Día mundial del viento 2020: si existe es gracias a las aves y los peces
Con motivo del Global Wind Day 2020, el evento anual que celebra la energía eólica, queremos hablar sobre quién nos inspiró la brillante idea.
En 2008, John Dabiri, ahora profesor en Stanford (pero luego enseñaba en Caltech), estaba dando una clase sobre la mecánica de la natación y el vuelo de los animales cuando se sintió inspirado. La lección del día fue sobre el comportamiento colectivo: grupos de peces y pájaros moviéndose al unísono. Dabiri se preguntó si tales comportamientos podrían aplicarse en otros campos. Esta fue más o menos la génesis de un nuevo desarrollo mucho más avanzado del uso deenergía eólica.
La energía eólica tiene uno de los impactos ambientales más bajos de cualquier otra fuente de transformación eléctrica. A diferencia de las fuentes convencionales, la energía eólica reduce significativamente las emisiones de carbono, ahorra miles de millones de litros de agua al año y reduce la contaminación que genera smog y desencadena ataques de asma. Los parques eólicos también dejan intacta la gran mayoría de la tierra en la que están construidos, lo que permite a los animales no solo vivir en paz, sino también no perder sus hábitats originales. Todo puede permanecer perfectamente como está, sin alterar ni un ápice los ecosistemas. No solo es una fuente de beneficios muy valiosa para el hombre, sino también una fuente limpia y perfectamente segura que no perturba a la naturaleza ni a todos los seres vivos.
Además, con motivo de la Día mundial del viento 2020, queremos contaros cómo algunos animales inspiraron la evolución de esta fuente de energía limpia y renovable, dándonos la idea a los seres humanos un poco «cabezudos». Si no fuera por las aves y los peces, y por la forma en que son los primeros en saber cómo usar las corrientes para moverse, esto nunca hubiera sucedido.
Si no fuera por las aves y los peces, no habría Día Mundial del Viento 2020
Estaba buscando una forma de introducirme en las energías renovables y pensé que podría utilizar este conocimiento para mejorar los parques eólicos., recuerda John Dabiri, agregando: Los grupos de animales tienen este efecto de «todo es más que partes» en el que los animales que van delante crean corrientes de aire o agua que facilitan el vuelo o la natación de los que están detrás. Estas corrientes realmente arrastran a todo el rebaño o la escuela.
Los ejemplos son de naturaleza bastante familiar. Un banco en forma de diamante de especímenes de peces cruzando el mar. Una bandada de gansos Cabezas en forma de V al sur para el invierno. El fenómeno es incluso familiar para los fanáticos de las bicicletas y las carreras de motor. El líder corta el viento y los que están detrás de la llamada «estela» lo hacen más fácilmente.
En los años transcurridos desde su epifanía, Dabiri ha alimentado su lluvia de ideas y hoy considera que su trabajo es objeto de mucha atención. Recientemente, recibió una subvención de dos millones de dólares del Fundación Gordon y Betty Moore para la instalación de un prototipo de parque eólico en la aldea de Igiugig, junto al lago, en la zona rural de Alaska.
Gastos desorbitados
Igiugig (pronunciado Ig-ee-Aw-gig) es un banco de pruebas perfecto para un proyecto de energía renovable como este. Actualmente, la comunidad alimenta su red eléctrica con generadores diesel cuyo combustible debe transportarse a un costo desorbitado. El costo de la electricidad en Igiugig es entre cinco y seis veces mayor que el de los Estados Unidos continentales.
Su parque eólico no tendrá que soportar toda la carga de energía, dice Dabiri, pero se complementará con un sistema de generación hidrocinética e integrado por unidad de almacenamiento de batería. El objetivo a largo plazo es que Igiugig (y, en última instancia, otras aldeas remotas de todo el mundo) se alimenten exclusivamente con electricidad las 24 horas del día, los siete días de la semana, desde Fuentes de energía renovable.
El parque eólico que Dabiri ha planeado para Igiugig no será la variedad más imaginable cuando piensen en la energía eólica con turbinas de trescientos pies de altura en forma de hélice. Por el contrario, optó por utilizar turbinas de eje vertical mucho más cortas que treinta pies, cuyas palas se asemejan a las de una cosechadora de granos volteada.
Visualmente, las turbinas de eje vertical son mucho menos impresionantes, mucho menos disruptivas para el tipo de naturaleza virgen que los Igiugigiani llaman hogar. Si bien la apariencia es importante, las turbinas de eje vertical también tienen otras ventajas, dice Dabiri.
No es necesario apuntarlos en la dirección del viento que viene. Además, son mucho más fáciles de usar y menos costosos de reparar porque el generador y los componentes están mucho más cerca del suelo., el reclama.
