La energía eólica se ha convertido en una fuente viable de energía renovable en los últimos años – los defensores dicen que podría disminuir la amenaza del calentamiento global. A pesar de la American Wind Energy Association estima que sólo alrededor del 2 por ciento de la electricidad de los EE.UU. en la actualidad es generada por turbinas eólicas, el Departamento de Energía de EE.UU. ha dicho que la energía eólica podría representar un quinto del suministro de electricidad de la nación en 2030.

Parque Eolico

Pero un nuevo análisis del MIT que puede servir para moderar el entusiasmo sobre la energía eólica, por lo menos a escalas muy grandes. Ron Prinn, TEPCO Profesor de Ciencias de la Atmósfera, y el director científico de investigación Chien Wang del Departamento de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias, utilizó un modelo climático para analizar los efectos de millones de turbinas de viento que necesitan ser instalados a través de grandes extensiones de tierra y el mar para generar energía eólica a escala mundial. Se encontró que este despliegue masivo de hecho podría afectar el clima, aunque no necesariamente con el resultado deseado.

En un artículo publicado el 22 de febrero en línea en la Atmospheric Chemistry and Physics, Wang y Prinn sugieren que las turbinas de viento utilizando para satisfacer un 10 por ciento de la demanda energética mundial en 2100 podrían hacer que las temperaturas aumenten en un grado Celsius en las regiones en la tierra donde los parques eólicos están instalados, incluyendo un aumento menor en las zonas más allá de esas regiones. Su análisis indica que el resultado para los aerogeneradores instalados en el agua: un descenso de la temperatura en un grado Celsius en esas regiones. Los investigadores también sugieren que la intermitencia de la energía eólica podría requerir opciones de copia de seguridad importante y costosa, como el gas natural en las centrales eléctricas.
Prinn advirtió en contra de la interpretación del estudio como un argumento en contra de la energía eólica, instando a que se utiliza para guiar la investigación que explora los inconvenientes de la gran escala de energía eólica antes de importantes recursos que se invierten para construir parques eólicos grandes. “No somos pesimistas sobre el viento”, dijo. “No tenemos absolutamente demostrado este efecto, y nos gustaría ver que la gente haga más investigaciones”.

Daniel Kirk-Davidoff, científico jefe de MDA Federal Inc., que desarrolla tecnologías de teledetección, y profesor adjunto de meteorología en la Universidad de Maryland, ha analizado el impacto climático de los parques eólicos a gran escala en estudios anteriores. Para él, el resultado más prometedor del análisis del MIT es que indica que la instalación a gran escala de las turbinas de viento no parece disminuir el flujo de viento tanto que sería imposible para generar una cantidad conveniente de energía. “Cuando se ponen las turbinas de viento, están generando el tipo de poder que esperamos”, dijo.

Aprovechar el recurso del viento

Los estudios anteriores han predicho que la demanda anual mundial de energía aumentará 14 teravatios (billones de vatios) entre 2002 y 2100. En su análisis, Wang Prinn y se centraron en el impacto de la utilización de turbinas de viento para generar cinco teravatios de energía eléctrica.
Usando un modelo climático desarrollado por el Centro Nacional de Investigación Atmosférica de EE.UU., los investigadores simularon los efectos aerodinámicos de gran escala de los parques eólicos – ubicados tanto en tierra como en el océano – para analizar cómo la atmósfera, océano y la tierra responderá en un lapso de 60 años.
Para el análisis de la tierra, que simula los efectos de los parques eólicos mediante el uso de datos acerca de cómo los objetos similares a las turbinas, como las colinas onduladas y bosques de árboles, afectan a la rugosidad de la superficie, o la fricción que puede alterar el flujo del viento. Después de agregar estos datos al modelo, los investigadores observaron que la temperatura del aire sobre la superficie de las regiones de parques eólicos aumentó en aproximadamente un grado Celsius, que promedia un aumento de .15 grados centígrados en la superficie mundial en su totalidad.

Según Prinn y Wang, este aumento de temperatura se debe a que los aerogeneradores afectan dos procesos que juegan un rol crítico en la determinación de la temperatura superficial y la circulación atmosférica: el movimiento turbulento vertical y horizontal de transporte de calor. El movimiento turbulento se refiere al proceso por el cual el calor y la humedad son transferidos de la tierra o la superficie del océano a la atmósfera inferior. De transporte de calor horizontal es el proceso por el cual los vientos constantes en gran escala de transporte de calor excesivo lejos de las regiones cálidas, generalmente en dirección horizontal, y se redistribuye a las regiones más frías. Este proceso es fundamental para la redistribución a gran escala del calor, mientras que los efectos del movimiento turbulento son generalmente más localizados.

En el análisis, las turbinas de viento en tierra reduce la velocidad del viento, especialmente en el lado de sotavento de los parques eólicos, lo que redujo la fuerza del movimiento turbulento y el transporte de calor horizontal los procesos que mueven el calor lejos de la superficie de la Tierra. Esto resultó en menos calor para su transporte a las partes altas de la atmósfera, así como a otras regiones más alejadas de los parques eólicos. El efecto es similar a estar en la playa en un día de verano con viento: Si el viento está debilitado o ha desaparecido, obtendría un lugar más cálido
.
En contraste, al examinar los océanos basado en los parques eólicos, Prinn y Wang descubrió que las turbinas de viento enfría la superficie por más de un grado Celsius. Dijeron que estos resultados no son confiables, sin embargo, porque en su análisis, el modelo de los efectos de las turbinas eólicas mediante la introducción de fricción de la superficie en forma de grandes olas artificiales. Sin embargo, reconocen que esto no es una comparación exacta, lo que significa que una mejor manera de simular marinos basados en turbinas de viento deben ser desarrollados antes de establecer conclusiones fiables.

Además de los cambios en las temperaturas y los flujos de calor de superficie, también se observaron cambios en las precipitaciones en gran escala, particularmente en las latitudes medias del Hemisferio Norte. Aunque estos cambios superaron el 10 por ciento en algunas áreas, los cambios a nivel mundial total no eran muy grandes, de acuerdo con Prinn y Wang.
Para investigar el efecto de la variabilidad del viento en la intermitencia en la generación de energía eólica, los investigadores utilizaron el modelo climático para estimar el consumo medio mensual de la energía eólica y la generación de electricidad para cada continente, concluyendo que hay variaciones estacionales muy grande y geográficamente extensas, en particular en Norte y Sur América, África y el Oriente Medio. Explican que esto significa que la falta de fiabilidad de un sistema de generación eléctrica con una utilización mucho mayor de las turbinas eólicas aún requeriría la generación de copias de seguridad continental, incluso si las líneas eléctricas de escala permitieron la transmisión eléctrica del viento a las zonas más ventosas.
Aunque Prinn y Wang creen que sus resultados para el país basado en los parques eólicos son robustos, Wang pidió su análisis una “prueba de concepto de estudio” que requiere el trabajo teórico y modelos adicionales, así como experimentos de campo para la verificación completa.
Su siguiente paso es abordar la manera de simular el océano basado en los parques eólicos con más precisión. Ellos planean colaborar con los ingenieros aeronáuticos para establecer parámetros para el modelo de clima que les permita simular las turbinas en las aguas costeras.

Proporcionado por el Massachusetts Institute of Technology
Physorg