Aeroxenerador

Pa ver les máquines de moler granu y bombiar agua, esti xeneradores llétricos por aciu enerxía eólica.
Esquema d'una turbina eólica:
1. Suelu
2. Conexón a la rede llétrica
3. Torre de contención
4. Escalera d'accesu
5. Sistema d'orientación
6. Góndola
7. Xenerador
8. Anemómetru
9. Frenu
10. Tresmisión
11. Álabes
12. Sistema d'enclín de la pala
13. Buje

Un aeroxenerador ye un xenerador llétricu que funciona convirtiendo la enerxía cinética del vientu en enerxía mecánica al traviés d'una héliz y en enerxía llétrica gracies a un alternador. Los sos precedentes direutos son los molinos de vientu que s'emplegaben pa la molienda y llogru de farina. Nesti casu, la enerxía eólica (en realidá la enerxía cinética del aire en movimientu), apurre enerxía mecánica a un rotor héliz que, al traviés d'un sistema de tresmisión mecánicu, fai xirar el rotor d'un xenerador, de normal un alternador trifásicu, que convierte la enerxía mecánica rotacional en enerxía llétrica.

Esisten distintos tipos d'aeroxeneradores, dependiendo de la so potencia, la disposición de la so exa de rotación, el tipu de xenerador, etc.

Los aeroxeneradores pueden trabayar de manera aisllada o arrexuntaos en parques eólicos o plantes de xeneración eólica, alloñaos unos d'otros, en función del impautu ambiental y de les turbulencias xeneraes pol movimientu de les palas.

P'apurrir enerxía a la rede llétrica, los aeroxeneradores tienen de tar dotaos d'un sistema de sincronización por que la frecuencia de la corriente xenerada calténgase perfeutamente sincronizada cola frecuencia de la rede.

Yá na primer metá del sieglu XX, la xeneración d'enerxía llétrica con rotores eólicos foi abondo popular en cases aisllaes asitiaes en zones rurales.

La enerxía eólica ta volviéndose más popular anguaño, al demostrar la viabilidá industrial, y nació como busca d'una diversificación nel abanicu de xeneración llétrica ante una crecedera de la demanda y una situación xeopolítica cada vez más complicada nel ámbitu de los combustibles tradicionales.

Enerxía eólica

[editar | editar la fonte]
Parque eólicu offshore de Thorntonbank na mariña belxicanu, Mar del Norte. El factor de planta de los parques eólicos varia ente'l 20 y 40%.
Parque eólicu de Estinnes, Bélxica. Cada aeroxenerador tien una potencia de 6 o 7,5 MW dependiendo del modelu.[1]
El parque eólicu de Estinnes tien una potencia instalada de 81 MW y produz 202 GWh añales.[1]

La enerxía eólica ye aquella que se xenera gracies a la enerxía cinética producida poles mases d'aire en movimientu. Esta enerxía, que sigue en procesu de desarrollu, naz como respuesta a una mayor demanda del consumu enerxéticu, la necesidá de garantizar la continuidá del suministru en zones importadores netes de recursos enerxéticos y de la busca de la sostenibilidá nel usu de los recursos.

Polo xeneral les meyores zones de vientos atópase na mariña , por cuenta de les corrientes térmiques ente'l mar y la tierra; les grandes llanures continentales, por razones asemeyaes; y les zones montascoses, onde se producen efeutos d'aceleración local.

Aeroxeneradores d'exa horizontal

[editar | editar la fonte]
Instalación de la torre pa una turbina de 3 MW.
Palas d'un aeroxenerador.
Detalle del buje d'una turbina eólica.
Buje d'un aeroxenerador ensin palas (Enercon E-70) na islla d'El Hierro.

Son aquellos nos que la exa de rotación del equipu atopa paralelu al suelu. Esta ye la teunoloxía que s'impunxo, pola so eficiencia y confiabilidad y la capacidá d'afaese a distintes potencies.

