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La intención de este trabajo es presentar una síntesis de las características de la central eólica La Venta II y los beneficios que aporta en términos de producción de electricidad y abatimiento de emisiones de gases de efecto invernadero.

Figura1. La venta I

La primera experiencia que se tuvo en la Comisión Federal de Electricidad (CFE) con el viento como fuente de energía, se dio en 19941, cuando se construyó y se puso en servicio la central eólica piloto de La Venta, en el estado de Oaxaca (ver figura 1). Los registros de producción de la central piloto fueron sobresalientes, con un factor de planta mayor de 50% para el primer año de operación y un promedio de 40% para los diez años que ha estado en servicio.

Esta central piloto inició su operación con siete aerogeneradores de 225 kW cada uno, instalados sobre torres tubulares de 30 m de altura, para una capacidad total de 1.5 MW.

En paralelo, la CFE instaló una red de instrumentos de medición con el propósito de caracterizar el contenido energético del viento. Esto le ha permitido obtener información de largo plazo de diversos sitios con elevado potencial eólico, ubicados entre los mejores del mundo.

La tecnología de conversión de viento a electricidad ha experimentado avances importantes; basta señalar que en la década de los ochentas se producían equipos de 100 kW y se probaban prototipos de 300 kW; actualmente se comercializan unidades de 2 MW y mayores.

Con un recurso eólico de grandes proporciones y una tecnología de conversión madura, la CFE ha decidido iniciar el aprovechamiento del viento como fuente de energía, con lo cual diversificará su base energética y contribuirá con el desarrollo sostenible del sector eléctrico y de la sociedad en su conjunto.

 

Características del viento en la región

 

Figura 2. Corredor de viento del istmo de Tehuantepec, Oaxaca.

El viento en la región sur del istmo de Tehuantepec (Ver Figura 2) tiene un comportamiento estacional definido. En el otoño e invierno se presentan los vientos más intensos y persistentes del año, que corresponden a los meses de octubre, noviembre, diciembre, enero y febrero, que llegan a alcanzar velocidades sostenidas de más de 20 m/s. Los vientos más débiles se presentan por lo regular en los meses de abril, mayo y junio, para después repuntar en julio y disminuir nuevamente en agosto y septiembre (Ver Figura 3).

 

Figura 3. Velocidad del viento anual

Este comportamiento es genérico, y debe considerarse que el viento presenta variabilidad interanual, es decir, al igual que otras variables climatológicas, existen años de buenos vientos y años de vientos débiles. En consecuencia, los valores de las velocidades medias del viento varían de un año a otro, y por lo tanto también las velocidades medias de cada mes al pasar de un año a otro. Lo mismo ocurre de una semana a otra y de un día a otro.

No obstante este carácter variable del viento, la acumulación de una base de datos de largo plazo permite caracterizar y predecir su comportamiento.

La velocidad media anual del viento en el corredor eólico que va desde La Venta hasta La Mata, pasando por La Ventosa, es mayor de 9 m/s a 30 m de altura. La dirección dominante del viento se ubica en el sector NNW-NNE y presenta una frecuencia del 70% del tiempo.

 

Capacidad eólica instalada en el mundo

 

Hasta noviembre del 2007, la capacidad eólica instalada en el mundo superaba los 82,000 MW², y son líderes Alemania, Estados Unidos, España e India. Figuran también de manera importante Dinamarca, Holanda y otros países.

La tasa de crecimiento anual de la capacidad instalada mundial ha alcanzado más del 25%, lo cual refleja claramente la actitud de la comunidad internacional ante el aprovechamiento de esta fuente de energía.

A partir de Enero del 2007, con la operación de la central eólica La Venta II de 83.3 MW, México ingresó a la lista de países que producen electricidad con el viento a escala comercial, ocupando con ello el 2º lugar en América Latina, estando a la cabeza Brasil con 256 MW instalados.

Estado de la tecnología de conversión

Grandes avances se han alcanzado en la tecnología de los aerogeneradores. Desde principios del siglo XX, cuando el profesor Danés La Cour construyó el primer molino de viento dirigido a la producción de electricidad, diversos diseños han sido desarrollados y probados a través de la historia. Sin embargo, el aerogenerador de eje horizontal de tres aspas es el que más se utiliza actualmente en la industria (Ver Figura 4).

