instituto politécnico nacional · i.1 la energia eolica. la energía eólica se ha venido...
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I
II
CONTENIDO
Objetivo ........................................................................................................................................................ 4
Objetivos específicos ................................................................................................................................... 4
Justificación ................................................................................................................................................... 5
Introducción .................................................................................................................................................. 6
Capítulo I. Generalidades .......................................................................................................................... 9
I.1 La energía eólica. ................................................................................................................................... 9
I.2 ¿QUÉ ES UN PARQUE EÓLICO? .......................................................................................................... 10
I.3 ¿CÓMO FUNCIONA UN PARQUE EÓLICO? ............................................................................................. 10
I.4 ¿CÓMO SE GENERA ENERGÍA EÓLICA? ................................................................................................ 11
1.1 BENEFICIOS DE LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL VIENTO. ......................... 12
1.2 PARQUES EÓLICOS EN EL MUNDO ................................................................................................. 13
1.2.1 PARQUES EÓLICOS EN EUROPA .............................................................................................. 14
PARQUES EÓLICOS EN ESTADOS UNIDOS ............................................................................................... 15
1.2.2 PARQUES EÓLICOS EN LATINOAMERICA ................................................................................. 16
1.2.3.1 PARQUES EÓLICOS EN BRASIL .................................................................................................... 16
1.2.3.2 PARQUES EÓLICOS EN MÉXICO ................................................................................................... 17
1.3 ¿QUÉ ES UN PARQUE EÓLICO MARITIMO? ..................................................................................... 22
1.3.1 PARQUES EÓLICOS MARITIMOS EN EL MUNDO ............................................................................ 22
Capítulo II. Parques eólicos marítimos ........................................................................................................... 26
2.1 Parque eòlico marìtimo ..................................................................... ¡Error! Marcador no definido.
2.1 DIFERENCIAS TÉCNICAS ENTRE LOS PARQUES EOLICOS MARITIMOS Y LOS TERRESTRES. .............. 27
2.2 CONEXIÓN ELÉCTRICA .................................................................................................................. 32
2.2.1 REQUERIMINTOS ESPECÍFICOS PARA LA INSTALACIÓN .......................................................... 40
2.3 DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA SUBMARINA......................................................................................... 40
2.3.1 TRAYECTORIA ....................................................................................................................... 40
2.3.2 EMPALMES ............................................................................................................................ 40
2.3.3 PROTECCIÓN ......................................................................................................................... 41
2.3.4 CRUZAMIENTOS SUBMARINOS ............................................................................................... 41
2.3.5 PERSPECTIVAS EN MÉXICO .................................................................................................... 42
2.4 DISEÑO DE DETALLE DEL PARQUE................................................................................................. 42
2.5 DISEÑO ELÉCTRICO ...................................................................................................................... 43
III
2.6 BASES DE DISEÑO ........................................................................................................................ 45
2.7 SELECCIÓN DE CIMENTACIONES ................................................................................................... 45
2.8 DISEÑO ESTRUCTURAL DE DETALLE .............................................................................................. 47
2.9 OTROS ASPECTOS DEL PROYECTO ................................................................................................ 49
2.10 DETALLES ..................................................................................................................................... 49
2.11 LOGÍSTICA ................................................................................................................................... 49
Capítulo 3. Disposiciones geográficas del país ....................................................................................... 53
3.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 53
3.2 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO ............................................................................................................. 53
3.3 LOCALIZACIÓN DEL PARQUE EÓLICO MARÍTIMO ................................................................................ 53
3.4 EL ESTUDIO SE CONCENTRARÁ EN EL GOLFO DE TEHUANTEPEC, OAXACA.......................................... 62
Capítulo 4. Impacto socioeconómico y ambiental. ................................................................................ 65
4.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 65
4.2 IMPACTO ECONÓMICO ...................................................................................................................... 65
4.2.1 ADECUACIÓN TÉCNICA DE LOS EQUIPOS ............................................................................... 67
4.3 IMPACTO POLÍTICO ...................................................................................................................... 67
4.3.1 REGULATORIAS ..................................................................................................................... 67
4.3.2 MARCO JURÍDICO NACIONAL ....................................................................................................... 68
4.3.2.1 LEY DEL SERVICIO PÚBLICO DE ENERGÍA ELÉCTRICA ................................................................ 68
4.3.2.2 CONTRATO DE INTERCONEXIÓN ............................................................................................... 68
4.3.2.3 LEY DEL IMPUESTO SOBRE LA RENTA ....................................................................................... 68
4.3.2.4 LEY PARA EL APROVECHAMIENTO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES Y EL FINANCIAMIENTO DE LA
TRANSICIÓN ENERGÉTICA ..................................................................................................................... 69
4.4 IMPACTO AMBIENTAL........................................................................................................................ 69
4.4.1 LEGISLACIÓN AMBIENTAL DE LOS RECURSOS NATURALES ........................................................... 69
4.4.2 ÁREAS NATURALES PROTEGIDAS ................................................................................................. 69
4.5 IMPACTO SOCIAL .............................................................................................................................. 73
Conclusiones y Resultados ...................................................................................................................... 76
Referencias ............................................................................................................................................... 78
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Objetivo
Realizar un estudio de prefactibilidad para la exploración e instalación de un parque eólico marítimo en las costas Mexicanas.
Objetivos específicos
Estudiar la factibilidad de producción de energía eléctrica a través de parques eólicos
marítimos.
Estudiar la prefactibilidad de instalación de un parque eólico marítimo en costas
mexicanas para la producción de energía eléctrica.
Analizar el posible aumento en la rentabilidad y sustentabilidad de la energía eólica
marítima en México.
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Justificación
A través del tiempo las necesidades humanas en relación a la energía eléctrica han ido en
aumento, debido a que la tecnología cada vez es más necesaria para complementar las mismas. Es por eso que se han desarrollado con el paso del tiempo nuevas formas de generar energía
eléctrica, lo que en la actualidad es uno de los recursos más importantes para el ser humano. Ya que es necesaria para llevar a cabo un desarrollo tanto personal como profesional.
Se han creado diversas formas de generación eléctrica, tales como: termoeléctrica, geotérmica,
nucleoeléctrica e incluso eólica, entre otras. En este caso se hará un estudio de los parques eólicos en el mar, ya que se ha estudiado y analizado mucho a los parques eólicos terrestres,
sin embargo se tienen estudios en relación a parques eólicos marítimos que pueden aprovechar espacio, sin ocasionar un impacto sobre la naturaleza.
Surge la necesidad de evaluar la posibilidad de crear un parque eólico marítimo en México, por la exigencia de buscar otras formas de energías sustentables, procurando no tener un impacto ambiental. Por estas razones se realiza este estudio “Prefactibilidad de los parques eólicos
marítimos”.
Para esto se debe hacer una investigación en general y en particular de los vientos, ya que este
será el recurso primordial para la generación.
Los parques eólicos marítimos se han implementado en países Europeos como Reino Unido y
Dinamarca, así como en Asia y han tenido gran éxito [1].
La energía eólica ha alcanzado un nivel de desarrollo muy grande, ya que es una fuente de generar energía limpia, renovable y además sustentable.
México posee recursos energéticos, desafortunadamente no se ha hecho un estudio para desarrollarlos o implementarlos [2].
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Introducción
Los mantos acuiferos abren nuevas oportunidades para generar energía eléctrica, por que el viento circula a velocidades mayores y permiten instalar plantas eólicas de mayor capacidad de
generación. La energía eólica es la energía cuyo origen proviene del movimiento de masa de aire, es decir, del viento. En la tierra el movimiento de las masas de aire se deben principalmente
a la diferencia de presiones existentes en distintos lugares de esta, moviéndose de alta a baja presión, este tipo de viento se llama viento geoestrófico. Las energías renovables son vitales en
la lucha contra el cambio climático y tecnologías como la eólica pueden ayudar a construir un sistema de generación de energía sustentable para el futuro. La energía eólica es hoy el sector energético con un crecimiento más rápido en todo el mundo [3].
La energía eólica ha alcanzado un gran nivel de desarrollo, que permite afirmar que existe una
fuente energética limpia, económicamente competitiva y con una tecnología de aprovechamiento madura. Partiendo de una fuente natural, renovable y no contaminante. La
necesidad de combatir el cambio climático global, ha motivado en gran medida a la expansión de la energía eólica, para evitar la emisión de dióxido de carbono, sin producir ningún contaminante asociado a la generación de energía eléctrica a partir de combustibles fósiles o
con la generación nuclear. Uno de los mayores beneficios de la energía eólica marina, es que los océanos logran reducir la concentración de C02 (Bióxido de Carbono, gas no inflamable, sin
olor, sin color, que forma parte del aire) en la atmósfera. El desarrollo energético ha sido aceptado en la sociedad, al no provocar emisiones de gases contaminantes y sin originar
residuos de larga duración. El desarrollo de la energía eólica se ha llevado a cabo, fundamentalmente, mediante la
implantación de aerogeneradores en tierra, siendo muy pocos los MW instalados en el mar, dentro de los límites de control económico de los países. A principio del año 2009 de los
120,791MW instalados en el mundo solo 1,500 MW correspondían a parques eólicos marítimos. Encuentra como justificación principal, que las instalaciones eólicas offshore (terrestres) están sujetas a costos superiores y requieren de una tecnología avanzada [4].
El diseño de cualquier sistema eléctrico debe cumplir con la normatividad técnica para asegurar
la integridad de las personas, la continuidad de funcionamiento de la instalación marítima y la integridad de los equipos. En el diseño de las instalaciones eléctricas, se debe ubicar la mayoría del equipo en áreas no peligrosas con objeto de reducir el requerimiento de equipo especial. En México la energía eólica ha ido creciendo se han llevado a cabo varios proyectos de parques
eólicos. Existe un potencial superior a los 3,000 MW en la zona de Istmo de Tehuantepec. Este tipo de energía tiene altos costos de inversión. Esto se debe a que en México la tecnología con
la que se construyen los aerogeneradores, se instalan y se operan las plantas debe ser importada, lo que crea una dependencia tecnológica de empresas extranjeras que además contribuye a elevar el precio de esta energía.
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En síntesis, México enfrenta una situación en la que se debe hacer uso de las energías
renovables para satisfacer sus necesidades de desarrollo y contribuir y la disminución de los efectos negativos del cambio climático.
ESTRUCTURA DE LA TESIS
En el capítulo uno, se describen los elementos que componen a un parque eólico, capacidad total de la energía eólica instalada en el mundo, se pudo destacar que en Europa está la
tecnología eólica desarrollada y madurada, su capacidad crece anualmente, así mismo se estudió que la energía eólica en México está muy poco desarrollada. Sin embargo en México se
encuentra el parque eólico más grande de Latinoamérica situado en el istmo de Tehuantepec, Oaxaca llamado “Eurus”. Se relacionan los parques eólicos marinos existentes en el mundo, de esta relación se puede concluir que existen países como Dinamarca donde ésta tecnología ya
está desarrollada y crece año tras año.
En el segundo capítulo, “Parques eólicos marítimos” se destacaron las razones por las cuales la energía eólica marítima se ha venido desarrollando en varios países, el viento a nivel del mar
es más constante que en la tierra es una de las principales razones para la implementación de este tipo de parques.
En la fase de construcción se analizaron las cimentaciones ideales, conexión eléctrica, diseño a detalle, diseño eléctrico y logística del proyecto.
Para el capítulo tres, “Disposiciones geográficas del país” se realizó un análisis técnico y climático
para la construcción de un parque eólico marino en donde México, se destacaron como zonas con potencial eólico en las costas de Salina Cruz, Oaxaca hay una velocidad del viento de 4.0 a 5.0 m/s, el segundo es en Arriaga, Chiapas, el viento es apropiado ya que tiene una velocidad
de 5.8 a 6.0 m/s.
En el capítulo cuatro, “Impacto socioeconómico y ambiental” se destaca que la energía eólica en México es poco viable, debido a los costos elevados de generación e implementación, la
tecnología no está desarrollada completamente y su importación es cara. Se espera que para 2030 la energía eólica desplace a las tecnologías fósiles de generación.
Finalmente en el capítulo cinco, la conclusión.
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Capítulo I. Generalidades
I.1 LA ENERGIA EOLICA.
La energía eólica se ha venido aprovechando desde la antigüedad con distintas finalidades, para moler grano, bombear agua, propulsar embarcaciones de vela, entre otras, en fechas
más recientes para generar energía eléctrica. A lo largo de este capítulo se exponen las generalidades de la generación de energía eléctrica.
El funcionamiento básico de estas máquinas consiste en que el viento impulsa unas aspas
oblicuas que, con su movimiento, activan unos equipos, los cuales son distintos según la aplicación que se le quiera dar a la instalación y han de ser capaces de transformar la energía contenida en el viento en energía útil, disponible para ser utilizada [5].
Estos aparatos se han denominado de distintas maneras, siendo la más común de ellas la
de molinos. Se llamaban así a las máquinas utilizadas para la molienda de cereales, especialmente de trigo. De ahí el origen de este término que, por extensión, se ha utilizado para referirse a cualquier instalación que funcionase a partir de las fuerzas de la naturaleza,
fuera cual fuese su aplicación.
En el caso de las máquinas que transforman la energía del viento en energía eléctrica, el término técnico más acertado es el de aerogeneradores, aunque en ocasiones se utilizan
denominaciones tales como molinos, turbinas, etc. Los aerogeneradores pueden ser instalados individualmente o mediante agrupaciones, denominándose, en este último caso, parque eólico al conjunto.
Fig. 1.1. Esquema básico de un parque eólico.
