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Aerogeneradores entre los pilares de las grandes infraestructuras civiles


Los mayores viaductos de la red de carreteras permiten incorporar turbinas eólicas para producir electricidad, según confirman los cálculos efectuados por un equipo de ingenieros europeos

El viaducto del Barranco del Juncal, en Gran Canaria, ha servido de referencia a científicos españoles y británicos para comprobar que el viento que sopla entre los pilares de este tipo de infraestructuras puede mover aerogeneradores y producir energía.

El estudio se basa en modelos y simulaciones por ordenador llevados a cabo por el investigador Óscar Soto y otros colegas de la Universidad de Kingston (Reino Unido). Los científicos han representado los distintos tipos de turbinas mediante discos porosos para valorar su resistencia al aire y probar diversas configuraciones.

“Como es natural, cuanta más superficie abarque el rotor, más potencia se puede extraer; sin embargo, hemos visto que en turbinas pequeñas la relación de potencia producida por m2 es mayor”, explica Soto, pero señala que la configuración de dos turbinas idénticas sería la más viable para incorporar a los viaductos: “Así se consigue un mayor equilibrio, tanto desde el punto de vista estructural como eléctrico, lo que influye en un menor costo económico”, explica este investigador.

Si solo se valorara la potencia producida, las mejores soluciones serían instalar dos rotores de tamaño diferente –para abarcar la mayor superficie posible–, o bien una matriz de 24 turbinas pequeñas –por su potencia por unidad de superficie y peso ligero–, pero respecto a la viabilidad triunfa la opción de los dos rotores iguales con un tamaño medio.

Los resultados confirman que cada viaducto presenta sus posibilidades energéticas y potencial eólico característicos. En el caso de El Juncal, la potencia evaluada rondaría los 0,25 MW por cada turbina. Al ser dos, sumarían un total de 0,5 MW, lo que se clasifica dentro de la gama de aerogeneradores de media potencia.

“Esto equivaldría al consumo medio de unas 450 o 500 viviendas”, apunta Soto, quien añade: “Una instalación de este tipo evitaría la emisión de unas 140 toneladas de CO2 al año, una cantidad que representa el efecto de depuración de unos 7.200 árboles”.

Más luz y más eficiente

        El AMB y Carandini ponen en marcha una prueba piloto con LED’s en el Túnel de la Vila Olímpica de la ronda Litoral que permite ahorrar hasta un 45% de consumo energético. La farola Columna Paral•lel o la iluminación interior de las marquesinas de autobuses son otros proyectos smart que el AMB ya ha puesto en marcha.

        Rebajar notablemente el consumo eléctrico y mejorar la visibilidad de los túneles de las rondas de Barcelona, por donde cada día circulan de promedio 165.000 vehículos. Con estos objetivos, el AMB y el Consell Comarcal del Barcelonès, administraciones competentes en la gestión de las rondas de Barcelona, y Carandini, referente internacional en iluminación inteligente y eficiente del espacio público, han puesto en marcha una prueba piloto de iluminación con LEDs en el Túnel de la Villa Olímpica de la Ronda del Litoral de Barcelona. Esta nueva iluminación, de luz blanca, sustituye los actuales pro¬yectores de luz amarillenta, conocidos como vapor de sodio.

        Con esta colaboración, Carandini, empresa catalana con capital norteamericano, ha cedido a la administración metropolitana 52 proyectores LEDs, que se han instalado entre la salida 21 y 22 de la ronda, a la altura del hospital del Mar y el Centro de Investigación Biomédica de Barcelona, en dirección Besós. El producto es uno de los más eficientes del mercado y consigue la iluminación necesaria con la mínima potencia.

Un enfoque modular para la tecnología termosolar

 

        Cada vez es más necesario el despliegue de fuentes renovables de energía eléctrica para reducir el consumo de combustibles fósiles y las emisiones de CO2 tanto como sea posible. La energía termosolar representa un segmento prometedor de las renovables y actualmente evoluciona rápidamente. Tanto el campo solar, que es el elemento esencial del bloque termosolar, como el turbogenerador a vapor, con sus elementos auxiliares, considerado tradicionalmente como un estándar en cualquier bloque de potencia, deben enfocarse de un modo innovador, para hacer que sea competitiva. Doosan Skoda Power ha diseñado turbogeneradores de vapor dedicados en el rango de 20 a 300 MW para aplicaciones termosolares basados en un diseño modular de la turbina ampliamente aplicado. Mientras suministra bloques de potencia para proyectos termosolares a gran escala, está aprovechando un acuerdo a largo plazo con la start-up de tecnología termosolar, Vast Solar, para obtener información adicional sobre los aspectos operativos y de planificación de proyectos termosolares a mediana escala.

