Table of Contents

Los parques eólicos marinos, un sector en rápida expansión dentro de la energía eólica, están desempeñando un papel importante en el logro de la neutralidad de carbono global, y esta tendencia continuará, según un estudio realizado por investigadores chinos que detectó que dejará beneficios exponenciales si las tendencias de calentamiento global se sostienen según lo previsto.

Granjas eólicas marinas. Image by Enrique from Pixabay

Los investigadores Cheng Shen, Zhi-Bo Li, Hui-Shuang Yuan, Yue Yu, Yadong Lei & Deliang Chen eligieron “el reanálisis ERA5 para corregir las tendencias de velocidad del viento marino predichas por los modelos CMIP6. Este enfoque condujo a proyecciones mejoradas de cambios en la densidad de energía eólica marina (DPM) en cuatro escenarios de trayectorias socioeconómicas compartidas (SSP, por Shared Socioeconomic Pathways). A lo largo del siglo XXI, se prevé que la Densidad de Energía Eólica (WPD por Wind Power Density) offshore global siga una tendencia ascendente en todos los escenarios de Trayectorias Socioeconómicas Compartidas. En particular, Europa se destaca por el aumento más sustancial de densidad de energía eólica costa afuera entre las regiones con mayores instalaciones de energía, que se prevé que alcancen hasta un 26% bajo un calentamiento global de 4°C. Nuestro estudio descubre un aumento notable de la Densidad de Energía Eólica marina global en un clima más cálido, lo que ofrece información valiosa para la planificación estratégica de la futura energía eólica global”.

Los investigadores aseguran que los CMIP6 (proyectos de intercomparación de modelos acoplados 6) han subestimado constantemente las tendencias de las velocidades de la energía eólica marina desde 1940 hasta 2014.

La validación independiente demuestra que las simulaciones corregidas reproducen razonablemente las tendencias históricas observadas de la velocidad del viento.

Se prevé que la energía eólica marina mundial aumentará significativamente, con un aumento potencial de hasta 9% con un calentamiento global de 4°C.

Explicación
#

“La energía eólica es clave para lograr la neutralidad de carbono global. Si bien la energía eólica terrestre ha sido ampliamente estudiada, las proyecciones de energía eólica marina (OWE) han recibido menos atención. Los modelos climáticos, en particular los de las fases 5 y 6 del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados (CMIP5/6), han subestimado los cambios en la energía eólica marina en las últimas décadas. Nuestro estudio aborda esto mediante el uso de un reanálisis de última generación, ERA5, para corregir estas subestimaciones en los modelos CMIP6 y proyectar cambios futuros en la Densidad de Energía Eólica Marina (WPD) en un mundo en calentamiento. Descubrimos que se espera que la WPD offshore global aumente a lo largo del siglo XXI. Para finales de siglo, proyectamos un aumento de la densidad de energía eólica marina entre un 3,8% y un 18,3% en diversos escenarios de emisiones. Específicamente, con un calentamiento global de 4°C (y 2°C), esperamos aumentos del 8,9% al 9,2% (y del 0,2% al 2,2%) en comparación con un nivel de calentamiento de 1,5°C. Europa destaca bajo un calentamiento global de 4°C, con el mayor aumento proyectado en la Densidad de Energía Eólica (DEE) marina (26%). Este aumento significativo de la DEE marina global en un clima más cálido ofrece información valiosa para la planificación estratégica de la futura situación de la energía eólica global. Destaca la creciente importancia de la energía eólica marina en nuestra combinación energética y subraya la necesidad de mejorar los modelos para guiar las inversiones y las políticas.