El esquema básico de un parque eólico tipo se compone de los siguientes elementos:
o Un número variable de aerogeneradores que generan energía eléctrica a baja tensión
a partir de la energía del viento. o Unos transformadores, los cuales suelen ir incluidos en las propias máquinas, y
convierten esta electricidad de baja a media tensión.
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o Unos cables subterráneos mediante los cuales se transporta la energía eléctrica a
media tensión hasta una subestación, donde se transforma la energía eléctrica a una tensión más elevada con el fin de conectarla con la red de distribución, y así poder
llevar la energía eléctrica generada a los diferentes puntos de consumo.
I.2 ¿QUÉ ES UN PARQUE EÓLICO?
El parque eólico es una central eléctrica donde la producción de la energía eléctrica se consigue a partir de la fuerza del viento, mediante aerogeneradores que aprovechan las
corrientes de aire.
El viento es un efecto derivado del calentamiento desigual de la superficie de la Tierra por
el Sol.
El principal problema de los parques eólicos es la incertidumbre respecto a la disponibilidad
de viento cuando se necesita. Lo que implica que la energía eólica no puede ser utilizada como fuente de energía única y deba estar respaldada siempre por otras fuentes de energía con mayor capacidad de regulación (térmicas, nucleares, hidroeléctricas, etc.) [6].
I.3 ¿CÓMO FUNCIONA UN PARQUE EÓLICO?
Los aerogeneradores o turbinas eólicas producen electricidad utilizando la fuerza natural del
viento para mover un generador eléctrico.
La mayoría de los aerogeneradores que producen electricidad constan de un rotor con palas
o aspas que giran alrededor de un eje. Éste está unido a un conjunto de transmisión mecánica y, finalmente, a un generador eléctrico, ubicados ambos en la barquilla suspendida
en lo alto de la torre.
Los principales componentes de un aerogenerador son:
o Rotor o 3 palas en el rotor
o Palas fabricadas en fibra de vidrio con refuerzo de poliéster o Funcionamiento con velocidades de rotor constantes o variables
o Control de potencia automático según velocidad de viento, con parada a muy altas velocidades (seguridad mecánica)
o Utilización mayoritaria de multiplicadoras y, en algunos casos, de transmisión directa eje-generador
o Orientación automática siguiendo la dirección variable del viento (sensores para
monitorización) o Torres tubulares fabricadas en acero
El diámetro de la turbina es el parámetro crucial: a mayor longitud de pala, mayor área barrida y mayor energía producida.
La energía producida por un aerogenerador varía en función del potencial propio del emplazamiento, de la disponibilidad de la propia máquina (capacidad de operar en presencia
de viento: típicamente por encima del 98%) y de la disposición de las máquinas en el parque.
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Además de los parques eólicos onshore (marítimo), se construyen parques eólicos en el mar
llamados offshore, a varios kilómetros de la costa, con el objeto de minimizar su impacto ambiental (impacto visual) y, sobre todo, de aprovechar las mejores condiciones de viento
al desaparecer el efecto negativo del relieve. En estas instalaciones se instalan máquinas de mucha mayor potencia, que las de onshore [7].
I.4 ¿CÓMO SE GENERA ENERGÍA EÓLICA?
La radiación solar absorbida irregularmente por la atmósfera, da lugar a masas de aire con diferentes temperaturas y, por tanto, diferentes densidades y presiones. El aire al
desplazarse desde las altas presiones hacia las bajas presiones, da lugar al viento.
La fuente de energía con la que se alimenta una turbina eólica, es llamada “energía cinética” del viento, es decir, la del movimiento del aire. Ésta energía cinética se expresa en una fórmula física que determina la cantidad de energía cinética producida.
La fórmula es:
Es = (f) (mspec) (𝑉3)
Es es la energía cinética por segundo proporcionada por la fuerza del viento. f es un factor de cálculo que permite tener en cuenta, entre otros, el diámetro del
círculo de rotación de la punta de las palas. mspec la masa específica del aire que se empuja.
𝑉3 el cubo de la velocidad del viento.
La masa específica del aire mspec, expresa la masa por metro cúbico, es excepcionalmente pequeña: no más de 1,18 kg/m3. Comparado con la masa específica del agua, que es 1.000
kg/m3, el aire es 900 veces más ligero.
De acuerdo con estos conceptos técnicos, y comparado con otros medios motrices aplicados a otros métodos de obtención de energía, la velocidad del viento es también extremadamente pequeña.
Por tanto, la potencia de una turbina eólica varía fuertemente como resultado de la variable velocidad del viento y el factor 𝑉3entre un valor máximo y un cero o casi cero. Ese cubo es
el golpe mortal para la producción estable de electricidad mediante turbinas eólicas.
Es imposible, para una turbina eólica, producir corriente de una intensidad útil a partir de
una fuerza de viento Beaufort (mediada de la intensidad del viento) 2 ó 3 (6 a 11 ó 12 a 19 Km/h), dada la mínima energía cinética del viento en esas condiciones. Con tan poco viento,
los aerogeneradores simplemente se quedan quietos.
Existen perturbaciones como resultado de otras fuerzas y, además, a escala local, la
orografía ejerce un efecto muy importante sobre las características del viento.
Se estima que la energía contenida en el viento es aproximadamente el 2% del total de la energía solar que alcanza la Tierra, lo que supone casi dos billones de toneladas equivalentes de petróleo al año (200 veces mayor que la que consumen todos los países del planeta), si
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bien en la práctica, sólo podría ser utilizada una parte muy pequeña de esa cifra, por su
aleatoriedad y dispersión (del orden del 5%)[8].
La cantidad de energía que ello representa hace de la energía eólica una de las fuentes de energía renovables con mayor potencial.
Durante los últimos años, debido al incremento del costo de los combustibles fósiles y los problemas ambientales derivados de su explotación, se está proponiendo un renacer de las
energías renovables.
Las energías renovables son inagotables, limpias y se pueden utilizar de forma autónoma,
ya que se pueden aprovechar en el mismo lugar en que se producen [8].
1.1 BENEFICIOS DE LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL VIENTO.
La energía eólica tiene ventajas para el medio ambiente, en comparación con las fuentes generadoras convencionales. Sus ventajas se caracterizan por el poco impacto ambiental,
significativamente menor que las fuentes de energía convencionales.
Los beneficios ambientales se pueden definir como la relación de impactos que no produce
y que sí se pueden atribuir a otras energías:
o No existen grandes movimientos de terreno, arrastre de sedimentos, alteración de cauces de agua, contaminación por partículas, acumulación de residuos radiactivos.
o No hay grandes consumos de energía, residuos radiactivos, problemas de
transporte, mareas negras, contaminación del aire en las refinerías, explosiones de gas, agentes químicos muy agresivos.
o Tampoco hay combustión, ni fisión de combustible, lo que equivale a no accidentes nucleares, no vertidos de productos radiactivos, no emisiones a la atmósfera de CO2,
ni otros gases invernadero provocadores del cambio climático, contaminantes ácidos, gases tóxicos, polución térmica.
o No se generan residuos, por lo que no hay escombros, residuos radiactivos que
controlar ahora y por las generaciones que, dentro de cientos y miles de años, tendrán que habitar el planeta que hereden de nosotros.
o Gracias a la energía eólica y a toda la infraestructura que conlleva, se genera un número importante de puestos de trabajo; según la revista World Watch, en España se han creado más de 5, 000 empleos en la industria eólica.
Aunque, se ha tratado la energía eólica como una energía ecológica, cabe recordar que toda
manipulación energética conlleva un impacto ambiental y la eólica no es una excepción; por ello, la implantación y posterior funcionamiento de un parque eólico requieren de un proceso continuo de control ambiental mediante planes de recuperación y programas de vigilancia
[9].
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1.2 PARQUES EÓLICOS EN EL MUNDO
La capacidad de la Energía Eólica Mundial es de 120 798 MW, con 27 051 MW agregado en
2008. El mercado mundial para la generación eólica de electricidad una vez más mostró un desarrollo muy dinámico en los últimos años. La potencia eólica mundial instalada se ha
incrementado en más de un 60% en los últimos cuatro años, pasando de 47 620 MW en 2004 a 120 798 MW en 2008, es decir, en estos cuatro años se han instalado 73 178 MW. El 87.8% de la capacidad instalada en 2008 han sido emplazados en diez países, destacando
en primer lugar Estados Unidos con 8 358 MW, situándose con un 30.9% de la potencia total instalada a nivel mundial. Le sigue China con 6,300 MW, lo que le permitió doblar la potencia
eólica instalada por cuarto año consecutivo e incrementarla en 6.3 GW, alcanzando así un total de 12.2 GW instalados a finales del año 2008 [10].
De esta forma, Estados Unidos, China, India, Alemania y España son mercados líderes y son
las regiones de Europa, Norteamérica y Asia las que muestran los más altos índices de crecimiento en el mundo [11].
Alemania, España, Estados Unidos, India y Dinamarca han realizado las mayores inversiones
en generación de energía eólica. Dinamarca es, en términos relativos, el más destacado en cuanto a fabricación y utilización de turbinas eólicas, con el compromiso realizado en el año 1970 de llegar a obtener la mitad de la producción de energía del país mediante el viento.
Actualmente genera más del 20% de su electricidad mediante aerogeneradores, mayor
porcentaje que cualquier otro país, y es el quinto en producción total de energía eólica, a pesar de ser el país número 56 en cuanto a consumo eléctrico.
En las últimas décadas, se desarrollaron a nivel mundial e implementaron políticas de promoción de las energías renovables, teniendo como ejes de actuación la determinación de
los precios, el requerimiento de cuotas de producción, el sistema de comercialización preferente, o el posible gravamen impositivo. Aunque gran parte de los países comparten objetivos semejantes en la política energética (reducir el consumo de combustibles de origen
fósil, reducir el impacto ambiental del sector, ampliar el peso de energías de origen renovable y afrontar un nuevo desarrollo empresarial), las alternativas seguidas varían, en función de
aspectos sociales, culturales e históricos.
La energía eólica se desarrolló considerablemente en la Unión Europea (UE), impulsando un importante crecimiento de las energías renovables en las últimas décadas, destacando el caso español. Esta expansión, sin embargo, no estuvo exenta de controversias, dependiendo
en parte su aceptación social de la transparencia del proceso administrativo para la implantación de un parque eólico, de la reversión de beneficios sobre la ciudadanía y de la
valoración de los terrenos forestales donde se localizan [12].
La capacidad de esta industria alcanzó los 282.6 GW a nivel mundial, lo que representa el
aumento del 19 % en 2012 [13].
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España es el cuarto país del mundo en capacidad acumulada, con 22.8 GW y una cuota
global del 8.1 %, por delante de India, Reino Unido e Italia, aunque en 2012 quedó por detrás de todos ellos en cuanto a nuevas inversiones en el sector.
El Consejo Mundial de Energía Eólica informó que la Unión Europea lidera en cuanto a capacidad acumulada de generación de energía eólica total se refiere, con 106.0 GW, por
delante de China y Estados Unidos, con 75.3 GW y 60.0 GW, respectivamente.
No obstante, estos dos países fueron los que instalaron más capacidad de generación de energía eólica en 2012.
Brasil entró con fuerza en la carrera eólica, y ya es el octavo país con más capacidad nueva instalada para 2012, aunque en 2013 alcanzó la segunda posición.
La GWEC (Consejo Mundial de Energía Eólica) preveo para 2013 un descenso del 4.6 % del ritmo de crecimiento de la capacidad eléctrica generada por granjas eólicas, mientras que
para los siguientes cuatro años espera una baja más leve, aunque la capacidad global no dejará de crecer [13].
1.2.1 PARQUES EÓLICOS EN EUROPA
El desarrollo de los parques eólicos en Europa tiene muy buena aceptación pública. La
política seguida por las instituciones gubernamentales europeas ayuda al desarrollo de las energías renovables. El gobierno del Reino Unido, por ejemplo, tiene como objetivo que el
10% de la energía doméstica consumida sea generada por fuentes de energías renovables [12].
La Unión Europea es líder del mundo en capacidad de energía de viento total instalada y una de las regiones más fuertes para el nuevo desarrollo.
La diversificación geográfica ha sido un de las principales fortalezas de la industria eólica Europea. Diez de los 27 Estados miembros de la Unión Europea ahora tienen más que 1 GW
de la capacidad eólica cada uno.
Alemania tiene el mayor número de parques eólicos del mundo, así como la mayor turbina de viento construida sobre el mar, y en Escocia se realizó la construcción del parque
“Whitelee Wind Farm”, el mayor de Europa, con 140 aerogeneradores de 2.3 MW cada uno, para una potencia total instalada de 322 MW.
España cuenta, aproximadamente con 11 615 MW de potencia eólica instalada que representa el 9% de la demanda total.
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Fig. 1.2: Parque eólico de Ventominho, Portugal
Ventominho hubicado en Portugal, ver Fig. 1.2, era el mayor parque eólico de Europa, dispone de 240 MW de potencia. Ocupando Maranchón el tercer lugar con 208 MW, de
Iberdrola. Ventominho cuenta con cinco grupos de aerogeneradores repartidos a lo largo de treinta kilómetros, muy próximos a la frontera con Galicia, que confluyen en un único punto
de conexión a red. El conjunto está formado por un total de 120 máquinas de 2 MW suministradas por el tecnólogo alemán Enercon [11].
1.2.2 PARQUES EÓLICOS EN ESTADOS UNIDOS
La industria de viento estadounidense ha crecido a un promedio de 32% anual durante los pasados cinco años. En 2007, la industria creció en 45%, en 2008 el aumento fue del 50%
en un solo un año. La capacidad total de viento en los Estados Unidos es ahora de más de 25 170 MW, produciendo suficiente electricidad para impulsar el equivalente de
aproximadamente 7 millones de casas y alcanzar más del 1% de la demanda de electricidad estadounidense total.
