Generación de energía eléctrica a partir de energía proveniente del viento

1.1 Antecedentes

En la actualidad la principal fuente de generación de energía eléctrica son los combustibles fósiles, pero el reconocimiento de que es la mayor causa de problemas ambientales hace pensar en buscar mejores alternativas para su producción. Asimismo, la demanda de energía crece constantemente y para cubrirla es necesario sobrecargar las centrales de generación  y operarlas a su máxima capacidad, esto puede ocasionar desgaste en los equipos por su utilización en condiciones no adecuadas y, por lo tanto, su vida útil se reduce, tal situación propicia el empleo de recursos económicos en reparación o adquisición de nuevos dispositivos. Al integrar unidades de generación cerca de los centros de consumo se cubre parte de la demanda, y además se reducen costos en transmisión y producción de energía eléctrica.

Algunas fuentes de energía renovables como la eólica y solar se observan como de complemento a las tradicionales. La energía eólica ha sido considerada una de las fuentes renovables más prometedoras debido al progreso que ha tenido en las últimas décadas, sin embargo, su integración en sistemas eléctricos tiene un número de desafíos técnicos relativos a la seguridad del suministro en términos de confiabilidad, disponibilidad y calidad de la potencia [1-2]. Las unidades de generación eólica, Fig. 1, son fuentes de energía que operan a frecuencia variable por su naturaleza aleatoria, a diferencia de los generadores convencionales que operan exclusivamente a una frecuencia constante. Por lo anterior, para su integración a la red convencional es necesario adecuar las características de estas señales por medio de un sistema de conversión que típicamente está basada en dispositivos basados en electrónica.

Los aerogeneradores se interconectan formando bloques de generación que se conocen como parques eólicos. Pueden operar interconectados a la red eléctrica o en forma aislada alimentando una carga local. Por otra parte, debido al aumento del nivel de penetración de energía eólica en la red de suministro, los operadores de algunos países han desarrollado los denominados códigos de red, que regulan la conexión de los aerogeneradores al sistema eléctrico con el objetivo de mantener un adecuado nivel de calidad en la energía cuando se produce algún tipo de perturbación en la red [3].

1.2 Potencial eólico

El viento como tal es una manifestación energética de naturaleza aleatoria, su velocidad, dirección y presencia varía con las regiones geográficas, las horas del día, las estaciones del año y la altura de los generadores eólicos. Esta es la principal razón por la que no se recomienda el uso de esta fuente de energía en forma única para la alimentación de cargas aisladas. Por tanto, es necesario aprovechar la energía eólica cuando se encuentre disponible, para ello se puede almacenar en bancos de baterías o entregarla a la red de distribución de la empresa suministradora.

En México existen importantes manifestaciones eólicas en áreas geográficas puntuales entre las que destacan por su importancia los estados de Oaxaca, Zacatecas, Guerrero, la península de Baja California y Yucatán, sin embargo, existe una tendencia mundial en producir bajas cantidades de energía cerca de los centros de consumo. Actualmente, se encuentra instalados parques eólicos y otros más en desarrollo. Se tienen perspectivas de un mercado en crecimiento en el sector de la industria eólica en Latinoamérica principalmente en México y Brasil,  por lo que diversas universidades a nivel nacional realizan estudios referentes al análisis de la utilización y aprovechamiento del recurso eólico presente en el país con el objetivo de desarrollar tecnología mexicana [4-5]. La Universidad Politécnica de Tulancingo trabaja en el desarrollo de tecnología basada en electrónica de potencia para estas aplicaciones.

Durante los últimos años se ha realizado mediciones del potencial eólico en el país, sin embargo aún no se cuenta con estudios sólidos que permitan definir claramente el nivel de potencial que se tiene disponible y que sería factible explotar considerando aspectos técnicos, económicos, políticos, sociales, ambientales y regulatorios. Por lo anterior, es necesario aprovechar el recurso eólico disponible en el país y desarrollar investigación multidisciplinaria en diferentes líneas enfocadas en los sistemas de conversión de energía eólica.

1.3 Conclusiones

En la UPT se desarrollan diversas investigaciones en este campo de aplicación, una de ellas consiste en analizar estrategias de control aplicadas a un sistema de generación eólico conectado a la red de suministro de energía eléctrica, asimismo, se realiza una evaluación del comportamiento en la respuesta del controlador en condiciones normales de operación y en presencia de fallas. Sin embargo, dentro de esta área hay un campo amplio de estudios por desarrollar. En la Universidad se ofrecen programas a nivel ingeniería y posgrado que abarcan estas y otras áreas estratégicas en particular la Maestría en Ingeniería Especialidad en Automatización y Control.

Agustina Hernández Tolentino y Rubén Tapia Olvera