Energía eólica. Fundamentos, tecnologías y aplicaciones

La energía eólica se ha convertido en un pilar fundamental para la transición hacia un futuro energético sostenible y libre de emisiones. Si deseas sumergirte en el tema con un enfoque preciso y riguroso, has llegado al libro indicado. En él se abordan los fundamentos esenciales de la energía eólica desde los conceptos básicos hasta las tecnologías de vanguardia.

Prólogo .................................................................................................................... XVCAPÍTULO 1Introducción a la energía eólica ....................................................................... 11.1. ¿Qué es la energía? .......................................................................................... 11.1.1. ¿Qué energías son renovables? ........................................................ 21.1.2. ¿Qué energías no son renovables? ................................................... 21.2. ¿Por qué es importante y trascendental contar con energías limpias? ........ 41.3. ¿Qué es el efecto invernadero? ....................................................................... 51.4. ¿Qué es el cambio climático? .......................................................................... 51.5. ¿Qué está haciendo la comunidad internacional para mitigarlas emisiones de los gases de efecto invernadero? ...................................... 51.6. ¿Qué hacen los países latinos para mitigar el efecto invernadero? ............. 61.6.1. ¿Qué hace México para mitigar el cambio climático? ...................... 61.7. Acuerdos internacionales para proteger el medio ambiente ......................... 71.8. Energía eólica .................................................................................................... 81.8.1. Importancia de la energía eólica para mitigarel cambio climático ............................................................................. 8CAPÍTULO 2Antecedentes de la energía eólica ................................................................. 112.1. Introducción .................................................................................................... 112.2. ¿Qué es la energía eólica y cómo funciona? ................................................. 112.3. Historia de la energía eólica ........................................................................... 152.4. Ventajas y desventajas de la energía eólica ................................................. 192.4.1. Ventajas de la energía eólica ........................................................... 192.4.2. Desventajas de la energía eólica ..................................................... 202.5. Países líderes en generación de energía eólica ........................................... 212.6. Potencial del viento en Europa. ..................................................................... 232.7. Potencial del viento en Latinoamérica .......................................................... 252.8. México apuesta por la energía eólica para su futuro energético ................ 272.9. Autoevaluación del capítulo 2 ........................................................................ 28CAPÍTULO 3El viento como recurso energético ................................................................. 313.1. Introducción .................................................................................................... 313.2. Características de la atmósfera ..................................................................... 313.3. Origen del viento ............................................................................................. 333.4. Potencial energético del viento y ley de Weibull ........................................... 343.5. Cálculos de energía eólica y factores que influyenen la producción de energía .......................................................................... 443.6. Influencia de los obstáculos, el relieve del terreno y las estelasde los aerogeneradores en la producción de energía eólica ....................... 493.6.1. Variación del viento con la altura .................................................... 533.7. Dirección y velocidad del viento y tipos de vientos en la superficie ............ 573.7.1. Vientos locales .................................................................................. 583.7.2. Vientos anabáticos ........................................................................... 593.7.3. Vientos catabáticos .......................................................................... 593.8. Escala Beaufort ............................................................................................... 603.9. Efecto Coriolis ................................................................................................. 643.10. Distribución de Rayleigh .............................................................................. 693.11. Medición del viento ...................................................................................... 713.12. Principios básicos de aerodinámica y mecánicade los aerogeneradores ................................................................................... 733.12.1. Principios básicos de aerodinámica .............................................. 743.12.1.1. Perfil aerodinámico .......................................................... 743.12.1.2. Ángulo de ataque ............................................................. 743.12.1.3. Arrastre ............................................................................. 743.12.2. Mecánica de los aerogeneradores ................................................ 743.12.2.1. Rotor .................................................................................. 743.12.2.2. Caja multiplicadora .......................................................... 743.12.2.3. Generador eléctrico .......................................................... 753.13. Autoevaluación del capítulo 3 ..................................................................... 75CAPÍTULO 4Tecnologías de aerogeneradores ................................................................... 794.1. Introducción .................................................................................................... 794.2. Diseño de aerogeneradores ........................................................................... 794.2.1. Aerogeneradores más comunes ...................................................... 844.3. Tipos de aerogeneradores.............................................................................. 874.3.1. Aerogeneradores de eje horizontal .................................................. 884.3.2. Aerogenerador de eje horizontal tipo offshore ............................... 924.3.3. Aerogeneradores de eje vertical ...................................................... 924.3.4. Aerogeneradores especiales......................................................... 954.4. Componentes y partes clave de un aerogenerador ...................................... 964.4.1. Torre de contención .......................................................................... 964.4.2. Álabes ................................................................................................ 964.4.3. Rotor .................................................................................................. 964.4.4. Góndola ............................................................................................. 974.4.5. Generador ......................................................................................... 