Hace veinte años, la energía eólica era principalmente una industria de nicho que contribuía con menos del 1% a la demanda total de electricidad en los Estados Unidos. Desde entonces, la energía eólica se ha convertido en un serio competidor en la carrera por desarrollar fuentes de energía limpias y renovables que puedan sustentarla red y satisfacer la creciente demanda mundial de energía. El año pasado, la energía eólica suministró el 7% de la demanda eléctrica nacional, y en todo el país, tanto en el mar como en el mar, las empresas de energía han estado instalando turbinas gigantes que alcanzan más y más ancho quenunca antes.
"La energía eólica será un componente realmente importante de la producción de energía", dijo el ingeniero Jonathan Naughton de la Universidad de Wyoming, en Laramie. Reconoció que los escépticos dudan de la viabilidad de las fuentes de energía renovable como la eólica y la solar porque sondependiente del clima y de naturaleza variable, y por lo tanto es difícil de controlar y predecir. "Eso es cierto", dijo, "pero hay formas de superarlo".
Naughton y Charles Meneveau de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, organizaron un mini-simposio en la 73a Reunión Anual de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Estadounidense de Física, donde los investigadores describieron la promesa y los desafíos de la dinámica de fluidos de la energía eólica.
Para que la energía eólica sea útil y aceptada, los investigadores deben diseñar sistemas que sean eficientes y económicos, dijo Naughton. Eso significa obtener una mejor comprensión de los fenómenos físicos que gobiernan las turbinas eólicas, en todas las escalas.Hace tres años, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable NREL del Departamento de Energía de EE. UU. Reunió a 70 expertos de todo el mundo para discutir el estado de la ciencia. En 2019, el grupo publicó grandes desafíos científicos que deben abordarse para que la energía eólicacontribuyen hasta la mitad de la demanda de energía.
Uno de esos desafíos fue comprender mejor la física de la parte de la atmósfera donde operan las turbinas. "El viento es realmente un problema de mecánica de fluidos atmosféricos", dijo Naughton. "Pero cómo se comporta el viento en los niveles donde operan las turbinassigue siendo un área en la que necesitamos más información ".
Las turbinas de hoy tienen palas que pueden estirarse de 50 a 70 metros, dijo Paul Veers, ingeniero jefe del Centro Nacional de Tecnología Eólica de NREL, quien brindó una descripción general de los desafíos durante el simposio. Estas torres se elevan 100 metros o más sobre sus alrededores ".En alta mar, se están haciendo aún más grandes ", dijo Veers.
La ventaja de construir turbinas más grandes es que una planta de energía eólica necesitaría menos máquinas para construir y mantener y para acceder a los poderosos vientos por encima del suelo. Pero las plantas de energía gigantes funcionan a una escala que no ha sido bien estudiada,dijo Veers.
"Tenemos una capacidad realmente buena para comprender y trabajar con la atmósfera a escalas realmente grandes", dijo Veers. "Y científicos como Jonathan y Charles han realizado trabajos increíbles con la dinámica de fluidos para comprender las escalas pequeñas. Pero entre estos dos, hayun área que no se ha estudiado tanto ".
Otro desafío será estudiar la dinámica estructural y del sistema de estas máquinas giratorias gigantes. Los vientos interactúan con las palas, que se doblan y se retuercen. Las palas giratorias dan lugar a altos números de Reynolds ", y esas son áreas en las que noTengo mucha información ", dijo Naughton.
Los enfoques computacionales poderosos pueden ayudar a revelar la física, dijo Veers. "Realmente estamos impulsando los métodos computacionales lo más lejos posible", dijo. "Nos está llevando a las computadoras más rápidas y más grandes que existen en este momento".
Un tercer desafío, señaló Naughton, es estudiar el comportamiento de grupos de turbinas. Cada turbina produce una estela en la atmósfera y, a medida que esa estela se propaga aguas abajo, interactúa con las estelas de otras turbinas. Las estelas pueden combinarse; también puedeninterferir con otras turbinas. O cualquier otra cosa en el área. "Si hay tierras agrícolas a favor del viento, no sabemos cómo lo afectará el cambio en el flujo atmosférico", dijo Naughton.
Llamó a la energía eólica el "problema de máxima escala". Debido a que conecta problemas de pequeña escala como las interacciones de las turbinas con el aire con problemas de escala gigante como el modelado atmosférico, la energía eólica requerirá experiencia y aportes de una variedad de campos paraabordar los desafíos. "El viento es una de las formas más baratas de energía", dijo Naughton. "Pero a medida que la tecnología madura, las preguntas se vuelven más difíciles".
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Materiales proporcionado por Sociedad Estadounidense de Física . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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