Las perspectivas de crecimiento de la industria eólica en los Estados Unidos para 2009 tienden a ser a la baja por las condiciones económicas de recesión, lo cual ha reducido el
financiamiento disponible para nuevos proyectos y ha afectado los pedidos de nuevas turbinas e impactado el renglón de empleos en la parte de fabricación [11].
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Fig. 1.3: Parque eólico en Stateline Wind Project
En Estados Unidos se encuentran los parques eólicos más grandes del mundo. El más grande
en términos de generación de energía es el Stateline Wind Project, Proyecto de Viento Línea estatal, ver Fig. 1.3, en la frontera entre los estados de Oregón y Washington, con una capacidad máxima de 300 MW [12].
1.2.3 PARQUES EÓLICOS EN LATINOAMERICA
Ningún país latinoamericano está en la lista de los veinte mercados eólicos mundiales más importantes. Brasil y México son los países latinoamericanos que cuentan con potenciales importantes de recursos eólicos que pueden ser explotados en el mediano y largo plazos con
un marco regulatorio más claro y transparente y con incentivos económicos reales en el corto plazo [11].
1.2.3.1 PARQUES EÓLICOS EN BRASIL
Fig. 1.4. Parque eólico de Mel II, Brasil.
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En Paracuru, a 90 kilómetros de Fortaleza, capital del estado de Ceará, se ha inauguró el
primero de una serie de cuatro parques eólicos que a mediados de 2009 fueron puestos en funcionamiento en la zona, ver Fig. 1.4. La inversión total fue de casi 305 millones de euros.
Este tiene una potencia de 23,4 MW y consta de 12 aerogeneradores. Los otros tres parques eólicos se construyeron en los municipios de Beberibe, Amontada y Camocim; juntos,
significarán una capacidad de generación de 207 MW de potencia. 500 MW de la energía en el país proviene de la eólica. Con la entrada en funcionamiento del
parque eólico de Paracuru, Ceará pasa a generar casi 80 MW de energía eólica, lo que lo posiciona en segundo lugar, detrás de Rio Grande do Sul.
Coordinado por el ministerio de Minas y Energías, establece la contratación de 3.300 MW de energía en el Sistema Interconectado Nacional, producidos a partes iguales por fuentes
eólicas, biomasa y pequeñas centrales hidroeléctricas [14].
1.6.3.2 PARQUES EÓLICOS EN MÉXICO
En México, se encuentra el parque eólico más grande de Latinoamérica, situado en el pueblo llamado La Venta, ver Fig. 1.5, del municipio de Juchitán de Zaragoza, Oaxaca, fue
construido por la compañía de cementos mexicanos Cemex, contó con el apoyo de la Comisión Federal de Electricidad CFE.
Fig. 1.5. Parque eólico la Venta, Oaxaca
Está compuesto por 104 aerogeneradores que generan 85 MW de energía eléctrica, estos aprovechan la energía eólica de la zona del Istmo de Tehuantepec, fue inaugurado el 10 de
noviembre de 1994, estos fueron construidos por la empresa española Iberdrola Renovables, es parte de un proyecto que integran otros parques eólicos en la misma zona denominados
coma la Venta II y la Venta III [12].
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Hasta 2012, México contaba con una capacidad efectiva instalada para la generación de energía eléctrica de 63 195 MW, de los cuáles 14 501 MW provinieron de fuentes renovables
de energía (eólica, solar, hidráulica, geotérmica y de biomasa), lo que representa el 23% del total de la capacidad instalada, ver Tabla 1.1.
Tabla 1.1: Capacidad y potencial para generación de energía a través de Fuentes renovables en México, 2012 (MW)
Actualmente el país cuenta con 253 centrales en operación y construcción para la generación
de energía eléctrica a través de fuentes renovables; Oaxaca y Veracruz son los estados con mayor número de proyectos eólicos y de biomasa, respectivamente.
La CRE (Comisión Reguladora de Energía) ha otorgado hasta la fecha 157 permisos para la
generación de energía eléctrica a través de fuentes renovables, sumando un total de 5011.7 MW de capacidad instalada que es igual al 16.6%, de los cuales el 40% ya está en operación
y el restante está proyectado que entre en operación en los tres próximos años [15].
Se estima que para 2026 la capacidad instalada para la generación de electricidad a partir
de energías renovables se incremente en 20 544 MW, de los cuales, se estima que las fuentes de energía eólica e hidráulica tendrán la mayor participación, con 58.6% y 27.3%, respectivamente. Este pronóstico incluye las modalidades de servicio público,
autoabastecimiento y generación distribuida, ver Tabla 1.2.
Tabla 1.2: Proyección de capacidad adicional instalada 2012 - 2026
Entre 2003 y 2012, México recibió aproximadamente 7 343 millones de dólares (md) de
inversión en la industria de energías renovables; dicha inversión se concentró en los estados
19
de Oaxaca y Baja California, ver Tabla 1.3 y Tabla 1.4. Los principales países inversionistas
fueron España, Estados Unidos, Dinamarca y Francia [16].
México tiene previsto ampliar su capacidad de generación eólica de 9.000 MW en 2022, lo
que lo convertirá en el segundo mayor productor eólico en Latinoamérica [17].
20
Tabla 1.3: Muestra una lista de los proyectos eólicos que hay en México [18].
21
Tabla 1.4. Muestra Proyectos en operación en los diferentes estados del país y Proyectos eólicos en operación en otros estados de país [18]
22
1.3 ¿QUÉ ES UN PARQUE EÓLICO MARITIMO?
El mar abre nuevas oportunidades para la energía eólica, sobretodo porque el viento circula a
velocidades muy elevadas y las economías de escala permiten la instalación de turbinas de gran capacidad.
La tecnología de las turbinas eólicas de los parques marinos se basa en los mismos principios que la de los terrestres. Se construyen bases de hormigón para sostener la estructura de las turbinas, que puede ser de diversos diseños.
La parte superior de esta base se pinta de un color brillante para hacerla visible a los barcos, incluye una plataforma de acceso para facilitar el mantenimiento de los equipos. Cables
submarinos llevan la energía a un transformador que la convierte a alto voltaje (habitualmente, entre 33 y 132 KV) antes de llevarla a la red de distribución [19].
1.3.1 PARQUES EÓLICOS MARITIMOS EN EL MUNDO
Hay varios países en Europa con los más grandes parques eólicos marinos del mundo. Entre
ellos está Dinamarca y Alemania.
En 2009 fue creado en la costa oeste de la península de Jutlandia, Europa que comprende la
parte continental de Dinamarca y el norte de Alemania en el Mar del Norte el parque eólico marino más grande del mundo hasta entonces, denominado Horns Rev 2, ver Fig. 1.6.
Fig. 1.6. Parque eólico marítimo Horns Rev 2, Dinamarca
Cuenta con 91 aerogeneradores que pueden suministrar energía eléctrica a 200,000 viviendas durante un año entero. El parque tiene una plataforma en alta mar donde están alojados los
trabajadores. En ese momento el país tenía 6 parques eólicos marinos más y pensaba construir al menos 3 parques más.
Como 20% del consumo eléctrico en Dinamarca procede de la energía eólica, están apuntando por esta industria.
23
Fig. 1.7. Parque eólico marino en la costa de Kent, Inglaterra
Gran Bretaña no se quedó atrás, inaugurando el parque eólico offshore más grande del mundo, ver Fig. 1.7, en la costa de Kent con 100 turbinas y una inversión de 915 millones de euros.
Evidentemente la energía eólica ha aumentado bastante, llegando hasta 30%. También podrá ofrecer energía a más de 200.000 hogares. El propósito es de llegar a utilizar 341 turbinas y
producir 15% de la energía total del país hasta 2020.
Fig. 1.8. Parque eólico marítimo, Puerto de Sassnitz, Alemania
Alemania se pone en marcha en colaboración con la compañía española Iberdrola con el proyecto Wikinger, ver Fig. 1.8, creando el mayor parque eólico marino del mundo, pero en
este caso en las aguas profundas, bajo 40 metros en el mar.
Se estima que este parque tendrá la capacidad de suministrar energía anualmente a 350 000 viviendas.
24
La inversión es aún más alta, 1600 millones de euros, turbinas con 150 metros de altura,
ubicadas en el Mar Báltico a 30 kilómetros de la isla Rugen, en una superficie de 32 kilómetros.
Si empiezan construir en 2015 como tienen el plan, en 2016 deberían inaugurar el parque eólico marino [20].
Tabla 1.5 Muestra la potencia instalada en los países anteriormente señalados.
25
26
Capítulo II. Parques eólicos marítimos
2.1 PARQUE EOLICO MARITIMO
El desarrollo principal de la energía eólica se ha llevado a cabo, fundamentalmente, mediante
la implantación de aerogeneradores en tierra, siendo pocos los MW instalados en el mar, dentro de los límites de control económico de los países.
Fig. 2.1. Parque eólico marítimo
A los parques eólicos ubicados en el mar a cierta distancia de la costa se les denomina parques eólicos marítimos, ver Fig. 2.1, costa fuera o fuera de costa.
En inglés se les conoce como “Offshore wind parks”. Actualmente las distancias de la
costa llegan hasta 20 kilómetros y la profundidad del lecho marítimo donde se han instalado ya alcanza los 18 metros [21]. En las últimas décadas, se desarrollaron e implementaron políticas de promoción de energías renovables, teniendo como ejes de actuación la determinación de los precios, el requerimiento
de cuotas de producción, el sistema de comercialización preferente, entre otras. Aunque gran parte de los países comparten objetivos semejantes en la política energética (reducir el consumo
de combustibles de origen fósil, reducir el impacto ambiental del sector, ampliar el peso de
27
energías de origen renovable y afrontar un nuevo desarrollo empresarial), las alternativas
seguidas varían, en función de aspectos sociales, culturales e históricos [22]. El desarrollo de estos parques ha tenido lugar en los últimos años, y las razones han sido las siguientes:
No presentan limitaciones en cuanto al uso del suelo y de los diversos impactos, como el visual, paisajísticos uso de espacios naturales con otras aplicaciones.
No hay problemas de impacto sonoro (ruido), por lo que pueden girar a mayor velocidad.
En aplicaciones terrestres, la velocidad del extremo de la pala se limita a unos 65 m/s, mientras que en las marítimas alcanza entre 80 a 90 m/s.
La superficie marina está libre de obstáculos y presenta baja rugosidad superficial. Debido a la menor rugosidad superficial y a la menor turbulencia, la velocidad del viento
aumenta con la altura más rápidamente en comparación con la tierra, por lo que las
torres de instalaciones marítimas pueden ser de menor altura que las terrestres, con la consiguiente disminución de los costos de inversión. Por esto se compensa en parte el
sobrecosto de la construcción en la plataforma marítima. En general, la turbulencia del viento es mucho menor en el mar debido a la ausencia de
obstáculos. De esto se derivan menores esfuerzos a la fatiga sobre el aerogenerador y un aumento de su vida útil [23].
2.1 DIFERENCIAS TÉCNICAS ENTRE LOS PARQUES EOLICOS MARITIMOS Y LOS
TERRESTRES.
Las velocidades promedio son mayores que en tierra, por lo que la potencia eólica disponible es mayor con respecto a los parques eólicos marítimos ubicados en la costa más cercana. Las
torres de las máquinas pueden ser más bajas, pues debido a la baja turbulencia y la poca rugosidad superficial, la velocidad aumenta mucho más rápido con la altura que en tierra. Las
torres y las cimentaciones deben ser lo suficientemente fuertes para resistir el oleaje que impera en sus alrededores, que puede llegar a ser hasta de 20 m en algunos sitios. En los cálculos de
diseño debe tenerse en cuenta la presión dinámica producto de estar sumergidos en el agua, el movimiento de las olas y la oscilación natural propia de la torre, ver Fig. 2.2.
28
Fig. 2.2. Cimientos tipo pilote.
La torre de pilote no necesita preparación del fondo del mar, y han sido las más empleadas. Para su instalación es preciso perforar en el fondo del mar. Consisten en un tubo de acero autosustentado que se introduce unos 10-20 m en el fondo del mar. Se caracterizan por un
suave balanceo y son adecuadas para profundidades de hasta 25 metros. Las de trípode son hechas con construcciones de acero de tres patas. Suelen estar enterradas con barras en el
fondo del mar. Son más rígidas que las anteriores, por lo que su balanceo es menor. Se acomodan en instalaciones a grandes profundidades del mar, ver Fig. 2.3 [24].
Fig. 2.3. Tipos de aerogenerador según la profundidad.
29
Las de islas artificiales de concreto se emplean en profundidades menores, ya que su costo es
mayor mientras más profundo se encuentra el fondo marino. Para las mayores profundidades se proponen boyas que soporten una o más turbinas o, pontones que soporten múltiples turbinas.
Fig. 2.4. Góndola de un aerogenerador.
Las instalaciones eólicas marítimas son resistentes a la corrosión proveniente del aire de mar, que es altamente húmedo y contiene sal, por lo que todo el sistema dentro de la góndola debe
estar herméticamente cerrado, ver Fig. 2.4. También debe tener un sistema de enfriamiento por las altas temperaturas que en verano deben resistir, que afectan la calidad del lubricante, dañan los componentes electrónicos y expanden las partes mecánicas.
