El viento es un fenómeno complicado de entender. Los corrientes cambian cada segundo, haciéndolo también la densidad del aire y la velocidad a la que se mueve. El objetivo del siguiente apartado es explicar cómo es el viento que más energía puede aportarnos. Asimismo, se pretende explicar por qué no es posible extraer la máxima potencia (100%) del viento.
La cantidad de energía que el viento es capaz de transferir a una turbina eólica depende de:
La potencia puede expresar mediante la siguiente ecuación:
La velocidad del viento está constantemente cambiando y, por lo tanto, también lo hace la energía (cinética) que contiene. Estas variaciones dependen, generalmente, de tres factores: las condiciones meteorológicas, la orografía de la superficie terrestre y los obstáculos, tanto naturales como artificuales, con los que se podría topar. Asimismo, la densidad del aire también fluctua continuamente, afectando a la potencia extraída del viento.
En el gráfico de la izquierda, se observan las variaciones de la velocidad de un viento determinado en un intervalo de 10 s (o algo superior). Básicamente depende del instante, y es difícil de predecir. [Se podría afirmar que la velocidad media en esos 10 s es de 9 m/s, aproximadamente.] No obstante, las variaciones más rápidas (como las mostradas) se compensarán hasta cierto punto por la propia inercia del rotor eólico.
Pero esta variabilidad no solo se produce a corto plazo, como se viene a decir a continuación.
La velocidad del viento varía a lo largo de un mismo día. Como se puede comprobar, la instensidad del viento suele ser mayor durante el día que por la noche por los efectos del Sol.
Durante un año, también se producen fluctuaciones. La intensidad del viento viene a ser mayor en los meses más fríos que en los cálidos o templados (Dinamarca, en este caso).
La conclusión final es que el viento (y su energía) es distinto cada año, cada mes, cada día, cada hora, cada minuto, cada segundo, y que incluso varía dentro de un solo segundo. Mirando los datos recogidos durante las dos últimas décadas del siglo XX, no se ve ningún patrón claro que permita hacer deducciones.
El mundo tal y como funciona (según las leyes de la Física) impide que se pueda extraer toda la potencia disponible en el viento a su paso por el rotor de un aerogenerador. Cuanto mayor sea la energía cinética que un aerogenerador extraiga del viento, mayor será la ralentización que sufrirá el aire al dejar la turbina. Si se intentara extraer toda la energía del viento, el aire saldría con una velocidad nula, es decir, no podría abandonar la turbina. En ese caso, no se extraería ninguna energía en absoluto, ya que también se impediría la entrada de aire al rotor del aerogenerador. Por lo tanto, debe haber un límite en la extracción de la energía del viento. Este límite es el límite de Betz (ley de Betz).
La máxima potencia que se puede extraer empleando una turbina éolica ideal, es decir, que sea 100% eficiente, es de un 59'3%. No obstante, los aerogeneradores no son perfectos y tienen fallos. Teniendo en cuenta las siguientes características:
Por lo tanto, la eficiencia total de una turbina eólica varía entre el 35% y el 45%.
Fuentes de información:
- http://drømstørre.dk/wp-content/wind/miller/windpower%20web/es/tour/wres/enrspeed.htm (no se genera el enlace correctamente por el conjunto vacío ø).- http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/datos/viento/energia.html- https://energeticafutura.com/blog/cuanta-energia-se-puede-sacar-del-viento-limite-de-betz/- http://drømstørre.dk/wp-content/wind/miller/windpower%20web/es/tour/wres/betz.htm (no se genera el enlace correctamente por el conjunto vacío ø).- http://conocimientoeolico.blogspot.com/2017/04/teoria-de-la-cantidad-de-movimiento.html