Molinos de viento en el mar. Image by 춘성 강 from Pixabay

Deliang Chen & al. indicaron que:

La energía eólica juega un papel importante en el sector de las energías renovables. A finales de 2020, la capacidad acumulada mundial de energía eólica superó los 743GW por año, lo que equivale a una reducción anual de 1.100 millones de toneladas de CO2.
La energía eólica marina (EEM), que posee el mayor potencial de crecimiento entre todas las energías renovables, ha sido reconocida por muchos países como crucial para limitar el calentamiento global.
Para limitar el calentamiento global por debajo de 1,5°C y lograr la neutralidad de carbono para 2050, sería necesario instalar un total de casi 2000 GW de capacidad eólica marina, predominantemente en el hemisferio norte.
La inversión en energía eólica marina (EEM) podría reducir inmediatamente el uso de otros recursos naturales como el carbón y el gas natural, y aprovechar los recursos de EEM proporciona un camino factible hacia un mundo potencialmente descarbonizado en el futuro.
La construcción de turbinas eólicas marinas se ha convertido en un componente clave en los planes energéticos de muchos países.
La capacidad instalada adicional anual del mercado eólico marino ha aumentado de 2,2GW en 2016 a 6,1GW en 2020, y se prevé que esta cifra aumente a 40GW para 2030.
Por lo tanto, cuantificar los cambios en Energía Eólica Marina en un mundo en calentamiento es una necesidad urgente.
La generación de energía eólica depende principalmente de la velocidad del viento.
Los modelos climáticos globales (GCM) se consideran las herramientas más confiables para simular y estimar el potencial futuro de la energía eólica ante el calentamiento global.
Intentos anteriores basados en la Fase 5 del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados (CMIP5) han demostrado que se espera que los futuros recursos de energía eólica terrestre se desplacen hacia el sur a finales del siglo XXI.
Estudios recientes que utilizan el último conjunto de datos de la Fase 6 del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados (CMIP6) han mostrado una ligera disminución (aumento) de la Energía Eólica Marina en el Mar de China Oriental (Sur) en el futuro.
Los modelos CMIP6 se consideran más realistas a la hora de simular recursos históricos de energía eólica en comparación con los modelos CMIP5.
Aunque la mayoría de los modelos pueden reproducir razonablemente la climatología observada de la velocidad del viento cerca de la superficie (NSWS), no logran capturar la tendencia a largo plazo. Shen et al. descubrieron en 2022 que los modelos CMIP6 no pueden reproducir la tendencia observada de la Velocidad del Viento Cerca de la Superficie terrestre, mientras que, hasta donde sabemos, no hay estudios que hayan investigado si los modelos CMIP5/CMIP6 pueden reproducir la tendencia global de la Velocidad del Viento Cerca de la Superficie marina. Para garantizar la confiabilidad de las proyecciones, es fundamental evaluar y corregir los modelos CMIP6 en comparación con las observaciones.

Qué es offshore y el cálculo de la densidad eólica
#

Image by Enrique from Pixabay

Las granjas eólicas marinas sólo podrán instalarse dentro de la zona económica exclusiva de cada país, que corresponde a la zona situada dentro de un máximo de 370 km. frente a la costa de cada país, ante los 185 km. utilizados en estudios anteriores.

“Al calcular la distribución global de la densidad de la Energía Eólica (WPD) en alta mar, excluyendo las regiones polares (al norte de 65°N y al sur de 60°S)”, los investigadores no consideraron “las áreas costeras cercanas a islas diminutas (más pequeñas que una cuadrícula de 2°×2°) debido a que el área marina de 370 km. de esos países es mucho más grande que la superficie terrestre del país, donde es más factible instalar un parque eólico tierra adentro. Todas los resultados de los Modelos Climáticos Globales (GCM) se interpolaron linealmente en una cuadrícula común de 1° y se aplicó una máscara offshore”.

Imágenes, más que mil palabras
#

Figura 1. Tendencia media anual de la densidad de potencia eólica marina durante el periodo histórico. (a) Tendencia media de la densidad de energía eólica marina a 100 m (W m-2 década-1) para ERA5 en el período 1940-2014. (b)Igual que (a), pero para CMIP6. Los cuadros rectangulares indican siete subregiones, con sus rangos geográficos proporcionados en la Tabla S2 de la Información de respaldo S1. Los gráficos de anillos en (a–b) muestran la distribución proporcional de WPD. (e)Total de instalaciones eólicas marinas (GW) en Europa, Asia-Pacífico (APAC) y América del Norte (NA) en 2020. (f)Total de instalaciones eólicas marinas proyectadas para 2030 según las políticas actuales. Las cifras (e – f) están adaptadas del Global Wind Report(2023). Crédito de la imagen: Deliang Chen et al.