Les partes principales d'un aeroxenerador d'exa horizontal son:

  • Rotor: les palas del rotor, construyíes principalmente con materiales compuestos, diseñar pa tresformar la enerxía cinética del vientu nun momentu torsor na exa del equipu. Los rotores modernos pueden llegar a tener un diámetru de 42 a 80 metros y producir potencies equivalentes de dellos MW. La velocidá de rotación ta de normal llindada pola velocidá de punta de pala, que la so llende actual establecer por criterios acústicos.
  • Góndola o nacelle: sirve d'agospiamientu pa los elementos mecánicu y llétricu (multiplicadora, xenerador, armarios de control, etc.) del aeroxenerador.
  • Caxa d'engranajes o multiplicadora: puede tar presente o nun dependiendo del modelu. Tresformen la baxa velocidá de la exa del rotor n'alta velocidá de rotación na exa del xenerador llétricu.
  • Xenerador: esisten distintu tipos dependiendo del diseñu del aeroxenerador. Pueden ser síncronos o asíncronos, xaula d'esguil o doblemente alimentaos, con escitación o con imanes permanentes. Podemos definir como parte del aeroxenerador que convierte la enerxía en lletricidá.
  • La torre: asitia'l xenerador a un mayor altor, onde los vientos son de mayor intensidá y pa dexar el xiru de les palas y tresmite les cargues del equipu al suelu.
  • Sistema de control: faise cargu del funcionamientu seguro y eficiente del equipu, controla la orientación de la góndola, la posición de les palas y la potencia total apurrida pol equipu.

Tolos aeroxeneradores d'exa horizontal tienen la so exa de rotación principal na parte cimera de la torre, que tien qu'empobinase escontra'l vientu de dalguna manera. Los aeroxeneradores pequeños empobinar por aciu una veleta, ente que los más grandes utilicen un sensor de direición y empobínense por servomotores o motorreductores.

Esisten 2 tipoloxíes principales de xeneradores llétricos: con y ensin caxa multiplicadora. Los primeros funcionen a velocidaes del orde de 1000 - 2000 rpm. Puesto que la velocidá de rotación de les aspes ye baxa (ente 8 y 30 rpm), riquen l'usu d'una caxa multiplicadora pa consiguir una velocidá de rotación fayadiza. Los aeroxeneradores que nun riquir multiplicadora conócense como "direct-drive" y los sos xeneradores llámense davezu multipolo, yá que pa consiguir una frecuencia elevada con una baxa velocidá de xiru tienen más d'una decena de polos.

Na mayoría de los casos la velocidá de xiru del xenerador ta rellacionada cola frecuencia de la rede llétrica a la que s'arrama la enerxía xenerada (50 o 60 Hz).

Polo xeneral, les palas tán emplazada de tal manera que'l vientu, na so direición de fluxu, atopar primero qu'a la torre (rotor a barloventu). Esto mengua les cargues adicionales que xenera la turbulencia de la torre nel casu en que'l rotor allúguese detrás de la mesma (rotor a sotaventu). Les palas montar a una distancia razonable de la torre y tienen alta rixidez, de tal manera qu'al rotar y cimblar naturalmente nun topeten cola torre en casu de vientos fuertes. El rotor suel tar inclináu ente 4 y 6 graos pa evitar l'impautu de les palas cola torre.

A pesar de la desventaxa na medría de la turbulencia, construyéronse aeroxeneradores col rotor alcontráu na parte posterior de la torre, por cuenta de qu'empobínense en contra del vientu de manera natural, ensin necesidá d'usar un mecanismu de control. Sicasí, la esperiencia demostró la necesidá d'un sistema d'orientación pa la orientación de la máquina escontra'l vientu. Esti tipu de montaxe xustifícase por cuenta de la gran influyencia que tien la turbulencia na gastadura de les aspes por fatiga. La mayoría de los aeroxeneradores actuales son d'esti últimu modelu.