974.4.6. Caja de engranajes ........................................................................... 984.4.7. Sistema de frenado .......................................................................... 984.4.8. El sistema de control ........................................................................ 984.4.9. Convertidor de potencia ................................................................... 984.4.10. El sistema de refrigeración ............................................................ 984.4.11. Sistema de lubricación ................................................................... 994.4.12. El sistema de iluminación y señalización...................................... 994.4.13. Sistema de orientación .................................................................. 994.4.14. Cimientos terrestres .................................................................... 1004.4.15. Cimientos offshore ...................................................................... 1034.5. Innovaciones tecnológicas en aerogeneradores ....................................... 1044.6. Proceso de conversión de la energía eólica cinéticadel viento en energía eólica ............................................................................ 1064.6.1. Tipos de generadores .................................................................... 1084.6.2. Subsistemas de regulación y control ............................................ 1114.7. Curva de potencia de los tipos de aerogenerador. .................................... 1174.8. Autoevaluación del capítulo 4 ..................................................................... 119CAPÍTULO 5Instalación y puesta en marcha de parques eólicos .................................. 1235.1. Introducción ................................................................................................. 1235.2. Selección ideal de ubicación de parques eólicos ...................................... 1235.3. Construcción de parques eólicos ................................................................ 1265.3.1. Selección de la ubicación .............................................................. 1265.3.2. Equipamiento y construcción ........................................................ 1265.3.3. Obtención de permisos y autorizaciones ..................................... 1275.3.4. Pruebas y puesta en marcha ........................................................ 1275.3.5. Operación y mantenimiento .......................................................... 1275.4. Operación de parques eólicos y tipos de mantenimiento ......................... 1285.4.1. Mantenimiento preventivo ............................................................ 1285.4.2. Mantenimiento correctivo ............................................................. 1295.4.3. Mantenimiento predictivo ............................................................. 1295.5. Autoevaluación del capítulo 5 ..................................................................... 130CAPÍTULO 6Integración de parques eólicos a la red eléctrica ...................................... 1336.1. Introducción ................................................................................................. 1336.1.1. Estudios preliminares .................................................................... 1356.2. Diseño de la infraestructura eléctrica ........................................................ 1366.3. Interconexión de aerogeneradores ............................................................. 1386.3.1. Subestación del parque eólico...................................................... 1406.3.2. Líneas de transmisión ................................................................... 1426.3.3. Subestación de conexión .............................................................. 1446.3.4. Sincronización con la red eléctrica ............................................... 1456.3.5. Pruebas y certificación .................................................................. 1486.4. Sistema de almacenamiento de energía ................................................... 1506.4.1. Baterías .......................................................................................... 1526.4.2. Pilas de combustible ..................................................................... 1526.4.3. Almacenamiento hidráulico .......................................................... 1526.4.4. Almacenamiento térmico .............................................................. 1526.4.5. Almacenamiento de aire comprimido .......................................... 1536.4.6. Almacenamiento de hidrógeno ..................................................... 1536.5. Desafíos de la integración de la energía eólica en la red eléctrica .......... 1556.6. Soluciones para la integración de la energía eólicaen la red eléctrica ........................................................................................ 1576.7. Autoevaluación del capítulo 6 ..................................................................... 159CAPÍTULO 7Perspectivas de la energía eólica ............................................................... 1637.1. Introducción ................................................................................................. 1637.2. Innovaciones futuras en tecnologías de aerogeneradores ....................... 1637.2.1. Materiales compuestos reciclables .............................................. 1647.2.2. Álabes más largos y flexibles ........................................................ 1647.2.3. Aerogeneradores con placas solares integradas ......................... 1657.3. Mejoras en la eficiencia de la energía eólica ............................................. 1667.3.1. Diseño aerodinámico de los álabes ............................................. 1667.3.2. Reducción de las pérdidas y la resistencia mecánica ................. 1667.3.3. Mejoras en la transmisión y distribución de la energía eólica .... 1677.3.4. Eficiencia en la captación y aprovechamiento del viento ........... 1687.4. Oportunidades de crecimiento y desarrollo en la industriade la energía eólica ..................................................................................... 1697.5. Nuevos materiales y tecnologías en la energía eólica .............................. 1717.6. Smart Grid .................................................................................................... 1737.6.1. Definición y características de los Smart Grids ........................... 1747.6.2. Descripción de la energía eólica y su importanciaen el contexto de los Smart Grids ................................................. 1757.6.3. Integración de la energía eólica en la red eléctrica ..................... 1777.6.4. Tecnologías de control utilizadas en los Smart Gridspara la energía eólica .................................................................... 1827.6.5. Tecnologías de comunicación utilizadas en los Smart Gridspara la energía eólica .................................................................... 1847.7. Autoevaluación del capítulo 7 ..................................................................... 186CAPÍTULO 8Casos de éxito de proyectos eólicos .......................................................... 1918.1. Introducción ................................................................................................. 1918.2. Casos de éxito en energía eólica en todo el mundo .................................. 