Los sistemas de energía eólica utilizan la energía del viento directamente (por ejemplo, para mover un mecanismo de bombeo de forma mecánica) o indirectamente (por ejemplo, para crear electricidad que puede utilizarse o almacenarse). Si aún no está implementado, este sistema no es muy adecuado para la fase de respuesta inmediata, aunque puede ser una opción adecuada para una energía más sostenible a largo plazo.

La energía eólica puede reducir los costos de funcionamiento de un sistema de suministro de agua. En un sistema sencillo típico, el viento hace girar una turbina, a menudo instalada en una torre, para elevar el agua. Esto puede consistir únicamente en un sistema sencillo para elevar el agua superficial a cortas distancias para la irrigación, aunque lo más habitual es que implique llevar el agua subterránea a la superficie mediante un mecanismo de bombeo.

Consideraciones de diseño

Los sistemas de aerobombas mecánicas (directas) funcionan mediante la conexión física directa de una turbina eólica de palas con un sistema de bombeo mecánico (normalmente una bomba de desplazamiento positivo con pistones, véanse A.2 , A.4 .
Sin embargo, con este sistema el pozo de sondeo debe estar en una ubicación ideal para aprovechar la velocidad del viento y puede ser difícil adaptar las características de la potencia de la turbina al tipo de bomba, lo que significa que la energía no se transfiere eficazmente en todas las velocidades del viento.

Los sistemas de bombeo eólico-eléctricos (indirectos) que crean energía para ser almacenada son más eficientes, ya que utilizan bombas de corriente continua (CC) o bombas centrífugas eléctricas trifásicas estándar de corriente alterna (CA).
Las bombas de CA pueden funcionar directamente con la energía generada por un generador de imanes permanentes conectado directamente al motor de la bomba. El funcionamiento es posible, ya que las bombas estándar pueden funcionar a velocidades variables si la tensión y la frecuencia de alimentación también varían, como ocurre en este caso. Con este sistema, resulta ventajosa una mayor adecuación de los requisitos de potencia (cuando la turbina y los impulsores de la bomba tienen índices similares de aumento de la velocidad de giro), así como la posibilidad de separar la bomba de la turbina.
Sin embargo, una bomba separada de la turbina puede sufrir caídas de tensión en largos tramos de cableado eléctrico, aunque si la turbina recibe vientos más fuertes en la posición separada, la potencia adicional puede compensar las pérdidas del cable y lograr un balance energético general favorable.

Algunas consideraciones de diseño se aplican a los sistemas mecánicos y eléctricos. El agua se utiliza como depósito de energía y se bombea más agua en los días de más viento, la cual puede liberarse en el sistema por gravedad en los días en que el viento baja y el bombeo es menos productivo. Para que esto funcione, el tanque de almacenamiento debe tener capacidad para al menos tres días de consumo. Como opción de reserva para los días de poco viento, los pozos también pueden equiparse con una bomba manual (véase S.8 ). El caudal máximo durante las condiciones de vientos máximos debe ser compatible con el diseño del pozo de sondeo, en el que la velocidad a través de las rejillas no debe superar los 0,03 m/s y en el que la reducción de las aguas subterráneas sigue siendo sostenible (véase I.8 ). Dado que la velocidad del viento aumenta con la altura sobre el nivel del suelo, las turbinas se instalan en torres. La altura y la posición exactas de la torre deben garantizar que la turbina no esté obstruida, lo que significa colocarla de modo que el rotor esté al menos diez metros por encima y a 100 metros de cualquier árbol o edificio cercano. Para evitar daños por exceso de rotación con vientos superiores a 13 m/s, las turbinas deben estar equipadas con un mecanismo automático que retraiga las palas (las apartan del viento) mediante diversas medidas de diseño activas o pasivas. También debe incluirse un control manual.

Además del bombeo de agua, la energía eólica puede utilizarse para generar electricidad destinada a otros procesos (por ejemplo, determinados sistemas de tratamiento de agua) o que se suministra a la red. La energía puede almacenarse mediante baterías (por ejemplo, en sistemas híbridos que también utilizan energía solar), aunque debido al costo, la corta vida útil y las pérdidas de energía inherentes que se producen durante el almacenamiento de las baterías, en general es mejor evitar las baterías mediante un sistema de bombeo bien diseñado junto con un almacenamiento adecuado.