Figura 4. Aerogenerador de eje horizontal de tres aspas

A principios de la década de los ochentas se fabricaban aerogeneradores de 60 kW; posteriormente la capacidad se incrementó a 100 kW para alcanzar ha instalarse las primeras centrales con unidades de 300 kW a finales de esa década. Como referencia, un aerogenerador de 60 kW tiene un diámetro de rotor de 15 metros, y se instala en una torre soporte de 20 metros de altura; un aerogenerador de 300 kW tiene un diámetro de rotor de 30 metros y se instala en un torre de alrededor de 30 metros de altura.

La capacidad promedio de los aerogeneradores que se instalaron en el mundo en el año 2003 fue de 1.2 MW por unidad. En Alemania la capacidad promedio fue de 1.6 MW. La tendencia mundial es producir cada vez unidades de mayor capacidad con el propósito de utilizar menores extensiones de tierra por kW instalado. Actualmente, la industria está transitando de la producción de aerogeneradores clase megawatt a los aerogeneradores clase multimegawatt, y se están instalando unidades prototipo de 5 MW, con diámetro de rotor de 126 metros y torre soporte de altura similar.

Existen otras iniciativas, aún más ambiciosas, como la de la empresa Clipper Windpower, que quiere fabricar el mayor aerogenerador del mundo. El fabricante de aerogeneradores con sede en California ha llegado a un acuerdo de colaboración en Reino Unido para desarrollar un aerogenerador de 7.5 MW para aplicaciones marinas. Para desarrollar esta formidable máquina, Clipper ha establecido lo que denomina un Centro de Excelencia para la Energía Eólica Marina en la localidad de Blyth, al noreste de Inglaterra. El proyecto, denominado Britannia, recibe el apoyo de la Agencia de Desarrollo Regional del Noreste (de Inglaterra) mediante una inversión de 7,5 millones de euros.

Cabe señalar que las unidades de gran capacidad son por ahora más costosas que las unidades menores, por kW instalado, debido a la infraestructura que requieren para su fabricación, transporte y montaje. Se espera, sin embargo, que en el futuro se obtenga una substancial economía de escala al utilizarlas.

Los vientos promedio, que soplan en la mayoría de los países de Europa y Estados Unidos, no tienen con mucho la intensidad y persistencia de los vientos que soplan en la región sur del Istmo de Tehuantepec. La mayoría de los grandes equipos instalados en Europa y Estados unidos no son aptos para operar en sitios como la Venta.

La International Electrotechnical Commission (IEC) ha emitido normas a este respecto, y ha establecido una clasificación de los requerimientos de diseño que deben reunir los aerogeneradores, según el régimen de vientos del sitio en donde vayan a operar. Así se puede mencionar que en Europa y Estados Unidos predominan los equipos diseñados bajo los requerimientos de las Clases II y III, mientras que en los sitios muy ventosos como en La Venta, en México, o Tejona en Costa Rica, los equipos deben cumplir con los requerimientos de las Clases I o Especial, para velocidades promedio de viento superiores a los 8.5 m/s, con niveles de turbulencia de moderados a altos.

Lo anterior puede también ilustrarse si mencionamos que en 2005 el factor de planta promedio mundial fue de 22%³, mientras que las expectativas de sitios como La Venta son superiores al 40%, lo cual implica un factor de utilización más exigente, con mayores requerimientos de diseño y servicio.

Varios países en Europa están instalando centrales eólicas en el mar, en aguas poco profundas, debido principalmente a la escasez de terrenos disponibles. Esta modalidad, aunque es más costosa, resuelve el problema de los predios y permite la captura de vientos de mejor calidad en contenido energético. Estos proyectos son un símbolo de la vanguardia de la tecnología eólica.

Potencial eólico en México

Recientemente, los Laboratorios Nacionales de Energía Renovable de los Estados Unidos (NREL) produjeron un mapa eólico del estado de Oaxaca, en cuya preparación y calibración participó la CFE y otros organismos nacionales, como el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). El trabajo fue preparado a solicitud del Gobierno del Estado de Oaxaca, bajo el patrocinio de la Agencia para el Desarrollo Internacional de los Estados Unidos (USAID). Como resultado se obtuvo una representación gráfica que muestra el contenido energético del viento en todo el territorio del estado.