La electricidad producida por la turbina tiene parámetros similares a los de las instalaciones
terrestres, y debe ser entregada a la red eléctrica que se encuentra en la costa más cercana. La transmisión de electricidad es mejor mientras mayor es la tensión, para evitar pérdidas de
potencia, de aquí que en estos parques la tensión sea aumentada en subestaciones marítimas cercanas al parque, ver Fig. 2.5. Por lo tanto, la electricidad es transmitida a la red eléctrica terrestre, que suele estar a mayor distancia.
30
Fig. 2.5. Subestación eléctrica offshore.
Los parques eólicos marítimos deben estar altamente protegidos contra las tormentas eléctricas,
debido a que en altamar son más sensibles a ser alcanzados por estos fenómenos, que afectan principalmente a las palas y los sistemas electrónicos. Los cimientos y las torres de los parques eólicos marítimos están sometidos a fuertes cargas provenientes del viento y de las olas, por separado o en combinación. Las cargas dependen de
parámetros tales como la velocidad del viento, la turbulencia, la profundidad de las aguas, la altura de las olas, las formaciones geológicas y del tipo de parque eólico. Para estimar las cargas es necesario conocer diversos datos, como el peso de las palas y la góndola, que sólo los fabricantes ofrecen. Los ingenieros de proyecto deben ser capaces de prever las vibraciones y la fatiga a que estarán expuestos los parques eólicos que se diseñan. Al no existir limitaciones en cuanto al impacto del ruido producido, en los parques terrestres la velocidad en la punta de la pala se limita a 65 m/s, mientras que en los marítimos puede llegar hasta 90 m/s en los bipalas y 75 m/s en los tripalas, por lo que la productividad de la turbina es mayor, ver Fig. 2.6 [25].
31
Fig. 2.6. Tipos de aerogeneradores.
Los costos de la energía producida por un parque eólico marítimo dependen del recurso eólico,
la distancia de la costa y la profundidad del agua. El desarrollo que han tenido estos parques en los últimos años y las perspectivas que presentan en un futuro cercano en varios países ha
dependido de las reducciones de los costos de las cimentaciones y la transmisión de potencia, el incremento de los tamaños de las turbinas y la mayor productividad en relación con las turbinas en tierra.
Fig. 2.7. Mantenimiento a un generador offshore.
Las condiciones de clima más severas y las largas distancias de las costas hacen que se
incrementen los costos de mantenimiento y decrezca la disponibilidad del tiempo de funcionamiento al aparecer reparaciones inesperadas, ver Fig. 2.7.
32
Un aspecto negativo que debe tenerse en cuenta es el ruido que se transmite a través del agua,
que se refleja en la superficie marítima y en el fondo del mar, lo que deben atender los proyectistas. Este ruido puede también ser causado por las vibraciones de la propia torre de la
turbina y, puede alterar el equilibrio ecológico de las especies marítimas que conviven en las inmediaciones del parque. 2.2 CONEXIÓN ELÉCTRICA
La conexión eléctrica de un parque eólico está referida a su enlace con el sistema general de transporte de energía eléctrica y consiste, en una adecuada combinación de líneas eléctricas y
subestaciones transformadoras. La capacidad de evacuación de la infraestructura eléctrica existente a la que se conecta la instalación eólica marina es condición indispensable para que
ésta tenga sentido, siendo en la actualidad una de las mayores restricciones ante la que, generalmente, se encuentra cualquier instalación de generación eléctrica. Para disminuir esto, operadores de la red eléctrica de distintos países han recurrido a adecuar su infraestructura
según la planificación establecida para el desarrollo de la energía eólica. Los dos esquemas más utilizados para la conexión eléctrica de un parque eólico offshore son los siguientes:
Una línea eléctrica transporta la energía generada por los aerogeneradores hacia una subestación transformadora ubicada en el mar (subestación offshore). Esta subestación
constituye el origen de otra línea eléctrica que transporta la energía hasta una subestación situada en tierra (subestación onshore) que suele formar parte de la infraestructura eléctrica existente (Fig. 2.8 y Fig. 2.9).
Una línea eléctrica que transporta la energía directamente desde los aerogeneradores hasta una subestación onshore.
Fig. 2.8. Esquema de la conexión eléctrica de un parque eólico offshore
33
Fig. 2.9. Esquema de la conexión de un parque eólico marino con subestación offshore
La selección del esquema más adecuado depende, esencialmente, de la potencia total de la
instalación y de la distancia al punto de evacuación ya que las pérdidas de energía eléctrica asociadas a su transporte son directamente proporcionales a ambos parámetros. Mientras la mayoría de los parques eólicos offshore que se encuentran actualmente en funcionamiento
utilizan el segundo de los esquemas expuestos, se prevé que la tendencia de las futuras instalaciones hacia mayores potencias y mayores distancias hasta el punto de evacuación en
tierra conduzca a la utilización del primero de ellos, por permitir el transporte de la energía eléctrica a mayor tensión, lo que conlleva a que, a igualdad de distancia y potencia, se reduzcan
las pérdidas asociadas al transporte.
La conexión de todas las instalaciones eólicas marinas en funcionamiento se ha logrado mediante el uso de corriente alterna. Aun así, es bastante probable que en un futuro no muy
lejano se tienda a la utilización de corriente continua en lugar de alterna para algunas de estas instalaciones. De hecho, existe en la actualidad un debate generalizado sobre el uso de corriente
alterna o continua para la transmisión de la energía eléctrica generada por las instalaciones eólicas offshore.
El transporte de energía eléctrica mediante corriente alterna tiene diversas limitaciones. La primera de ellas son las dificultades durante la operación de líneas cuyas longitudes sean de unos 1500 km para líneas aéreas y del orden de la mitad para líneas con cables aislados. La
segunda de estas limitaciones se refiere a la potencia que puede ser transportada por el hecho de que la intensidad en régimen permanente no pueda superar la intensidad máxima admisible.
La tercera de estas limitaciones es tal que el desfase requerido para transportar una potencia activa de un determinado valor no se aproxime a su valor límite de 90˚ de modo que la línea
sea capaz de absorber pequeñas variaciones en la potencia transportada en cualquier momento. Es por ello que el límite de transporte de potencia activa juega un papel importante en el caso de grandes distancias. El límite de potencia transportada varía con el cuadrado de la tensión de
la línea, por lo que el aumento en los valores de tensión de las líneas favorece notablemente el transporte de energía, presentando los inconvenientes de aumentar el espacio de ocupación y
el encarecimiento que supone elevar el nivel de aislamiento. Y la cuarta de estas limitaciones
34
se deriva de las necesidades de potencia reactiva para el funcionamiento de la línea. La potencia
reactiva generada no sólo reduce la capacidad de transporte del cable de potencia activa, sino que además se requiere de un sistema para absorber dicha reactiva.
Fig. 2.10. Esquema de conexión eléctrica en corriente continua de un parque eólico
La corriente continua presenta una serie de ventajas en relación con la corriente alterna, ver
Fig. 2.10. La primera de ellas es su mayor capacidad de transporte de energía eléctrica. La segunda de ellas es que se producen menores pérdidas eléctricas asociadas al transporte de la
energía eléctrica. De hecho, en función de la tensión, las pérdidas en corriente continua pueden ser del orden del 20% de las que se producirían con corriente alterna. La tercera de ellas es
que necesita de menor número de cadenas de aisladores y menores dimensiones transversales del corredor utilizado por la línea.
Dentro de los sistemas de corriente continua se pueden diferenciar fundamentalmente dos
tipos: los convencionales y los basados en la tecnología VSC (“Voltage Source Converter”), siendo la principal diferencia entre ellos el tipo de convertidor de corriente alterna a continua y
viceversa. Aunque los sistemas convencionales han venido utilizándose de manera comercial bajo el mar desde el año 1954, por lo que puede considerarse que han sido suficientemente
probados, han sido descartados para el transporte de la energía eléctrica generada por los parques eólicos offshore, decantándose por los sistemas basados en la tecnología VSC. Esto ha sido debido fundamentalmente a que éstos, al contrario de lo que ocurre con los convencionales,
no necesitan que se esté generando energía eléctrica en la instalación eólica en todo momento, algo que es inevitable que ocurra a lo largo de la vida útil de la instalación. Además, el tamaño
de los convertidores entre ambos tipos de corriente son del orden de la mitad que los que corresponderían a los sistemas convencionales [26].
Se ha comprobado que el factor decisivo a la hora de la conversión por la utilización de corriente alterna o continua son los costes totales, que incluyen los asociados al planeamiento, a la inversión y al mantenimiento [27].
35
De las consideraciones anteriores se establece que el costo por unidad de longitud en una línea
en corriente continua es inferior al de una línea en corriente alterna. No obstante, hay que considerar los costes de las estaciones convertidoras que se sitúan en los extremos de las líneas
en corriente continua. Dado que esta diferencia de coste no depende de la longitud de la línea, su repercusión se reduce progresivamente a medida que crece la distancia de transporte, por
lo que existe una longitud crítica a partir de la cual es más barato el transporte en continua.
Además hay que considerar que, las pérdidas por transmisión son mucho menores en corriente continua que en alterna, existen otras pérdidas que se producen en los dos convertidores VSC
y son del orden del 4 al 6%, utilizando la tecnología actual, la corriente continua resultará ventajosa económicamente respecto a las pérdidas para largas distancias cuando las pérdidas
en corriente alterna excedan de esa cantidad [26]. En líneas aéreas la longitud crítica suele estar comprendida entre 400 y 1000 km, mientras que en líneas con cables aislados la longitud
crítica se reduce notablemente, 30 a 60 km [28].
A modo de introducir una nomenclatura común a seguir en este trabajo de investigación, se denominará línea interna o cableado interno de parque (de media tensión) a aquella que une
los aerogeneradores con la subestación offshore, y línea de alta tensión, a aquella que une la subestación offshore con la onshore.
Generalmente existe un transformador incluido en el propio aerogenerador que convierte a media tensión la energía eléctrica producida a partir de la energía mecánica del viento.
Ésta es conducida hacia la subestación transformadora offshore mediante el cableado interno del parque, ver Fig. 2.11, Fig. 2.12 y Fig. 2.13, que sale de los aerogeneradores mediante lo que se conoce como “J-tubes”. Este cableado interno se distribuye por circuitos, cada uno de
los cuales transporta la energía producida por un determinado número de aerogeneradores hasta la subestación transformadora offshore. La interconexión o redundancia entre todos estos
circuitos, aunque implicaría un aumento de costo, lograría una mayor confianza en la operación de la instalación ya que ante una falla de uno de los circuitos, se podría evacuar la energía generada a través de otro, por lo que convendría plantearse esta posibilidad.
36
Fig. 2.11. Cableado interno de un parque offshore.
Fig. 2.12. Detalle de cable marino
37
Fig. 2.13. Salidas del cableado de media tensión de los aerogeneradores
La línea eléctrica de evacuación, que suele ser de alta tensión, conecta mediante uno o varios
cables, la subestación transformadora offshore con la subestación onshore. El número de cables necesarios depende, fundamentalmente, de la potencia a evacuar y del riesgo que esté dispuesto a asumir el promotor en caso de que se produzca una avería en alguno de ellos [29].
Para lograr tener un control remoto desde tierra de todos y cada uno de los componentes del parque eólico offshore, y por tanto, facilitar las tareas de operación y mantenimiento, es
conveniente instalar una red de fibra óptica, que suele ir alojada en el interior de los cables de la líneas eléctricas, tanto en el cableado interno del parque como en la línea eléctrica de
evacuación. Además de controlar cada uno de los componentes de la instalación (aerogeneradores, torre meteorológica y subestación offshore), permiten el transporte de la señal de cámaras de video-vigilancia que se pueden instalar en puntos estratégicos de la
instalación, inclusive bajo el mar, para poder hacer un seguimiento más completo.
38
Fig. 2.14. Detalle de instalación de cable submarino
El trazado de la línea eléctrica, tanto interna como de evacuación, ha de cumplir ciertos requerimientos, como son la compatibilidad con otras actividades humanas, el respeto hacia aquellas zonas con interés medio ambiental, la menor longitud posible, evitar zonas en las que
la construcción sea más compleja o aquellas en las que existe un elevado riesgo de que sea dañado el cable. Los radios de curvatura mínimos admisibles y para disminuir el riesgo de que
los cables sean dañados es necesario identificar las posibles amenazas (actividades de pesca, anclas, etc.) que existen a lo largo de su trazado. Una vez identificadas estas amenazas y
analizados los efectos de éstas habrá que determinar la protección a aplicar a los cables para que no sean dañados, ya que a su reparación costosa hay que añadir las pérdidas de producción de energía que se producirían durante la avería. Esto puede lograrse enterrando los cables a
una determinada profundidad (el peso del cable por unidad de longitud han de considerarse para el diseño y para las operaciones de construcción, ver Fig. 2.14.
Las subestaciones transformadoras offshore, ver Fig. 2.15, se diferencian de las onshore,
fundamentalmente, en que el ambiente en el que se enmarcan es más agresivo, por lo que han de protegerse frente a la corrosión, las acciones de diseño son mayores, las operaciones de construcción y mantenimiento son más complejas, etc. Como ya se ha expuesto, las
subestaciones onshore suelen formar parte de la red existente, por lo que generalmente están en funcionamiento y se pueden preparar para evacuar en ellas mediante determinadas
actuaciones tales como la construcción de edificios auxiliares, la colocación de celdas adicionales, etc.
39
Fig. 2.15. Subestación offshore de “London Array”
Una vez descritos los aspectos más relevantes que definen la conexión eléctrica, a continuación se sintetizan éstos en los puntos siguientes [30]:
En el análisis de la viabilidad de los proyectos, es fundamental que exista capacidad suficiente de evacuación del personal en las infraestructuras existentes y que el operador de la red conceda al promotor interesado el permiso para evacuar una determinada
potencia. Si no se dan simultáneamente estas dos circunstancias, no tiene ningún sentido proyectar un parque eólico. Además, es esencial la viabilidad de la construcción de las
subestaciones y líneas eléctricas que permitirán la evacuación de la energía, así como la realización de las modificaciones necesarias de las infraestructuras existentes.
