una distancia dos veces mayor de la habitual para sacar el máximo provecho del viento. No obstante, asegura que sus modelos actuales todavía no pueden predecir con exactitud el rendimiento de grandes parques eólicos, y que solo observan dicho rendimiento a velocidades promedio del viento. Además, el rendimiento de la turbina de viento puede variar mucho en función de las diferencias en las condiciones del viento, añade.
Sin embargo, aunque los nuevos modelos informáticos están identificando las dificultades que pueden encontrarse los grandes parques eólicos, también están trayendo buenas noticias, señala Meneveau. Ha mostrado, por ejemplo, que la turbulencia, aunque puede ser un problema, también es esencial para los grandes parques eólicos. Sin ningún tipo de turbulencia, las primeras filas de un parque eólico esencialmente bloquearían el viento, limitando el número de filas que se podrían instalar. Mostró que la turbulencia en realidad hace que el viento que pasa por arriba del parque eólico vaya hacia abajo. Como resultado, la última fila de un parque eólico, aunque recoge un poco menos de energía que la primera fila, aún así puede generar electricidad, siempre que las turbinas de viento estén suficientemente separadas. "La mala noticia es que en los grandes parques eólicos, la gente no sabía muy bien cómo manejar la turbulencia", afirma. "La buena noticia es que puedes hacer que la granja sea tan grande como quieras, porque se puede hacer bajar el aire desde arriba".
Meneveau señala que los modelos también se pueden utilizar para optimizar el diseño y la operación de las turbinas de viento. Las que estén en la primera fila, por ejemplo, pueden ser programadas para orientar sus aspas y permitir que pase más viento por ellas, lo que mejora el rendimiento de las turbinas en las filas posteriores, y así se aumenta la producción de todo el parque eólico. Se está llevando a cabo una investigación relacionada en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de Golden, Colorado (EE.UU.).
El uso de modelos informáticos mejorados será algo crucial para reducir el coste de la energía eólica, indica Drunsic. "Cuanto más precisos sean los modelos y más seguro esté el desarrollador, menor será el coste de financiamiento", concluye.