Figura 2: Variación temporal y distribución espacial de cambios futuros en la densidad media anual de energía eólica marina. (a)Evolución temporal de la densidad de energía eólica marina media anual mundial (W m-2) de 2020 a 2100, en relación con el período actual (1995-2014). Las líneas gruesas representan el CMIP6-MME corregido, mientras que el área sombreada indica el rango de incertidumbre del modelo para cada año después de una media móvil de 9 años. (b)Tendencia decenal de la densidad de energía eólica marina (W m−2década−1) para CMIP6-MME corregido bajo SSP1–2.6 en el período 2021–2100 (c–e) Igual que (b), pero para SSP2– 4.5, SSP3–7.0 y SSP5–8.5, respectivamente. Las líneas diagonales en (b – e) indican tendencias estadísticamente significativas en el nivel de 0,01. Los gráficos de anillos en (b – e) muestran la distribución proporcional de las tendencias de densidad de energía eólica. Crédito de la imagen: Deliang Chen et al.

“La magnitud del incremento en la Densidad de Energía Eólica (DEE) marina en latitudes medias-altas tiende a aumentar con el aumento del calentamiento global, particularmente en el hemisferio norte. En el escenario SSP1–2.6, se proyecta un aumento notable y significativo en la DEE costa afuera para la mayoría de las regiones de Europa y América del Norte, como se ilustra en la Figura 2b. En la región asiática, las proyecciones indican que bajo el SSP1–2.6, se espera que la mayoría de las áreas experimenten un aumento en la Densidad de Energía Eólica costa afuera (Figura 2b). En particular, se prevé que las regiones que cubren el Mar de China Oriental, el Mar de Japón y la Bahía de Bengala, que exhibieron tendencias decrecientes, se acelerarán bajo los otros tres SSP, en línea con investigaciones recientes (Figuras 2c a 2e) (Zhang & Li , 2021). En América del Sur, los aumentos más significativos de Densidad de Energía Eólica en alta mar se prevén en el Mar Caribe y el Pasaje de Drake. Estudios recientes ya han identificado tendencias crecientes en las Densidades de Energía Eólica en alta mar en África Occidental (Akinsanola etal.,2021). Para Australia, las proyecciones apuntan a un fuerte aumento general de la Densidad de Energía Eólica en alta mar, excepto en las partes sur y noreste”, expresaron Deliang Chen et al..

Molinos de viento para generar energía eléctrica. Image by Mollyroselee from Pixabay

“Al examinar los cambios en la Densidad de Energía Eólica costa afuera en el corto plazo (2021-2040), mediano plazo (2041-2060) y largo plazo (2081-2100) en relación con el período histórico (1995-2014), los patrones espaciales se parecen mucho a los de la Figura 2. Estos resultados consistentes reflejan que se espera que la Densidad de Energía Eólica marina media anual aumente en dos tercios de las regiones costeras, particularmente en Europa y América del Norte. Estas regiones se caracterizan por su condición de países desarrollados donde la Energía Eólica Marina ya está bien establecida o desempeñará un papel importante en el futuro (Dong et al.,2021). En consecuencia, es de suma importancia considerar adecuadamente las implicaciones del aumento de la Densidad de Energía Eólica marina en el desarrollo de estrategias energéticas específicas para instalaciones de turbinas eólicas marinas (Archer et al.,2014)”, indicaron los investigadores.