En el análisis de la rentabilidad de la instalación eólica offshore, ya que los costos de la conexión tienen un peso notable de la inversión, del entorno del 15%, en relación con lo que sucede en las instalaciones eólicas terrestres. Además, las pérdidas eléctricas
asociadas con el transporte de la energía influirán en la producción de energía y, por tanto, en los beneficios esperables de la instalación.
En la elección de la localización de la instalación eólica en su conjunto, y en particular de las posiciones de los aerogeneradores y de la torre meteorológica, ya que es fundamental, para dar evacuación o salida a la energía, que se puedan construir las
líneas eléctricas y las subestaciones cuyos trazados y posiciones, respectivamente, están sujetos a determinados condicionantes.
En el diseño de la propia conexión eléctrica, ya que hay que considerar diversas circunstancias tales como las restricciones tanto ambientales como las relacionadas con
el terreno que existan, la potencia unitaria de los aerogeneradores y la potencia total de la instalación, el esquema general de la instalación, los riesgos de que sean dañados los cables, etc.
En la fase de construcción, incluida la logística asociada a ella, ya que el tendido de los cables y la construcción y actuaciones en las subestaciones son hitos fundamentales para
cumplir el plan de obra fijado como objetivo. En la fase de operación y mantenimiento, ya que el cable de control que va en el interior
de la línea eléctrica permite un fácil seguimiento del funcionamiento de la instalación. El hecho de que los cables estén protegidos frente a posibles daños implica menor riesgo, y por tanto, son esperables menos operaciones de mantenimiento.
40
En la posible repotenciación de la instalación, ya que el diseño de la subestación offshore
y de la línea de evacuación con miras a futuras ampliaciones de la instalación, conllevaría una reducción de costos y de plazo.
2.2.1 REQUERIMINTOS ESPECÍFICOS PARA LA INSTALACIÓN
Para la instalación de parques eólicos marítimos es necesario tener en cuenta elementos que entran en contradicción con el desarrollo del proyecto, como son:
Paso de ciclones y tormentas. Reservas de minerales, como el petróleo. Usos militares. Actividad pesquera. Aspectos medioambientales, principalmente los pasos de aves migratorias, y las zonas
de pesca. Tráfico aéreo. Tráfico marítimo. Derechos de estados vecinos sobre el mar. Explotación del turismo. Existencia de comunicaciones submarinas y cables de potencia. Corrientes submarinas.
Todos estos elementos deben tenerse en cuenta y para tomar la decisión de instalar estos parques y es necesaria la aprobación de las instituciones competentes, las cuales deben emitir su aprobación legal de acuerdo con la legislación vigente sobre los recursos marítimos.
Si además de esto se incluye que el sitio debe tener vientos favorables y que debe estudiarse
la profundidad de la plataforma marítima, el nivel de las olas y el oleaje, se llega a la conclusión de que las zonas disponibles pudieran no ser abundantes en un país determinado, incluyendo el nuestro. 2.3 DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA SUBMARINA
2.3.1 TRAYECTORIA
Los conductores submarinos instalados en el lecho marino deben ir enterrados en una trinchera de un metro de profundidad, hasta que se alcancen 10 m de calado en zona de arena, o estar
protegidos con medias cañas de material resistente a la corrosión y de suficiente resistencia mecánica, en zonas de roca [31].
2.3.2 EMPALMES
En la instalación de conductores submarinos, en su tramo marino, no deben tener empalmes.
41
2.3.3 PROTECCIÓN
La armadura del conductor debe diseñarse para soportar adecuadamente los esfuerzos
mecánicos a que debe estar sujeto el conductor durante la instalación y operación. La armadura debe estar protegida contra la corrosión para cumplir adecuadamente su función durante la vida útil del conductor [32]. 2.3.4 CRUZAMIENTOS SUBMARINOS
Los cruzamientos submarinos deben ser instalados siguiendo una trayectoria tal, que estén protegidos de la erosión ocasionada por la acción de las olas o las corrientes submarinas [33].
En caso de requerirse ocupar el conductor submarino para disponer de servicios adicionales (fibra óptica, tubing para transporte de fluidos), estos deben ser considerados en su diseño para no poner en riesgo la función principal del conductor que es transportar energía eléctrica. El conductor submarino debe seleccionarse de acuerdo con los siguientes requerimientos:
a) Demanda de energía. b) Tensión nominal de operación. c) Arreglo del circuito eléctrico. d) Número de conductores de energía y de comunicación. e) Carga máxima continua. f) Factor de carga. g) Corriente de corto circuito. h) Temperatura ambiente (aire). i) Temperatura ambiente (agua). j) Profundidad promedio del lecho marino. k) Característica del lecho marino.
El aislamiento para estos conductores, debe ser XLPE (o polietileno reticulado, aptos para
instalaciones donde se requiera máxima capacidad de potencia) [34] o EPR (o caucho etileno-propileno poseen características muy similares al XLPE, en cuanto a capacidad de carga) [35]. El conductor submarino debe estar equipado con una malla metálica preformada de acero galvanizado, diámetro, distribución, esfuerzo a la tensión, elongación, torsión, peso del recubrimiento del zinc y adherencia, para cable submarino o equivalente.
42
2.3.5 PERSPECTIVAS EN MÉXICO
No obstante las ventajas que tienen estas instalaciones, hay muchos aspectos que limitan su
difusión en los países desarrollados y más aún en países en desarrollo como México. El principal problema está en la factibilidad económica, que depende fuertemente de factores como la
distancia de la costa y la profundidad del agua, la conexión a la red, el tamaño del parque y las condiciones locales. Si bien un parque eólico marítimo puede producir hasta 40% más de energía que un parque eólico terrestre similar, la decisión final sobre el comienzo de un proyecto está en pronosticar el costo del kilowatt-hora generado. México es un país rodeado de mar por casi todas partes y con una plataforma marítima amplia, la posibilidad de instalar parques eólicos marítimos no está cercana, pues los costos aún son
altos y la experiencia en la instalación y explotación de parques terrestres es incipiente. No obstante, se recomienda realizar estudios sobre la potencialidad de México de desarrollar estos parques eólicos marítimos, donde se determinen las áreas que cumplan los requisitos,
fundamentalmente en cuanto a la distancia de la costa, la profundidad de las aguas, altura de las olas, la intensidad del oleaje, características del viento, ubicación del punto de conexión a
la red en tierra y demás elementos antes mencionados, como el desarrollo turístico y las áreas protegidas, en aras de conocer la potencialidad y estar preparados para posibles y futuras inversiones. Este aspecto se analizará en los capítulos 3 y 4. 2.4 DISEÑO DE DETALLE DEL PARQUE
Fig. 2.16. Esquema del diseño de detalle.
43
En este punto, se está en condiciones de proceder a realizar el diseño de detalle de la instalación
eólica offshore, y se recomienda comenzar con el diseño eléctrico, que permitirá conocer, entre otros aspectos, el esquema de la subestación offshore, fundamental para poder diseñar su
cimentación. La logística asociada a la fase de construcción y a la fase de mantenimiento de la instalación eólica offshore, ver Fig. 2.16.
2.5 DISEÑO ELÉCTRICO
Para el diseño de la conexión eléctrica se parte de un esquema básico de éste, definido durante la fase de análisis de alternativas. Este esquema indica no sólo el número de subestaciones
transformadoras offshore, ver Fig. 2.17, que se colocarían en el parque eólico marino, sino que en el caso de contar con alguna subestación, el esquema básico de partida incluirá información que permita conocer si la conexión a la red existente se realizará mediante corriente continua
o mediante corriente alterna. Se parte, asimismo, de la configuración en planta de la instalación eólica offshore, con lo que se conoce no sólo la posición de cada uno de los aerogeneradores,
de las torres meteorológicas y de las subestaciones offshore, en la posición del punto de conexión del parque eólico marino en la red eléctrica existente.
Fig. 2.17. Instalación de la subestación transformadora offshore en “Thornton Bank”
A partir de los puntos de partida mencionados se ha de realizar el diseño eléctrico de la instalación que incluirá aspectos tales como la determinación del número de cables eléctricos y
de su tensión exacta, del número y de las características de los transformadores de las subestaciones eléctricas, la selección del número de aerogeneradores que formarán cada uno
de los circuitos internos del parque eólico, el cálculo del número y de la sección de los cables, la definición de la planta de la subestación y del trazado definitivo del cableado, etc.
Para ello se habrá de contar con un especialista en temas eléctricos que será el responsable de realizar los cálculos eléctricos necesarios y dentro de las posibilidades que deje abiertas el
esquema básico inicial, que incluso puede ser modificado siempre que se considere oportuno, habrá que determinar cuál de dichas posibilidades es la mejor, para lo que se ha de tener en cuenta el aspecto económico.
44
Fig. 2.18. Instalación del cable eléctrico submarino
Otro aspecto a considerar en el diseño eléctrico de la instalación es la disposición de los cables eléctricos submarinos sobre el fondo, es decir, si se abre una zanja en el terreno y luego se cubre, si se protege mediante escollera o si simplemente van apoyados sobre éste. Esta decisión
vendrá determinada fundamentalmente por dos aspectos. El primero de ellos es el riesgo de que los cables sean dañados por alguna causa, como pueden ser, por ejemplo, las operaciones
asociadas a la navegación marítima y las actividades relacionadas con ésta (pesca de arrastre, anclas, etc.). La mayor probabilidad de ser dañado implicará mayor grado de protección y, en
consecuencia, si se dispone en zanja habrá que llevar el cable a una mayor profundidad. Esto es debido a que un fallo de este tipo puede conllevar una disminución notable de la producción de la instalación y, al mismo tiempo, un elevado costo asociado a la reparación de dicha avería.
El segundo de los aspectos se refiere a la dureza del terreno ya que abrir la zanja en algunos tipos de terreno no resulta económico, por lo que ha de optarse por la protección del cableado
mediante escollera e inclusive se puede plantear dejarlo sin protección, siempre que la probabilidad de que resulte dañado sea baja. No obstante, aun conociendo el tipo de terreno, basándose en la caracterización del sustrato anteriormente descrita, conviene realizar una
prueba de instalación previa al montaje de las líneas para verificar la dureza del terreno y comprobar que los medios de instalación propuestos son los adecuados. En caso de que la probabilidad de que se produzcan daños en los cables sea reducida, tal y
como se ha comentado, se puede optar por disponer la línea apoyada sin protección sobre el terreno. En caso de que la probabilidad de que los cables sean dañados sea alta se puede optar, en función de la dureza del terreno, por colocar los cables en el interior de unas zanjas
45
posteriormente rellenas con un material adecuado o por proteger el cable con una escollera [36]. 2.6 BASES DE DISEÑO
Las bases de diseño que aquí se mencionan se refieren a la elaboración de un documento en el que se recojan todas las cargas que han de ser consideradas para el diseño estructural, además de cualquier otra información que pueda resultar útil (características de la instalación:
emplazamiento, modelo de aerogenerador, potencia total; niveles del mar; régimen medio de oleaje para analizar la accesibilidad a la instalación tanto en la fase de montaje como de operación, etc.). Se trata por tanto de un documento que ha de servir como base para el diseño de cualquiera de las estructuras offshore. Se referirá, por tanto, a las cimentaciones de los aerogeneradores, subestaciones transformadoras offshore y torres meteorológicas. Existen diversos códigos técnicos que pueden ser utilizados como guía para el diseño de las
diferentes estructuras. La norma Det Norste Veritas, por ejemplo, diferencia entre cargas permanentes, variables y ambientales. Entre las cargas permanentes que, como su propio
nombre indica, son aquellas fijas en magnitud, posición y dirección, se encuentran, entre otras, el peso de la estructura y del equipamiento fijo y las presiones hidrostáticas de naturaleza permanente. Entre las cargas variables, que se caracterizan porque pueden variar en magnitud,
posición y dirección, se encuentran las asociadas al trasiego del personal, a las cargas de grúas en funcionamiento, a los impactos de embarcaciones y a los equipos que no son fijos. Las cargas
ambientales son aquellas que pudiendo variar, al igual que las anteriores, en magnitud, posición y dirección, se diferencian de éstas en que están asociadas a fenómenos naturales. Entre ellas destacan las cargas de viento, de oleaje, de corrientes, de sismos y de mareas [37].
2.7 SELECCIÓN DE CIMENTACIONES
Una vez establecidas las bases de diseño, se está en disposición de seleccionar la tipología de
cimentación más apropiada para cada una de las estructuras de la instalación eólica offshore: aerogeneradores, subestaciones transformadoras offshore y torres meteorológicas. Se partirá de la selección previa realizada durante el análisis de alternativas, la cual se basó en una información menos completa que de la que se dispone actualmente. Aunque los tipos de
cimentaciones más discutidos y utilizados en instalaciones eólicas offshore son el monopilote, la cimentación de gravedad, el trípode y el jacket, tal y como se ha comentado en el capítulo
anterior, existen multitud de variantes de éstas que también han de ser consideradas en esta fase del proyecto.
46
Fig. 2.19. Plano del diseño conceptual de un trípode
Fig. 2.20. Plano del diseño conceptual de un jacket
47
La elección entre los distintos tipos de cimentaciones ha de basarse en un análisis técnico y
económico sin perder de vista el aspecto medioambiental. Todo ello ha de fundamentarse en el diseño conceptual de las distintas alternativas de cimentaciones a instalar en el emplazamiento,
ver Fig. 2.19 y Fig. 2.20. Sólo de esta manera se pueden analizar las fortalezas y debilidades técnicas y los costos asociados, los cuales han de incluir los costes de fabricación, de montaje,
de operación y de desmantelamiento. Una vez realizado este análisis se elegirá el tipo de cimentación más adecuado para las condiciones del proyecto [38].
