Los avances tecnológicos de los aerogeneradores, la economía mejorada y el amplio apoyo político están haciendo de la energía eólica un recurso energético formidable del siglo XXI. Dinamarca extrae el 41% de su electricidad del viento; le sigue Irlanda con un 28%; la Unión Europea en su conjunto obtiene el 14% de su energía de la eólica.
Los parques eólicos de Estados Unidos actualmente producen el 6.6% de la electricidad del país. Como parte de la generación total de energía, eso puede sonar relativamente modesto, pero EE. UU. ocupa el segundo lugar después de China en la cantidad de capacidad de generación de energía eólica. Además, Estados Unidos apenas ha comenzado a aprovechar su vasto potencial de energía eólica. En tierra, los recursos eólicos de EE. UU. son capaces de producir aproximadamente nueve veces las necesidades de energía de la nación. La energía eólica marina, totalmente inexplotada hasta la fecha, podría satisfacer casi el doble de la demanda de electricidad del país.
Mirando hacia el futuro, el Departamento de Energía ha preparado un escenario para una dependencia eólica del 35% para 2050. Si bien ese nivel de generación eólica parece un gran avance, puede ser sustancialmente menor de lo que se necesita para que los recursos de energía renovable sean los principales impulsores de una red -Cero carbono economía de Estados Unidos.
La evolución de la energía eólica
La energía eólica ha servido para varios propósitos en Estados Unidos desde la época colonial, pero se hizo disponible por primera vez como fuente de electricidad a principios del siglo XX, cuando los cargadores eólicos de escala modesta suministraron energía a miles de granjas y operaciones agrícolas estadounidenses. Pronto, sin embargo, una red construida trajo electricidad generada centralmente a las áreas rurales de la nación, dejando poco espacio para el viento a pequeña escala. No fue sino hasta mediados de la década de 1970 que el embargo petrolero árabe y el creciente interés en las energías renovables dieron lugar a una segunda ola de energía eólica estadounidense.
En 1978, la Ley de Políticas Reguladoras de Servicios Públicos (PURPA) abrió el mercado de energía de los EE. UU. Al exigir que las empresas de servicios públicos compren electricidad a compañías independientes siempre que puedan generar electricidad a un coste menor que el «coste evitado» de la nueva energía generada por los servicios públicos. Esa ley allanó el camino para los primeros parques eólicos comerciales de Estados Unidos. Un crédito fiscal federal a la inversión dio a los parques eólicos un impulso adicional, particularmente en California, donde un crédito fiscal estatal equivalente les valió a los inversores en energías renovables una reducción impositiva combinada del 50%.
Estos incentivos crearon un clima sobrecalentado para emprendedores de energía eólica. A menudo, confiando en tecnología mínimamente probada, los primeros parques eólicos de California experimentaron una alta tasa de fallas mecánicas y estructurales, proporcionando un amplio forraje a los políticos que preferían extraer carbón doméstico y perforar petróleo y gas.
El crédito fiscal federal a la inversión expiró en 1985 y el crédito fiscal de California se redujo en los dos años siguientes, lo que ralentizó los compromisos con los nuevos proyectos eólicos. En 1992 se revivió un incentivo federal para la energía eólica, pero esta vez se reformuló como un crédito fiscal a la producción que recompensaba la generación real de electricidad. A pesar de los retrasos repetidos en la reautorización, el crédito fiscal a la producción federal ha sido, sin embargo, un catalizador clave para el ascenso de la energía eólica, reforzado por los estándares de electricidad renovable a nivel estatal ampliamente adoptados que requieren que las empresas de servicios públicos aumenten su dependencia del viento y otras fuentes de energía renovable.
El aumento y la disminución del coste de la energía eólica.
La turbina eólica promedio actual es casi tres veces más alta que los aerogeneradores construidos a principios de la década de 1990. [Ver Figura 1.] Esto permite que los parques eólicos modernos aprovechen los vientos más fuertes y constantes que prevalecen en altitudes más altas. Debido a que la energía eólica aumenta a medida que el cubo de la velocidad del viento, las ganancias de las torres más altas son particularmente importantes.
Un nuevo impulso a la producción proviene del desarrollo y uso de rotores mucho más grandes. Aplicando la fórmula para el área de un círculo (A = ? r2), un aumento en la longitud de la pala (es decir, el radio del rotor) se traduce en una expansión desproporcionada del «área barrida» del rotor, una clave para determinar la cantidad de viento que se captura y convertido en electricidad.
Figura 1
Fuente: Berkeley Lab, 2016
Si bien las turbinas eólicas han crecido drásticamente en tamaño, el coste de construir y operar parques eólicos de EE. UU. ha disminuido en los últimos años, haciéndolos ahora completamente competitivos con las otras dos fuentes principales de nueva generación de energía: la energía solar fotovoltaica y el gas de ciclo combinado. Según Lazard, el costo nivelado de la energía eólica terrestre varía de $ 29 a $ 56 por megavatio-hora; la energía fotovoltaica cuesta de $ 36 a $ 46 por megavatio-hora; y el ciclo combinado de gas cuesta entre $ 41 y $ 74 por megavatio-hora. La energía nuclear es mucho más cara de $ 112 a $ 189 por megavatio-hora.
La geopolítica del viento.
Como tecnología que no emite carbono, la energía eólica tiene una gran ventaja ambiental sobre sus competidores líderes en combustibles fósiles. El viento en tierra y en alta mar tiene una huella de carbono del ciclo de vida de 20 gramos o menos de CO2 equivalente por kilovatio-hora.
