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Nuevas tecnologías para la transición energética: Ventotermia, calor verde del viento.

Aplicaciones ventotérmicas convierten energía eólica directamente en calor, y saltan así el paso de generar electricidad

Una de las mayores desventajas de muchas energías renovables como la solar o la eólica es la fluctuación. Únicamente generan energía cuando haya sol o viento, y esto no siempre es el caso. Por ello, es necesario almacenar la energía para poder aprovecharla en la noche o cuando no hay viento. La mayoría de las tecnologías de almacenamiento son muy costosas. (Por ejemplo, hoy en día un banco de baterías casi duplica la inversión inicial de un sistema de paneles solares.)

Almacenamientos de calor son mucho más económicas y la gran mayoría de la energía en el mundo (alrededor del 50%) se utiliza para generar calor tanto para procesos industriales como para el uso doméstico.

Por ello, es mucho más sensato generar calor directamente de las fuentes de energía, osea convertir sol directamente en calor a través de aplicaciones solares térmicas. En el caso del viento, todavía no existe ninguna aplicación disponible en el mercado. Sin embargo, existen varios proyectos de investigación en este campo innovador: la ventotermia, o conversión directa de viento en calor.

De aquí en adelante, queremos presentar diferentes tecnologías ventotérmicas y discutir posibles escenarios de aplicación.

Energía ventotérmica vs. energía eólica convencional

Conversion directa vs conversion indirecta de viento a calor

La energía ventotérmica es muy similar a la energía eólica convencional. Ambas tecnologías convierten el movimiento del viento en energía mecánica de rotación a través de rotores y una turbina.

La diferencia es que la energía eólica convencional convierte esta rotación en electricidad a través de un generador eléctrico, el así llamado aerogenerador. Esta electricidad se puede utilizar para un sinfín de aplicaciones, entre ellas la generación de calor a través de bombas de calor eléctricas o calentadores eléctricos. La conversión de energía eléctrica de turbinas eólicas también es designada como “wind-to-heat” indirecto.

En cambio, la energía ventotérmica convierte la rotación directamente en calor. Existen tres tecnologías diferentes a base de compresión, fricción e inducción térmica.

Tecnologías ventotérmicas

Energía ventotérmica a base de compresión

En el caso de ventotermia a base de compresión, la turbina mueve un pistón para arriba y abajo, comprimiendo un fluido compresible (que puede ser un líquido o un gas). El fluido aumenta así su densidad y también su temperatura, y se puede utilizar para suministrar agua caliente y calefacción.

Este es el único concepto ventotérmico del cuál existen estudios científicos sobre un prototipo real. Investigadores de Estados Unidos construyeron un prototipo en la Universidad de Massachusetts en los años setenta del siglo 20. En el 2008, después de 30 años de inercia, un grupo de Taiwan construyó otro prototipo para comparar la eficiencia de la energía ventotérmica contra la energía eólica convencional. Los resultados que obtuvieron son prometedores: La conversión directa del viento en calor es más eficiente que la conversión indirecta.

Calor directa de viento a base de compresion

Energía ventotérmica a base de fricción

En el caso de ventotermia a base de fricción, la turbina mueve una rodete (o hélice) que agita un fluido. La conversión de calor es más eficiente al usar deflectores. Funciona muy parecido al aparato ideado por James Prescott Joule en el siglo XIX, con el cual demonstró que el movimiento y el calor son mutuamente intercambiables: Se genera calor de fricción al agitar el agua. Este calor se puede utilizar para suministrar agua caliente y calefacción.

Científicos de todo el mundo han estudiado conceptos ventotérmicos de fricción. Algunos propusieron utilizar retardadores hidrodinámicos, los cuáles permiten controlar la velocidad del rotor eólico con mayor precisión. Otros propusieron un concepto exótico con dos cilindros giratorios para aprovechar del flujo de Taylor-Couette, un flujo constante y puramente azimutal.

Existen algunos prototipos construidos por bricomaníacas daneses. Sin embargo, estos no se han estudiado científacemente; por lo que se puede decir, que este concepto es subdesarrolado y se encuentra apenas en sus comienzos: Existen apenas estudios a nivel laboratorio dónde un motor reempleza la turbina eólica.

Calor directa de viento a base de friccion

Energía ventotérmica a base de inducción

En el caso de ventotermia a base de inducción, la turbina mueve un conductor para que atraviese un campo magnetico. De esta manera se produce un campo de Foucault, una corriente parásita que también se conoce como “corriente torbellino o turbillonaria”. A través de este proceso se puede generar electricidad. Sin embargo, las pérdidas térmicas son considerables, y por ello muchos investigadores están desarrollando aplicaciones que generan tanto electricidad como calor, o en algunos casos tratan de maximizar la “perdidas” térmicas para poder generar únicamente calor.

Está aplicación, igual que la ventotermia a base de fricción, existe solamente a nivel laboratorio dónde un motor reemplaza la turbina eólica. Sin embargo, algunos estudios teóricos son prometedores porque indican que al reemplazar un generador eléctrico la velocidad nominal del viento se puede aumentar. Si la velocidad del viento sobrepasa la velocidad nominal, se tiene que frenar el aerogenerador para evitar daños estructurales. Esto significa, que una turbina ventotérmica puede cosechar más energía del viento que una turbina eólica convencional del mismo tamaño.

calor de viento a base de induccion

Escenarios de aplicación de energía ventotérmica

Posibles escenarios para usar calor del viento

Energía ventotérmica a gran escala

Teóricamente, la energía ventotérmica puede generar calor hasta una temperatura de 600 °C. Hay que aclarar que de momento no existe ningún prototipo ventotérmico que lo haya comprobado. Sin embargo, nos gustaría soñar un poco y hablar de futuras posibilidades, porque hoy en día ya existen tecnologías que trabajan con temperaturas muy parecidas (como las centrales termosolares).

Considerando temperaturas hasta 600°C, las posibles aplicaciones son varias: Se puede aplicar en diferentes industrias como la papelera, textil, alimenticia, cervezera, desalinación, y muchas más que requieren calor de proceso.

Al combinar turbinas ventotérmicas con un almacenamiento de calor, se convierte en un así llamado “wind-powered thermal energy system“. Este sistema es ventajoso, ya que la energía generada por la turbina ventotérmica se almacena para poder utilizarla en horas de poco viento. Además, existe la posibilidad de generar electricidad (por ejemplo con un “ciclo orgánico de Rankine”). Otra opción viable es utilizar sistemas de calefacción urbana existentes, y así suministrar las casas de nuestras ciudades con calor verde.

Energía ventotérmica a pequeña escala

Turbinas ventotérmicas pequeñas pueden generar temperaturas hasta 100 °C. Esta temperatura es más que suficiente para calentar agua, o usarla para fines de calefacción de espacios tanto en casas como en negocios.

Además, se pueden calentar invernaderos y establos. Ambos requieren mucho calor para que las plantas y animales se encuentren en condiciones óptimas y cómodas.

Cabe mencionar que la energía ventotérmica comparte uno de los mayores retos de la energía eólica: El efecto NIMBY (“not in my backyard”). Quiere decir que todos estamos a favor de tecnologías renovables y queremos mitigar el cambio climático hasta el momento en que nos afecte en nuestra vida personal. “Turbinas eólicas sí, ¡pero no en mi patio!” Concluyamos con las palabras: Espacio es la nueva moneda de las energías renovables; económicamente están viables, pero cada vez es más difícil encontrar terrenos viables, donde podemos construir los aerogenerades y paneles innumerables; los que necesitamos para cumplir con nuestras metas de sutentabilidad.

Referencias

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