Aunque una de las conclusiones de este análisis podría ser diseñar distintos tipos de cimentaciones en función del terreno, se ha de considerar, a la hora de tomar dicha decisión,
la complejidad constructiva que eso implica, lo que tiene su efecto en el costo, y reflexionar sobre la conveniencia de utilizar una única tipología de cimentación, siempre que esto sea posible técnicamente. No obstante, no es extraño encontrar un tipo de cimentación para los aerogeneradores y otro distinto para la subestación en un mismo parque eólico. 2.8 DISEÑO ESTRUCTURAL DE DETALLE
Partiendo de los tipos de cimentaciones seleccionados y de las bases de diseño, se está en condiciones de proceder al diseño de detalle de cada una de las estructuras, ver Fig. 2.21. En
la mayoría de los casos será necesario, como ya se ha comentado al hablar de la mejora de la pre-caracterización del terreno, realizar ensayos in situ en cada una de las posiciones de las
estructuras, en general CPTs( centro de promoción de tecnologías), cuyos resultados se pueden interpretar mediante la previa calibración de éstos con los sondeos. El número de CPTs a
ejecutar dependerá, fundamentalmente, de la tipología de cimentación seleccionada, siendo mayor este número en el trípode, en el jacket y en la cimentación de gravedad que en el monopilote. Dada la complejidad del diseño de estas estructuras puede que sea necesario hacerlo
individualmente para cada una de ellas, ya que muchas de ellas diferirán en las cargas a las que estarán expuestas y en las propiedades geotécnicas del terreno. Al igual que en cualquier
otro proyecto de ingeniería se ha de tener muy en cuenta en el diseño la fase de montaje, lo que se refleja, por ejemplo, en considerar un mismo diámetro de monopilote para que todos ellos puedan ser transportados con la misma embarcación e instalados con el mismo martillo, o
no superar un diámetro de monopilote máximo por restricciones asociadas a los medios constructivos. Asimismo, se ha de considerar la fase de operación. Existen diversas normativas que se pueden utilizar como guías para el diseño de estas estructuras, entre las que destacan las del Instituto de Petróleo Americano (API), las de la
Comisión Internacional de Electrotecnia (IEC), las de Germanischer Lloyd (GL), las de Det Norske Veritas y las de la Organización Internacional de Normativas (ISO), cada una de las
cuales con sus puntos fuertes y débiles. Tales normativas se suelen basar en la comprobación de los estados límites últimos, accidentales, de servicio y de fatiga frente a una combinación de cargas con cierta probabilidad conjunta de presentación [39].
48
Fig. 2.21. Plano de diseño de la estructura aerogenerador-cimentación [39]
49
El diseño de detalle de las estructuras incluye los j-tubes, que sirven para cubrir y conectar los
cables eléctricos en la conexión con los aerogeneradores, las escaleras de acceso, las barandillas de protección, los amarres de embarcaciones y los helipuertos en caso de que se prevea utilizar
dichos medios para la operación, etc. Asimismo se ha de tener en cuenta la aparición de fenómenos de socavación en el contorno de las cimentaciones debido a la combinación de las acciones incidentes y al tipo de terreno existente. Esto condicionará el diseño de las mismas. Una vez finalizado el diseño de detalle de cada una de las estructuras, es habitual recurrir a una
empresa que expida una certificación ENAC (Entidad Nacional de Acreditación. La certificación de productos, procesos y servicios tiene como finalidad demostrar al mercado y a los organismos
reguladores que un proveedor puede y de hecho produce productos, desarrolla procesos o presta servicios que cumplen unos requisitos de calidad definidos) en la que se exprese su conformidad en relación con el diseño realizado [40]. 2.9 OTROS ASPECTOS DEL PROYECTO
Una vez finalizado el diseño eléctrico y estructural se está en condiciones de definir los detalles
del proyecto no determinados hasta el momento así como la logística asociada a la fase de construcción y de operación. 2.10 DETALLES
Se refiere aquí a detalles tales como balizas de navegación aérea y marítima, que han de proyectarse de acuerdo a la normativa aplicable, salva pájaros de las líneas eléctricas, medidas compensatorias, etc. 2.11 LOGÍSTICA
La logística es un punto clave del proyecto puesto que influye de una manera clara en su diseño.
Es por ello que se ha de tener en cuenta desde los puntos de inicio del proyecto, aunque los detalles finales se pueden dejar hasta este punto del proyecto. No sólo hay que considera la
logística asociada a la fase transitoria de construcción, sino también la asociada a la fase más permanente de funcionamiento de la instalación. La logística asociada a la fase de construcción implica la posible ejecución de determinadas actuaciones, tales como modificaciones en las carreteras y accesos para el transporte de los
materiales y componentes de la instalación hasta el puerto base de montaje, ejecución de explanadas para el acopio de los materiales y componentes de la instalación, preparación de
las instalaciones portuarias, que incluye preparar muelles para acopios, el acondicionamiento de dársenas y muelles, la mejora de las propiedades geotécnicas del fondo marino para el apoyo de embarcaciones tipo Jack-up, ver Fig. 2.22, el montaje de grúas con capacidad suficiente para
la fase de construcción, el establecimiento de oficinas de obra, etc., en definitiva, todo lo que va a facilitar la buena marcha del proceso constructivo tanto en plazo como en costo.
50
Fig. 2.22. Accidente por fallo de apoyo en un Jack-up
La fase de operación de la instalación lleva asociada otra serie de actuaciones que tendrán lugar
fundamentalmente en el puerto base y como son la construcción de oficinas para el control “in situ” (es una expresión latina que significa «en el sitio» o «en el lugar», y que es generalmente utilizada para designar un fenómeno observado en el lugar, o una manipulación realizada en el
lugar. Esta expresión debe interpretarse con significados específicos y particulares, según el contexto donde se la aplica) tanto de la operación de la instalación eólica como de las tareas de mantenimiento que se hayan de llevar a cabo.
Fig. 2.23. Embarcación Jack-up para la instalación de los monopilotes
En relación con la logística también han de considerarse los medios de montaje y de mantenimiento a utilizar, ver Fig. 2.23, y las ventanas de tiempo de condiciones adecuadas para la ejecución de las obras y para los trabajos de mantenimiento, lo que permite establecer el
calendario de los diferentes trabajos de construcción, que ha de ser el óptimo económico (plazo y costo), y un calendario adecuado para los trabajos de mantenimiento preventivo. Son
51
importantes para ello las condiciones de operatividad de los distintos medios de montaje y de operación, sus rendimientos y su costo [41].
52
53
Capítulo 3. Disposiciones geográficas del país
3.1 INTRODUCCIÓN
En este capítulo se analizan los aspectos climáticos que se deben tomar en cuenta para la construcción de un parque eólico marítimo en la República mexicana. Los aspectos que es necesario saber son las condiciones del viento como lluvias y suelo.
3.2 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO
El conocimiento de la climatología regional es de suma importancia para lograr una estimación
apropiada de los valores de energía eólica disponibles en un emplazamiento.
3.3 LOCALIZACIÓN DEL PARQUE EÓLICO MARÍTIMO
La localización ideal del proyecto es un aspecto importante ya que la rentabilidad depende de la velocidad anual promedio del viento.
Las tormentas ocurren entre los meses de mayo y octubre en la mayor parte del país, excepto en las regiones que tienen régimen de lluvias intermedio donde además puede haber tormentas de origen frontal en invierno. El promedio anual de días con tormenta es de mínimo 30 días y
el máximo de 100 días, sobre las principales sierras mientras que el mínimo es de cero a un día por año y se presenta en el noroeste del país. Las mayores cantidades de lluvia se reciben en
la vertiente del Golfo de México y el sureste. Sin embargo, las tormentas tropicales y los huracanes producen precipitaciones muy abundantes, ver Fig. 3.1.
De los elementos del clima, el viento tiene el comportamiento más irregular. Los datos se refieren al viento que sopla a una altura de 10 metros sobre la tierra, de acuerdo con las especificaciones de la Organización Meteorológica Mundial. La velocidad se representa según la
escala de Beaufort.
La Escala de Beaufort es una medida empírica para la intensidad del viento, basada
principalmente en el estado del mar, de sus olas y la fuerza del viento. Su nombre completo es Escala de Beaufort de la Fuerza de los Vientos, ver Tabla 3.1 [42].
54
Tabla 3.1. Indica la escala de Beaufort, dependiendo de la velocidad del viento (Km/h) se le clasifica desde calma hasta huracán. Y muestra los efectos que ocasiona en tierra.
55
Tabla 3.1. Continuación
* Milla náutica. Es una unidad de longitud empleada en navegación marítima y aérea. Es el valor convencional de 1852 m. De
la milla náutica se deriva también la medida de velocidad usada en el campo náutico, el Nudo. Un nudo es una velocidad igual a una milla náutica por hora.
56
Las regiones con mayor potencial eólico corresponden al Istmo de Tehuantepec y a las
inmediaciones de la Bufa, en Zacatecas, ver Fig. 3.2 [43].
México cuenta con una organización que tiene como objetivo, proveer pronósticos, alertas e
información del estado del tiempo y del clima estratégico y útil para el país, que sustente la toma de decisiones.
El Servicio Meteorológico Nacional (SMN) es el organismo encargado de proporcionar información sobre el estado del tiempo a escala nacional y local en nuestro país. El Servicio Meteorológico Nacional, depende de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), la cual forma
parte de la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT) [44].
El SMN da un reporte del pronóstico del tiempo ya sea por hora o cada diez días, en
temperatura, precipitaciones, velocidad del viento, etc.
En México el clima está determinado por varios factores, entre los que se encuentran la altitud
sobre el nivel del mar, la latitud geográfica, las diversas condiciones atmosféricas y la distribución existente de tierra y agua. Por lo anterior, el país cuenta con una gran diversidad de climas, los cuales de manera muy general pueden clasificarse, según su temperatura, en
cálido y templado; y de acuerdo con la humedad existente en el medio, en: húmedo, subhúmedo y muy seco [43].
Fig. 3.1. Gráfica de magnitud del viento por fecha
* TUC. El tiempo universal coordinado, es el principal estándar de tiempo por el cual el mundo regula los relojes y el tiempo.
57
El SMN proporciona una gráfica de la velocidad del viento sostenido para cada 7 días, muestra
la magnitud del viento en km/h, la gráfica que se muestra es del 17 de Octubre al 23 de Octubre de 2013, ver Fig. 3.1, para la zona de Oaxaca [45].
Por otra parte, analizando los mapas que proporciona el Instituto de Geografía de la Universidad Nacional Autónoma de México, en el Atlas Nacional de México se encuentra lo siguiente:
El estudio de viento se hizo a una altura de 10 metros sobre el nivel del suelo con una escala de viento de 0.1 hasta 5.0 en adelante m/s.
Los aerogeneradores empiezan a funcionar cuando el viento alcanza una velocidad de 3.0 a 4.0 m/s, y llega a la máxima producción de electricidad con un viento de unos 13 a 14 m/s. Si el
viento es muy fuerte, por ejemplo de 25 metros por segundo como velocidad media durante 10 minutos, los aerogeneradores se paran por cuestiones de seguridad [46].
Para analizar e interpretar el comportamiento eólico en las condiciones geográficas especiales
del país, se presenta una muestra de la República Mexicana con el fin de ejemplificar los vientos dominantes.
La representación de la dinámica atmosférica se hizo mediante el trazo de rosas de los vientos en forma octagonal, cada cara indica por medio de barras el rumbo de donde sopla el viento
durante los doce meses del año, y la frecuencia en porcentaje se muestra con diferentes longitudes de las barras. En el centro del círculo se señala el porcentaje de calmas.
La variación estacional y anual de la intensidad, se muestra en la Fig. 3.2. En las gráficas se
nota el periodo del año en que los vientos alcanzan su máximo, y las regiones en donde se puede disponer del recurso viento, todos los meses de año.
La figura 3.2 se observa la variación en las direcciones del viento dominante, lo que pone de manifiesto la estrecha relación existente entre la frecuencia de determinada dirección y la
presencia y orientación de las geoformas. Sin embargo, también es innegable que el viento dominante en determinadas regiones, refleja el dominio de la circulación general de la atmósfera sobre la República Mexicana [43].
Se proponen dos lugares, según con los resultados del estudio. El primero es en las costas de Salina Cruz, Oaxaca hay una velocidad del viento de 4.0 a 5.0 m/s, el segundo es en Arriaga,
Chiapas, el viento es apropiado ya que tiene una velocidad de 5.8 a 6.0 m/s.
58
Fig. 3.2. Mapa que muestra la intensidad del viento en las diferentes zonas de la República Mexicana, dando la velocidad del viento en m/s. Orientando con la rosa de los vientos
muestra la velocidad hacia los diferentes puntos y la fuerza de cada punto marcado con diferente color. Según la intensidad del color, es la intensidad del viento.
59
Las tormentas eléctricas ocurren entre mayo y octubre en la mayor parte del país, excepto las
regiones que tienen régimen de lluvias intermedio donde además puede haber tormentas de origen frontal en invierno. La mayoría se presentan durante las horas de la tarde o noche. Su
ámbito es local o regional y son intermitentes como resultado del forzamiento topográfico. Las mayores cantidades de lluvia se reciben en la vertiente del Golfo de México y el sureste [43].
