Un equipo de la Universdad Politecnica de Cataluña (UPC), con la colaboración del MIT, ha demostrado que existe una relación directa entre el movimiento de las turbinas de los aerogeneradores de los parques eólicos y la producción de descargas eléctricas que, en determinadas condiciones atmosféricas, ocasionan rayos. El descubrimiento puede facilitar la prevención de averías en los parques eólicos, que producen millones de euros en pérdidas a las empresas energéticas a causa de este fenómeno.
El grupo de investigación Rayos, Electricidad Atmosférica y Alta Tensión de la UPC - BarcelonaTech, dirigido por el profesor Joan Montanyà, ha demostrado que existe una relación directa entre el movimiento de las turbinas de los aerogeneradores de los parques eólicos y la producción de descargas eléctricas que en determinadas condiciones atmosféricas pueden dar lugar a rayos.
El trabajo, publicado en las revistas Journal of Geophysical Research y Nature, ha sido elaborado por Joan Montanyà y Óscar van der Velde, de la UPC, y Earle R. Williams, del Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Según explican los autores, "cualquier estructura elevada bajo condiciones atmosféricas propicias puede ocasionar rayos ascendentes. Incluso los aviones son capaces de producirlos. De hecho, la altura y el movimiento son dos factores que facilitan este fenómeno. La punta de la pala de un aerogenerador se mueve a una velocidad de varias decenas de metros por segundo. Sin embargo, nadie había demostrado la relación que existe entre el movimiento de las turbinas de los aerogeneradores en los parques eólicos y la producción de descargas eléctricas".
El equipo de la UPC utilizó su red de detección de rayos Lightning Mapping Array en las tierras del Ebro y pudo detectar emisiones de descargas eléctricas provenientes de aerogeneradores que se repetían periódicamente y con duraciones que iban de los pocos minutos, incluso a más de una hora durante ciertas condiciones de tormenta.
Los investigadores grabaron en vídeo de alta velocidad los rayos iniciados por turbinas eólicas, en el parque eólico del Rubió. Este equipo científico, que es referente en Europa en el estudio de los rayos, registró varios rayos ascendentes iniciados por aerogeneradores en rotación cuando giraban bajo nubes. Estas grabaciones se han hecho a un kilómetro de distancia de los aerogeneradores, con la cámara a una velocidad de 6.668 imágenes por segundo y un tiempo de resolución de 15 microsegundos.
Ahorro de costes
La UPC indica que los resultados de la investigación serán muy útiles, ya que abre la puerta a la descripción del fenómeno y, por tanto, a establecer posteriormente sistemas de prevención. Aunque están presentes de manera cotidiana, los rayos son todavía uno de los fenómenos atmosféricos más desconocidos, añade.
El estudio sobre el nacimiento de rayos desde las palas de aerogeneradores y su relación con la periodicidad de giro ayudará a caracterizarlos, a averiguar las tipologías y la naturaleza y, sobre todo, a prevenirlos. Por otro lado, contribuirá a ahorrar costos a las empresas constructoras y generadoras de energía eólica, que pierden cada año millones de euros en averías provocadas por el estrés eléctrico al que son sometidas las turbinas aerogeneradores por la incidencia de los rayos.
Actualmente las palas de los aerogeneradores tienen longitudes de más de 60 metros y la góndola se puede situar a más de 100 metros del suelo. Además, estas palas están fabricadas con materiales compuestos que son muy sensibles a los efectos de las descargas eléctricas y los rayos.
Dependiendo de la región donde esté ubicado el parque eólico, los daños pueden ser muy importantes. Los relámpagos que se producen durante las tormentas de invierno en al oeste de Japón, por ejemplo, son mucho más perjudiciales que los que se producen en verano. De hecho, hay parques eólicos que se han visto obligados a cerrar debido a las averías provocadas por tormentas, destacan estas fuentes.
El grupo Rayos, Electricidad Atmosférica y Alta Tensión de la UPC es el único en Europa que estudia los rayos científicamente de una manera sistemática. El equipo ha instalado observatorios en los Pirineos, en el Delta del Ebro y en la isla de San Andrés, situada en el Caribe colombiano. Esta experiencia les ha llevado a formar parte del proyecto ASIM, de la Agencia Espacial Europea.
Con ASIM, el grupo de la UPC tendrá la oportunidad de acceder a nuevos conocimientos y avanzar en esta área científica. En este proyecto estudiarán los estallidos de rayos gamma terrestres, las emisiones de rayos de alta energía y fenómenos extraños de gran altitud relacionados con los rayos, con los chorros gigantescos de descargas eléctricas y con los denominados sprites que se producen en la estratosfera y la mesosfera por encima de las tormentas.
A través de este proyecto europeo, el grupo ha tenido el apoyo del Ministerio de Economía y Competitividad durante los últimos años y cuentan con un equipo tecnológico de última generación que incluye tres cámaras de otra velocidad con las captan 500.000 imágenes por segundo; interferómetros para estudiar qué pasa en el interior de las nubes y la red Lighting Mapping Array (LMA) con la que pueden caracterizar en 3 dimensiones las evoluciones de los rayos.
Referencias blibliográficas:
Joan Montanyà, Oscar van der Veldey Earle R. Williamsl. "Turbines shoot upside-down lightning". Nature, 19 de febrero de 2014; doi:10.1038/506268a
Joan Montanyà, Oscar van der Veldey Earle R. Williams. "Lightning discharges produced by wind turbines". Journal of Geophysical Research, febrero de 2014
En la región del polo sur de la Luna existen zonas donde nunca luce el Sol y otras donde siempre llegan sus rayos. Para que los vehículos puedan operar en esas condiciones, y con fondos de la Agencia Espacial Europea, investigadores de España y Reino Unido desarrollan sistemas que combinan paneles solares, baterías y generadores termoeléctricos de radioisótopos.
La metodología diseñada por la Universidad de Murcia y el CSIC identifica las regiones donde el sol y el viento ofrecen, conjuntamente, menos fluctuaciones en la producción de energía. A través de la sistema Climax se pueden planificar el emplazamiento y uso compartido de estas renovables para aumentar la estabilidad del suministro.