Así, llamaron a “comprender que la relación entre los cambios proyectados en la Densidad de la Energía Eólica costa afuera y los diferentes niveles de calentamiento global también es un aspecto crítico de nuestro análisis, como se demuestra en la Figura 3 (…). Calculamos la temperatura media global anómala cerca de la superficie en relación con el período preindustrial (1850-1900) a partir de los Modelos Climáticos Globales CMIP6 para representar los niveles de calentamiento global. El análisis revela que se proyecta que la DEED marina promedio global aumentará gradualmente para niveles de calentamiento global de 1,5°C, 2°C, 3°C y 4°C (Figura 3d). Además, se anticipan cambios específicos en DEE costa afuera para diferentes subregiones (…). A excepción de Australia, las DEE en otras regiones están aumentando significativamente de 1,5°C a 4°C. En particular, destaca Europa, con el mayor aumento, hasta un 26,1%, para un calentamiento de 4°C”.

Cambios relativos en la densidad media anual de energía eólica marina bajo diferentes niveles de calentamiento global. (a)Cambios porcentuales (%) en la media anual de la densidad de energía eólica marina de América del Norte en relación con el período histórico (1995-2014) para 1,5°C, 2°C, 3°C y 4°C de calentamiento bajo el esquema de Trayectorias Socioeconómicas Compartidas SSP1 –2,6 (azul), SSP2–4,5 (azul claro), SSP3–7,0 (naranja) y SSP5–8,5 (rosa) (b–h) Igual que (a), pero para Europa, latitud media-alta Asia, global, Sudeste Asiático, América del Sur, África y Australia, respectivamente. Crédito de la imagen: Deliang Chen et al.

“Una observación intrigante es que las tendencias de Densidad de Energía Eólica offshore en la mayoría de las subregiones exhiben cambios similares en el corto plazo, independientemente de las Trayectorias Socioeconómicas Compartidas (SSP) utilizadas. Sin embargo, la diversidad de cambios porcentuales se vuelve más pronunciada en el largo plazo en casi todas las regiones en comparación con el corto plazo. Este fenómeno también es evidente en la Figura S6 de la Información de respaldo S1, que destaca los efectos del forzamiento a largo plazo de los gases de efecto invernadero en los cambios de WPD en alta mar. En las subregiones con mayores instalaciones actuales (Figuras 1c y 1d), se espera que la densidad de Energía Eólica marina en América del Norte (Figura 4a) aumente entre un 3,6% y un 4,0%, un 3,8% y un 9,7%, un 4,8% y un 22,1% en el corto, mediano y largo plazo, respectivamente. Destaca Europa (Figura 4b), donde se prevé que la WPD offshore aumente considerablemente entre un 6,6% y un 7,6%, un 6,2% y un 17,2% y un 8,7% y un 39,5% en los tres períodos. En otras regiones con menos instalaciones actuales, se destaca América del Sur (Figura 4f), con aumentos proyectados del 7,1% al 9,2%, del 5,4% al 20,1% y del 9,1% al 45,4%”.

Cambios relativos en la densidad media anual de energía eólica marina en diferentes términos futuros. (a)Cambios porcentuales (%) en la media anual de la densidad de energía eólica marina de América del Norte a corto plazo (2021-2040), mediano plazo (2041-2060) y largo plazo (2081-2100) en relación con el período histórico (1995–2014) bajo Trayectorias Socioeconómicas Compartidas SSP1–2.6 (azul), SSP2–4.5 (azul claro), SSP3–7.0 (naranja) y SSP5–8.5 (rosa) (b–h) Lo mismo que en (a), pero para Europa, latitud media-alta de Asia, global, el sudeste asiático, América del Sur, África y Australia, respectivamente. Crédito de la imagen: Deliang Chen et al.

En general, en las regiones con mayores instalaciones actuales, se espera que el aumento más sustancial en Densidad de Energía Eólica (DEE) offshore sea en Europa a medida que se intensifica el calentamiento global, aunque también son evidentes aumentos notables en América del Norte. Las distribuciones anómalas de DEE en alta mar siguen siendo consistentes en varios períodos de tiempo, niveles de calentamiento global y Trayectorias Socioeconómicas Compartidas (SSP), aunque con valores amplificados en un clima más cálido. Estos resaltan la variabilidad regional en las tendencias de WPD en alta mar a lo largo del año, con diferentes ubicaciones geográficas experimentando distintos patrones de cambio. Reconocer estas variaciones es crucial para desarrollar estrategias y políticas efectivas para abordar los impactos potenciales de la producción de Energía Eólica Marina (OWE) en diferentes regiones.