En cuanto a las tormentas eléctricas, según el mapa de número de días con tormentas eléctricas,
ver Fig. 3.3, en la zona de Oaxaca y Chiapas se encuentra de 10 a 19 días al año con tormentas eléctricas. Y en el máximo anual de tormentas eléctricas es de 50 a 99 días.
Se forman seis regímenes, ver Fig. 3.4: invierno con más y con menos del 36% de precipitación invernal (PI), los cuales se registran en el noreste del país. El norte de Chihuahua, noreste del país, mitad oriente de la península de Yucatán, porción de las montañas del norte de Chiapas y
partes de la Sierra Madre Oriental, tienen régimen de lluvias intermedio. Como se puede observar la mayor parte del país tiene régimen de lluvias de verano con tres variantes.
Las dos zonas propuestas para el parque eólico marítimo no se muestran excesivamente afectadas por las lluvias, ya que las lluvias constantemente se dan en el norte y noreste del
país.
Los suelos en México no se han estudiado en su totalidad pero aun así sigue avanzando su degradación y reduce su potencialidad. El conocimiento de los suelos es la base para su
aprovechamiento y de ellos se desprende una potencialidad natural intrínseca a sus características y propiedades [47].
60
Fig. 3.3. Mapa que indica el grado de tormentas eléctricas en las diferentes zonas del país. Dividido por áreas, los diferentes tonos indican según su tabla, la escala en días.
61
Fig. 3.4. Este mapa indica los regímenes de lluvia en el país en verano e invierno, las gráficas muestran la distribución de la lluvia a lo largo del año para diferentes estaciones climatológicas.
62
El suelo en el mar es inestable. Debido a esto el proyecto es el que tiene que adaptarse a las
condiciones del mismo.
Cabe destacar que no existen mapas que muestren la intensidad del viento en el mar, pero se
puede argumentar que en zonas costeras, donde la brisa marina y los ciclos de las mareas pueden alterar los vientos locales. En zonas montañosas o con un relieve variado, las montañas y las brisas del valle influyen en los vientos. También influye la rotación del planeta que hace
que el aire se mueva en un fenómeno llamado efecto de Coriolis [48].
El Coriolis es la fuerza que influye en todos los fenómenos de traslación que hay sobre la
superficie de la tierra.
El mar debido a su oleaje, y por el calor, provoca que haya viento constante. Podría decirse que debido a que el nacimiento del viento es en el mar o zonas subtropicales y no hay obstáculos
para su paso, como, montañas, cerros, etc. El viento es constante en cuanto a cantidad y velocidad [49].
Por eso se toma como referencia el viento que se ha medido en tierra, ver Fig. 3.2.
3.4 EL ESTUDIO SE CONCENTRARÁ EN EL GOLFO DE TEHUANTEPEC, OAXACA
La primera región matriz de ciclones tropicales en el Pacífico Nororiental es la zona del Golfo de Tehuantepec, que se activa en la última semana de mayo, marcando el inicio de la temporada
de lluvias, influyendo además sobre el Suroeste del Golfo de México con precipitaciones intensas y vientos del norte que alcanzan rachas fuertes.
Los sistemas meteorológicos de esta zona nacen aproximadamente en la latitud de 15 grados norte y por lo regular los primeros presentan una trayectoria general de componente Oeste,
alejándose en forma gradual de costas nacionales, mientras los formados en julio en adelante, de mayor potencia, por lo general describen una gran parábola, dada la forma del litoral del Pacífico mexicano, les hace viajar paralelos a la costa para que al tomar una rama de la
trayectoria impacten en tierra en el Noroeste del país. Durante su generación en el Golfo de Tehuantepec las zonas de inestabilidad convectiva (convección es una de las tres formas de
transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas) o zonas de perturbación
tropical, condicionan el desarrollo de fuerte convección con lluvias torrenciales en Chiapas, Oaxaca, Guerrero y Michoacán, que resultan por la localización en el semicírculo norte de la circulación ciclónica y el efecto de intensificación de la convección por efectos orográficos [50].
Del reanálisis estadístico para la zona del Golfo de Tehuantepec por década, a partir de 1970 a
2005 se obtiene un promedio anual de 4.1 ciclones tropicales con una desviación estándar de 2.4. Por intensidad en la región del Golfo de Tehuantepec, entre el 21 y 27% de los ciclones
tropicales alcanzan la fuerza de tormenta tropical. La variabilidad en el comportamiento de la zona en el Golfo de Tehuantepec se debe a la
anomalía de la temperatura superficial del mar (SST), la cizalladura del vientos, siendo ésta la diferencia en la velocidad del viento o su dirección entre dos puntos en la atmósfera terrestre,
63
entre los niveles bajos y superiores de la tropósfera 850 y 200 hPa (hectopascal, unidad de
medida para la presión atmosférica) y el contenido de humedad en la atmósfera, es por ello que se divide la región matriz del Golfo de Tehuantepec en una malla más fina para identificar
la variación anual [51]. Se presentan resultados de los primeros días de observaciones realizadas con Sistemas Remotos
de Alta Frecuencia (SRAF) en el Pacifico Tropical Mexicano. Los datos consisten de mapas de la corriente superficial cada 20 minutos, en un área aproximada de 100 km x 100 km frente a la
costa. Las primeras observaciones muestran que existe un patrón de circulación general paralelo a la costa, moviéndose de este a oeste. La presencia de chorros de viento perpendiculares a la costa causa un cambio significativo en la dirección del flujo costero en cuestión de horas,
resultando en una corriente mayor a 1 m/s que se orienta en la misma dirección del viento. Mediante un sencillo experimento numérico en tres dimensiones, forzado con el esfuerzo del
viento, se logran reproducir los patrones de circulación superficial que se observan durante los eventos de viento. Los resultados muestran el ascenso de las aguas que se produce bajo el eje
del viento y la formación de los remolinos de mediana escala. Se muestran también los efectos en la capa superficial de Ekman (modelo teórico que explica el movimiento de las capas de un fluido por la acción del efecto de Coriolis) y se investigan las causas de la asimetría entre los
remolinos [52].
Durante invierno la zona del Golfo de Tehuantepec es sometida a fuertes vientos del Norte, los cuales soplan hacia fuera de la costa. Este tipo de vientos Mar-Tierra son poco comunes, por lo
que su influencia en la circulación no ha sido bien explicada. En este estudio se usan datos obtenidos de sensores remotos (SST, SSHA y Viento) para caracterizar los efectos de los “Nortes”.
La relación entre el viento y la temperatura superficial se incrementa hacia fuera de la costa.
La circulación al norte de Tehuantepec es frecuentemente dominada por la presencia de un remolino anticiclónico, el cual parece ser formado por la presencia de una zona de rotacional de viento muy intenso característico de la región. Se presenta un análisis en la escala anual e
interanual de la relación entre viento, temperatura superficial y la respuesta en la anomalía de nivel del mar [52].
64
65
Capítulo 4. Impacto socioeconómico y ambiental.
4.1 INTRODUCCIÓN
Un punto clave para el desarrollo de un proyecto de una instalación eólica offshore consiste en
determinar las afecciones que puede tener dicha instalación en la población a la que afecte así como los posibles impactos que pueda generar en la economía ya que de ello dependerá la conveniencia o no de la inversión.
Los costos de generación eléctrica han sido el dato principal para la selección de plantas de generación eléctrica. Recientemente, en los países más desarrollados ya se consideran también
los recursos disponibles y los impactos a la salud y al medio ambiente en la toma de decisiones.
La energía eólica, por tratarse de una energía prácticamente libre de emisiones de Gases Efecto
Invernadero (GEI), puede contribuir a mitigar el cambio climático, además de diversificar las fuentes de generación de energía eléctrica [53].
4.2 IMPACTO ECONÓMICO
Las tecnologías de energía eólica, son tecnologías maduradas y conocidas, especialmente en los países más desarrollados donde el mercado ha alcanzado una cierta madurez. Pero en el
caso de México, éste es un mercado incipiente en el que se han detectado barreras de carácter tecnológico que impiden su crecimiento.
El Instituto de Investigaciones Eléctricas avanza también hacia el desarrollo de la Máquina Eólica Mexicana (MEM, “Máquina México”), que será el primer aerogenerador con categoría uno diseñado en su totalidad en el país. Para el desarrollo del prototipo industrial, la fabricación y la
comercialización, cuentan ya con un convenio firmado con la Corporación EG de Monterrey [54].
A pesar del desarrollo que han mostrado las diferentes tecnologías renovables en años recientes, y que el costo variable es relativamente menor a las fuentes fósiles, la mayor parte
de ellas siguen teniendo costos fijos elevados. Diversos estudios internacionales muestran que la evolución tecnológica, la optimización de
cadenas de suministro, los procesos de manufactura y la mayor diseminación serán factores que permitirán la reducción de sus costos en el transcurso de los próximos años.
La evolución esperada de los costos de capital a nivel mundial, se muestra en la tabla 4.1.
66
Tabla 4.1. Evolución de los costos de capital
Como se puede observar en la tabla 4.1, en promedio, se espera que para el 2030 el costo fijo se reduzca en más de un 20% [55].
Es importante señalar que la Ley para el Aprovechamiento de Energías Renovables y el
Financiamiento de la Transición Energética establece que se elaborará una metodología para valorar las externalidades asociadas con la generación de electricidad, basada en energías
renovables, en sus distintas escalas. En este sentido, la incorporación de las externalidades para valuar los proyectos de energías renovables, podrá impulsar su realización en el mediano plazo.
Actualmente, la Secretaría de Energía trabaja en la elaboración de una metodología para el cálculo de las externalidades relacionadas con proyectos de generación eléctrica. Esto permitirá
analizar otros impactos de este sector, definir las políticas pertinentes, de acuerdo con los resultados que se presenten, y complementar los esfuerzos que se realizan en las dependencias de la Administración Pública Federal.
Finalmente, de conformidad con lo dispuesto en la propia Ley, se considerarán los beneficios
económicos netos potenciales, derivados del uso de las energías renovables. Para ello, será necesario definir los criterios que deberán normar las evaluaciones para determinar el cálculo
de los beneficios económicos netos. En México, ya se han tenido experiencias en Baja California y Oaxaca y, a partir del año 2006,
se inició el desarrollo de diversos parques eólicos bajo un proyecto que se denominó Temporada Abierta.
El ruido que se genera cuando una turbina de viento está funcionando puede afectar a la
población cercana a esta planta, estos ruidos ya sean mecánicos procedentes de la interacción de los componentes de la turbina y ruidos de aerodinámica, producida por el flujo de aire sobre las aspas, para mitigar estos ruidos es necesario exigir una distancia mínima entre los
aerogeneradores y la residencia más cercana.
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4.2.1 ADECUACIÓN TÉCNICA DE LOS EQUIPOS
Falta de adaptación de los aerogeneradores a los regímenes de viento específicos de cada zona. En concreto, si, los vientos son muy fuertes y constantes, llegando a superar la velocidad
de corte de las máquinas que se considera a partir de los 25 m/s. Estos regímenes de vientos, además de dificultar las labores de operación y mantenimiento de las máquinas, favorecen el deterioro prematuro de las mismas.
Es importante lograr avances en el diseño y utilización de materiales que permitan aumentar la eficiencia de generación de las máquinas así como su competitividad frente a otras tecnologías.
De igual forma, es necesario contar con equipos diseñados específicamente para las condiciones de viento presentes en México.
Otro aspecto de diseño a tener en cuenta es la incidencia significativa de descargas atmosféricas. Los sistemas de protección actuales no siempre son suficientes y en ocasiones
las máquinas quedan dañan seriamente dañadas.
Por otro lado, las restricciones de acceso y distancias para interconexión de proyectos a las
redes eléctricas han sido una gran barrera en las zonas donde se desarrollarán los proyectos. Por esto, es necesario diseñar esquemas que permitan instalar la infraestructura de transmisión y comunicación necesaria para el desarrollo exitoso de proyectos de energía eólica.
4.3 IMPACTO POLÍTICO
4.3.1 REGULATORIAS
Es fundamental un marco regulatorio adecuado a la tecnología y que impulse su uso.
Una de las barreras del marco regulatoria actual es que los generadores eólicos no pueden vender la energía directamente al Sistema Eléctrico Nacional, ya que no existe una venta de
energía libre. Si no que deben formar sociedades, con industrias, municipios, etc., a los que entregan la energía bajo un contrato de interconexión de autoabastecimiento [56].
Existe “Proyecto de Servicios Integrales de Energía” [57]. Este proyecto tiene como propósito dotar de electricidad a un aproximado de 2,500 comunidades rurales que no cuentan con servicios de energía eléctrica y que por su alto grado de dispersión y el escaso número de
viviendas por comunidad, difícilmente serán integradas a la red eléctrica nacional. Se pretende utilizar las tecnologías renovables que se adecuen mejor a las condiciones geográficas de la
zona.
Existe el “Proyecto de Energías Renovables a Gran Escala” (PERGE) del Gobierno Federal, el cual entró en vigor en abril de 2007, y tiene como objetivo global ambiental reducir las emisiones de gases de efecto invernadero así como las barreras para la interconexión de tecnologías
renovables a la red eléctrica en México. Con él, se busca apoyar a nuestro país para el desarrollo de la experiencia inicial de un proyecto de energía renovable interconectado con base en
criterios comerciales de 100 MW.