 

NREL estima que conservadoramente, en las zonas más ventosas del estado podrían instalarse 6,000 MW; pero si se incluyen las zonas que tienen velocidades promedio anuales entre 6.7 m/s y 8.5 m/s, el potencial eléctrico podría ser mayor a los 33,000 MW.

 

Oaxaca posee los lugares de mayor potencial eólico en nuestro país, sin embargo se deben mencionar también otras regiones como Zacatecas, el desierto de La Rumorosa y el litoral de la península de Baja California, así como grandes extensiones de los litorales del Pacifico y del Golfo de México, que también podrían agregar por lo menos otros 10,000 MW al potencial nacional.

 

Cabe mencionar que muchos sitios que por ahora no son atractivos por sus moderados vientos, en el futuro, cuando la tecnología alcance un mayor desarrollo, se espera que sean incorporados como sitios productores de electricidad.

 

Como proyectos futuros, la CFE ha incluido en el plan de expansión la instalación de 500 MW eólicos de capacidad adicional en la región sur del istmo de Tehuantepec; adicionalmente la iniciativa privada tiene proyectada la instalación de otros 2,000 MW eólicos bajo la modalidad de autoabastecimiento.

Cabe señalar que para la evacuación de la energía que será producida por estas grandes centrales eólicas, la Secretaria de Energía (SENER), la Comisión Reguladora de Energía (CRE) y la CFE desarrollaron un proyecto para la construcción de la infraestructura eléctrica requerida, líneas y subestaciones, que serán amortizadas por los desarrolladores de esos proyectos.

 

Producción de electricidad, emisiones evitadas y otros beneficios

La producción anual de la central La Venta II se ha estimado en 307.7 GWh, cuya incorporación a la red eléctrica de CFE evitará emisiones de CO₂ a la atmósfera estimadas en más de 180,000 toneladas por año. México registró este proyecto en el Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) en el marco del Protocolo de Kyoto para contribuir a  la mitigación del cambio climático. 

 

Hasta el mes de Julio del 2007 la central ha producido los volúmenes de energía mostrados en la Tabla 1. Cabe señalar que a pesar de que el viento es más intenso en los meses de enero y febrero, el factor de planta para estos meses resultó bajo debido a los ajustes normales que se realizaron durante la puesta en operación de la central.

 

Tabla 1.- Producción de la Central eólica La Venta II Año 2007 Mes MWh FP       ENE 15,306.60 24.7% FEB 19,153.43 34.2% MAR 26,437.29 42.6% ABR 21,845.10 36.4% MAY 19,915.15 32.1% JUN 12,768.28 21.3% JUL 9,784.42 15.8% Total 125,210 29.6%

Por otro lado, un aspecto social importante es el beneficio que los ejidatarios de La Venta reciben por permitir el usufructo de sus terrenos para el proyecto. Estos beneficios consisten en un pago anual durante la vida útil del proyecto. Esta modalidad de pago se deriva del tipo de acuerdos que actualmente se llevan a cabo en otros países, lo cual es del conocimiento de los ejidatarios y de las autoridades agrarias.

Cabe señalar que el área de ocupación efectiva de la central esta entre 2 y 3% del área total del predio, considerando los caminos de acceso, bases de aerogeneradores y subestación de la central, lo que significa una afectación mínima al terreno; es decir, los predios pueden seguir siendo utilizados para cultivo agrícola y pastoreo.

 

Conclusiones

La central eólica La Venta II ha permitido incrementar y diversificar la participación de la energía renovable en la oferta nacional. Asimismo, contribuye a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera y está teniendo un impacto social positivo, con lo cual se promueve el desarrollo sostenible y se sientan las bases para la futura explotación masiva del viento como fuente de energía en nuestro país.

 

Referencias

Página electrónica de Comisión Federal de Electricidad CFE, http://www.cfe.gob.mx/

Página electrónica de Estadísticas Mundiales de la Energía Eólica, 8-nov-2007, Holanda,  http://home.wxs.nl/~windsh/stats.html

Revista Windstats Newsletter Vol. 20, Nº 1, Winter 2007, Denmark.