        Los fabricantes de turbinas de vapor invierten mucho en el desarrollo de tecnologías para las grandes unidades ultra-supercríticas, turbinas muy eficientes y flexibles para ciclos combinados y en el diseño de turbinas compactas de alta velocidad para aplicaciones especiales.

        A través de avances en materiales, en métodos de optimización numérica, en técnicas mejoradas de fabricación e instrumentación y control avanzados, la tecnología de turbinas de vapor está madurando mucho, aumentando la eficiencia de la turbina debido sobre todos a los mejores parámetros del vapor a la entrada y a una aero-eficiencia interna superior. Las turbinas de vapor para aplicaciones termosolares necesitan combinar inteligentemente todos estos aspectos.

Energía termofotovoltaica: la conversión fotovoltaica del calor y su aplicación en sistemas de almacenamiento de energía



     Del mismo modo que una célula solar convierte la luz del sol en electricidad, una célula termofotovoltáica convierte en electricidad la radiación térmica que emiten objetos incandescentes. Es decir, realizan una conversión directa del calor en electricidad, sin necesidad de emplear partes móviles ni fluidos. Entre las muchas aplicaciones de esta tecnología, en el Instituto de Energía Solar de la UPM estamos trabajando en un nuevo concepto de almacenamiento de energía térmica que utiliza silicio fundido, a unos 1400 °C y células termofotovoltaicas para trasformar el calor almacenado en electricidad. De esta forma, es posible alcanzar densidades de energía de más de 1 MWh por metro cúbico, una de las mayores de entre todas las tecnologías de almacenamiento existentes.

        Una célula termofotovoltáica (TPV, de sus siglas en inglés) funciona de forma idéntica a una célula solar: la absorción de fotones en un material semiconductor produce electrones que se suministran al exterior creando una corriente eléctrica. La diferencia radica en que el espectro de absorción, que en una célula TPV está desplazado al infrarrojo para convertir eficientemente la radiación térmica en vez de la radiación solar. Para ello se emplean materiales semiconductores capaces de absorber fotones de baja energía, como por ejemplo el germanio o el antimoniuro de galio, en vez de semiconductores que absorben eficientemente la luz solar, como el silicio o el arseniuro de galio.

        Por lo general, una célula TPV trabaja con fuentes térmicas que superan los 1000 ºC y su eficiencia de conversión, a día de hoy, está entorno al 20%1. Además, pueden generar densidades de potencia eléctrica muy elevadas: del orden de1 W/cm2 para temperaturas de 1100 ºC y unos10 W/cm2 si la temperatura asciende a 1900 ºC. Estos valores son de entre 50 y 500 veces, respectivamente, la potencia generada por una célula solar convencional, lo cual permite alcanzar costes por unidad de potencia (en €/W) relativamente bajos, incluso si se utilizan compuestos semiconductores III-V (caros pero más eficientes) para su fabricación.

Gigantes eólicos sin palas

 

En lugar de capturar la energía eólica a través del movimiento rotatorio de una turbina, Vortex aprovecha lo que se conoce como vorticidad, un efecto aerodinámico que se produce cuando el viento choca contra una estructura sólida. La Universidad de Columbia explica en profundidad este fenómeno. La característica esencial de estos cilindros se basa en la eliminación de los elementos móviles en contacto, evitando así la necesidad de lubricación y desgaste. A diferencia de las turbinas eólicas, los mástiles de Vortex necesitan menos material para su producción (se eliminan palas, góndola, discos de freno, engranajes y otros mecanismos que utiliza un molino de viento convencional), es silencioso (oscila a una frecuencia inferior a 20 Hz, que no produce ruido) y es más seguro para las aves, al no colisionar con ninguna pala. Más ventajas: como no tiene partes móviles en contacto, muy pocas zonas pueden sufrir roturas y así los costes de mantenimiento también son bajos. Y como la ubicación del alternador (y por tanto del centro de gravedad) se encuentra en la base, se reduce la cimentación en un 50% y se simplifican las operaciones de montaje y mantenimiento.

En los últimos años el Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente ha llevado a cabo una gran labor de concienciación social para que las casas estén, en verano, a 24ºC, no menos. Y es que según el Institudo de Diversificación y Ahorro energético, el IDAE, por cada grado de temperatura que se aumenta el termostato, el ahorro energético en climatización es del 7%.

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