Si bien es atractivo para muchos que ven el cambio climático como una amenaza real e inmediata, la energía eólica ha desarrollado gran parte de su impulso en los estados rurales relativamente conservadores [ver Tabla 1]. En 2018, 13 estados en la región interior de la nación representaron más del 80% de las nuevas incorporaciones de capacidad eólica.
tabla 1
Fuente: Asociación Americana de Energía Eólica, 2019
Los vientos robustos y relativamente constantes en el llamado cinturón de viento, desde Texas hasta las Dakotas, explican en parte la fuerte inversión del viento en el corazón [ver mapa]. La economía también está en juego. No solo muchos de los 111.000 empleos estadounidenses de energía eólica se encuentran en áreas rurales, sino que se obtienen beneficios financieros sustanciales para los agricultores y ganaderos que arriendan pequeñas secciones de sus tierras a los desarrolladores eólicos. Los ingresos fiscales generados por los parques eólicos también han ayudado a muchas comunidades rurales con escasez de efectivo.
Imagen NREL
Fuente: Laboratorio Nacional de Energía Renovable, AWS Truepower
Cuidado con pájaros y murciélagos
El Servicio de Pesca y Vida Silvestre de EE. UU. tiene un Proyecto de radar aviar que ayuda a los desarrolladores eólicos a identificar y evitar los principales corredores migratorios de aves al ubicar nuevos parques eólicos. En algunos parques eólicos en operación donde las aves rapaces y otras especies de aves vulnerables pueden estar presentes, equipos de detección especializados y monitores humanos pueden detener las turbinas a medida que se acercan las aves.
Si bien las muertes de aves son sin duda motivo de preocupación, los defensores de la energía eólica instan a que se vean en perspectiva. El Servicio de Pesca y Vida Silvestre de los Estados Unidos estima que entre 365 y 988 millones de aves mueren cada año al estrellarse contra las ventanas del edificio, y entre 89 y 340 millones mueren en colisiones con automóviles. Las torres de comunicación y las líneas de servicios eléctricos causan millones de muertes de aves adicionales anualmente. Y los estragos del cambio climático provocados por la quema de combustibles fósiles aniquilarán a un número mucho mayor de aves a medida que se alteren ecosistemas enteros.
También se están haciendo esfuerzos para minimizar el daño a los murciélagos que viven cerca de parques eólicos. Debido a que los murciélagos generalmente vuelan con vientos bajos en busca de insectos, los estudios han demostrado que sus tasas de mortalidad se pueden minimizar reduciendo las operaciones de viento durante estos tiempos, precisamente cuando hay ganancias económicas limitadas al mantener en funcionamiento las turbinas. El Proyecto de Energía Eólica Beech Ridge, ubicado en una zona boscosa de West Virginia, se ha dedicado especialmente a estos esfuerzos de reducción.
Ruido del viento
Otra preocupación comúnmente expresada es el ruido resultante de la energía eólica, con las quejas de los vecinos que van desde irritabilidad, dolores de cabeza e insomnio causados ??por el sonido audible hasta reclamos más tenues de oído interno y alteraciones de la sensación de equilibrio atribuidas a infrasonidos de frecuencia ultrabaja. Si bien la transmisión del sonido generado por la turbina puede variar según la topografía y las condiciones climáticas, establecer un retroceso mínimo para las turbinas eólicas desde los edificios habitados más cercanos y los espacios públicos al aire libre es un paso importante que los órganos de gobierno estatales y locales pueden tomar para proteger a los vecinos de los parques eólicos y Reducir la resistencia pública a los proyectos propuestos.
Eólica marina: la próxima frontera
Aunque muy avanzado en varias naciones europeas, la energía eólica marina de EE. UU. tuvo un inicio desafortunado con el proyecto Cape Wind, muy disputado en Nueva Inglaterra. Propuesto para aguas poco profundas cerca de comunidades de vacaciones de lujo en Cape Cod, Martha’s Vineyard y Nantucket, Cape Wind se encontró con una fuerte oposición. Financiados sustancialmente por intereses de combustibles fósiles, los opositores se opusieron al alto coste del proyecto para los contribuyentes, pero el impacto visual anticipado de las turbinas en Nantucket Sound atrajo una hostilidad particular. Los patrocinadores abandonaron Cape Wind en 2018.
Hay una nueva y creciente esperanza para la energía eólica marina de EE. UU. Con numerosos arrendamientos federales que abren grandes extensiones de superficie oceánica desde Nueva Inglaterra hasta el Atlántico medio. Los avances tecnológicos, incluidas las turbinas flotantes, permiten colocar parques eólicos en aguas más profundas, más lejos de las zonas costeras pobladas. Igualmente importante, los costes de proyecto mucho más bajos ahora hacen que la energía eólica marina sea un competidor realista con otras fuentes de generación de energía. La preocupación pública y los análisis oficiales ahora se centran en equilibrar el desarrollo del viento con la protección de la pesca y los mamíferos marinos y con la seguridad de la navegación.
El camino a seguir
A medida que aumenta la dependencia estadounidense de la energía eólica, existe una mayor necesidad de construir suficiente capacidad de almacenamiento de energía y capacidad de respuesta a la demanda para absorber el excedente de energía cuando se genera y ajustarse a los déficits cuando ocurren. También se requerirá una transmisión modernizada y expandida para administrar el flujo de electricidad de diversos recursos energéticos a través de amplias áreas geográficas. Dar prioridad a estas inversiones será esencial para que el viento alcance su potencial como baluarte contra las emisiones de gases de efecto invernadero de EE. UU.