Materiales

Los materiales necesarios incluyen la turbina, una torre de soporte, el mecanismo de bombeo (que puede variar), un almacenamiento de agua suficiente para hacer frente a las fluctuaciones del viento y, cuando no puedan evitarse, baterías.

Aplicabilidad

Para que el viento sea una fuente de energía viable, el lugar debe tener suficiente viento. Por lo tanto, es necesaria una evaluación del viento, pero se debe tener cuidado con la interpretación de los datos locales, ya que a menudo pueden estar subestimados, sobre todo si las estaciones meteorológicas no están bien mantenidas, como suele ser el caso. El tipo de bombeo y las condiciones del viento deben ajustarse cuidadosamente. Para las bombas mecánicas optimizadas para velocidades de viento bajas y que suministran agua la mayoría de los días, la velocidad media mínima del viento necesaria es de 2,5 m/s, mientras que las bombas centrífugas eléctricas (véase A.8 requieren una media de al menos 4 m/s. Debido a esta variabilidad y a la necesidad de un diseño minucioso, la energía eólica no es muy adecuada para la fase de respuesta inmediata, a menos que las aerobombas existentes estén operativas. En general, la energía eólica es más adecuada para las fases de estabilización y recuperación a mediano y largo plazo.

Operación y mantenimiento

Las turbinas eólicas pueden funcionar durante largos periodos con poco mantenimiento si la configuración inicial garantiza una buena lubricación de los engranajes y los mecanismos de accionamiento y si los álabes y las palas están protegidos contra la corrosión. Las palas y los cojinetes de las turbinas deben revisarse y sustituirse como mínimo cada 10 años, lo que debería durar más que la mayoría de las emergencias. La bomba suele requerir una O&M más intensiva; la conexión mecánica entre la turbina y la bomba, en particular, es responsable de aproximadamente el 40 % de todas las necesidades de mantenimiento. Además, las juntas de los pistones de la bomba deben sustituirse cada uno o dos años.

Salud y seguridad

Las cuestiones de salud y seguridad están relacionadas con el diseño y la construcción seguros de la estructura de la torre. Si se utilizan sistemas de baterías, deben estar en un lugar de acceso restringido para evitar riesgos de electrocución.

Costos

Por un lado, los costos de capital de los sistemas mecánicos de bombeo eólico son elevados, oscilando normalmente entre USD 35.000 y 60.000 y hasta USD 120.000 para un sistema eléctrico eólico comunitario de mayor tamaño (incluido el almacenamiento y la distribución). Por otro lado, los costos de mantenimiento de los sistemas eólicos mecánicos son moderados (en torno a USD 0,8-1,5 por persona y año), comparables a los de otros sistemas de accionamiento eléctrico. Con esta ventaja, los sistemas eléctricos eólicos pueden ser la solución menos costosa, por ejemplo cuando "m⁴" (volumen diario necesario en m³ multiplicado por la carga de bombeo en metros) oscila entre 200 y 10.000, cuando la velocidad media anual del viento a 10 m es superior a 4 m/s, cuando otros sistemas de bombeo alimentados por combustible han resultado problemáticos y cuando la red eléctrica está a más de 2 km de distancia. Aparte de los costos financieros, la elección de una fuente de energía renovable tiene un costo ambiental continuo mucho menor y, al igual que la energía solar, debería ser una consideración de diseño clave (si no primordial).

Consideraciones medioambientales y sociales

La energía eólica es un recurso relativamente poco probado, pero no debería generar controversia, sobre todo a medida que aumenta la conciencia medioambiental. En términos medioambientales, el viento es una fuente de energía renovable que reduce la necesidad de energía derivada de combustibles fósiles, con lo que se reduce la huella de carbono del sistema y se mejora la calidad del aire. Sin embargo, las turbinas pueden tener un impacto en las aves migratorias, según el tamaño de los rotores, la altura de la torre y la ubicación del molino de viento. Desde el punto de vista de la aceptación social, las turbinas pueden considerarse antiestéticas, y el ruido de las turbinas en movimiento puede considerarse una molestia para quienes viven demasiado cerca, lo cual, sin embargo, puede ser menos relevante en situaciones de emergencia