Conclusión
#

Tras reclamar la utilización de modelos, en los que se ha comprobado que tenían fallas, el desarrollo de modelos actualizados, los investigadores concluyen que “se espera que las tendencias crecientes en Densidad de Energía Eólica (WPD) offshore se intensifiquen con períodos de tiempo más largos, Trayectorias Socioeconómicas Compartidas (SSP) más altas y un clima global más cálido. Se esperan tendencias crecientes significativas en las proximidades de Europa, América del Norte y del Sur. Entre las regiones con mayores instalaciones actuales, Europa experimenta el aumento más fuerte, particularmente bajo SSP5–8,5, y se proyecta que la WPD marina promedio local aumentará aproximadamente un 26,1 % (equivalente a 14,9 Wm-2) en un nivel de calentamiento de 4°C. El pronunciado aumento de la WPD marina en estas regiones plantea impactos potenciales en la industria de la energía eólica.

Incertidumbres
#

Se reconocen algunas incertidumbres:

“Primero, en nuestro estudio se utiliza la velocidad del viento mensual, por lo que la velocidad del viento extrema en escala sinóptica, el período de almeja (velocidad del viento cero) y las ráfagas no se consideran en la Densidad de Energía Eólica (WPD) proyectada. Debido a la falta de datos observados de alta calidad sobre la velocidad del viento marino diario u horario, sólo podemos confiar en más variabilidades de la velocidad del viento de baja frecuencia (Pryor y Barthelmie, 2021; Zhang y Li, 2021). Aunque los datos mensuales pueden subestimar la DMP, existen impactos limitados en los cambios decenales de la DMP (Karnauskas et al., 2017). En segundo lugar, el método de corrección se basa en relaciones de mapeo estadístico, que pueden no tener en cuenta los mecanismos físicos subyacentes y restringir el potencial de mejora. Por último, la resolución espacial aproximada de los Modelos Climáticos Globales (GCM) limita la capacidad de capturar variaciones espaciales detalladas”.

“A pesar de las limitaciones anteriores, nuestros resultados proporcionan información valiosa para planificar el futuro de la Energía Eólica Marina (OWE) hacia la neutralidad de carbono global. El aumento del OWE bajo el calentamiento global enfatiza la necesidad de colaboración internacional y acción coordinada entre todos los mercados eólicos marinos para desarrollar el recurso OWE. Las investigaciones futuras podrían emplear modelos de reducción de escala de alta resolución para investigar los cambios en la Densidad de Energía Eólica (WPD) marina, explorar los mecanismos físicos asociados y proporcionar planes más detallados para instalaciones eólicas marinas adaptadas a países o industrias de energía eólica específicas. Además, los eventos de vientos extremos en el futuro deberían estudiarse en un contexto de mayor climatología WPD, ya que los costos operativos relacionados y las frecuentes interrupciones del suministro eléctrico están afectando estrechamente las vidas humanas (Yu et al., 2024)”.

Importante
#

El estudio Increases of Offshore Wind Potential in a Warming World, cuyos autores son: Cheng Shen, Zhi-Bo Li, Hui-Shuang Yuan, Yue Yu, Yadong Lei & Deliang Chen, fue publicado en Geophysical Research Letters

Los autores indicaron que el estudio es una contribución a la Swedish National Strategic Research Area MERGE. Reconocieron al World Climate Research Programme’s Working Group on Coupled Modelling para los datos CMIP6, el apoyo obtenido de Swedish Formas (2019-01520 y 2023-01648) y a la National Natural Science Foundation de China (42488201). Cheng Shen también cuenta con el apoyo de Sven Lindqvists Forskningsstiftelse, Stiftelsen Längmanska Kulturfonden (BA24-0484), y Adlerbertska Stiftelse.