La energía eólica se está disparando en EE.UU.; la capacidad de energía renovable del país se ha triplicado con creces en los últimos nueve años, y la energía eólica y solar son las principales responsables. Ahora las empresas quieren aprovechar aún más la energía eólica, a un precio más barato, y una de las mejores maneras de reducir el coste es construir turbinas más grandes. Por eso, una alianza de seis instituciones dirigida por investigadores de la Universidad de Virginia está diseñando la mayor turbina eólica del mundo, de 500 metros de altura, casi un tercio de milla, y unos 57 metros más alta que el Empire State Building.

Las turbinas ya son notablemente más grandes que hace 15 o 20 años. El tamaño varía, pero las torres típicas de los parques eólicos actuales tienen unos 70 metros de altura, con palas de unos 50 metros de longitud. Su potencia depende del tamaño y la altura, pero suele oscilar entre uno y cinco megavatios. «Hay una motivación para utilizar turbinas eólicas más grandes, y la razón es más bien económica», explica John Hall, profesor adjunto de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad de Buffalo, S.U.N.Y. Una de las razones por las que las turbinas gigantes son más rentables es que el viento sopla con más fuerza y constancia a mayor altura. Así, «se capta más energía» con una estructura más alta, dice Eric Loth, jefe del proyecto de la turbina masiva, financiado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía (ARPA-E) del Departamento de Energía de Estados Unidos.

Otra razón por la que los expertos en energía eólica dicen que más grande es mejor: las aspas más largas de la turbina también captan el viento con más eficacia, y las torres más altas permiten aspas más largas. La potencia de una turbina está directamente relacionada con su «área de barrido», es decir, el área circular cubierta por la rotación de las palas, explica Christopher Niezrecki, profesor de ingeniería mecánica y director del Centro de Energía Eólica de la Universidad de Massachusetts Lowell. Y esta relación no es lineal: si la longitud de las palas se duplica, un sistema puede producir cuatro veces más energía, explica Niezrecki. Señala que las turbinas más grandes también tienen una velocidad de «corte» más baja, la velocidad del viento a la que pueden empezar a generar energía.

El equipo de Loth quiere diseñar un sistema de 50 megavatios con palas de 200 metros de longitud, mucho más grandes que las turbinas eólicas actuales. Si los investigadores lo consiguen, creen que la turbina sería 10 veces más potente que los equipos actuales. Pero los científicos no pretenden simplemente sobredimensionar los diseños convencionales; están cambiando fundamentalmente la estructura de la turbina. La máquina ultralarga tendrá dos palas en lugar de las tres habituales, lo que reducirá el peso de la estructura y los costes. Loth afirma que la reducción del número de palas haría normalmente que una turbina fuera menos eficiente, pero su equipo está utilizando un diseño aerodinámico avanzado que, según él, compensa en gran medida esas pérdidas.

El equipo también prevé que estas gigantescas estructuras se levanten al menos a 80 kilómetros de la costa, donde los vientos suelen ser más fuertes y donde la gente en tierra no puede verlas ni oírlas, según Loth. Pero las poderosas tormentas azotan estos lugares -por ejemplo, la costa este de Estados Unidos en el Océano Atlántico-, por lo que el equipo de Loth se enfrentó al dilema de crear algo masivo que también fuera relativamente ligero y siguiera siendo resistente frente a los huracanes. Para resolver el problema, los investigadores recurrieron a una de las soluciones de diseño propias de la naturaleza: las palmeras. «Las palmeras son muy altas pero muy ligeras estructuralmente, y si el viento sopla fuerte, el tronco puede doblarse», dice Loth. «Intentamos utilizar el mismo concepto: diseñar nuestros aerogeneradores para que tengan cierta flexibilidad, para que se doblen y se adapten al flujo».

En el diseño del equipo, las dos palas están situadas a sotavento de la torre de la turbina, en lugar de a barlovento como en las turbinas tradicionales. Además, las palas cambian de forma según la dirección del viento, de forma similar a una palmera. «Cuando las palas se doblan en un ángulo a favor del viento, no es necesario construirlas tan pesadas o fuertes, por lo que se puede utilizar menos material», explica Loth. Este diseño también disminuye la posibilidad de que los vientos fuertes doblen una pala giratoria hacia su torre, pudiendo derribar toda la estructura. «Las palas se adaptan a las altas velocidades y empiezan a plegarse, por lo que hay menos fuerzas dinámicas sobre ellas», dice Loth. «Nos gustaría que nuestras turbinas fueran capaces de soportar vientos superiores a los 253 kilómetros por hora» en condiciones no operativas. Por encima de una velocidad de viento de 80 a 95 kilómetros por hora, el sistema se desconectaría y las palas se doblarían en dirección contraria al viento, de modo que pudieran soportar ráfagas violentas, añade Loth.

La turbina de 500 metros sigue enfrentándose a retos: hay buenas razones para que nadie haya construido aún una de este tamaño: «¿Cómo se fabrican palas de 200 metros? ¿Cómo se unen? ¿Cómo se levanta una torre tan alta? Las grúas tienen un límite de altura. Y en el caso de la energía eólica marina, hay más complicaciones», dice Niezrecki. El diseño del equipo incluye una pala segmentada que podría ensamblarse por piezas in situ, pero Niezrecki señala que la industria eólica aún no ha descubierto cómo segmentar las palas. «Hay muchas cuestiones de investigación por resolver», dice. «Es sin duda un riesgo elevado, pero también hay potencial para una gran recompensa. No creo que esos problemas sean insuperables». Hall también se pregunta si una turbina tan grande es el tamaño óptimo. «Nos estamos dando cuenta de que más grande es mejor. La pregunta es: ¿cuánto más grande? Tenemos que encontrar ese punto óptimo», dice. «Vamos a aprender mucho de este proyecto».

Loth y su equipo aún no han probado un prototipo; actualmente están diseñando la estructura y el sistema de control de la turbina, y este verano están construyendo un modelo mucho más pequeño que el real, de unos dos metros de diámetro. El próximo verano tienen previsto construir una versión más grande con dos palas de 20 metros de largo, que producirá menos de un megavatio de potencia y se probará en Colorado. El propio Loth no está seguro al cien por cien de que la gigantesca turbina de su equipo se haga realidad, pero está seguro de que merece la pena intentarlo. «Es un concepto muy nuevo, así que no hay garantías de que funcione», dice. «Pero si lo hace, revolucionará la energía eólica marina».