A pesar de estas ventajas obvias, las turbinas de eje vertical han caído en desgracia debido a su eficiencia relativamente baja y a los complejos patrones de turbulencia que crean.
Bio-inspiración
Independientemente de si los parques eólicos optan por turbinas horizontales o verticales, todos se enfrentan a un desafío fundamental: las turbinas eólicas absorben la energía del viento, reduciendo la eficiencia de las turbinas aguas abajo hasta en un cuarenta por ciento. Para maximizar la eficiencia, la mayoría de los parques eólicos modernos necesitan colocar sus turbinas bastante separadas y llegar a dominar grandes extensiones de tierra en el proceso.
Este enigma del diseño es lo que Dabiri espera resolver al abordar las aves y los peces. Aunque su proyecto de Alaska todavía está en desarrollo, el equipo de Dabiri probó un puñado de turbinas para ver si sobrevivirían al duro invierno en Alaska. Instalarán media docena de turbinas el próximo verano. Eventualmente, Dabiri espera instalar treinta o más turbinas, todas estratégicamente ubicadas de acuerdo con su propio modelos bioinspirados para obtener todos los beneficios que ofrece el viento.
La ciencia de la turbulencia se conoce como mecánica de fluidos, y también la física detrás de la natación. el vuelo de los animales se ha estudiado durante décadas utilizando conceptos de la mecánica de fluidos. Cada movimiento de la cola del pez, cada aleteo de las alas de un ganso crea perturbaciones en el agua o en el aire (el fluido) a través del cual se mueve el sujeto. Esto hace que el agua o el aire arrastrado se escapen en pequeños remolinos, conocidos como remolinos.
Los peces y los pájaros al final, se benefician sobre todo del hecho de que no tienen que atravesar fluidos sin ser molestados. No solo experimentan menos fricción, sino que cuando se colocan correctamente, en realidad les resulta más fácil nadar o volar cuando se arremolina. Los remolinos en el agua crean una corriente adicional que mueve a los peces (o gansos en el aire) hacia adelante.
En su nivel básico, los modelos de mecánica de fluidos muestran cómo, con una sola turbina, el aire directamente detrás de ella puede ser más lento porque la turbina extrae energía del aire. En algunas áreas del flujo, sin embargo, la velocidad del viento aumenta y es aquí donde desea colocar otras turbinas. Se alimentan uno al otro, explica Dabiri.
En busca del ideal
Dado que el campo aún está en sus inicios, el diseño ideal de un parque eólico sigue siendo un tema de estudio en curso, según Dabiri. El objetivo final es reducir el costo de la energía eólica, que se puede lograr en parte obteniendo más energía de un área determinada de tierra.
Sus diseños iniciales se basaron en los patrones en forma de diamante comunes en los bancos de peces, pero él y otros en el campo se han diversificado desde entonces. Un diseño combina turbinas que giran en direcciones opuestas. Otro sistema son las turbinas en tripletes triangulares, que giran en la misma dirección. Otro coloca las turbinas en un patrón fractal que genera muy buenos resultados, según Dabiri.
Aún queda mucho trabajo por hacer. Estamos empezando a rascar la superficie aquí, el reclama.
Lo ayudan en el camino los miembros de la facultad de ingeniería de Stanford Ram Rajagopal, Arun Majumdar mi Catherine Gorle, que están trabajando en soluciones energéticas, incluidos los conceptos de redes inteligentes, especialmente en entornos urbanos donde las grandes turbinas no funcionan.
Otro asociado cercano es Sanjiva Lele, experto en modelado computacional de turbulencias. Lele es más conocido por modelar la turbulencia turbulenta de los motores a reacción, pero desde entonces ha aportado su experiencia para mejorar el diseño de parques eólicos. El espíritu colaborativo y multidisciplinario es una de las cosas que atrajo a Dabiri a Stanford.
Stanford tiene una sólida experiencia en ciencia computacional y otras disciplinas complementarias a nuestra investigación teórica y experimental., ha declarado. Es realmente importante tener estas asociaciones.
Por ejemplo, Sanjiva y yo buscamos optimizar parques eólicos que integren turbinas tradicionales altas con nuevos diseños más cortos, utilizando una combinación de herramientas computacionales desarrolladas en su laboratorio y nuevas técnicas que hemos creado para realizar mediciones de flujo en nuestros campos. La necesidad de optimizar los parques eólicos se hará más pronunciada en el futuro a medida que los parques crezcan en tamaño. Tener esa experiencia tan cerca es una gran ventaja.
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Simona Strani