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4.3.2 MARCO JURÍDICO NACIONAL
4.3.2.1 LEY DEL SERVICIO PÚBLICO DE ENERGÍA ELÉCTRICA
Con las reformas a la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica publicadas en el Diario Oficial
de la Federación en 1992 [58], se permitió la producción de electricidad por particulares en las modalidades de autoabastecimiento, cogeneración, pequeño productor, productor independiente de energía, exportación e importación para uso propio, toda vez que no se
consideran servicio público de energía eléctrica, en los términos del artículo 3º de dicho ordenamiento. Gracias a esta nueva legislación, se abrieron espacios de oportunidad para las
distintas fuentes de energía renovable.
4.3.2.2 CONTRATO DE INTERCONEXIÓN
En 2001 se publicaron en el Diario Oficial de la Federación diversos instrumentos de regulación
que consideran las características de las fuentes de energía renovable con disponibilidad intermitente, a través del “Contrato de Interconexión para Fuentes de Energías Renovables”
[64], por parte de la Comisión Reguladora de Energía. Banco de Energía y Acreditación de Potencia
En atención a la naturaleza intermitente de las fuentes renovables de energía, el Contrato de Interconexión para Fuentes de Energías Renovables permite que la energía sobrante producida por los permisionarios en un mes determinado pueda ser vendida al suministrador en ese mismo
mes que se generó, o acumulada en el Banco de Energía de la Comisión Federal de Electricidad para su aprovechamiento o venta en los siguientes 12 meses. De esta forma, los usuarios
ubicados en los puntos de carga podrán disponer de dicha energía de acuerdo a sus necesidades. Igualmente, el Contrato de Interconexión reconoce la Potencia Media
Suministrada en las horas de demanda máxima del sistema, por el generador renovable para el cálculo de la Demanda Facturable.
Dichos instrumentos establecen las reglas para la interconexión de los proyectos con fuentes de energía renovable al Sistema Eléctrico Nacional, e incluyen reglas específicas sobre cargos
de transmisión y algunos otros aspectos relacionados con la generación intermitente, cuando se utilizan fuentes renovables. Este instrumento fue modificado en enero de 2006 y julio de 2007, mejorando la viabilidad para el desarrollo de proyectos a partir de energía renovable.
4.3.2.3 LEY DEL IMPUESTO SOBRE LA RENTA
En 2004 entró el vigor la modificación a la Ley del Impuesto Sobre la Renta [59], en donde se
establece que los contribuyentes del Impuesto Sobre la Renta que inviertan en maquinaria y equipo para la generación de energía proveniente de fuentes renovables, pueden deducir 100%
de la inversión en un solo ejercicio [60]. Con el objeto de que estas inversiones no se hagan con el único fin de reducir la base gravable del impuesto, se contempla como obligación, que la
69
maquinaria y equipo que se adquiera, se mantenga en operación durante un periodo mínimo
de cinco años.
4.3.2.4 LEY PARA EL APROVECHAMIENTO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES Y EL
FINANCIAMIENTO DE LA TRANSICIÓN ENERGÉTICA
Desde el 28 de noviembre de 2008, las energías renovables cuentan con un marco legal específico: la Ley para el Aprovechamiento de las Energías Renovables y el Financiamiento de
la Transición Energética [61].
Dicha Ley tiene por objeto regular el aprovechamiento de fuentes de energía renovables y las tecnologías limpias, para generar electricidad con fines distintos a la prestación del servicio
público de energía eléctrica. Para lograr dicho objetivo, la Ley prevé los siguientes instrumentos: a) La Estrategia Nacional para la Transición Energética y el Aprovechamiento Sustentable de la
Energía, la cual comprende el instrumento encaminado a garantizar la eficiencia y sustentabilidad energéticas, a fin de fomentar la utilización y aprovechamiento de las fuentes
de energía renovables y las tecnologías limpias. b) El Programa Especial para el Aprovechamiento de Energías Renovables, es el instrumento
mediante el cual se establecerán las políticas públicas en la materia, determinando los objetivos para el uso de dichas fuentes de energía, y las acciones para alcanzarlas.
4.4 IMPACTO AMBIENTAL
4.4.1 LEGISLACIÓN AMBIENTAL DE LOS RECURSOS NATURALES
Para el desarrollo de proyectos que involucren a las diferentes fuentes de energía renovable es
oportuno tomar en cuenta la legislación ambiental que resulte aplicable. En el ámbito federal, particularmente incide la evaluación de impacto ambiental, el ordenamiento ecológico del territorio y las áreas naturales protegidas, previstas en la Ley General del Equilibrio Ecológico y
la Protección al Ambiente; y en el ámbito local, las disposiciones relacionadas con el uso de suelo, en todo lo relativo a la construcción, instalación y funcionamiento de su infraestructura.
La ubicación de los aerogeneradores es incompatible en aquellas zonas donde exista patrimonio
arqueológico sumergido, por lo grandes impactos en la destrucción y el impacto visual sobre el paisaje sumergido, donde en muchas ocasiones se realizan actividades turísticas y de buceo.
4.4.2 ÁREAS NATURALES PROTEGIDAS
La gran riqueza natural de México genera bienes materiales y servicios mediante su
biodiversidad y espacios silvestres. Ello ha motivado la adopción de una nueva actitud
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conservacionista en la salvaguarda de nuestro patrimonio, siendo las áreas naturales protegidas
una alternativa que preserva la integridad de los ecosistemas.
La declaratoria, manejo y administración de tales áreas está a cargo de una comisión nacional
(CONANP) cuya política tiende a favorecer procesos de desarrollo sustentable en los que ocurren diversos sectores de la sociedad nacional, lo cual tiene implícito frenar y revertir la degradación que impacta al ambiente y a sus recursos naturales; por lo tanto, preservar los
hábitat en su estado natural, demanda mantener algunos sitios al margen de la anárquica intervención humana [62].
La Ley General del Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente, define a las Áreas Naturales Protegidas (ANP) como “Zonas del territorio nacional, en donde los ambientes originales no han sido muy alterados por actividades humanas o que requieren preservarse o restaurarse”
(SEMARNAP, 1996). Esta ley establece como áreas de competencia federal a las siguientes categorías: Reserva de la Biósfera (RB), área biogeográfica representativa de ecosistemas poco
alterados en los que habiten especies relevantes de biodiversidad en peligro de extinción, Parque Nacional (PN), área con ecosistemas, belleza escénica, valor científico, educativo,
recreativo e histórico, por su flora y fauna , y amplitud turística, Monumento Natural (MN), contiene elementos que por su carácter único, valor estético, científico o histórico, se incorporan a régimen de protección absoluta. Área de Protección de Recursos Naturales (APRN), Reserva
y protege suelos y cuerpos de agua, Área de Protección de Flora y Fauna (APFF), contiene hábitat cuyo equilibrio auspicia la presencia, transformación y desarrollo de especies de flora y
fauna silvestre, y Santuario (S), área rica en flora o fauna, subespecies o hábitat de distribución restringida, abarcando, cañadas, grutas, cenotes, etc. Ver Fig. 4.1.
La respuesta biológica a la diversidad climática es el desarrollo de vegetación específica regional, ello permite reconocer en el país seis principales zonas ecológicas terrestres, manifestadas en superficies donde proliferan comunidades vegetales climáticas a fines [63]. En la zona de
transición mar-tierra existen 49 áreas con predominio equitativo de santuarios, parques nacionales y reservas de la biósfera, ver Fig. 4.2.
En el ámbito submarino se considera que aloja escasas áreas tipificadas por arrecifes coralinos, circunstancia natural que repercute en mínima representatividad frente al ámbito terrestre [64].
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Fig. 4.1 Mapa que muestra la división de ANP, en PN, RB, APRN, APFF, MN Y S.
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Fig. 4.2 Mapa que muestra las seis zonas ecológicas que a nivel Nacional están representadas en casi totalidad de ANP.
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4.5 IMPACTO SOCIAL
La aceptación social es un aspecto clave a la hora de hacer frente al despliegue de la energía eólica marina [65].
Los proyectos actuales en alta mar indican que la aceptación social está estrechamente relacionada con los impactos ambientales [66].
Los estudios sociológicos y económicos medioambientales proporcionan información, si la población está a favor o en contra de un determinado proyecto.
La generación eólica es una de las fuentes de energía renovable que más fuentes de empleo
genera, sobre todo en medianas y pequeñas empresas. Para finales de 1996, la Asociación Europea de Energía Eólica estimó que en Europa ya existían más de 20,000 personas trabajando en la industria eoloeléctrica. Al día de hoy, esa cifra es casi el triple. Se estima que por cada
puesto de trabajo en la fabricación, instalación, operación y mantenimiento de aerogeneradores se crea al menos otro puesto de trabajo en sectores asociados (asesorías, investigación,
finanzas, etc.) [67].
Tabla 4.2. Relación componentes- empleos
Componentes Empleos: hombres/año
Palas 50
Torre 31
Capote + protección de buje 11
Chasis 10
Transformador 5
Otros 12
Total 125
En la tabla 4.2 se muestra la relación de hombres empleados, Dinamarca, un país en que la
industria eólica tiene más de tres décadas de existir, es un buen ejemplo para observar el papel de la industria eólica en la generación de empleos.
La industria eólica danesa tenía alrededor de 8 500 empleados en 1995. En realidad la producción de aerogeneradores crea un 50 por ciento más de empleos, dado que los fabricantes
daneses importan muchos de los componentes, como multiplicadores, generadores, bujes, etc. del extranjero. Además, los empleos generados por la instalación de los aerogeneradores en otros países.
Puede traer otros beneficios como mejoramiento de la infraestructura en la región como
caminos, puentes y creación de industrias.
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Las razones que han impulsado a las diversas naciones a promover el desarrollo de fuentes de
energías renovables comprenden: la seguridad energética, el desarrollo rural, y la reducción de los impactos ambientales originados por el consumo de combustibles fósiles.
Las energías renovables a nivel mundial representan el 18% [68] de la generación eléctrica, (la mayoría de esta participación considera las energías hidráulica y eólica) mientras que, la
contribución al suministro térmico de éstas es de un 24% [69].
Para nuestro país, algunos de los beneficios que aportará la energía eólica son la reducción de la dependencia de los combustibles fósiles, el desarrollo del campo, el mejoramiento de la calidad del aire, una mayor conservación de los recursos naturales, la creación de empleos y el
desarrollo científico y tecnológico, entre otros [70].
La energía eólica sigue teniendo costos iniciales elevados, pero existen indicios de que su costo se reducirá en los próximos años. Asimismo, representará beneficios económicos para el país,
al introducir nuevas actividades productivas a la economía nacional. Finalmente, a dichos beneficios habrá que sumar los beneficios obtenidos de las externalidades positivas generadas por su uso [71].
Es poco probable que se generen efectos positivos o negativos sobre el turismo a causa de las
instalaciones debido a que desde tierra se percibirán en el horizonte como algo pequeño e insignificante. Puede estimular el interés del turismo, generar actividades en tierra en el lugar
de montaje de la instalación y ser de interés para la población local. El impacto visual de los aerogeneradores es uno de los principales inconvenientes con el que
se encuentra la energía eólica marítima. Dicha dificultad puede mitigarse alejando las estructuras de la costa. La Universidad de Newcastle realizó un estudio en el año 2002 donde,
publicó que el impacto visual a nivel del mar es insignificante a una distancia de 8 km y a 45 km imperceptible debido a la curvatura del planeta [72].
Cabe destacar que al realizar este estudio se encontró que en la República Mexicana, no es posible implementar un parque eólico marítimo, ya que las costas mexicanas son patrimonio
nacional y esto prohíbe la construcción y el daño, además de que la tecnología de un parque eólico marítimo es costosa y poco desarrollada en México [73].
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Conclusiones y Resultados
Durante el desarrollo de este proyecto de investigación se han obtenido las siguientes
conclusiones:
El futuro de la energía eólica marina no es rentable por sí misma, por lo que necesita del apoyo de las administraciones públicas para su desarrollo. De hecho, no son los países con más recursos los que mayor potencia instalada tienen, sino aquellos con mejores apoyos a las
energías renovables.
El marco jurídico nacional está a favor de la implementación de esta y otras tecnologías renovables. El impacto ambiental sería grave ya que se dañarían zonas naturales protegidas,
ya que son parques nacionales e internacionales y se dañaría la biodiversidad marina.
El impacto social se generaría empleo, el turismo podría aumentar o disminuir esto dependería del interés que genere el observar esta instalación, se tendría que realizar un estudio en la zona donde se implementara el parque eólico marítimo para saber lo que la población desea.
El viento se comporta de manera diferente en tierra y mar, siendo en éste último medio más
estable y constante, y caracterizándose por menos turbulencias, las cuales además necesitan de mayores espacios para su recuperación debido a la menor rugosidad de la superficie marina frente a la terrestre.
Es importante estudiar la compatibilidad de un proyecto offshore en el entorno antes de entrar
en el diseño de la instalación, lo que permite seguir una política de gestión integral. Es decir, cualquier incompatibilidad podría hacer peligrar el proyecto.
No hay un impacto visual grave, ya que se trata con distintos criterios utilizados para los parques terrestres, fundamentalmente debido a la distancia a la que los parques eólicos
marítimos están situados de la orilla. De ahí la importancia de que sea analizado por un especialista en paisaje, que intervenga en el análisis de compatibilidad con el entorno.
Como resultado, se destaca que México es un país que cuenta con potencial, pero con ciertas
barreras (Política, Social, Ambiental, etc.), mencionando que la zona más adecuada para la implementación es zona federal protegida y el presupuesto no es suficiente ya que es un proyecto elevado en precio. Como beneficios se tiene la generación de energía eléctrica
renovable, mitigando el cambio climático que produce la generación eléctrica fósil.
Sería una buena propuesta para la generación en el país, sin embargo las leyes ambientales no nos permiten la implementación del proyecto, a menos que cambiaran en beneficio del mismo.
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Referencias
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