1918.2.1. Casos de éxito en Europa .............................................................. 1928.2.2. Casos de éxito en América ............................................................ 1948.2.3. Casos de éxito en Asia ................................................................... 1988.2.4. Casos de éxito en África ................................................................ 2018.2.5. Casos de éxito en Oceanía ............................................................ 2048.3. Proyectos de energía eólica en condiciones climáticas extremas............ 2078.3.1. Energía eólica en las zonas polares ............................................. 2088.4. Autoevaluación del capítulo 8 ..................................................................... 210CAPÍTULO 9Economía y financiamiento de proyectos de energía eólica ...................... 2139.1. Introducción ................................................................................................. 2139.2. Análisis de costo-beneficio de proyectos de energía eólica ...................... 2139.3. Vida útil de los aerogeneradores ................................................................ 2159.4. Autoevaluación del capítulo 9 ..................................................................... 218CAPÍTULO 10Marco legal y regulaciones en la energía eólica ........................................ 22110.1. Introducción ............................................................................................... 22110.1.1. Marco legal y normativo de la energía eólica en México .......... 22210.1.2. Ley de la Industria Eléctrica ........................................................ 22210.1.3. Reglamento de la Ley de la Industria Eléctrica ......................... 22210.1.4. Ley de la Comisión Nacional para el Uso Eficientede la Energía ................................................................................ 22310.1.5. La Ley de Transición Energética ................................................. 22310.1.6. Ley de Hidrocarburos .................................................................. 22310.1.7. Ley para el aprovechamiento de energías renovablesy el financiamiento de la transición energética. ....................... 22310.2. Licencias, permisos y autorizaciones para proyectosde energía eólica ....................................................................................... 22310.3. Código de Red en proyectos energéticos en la industria eólica. ............ 22510.3.1. Introducción al Código de Red: ¿Qué es ypor qué es importante? .............................................................. 22510.3.2. Requisitos técnicos del Código de Redpara proyectos eólicos ................................................................ 22710.3.3. Código de Red: Calidad ............................................................... 22810.3.4. Código de Red: Seguridad........................................................... 22910.3.5. Estabilidad del suministro eléctrico ........................................... 23010.3.6. Normas y procedimientos del Código de Redpara la conexión de proyectos eólicos en México .................... 23310.3.7. Normas aplicables en México en la industria eléctrica ............ 23510.3.8. Requerimientos técnicos del Código de Red ............................. 23810.3.9. Cumplimiento y certificación del Código de Reden los proyectos eólicos ............................................................. 24010.3.10. Normas y certificaciones internacionales de calidadaplicables a la operación y puesta en marcha de unparque eólico en México .......................................................... 24110.4. Autoevaluación del capítulo 10 ................................................................ 245CAPÍTULO 11Eficiencia energética y gestión de la energía eólica .................................. 25111.1. Introducción ............................................................................................... 25111.2. Técnicas para mejorar la eficiencia energéticade la generación eólica en México ........................................................... 25211.3. Gestión de la energía producida por los parques eólicos ....................... 25411.4. Optimización de la distribución de la energía eólicaen la red eléctrica ...................................................................................... 25511.5. Autoevaluación del capítulo 11 ................................................................ 258CAPÍTULO 12Impacto ambiental de la energía eólica .................................................... 26112.1. Introducción ............................................................................................... 26112.2. Evaluación de los efectos ambientales de los parques eólicos ............. 26112.3. Conservación de la vida silvestre y hábitats en las áreasde la energía eólica ................................................................................... 26412.4. Mitigación de los impactos sonoros y visuales ........................................ 26612.4.1. Impactos visuales ........................................................................ 26612.4.2. Impactos sonoros ........................................................................ 26712.5. Autoevaluación del capítulo 12 ................................................................ 271CAPÍTULO 13Operación y mantenimiento de un parque eólico ..................................... 27313.1. Introducción ............................................................................................... 27313.2. Tipos de mantenimiento ........................................................................... 27313.2.1. Mantenimiento preventivo .......................................................... 27413.2.2. Mantenimiento correctivo ........................................................... 27913.3. Planificación y programación del mantenimiento ................................... 28213.4. Gestión de los repuestos y materiales ..................................................... 28613.5. Seguridad y salud laboral en el mantenimiento ...................................... 28813.5.1. Caída en altura ............................................................................ 28813.5.2. Arco eléctrico ............................................................................... 28913.5.3. Incendio ....................................................................................... 29113.5.4. Protecciones para el ruido en el mantenimiento ...................... 29213.5.5. Capacitación y entrenamiento .................................................... 29313.5.6. Procedimientos de trabajo seguros ........................................... 29413.5.7. Gestión de sustancias peligrosas ............................................... 29413.5.8. Cultura de seguridad ................................................................... 29513.6. Evaluación de la eficiencia y la calidad del mantenimiento ................... 29513.7. Autoevaluación del capítulo 13 ................................................................ 297Glosario ........................................................................................................ 301Solucionario de los ejercicios ...................................................................... 325Solucionario de la autoevaluación .............................................................. 331Referencias .................................................................................................. 335