La llende de potencia que puede ser estrayíu ta dau pola llende qu'estableció'l físicu Albert Betz. Esta llende que lleva'l so nome derivar del caltenimientu de la masa y del momentu de la inercia del fluxu d'aire. La llende de Betz indica qu'una turbina nun puede aprovechar más d'un 59.3% de la enerxía cinética del vientu. El númberu (0.593) conózse-y como'l coeficiente de Betz. Los aeroxeneradores modernos llogren ente un 75% a un 80% de la llende de Betz.[2]

La potencia a la que ta espuestu'l rotor en Watts=(1/2)X(densidá d'aire)X(Swept area)X(Velocidá)3. La enerxía eólica a la que va tar espuesta una turbina eólica ta en parte determinada pola swept area o área de barríu. La swept área determinar por aciu la fórmula del área del círculu.[3] Por casu la swept area d'una turbina con un rotor de 82 metros de diámetru va ser de 5281 m².

Control de potencia

[editar | editar la fonte]

Polo xeneral, los aeroxeneradores modernos d'exa horizontal diseñar pa trabayar con velocidaes del vientu que varien ente 3 y 25 m/s de permediu. La primera ye la llamada velocidá de conexón y la segunda la velocidá de corte. Básicamente, el aeroxenerador empieza produciendo enerxía llétrica cuando la velocidá del vientu supera la velocidá de conexón y, a midida que la velocidá del vientu aumenta, la potencia xenerada ye mayor, siguiendo la llamada curva de potencia.

Les aspes disponen d'un sistema de control de forma que'l so ángulu d'ataque varia en función de la velocidá del vientu. Esto dexa controlar la velocidá de rotación pa consiguir una velocidá de rotación fixa con distintes condiciones de vientu.

Coles mesmes, ye necesariu un sistema de control de les velocidaes de rotación por que, en casu de vientos descomanadamente fuertes, que podríen poner en peligru la instalación, faiga xirar el rotor de tala forma que les palas presenten la mínima oposición al vientu, colo que la máquina detendríase.

Pa aeroxeneradores de gran potencia, dellos tipos de sistemes pasivos, utilicen carauterístiques aerodinámiques de les aspes que faen qu'entá en condiciones de vientos bien fuertes el rotor deténgase. Esto debe a qu'él mesmu entra nun réxime llamáu "perda aerodinámica".

Impacto sobre'l mediu

[editar | editar la fonte]
Video

Esti tipu de xeneradores popularizóse rápido al ser consideraos una fonte llimpia d'enerxía anovable, yá que nun riquir, pa la producción d'enerxía, una combustión que produza residuos contaminantes o gases implicaos nel efeutu ivernaderu. Sicasí, el so usu nun ta exentu d'impautu ambiental. La so llocalización —frecuentemente llugares estremaos d'eleváu valor ecolóxicu, como los cumes montascosos, que por non atopase habitaes caltienen la so riqueza paisaxístico y faunístico— puede provocar efeutos gafíos, como l'impautu visual na llinia del horizonte, la gran superficie qu'ocupen por cuenta de la separación necesaria ente ellos —ente trés[4] y diez[5] diámetros de rotor— o l'intensu ruiu xeneráu poles palas, amás de los efeutos causaos poles infraestructures que ye necesariu construyir pal tresporte de la enerxía llétrica hasta los puntos de consumu. Magar que investígase pa embrivilos, siguen produciéndose muertes d'aves pola so causa,[6] amás de que se ven afeutaes les poblaciones de quirópteros.[7] En delles centrales eóliques muerren cada añu cerca de 14 aves y 40 esperteyos por cada MW instaláu.[8] Más apocayá, propúnxose la posibilidá de que'l so usu xeneralizáu podría inclusive contribuyir al calentamientu global al bloquiar les corrientes d'aire.[9]

Per otru llau, teniendo en cuenta los gases d'efeutu ivernaderu que sí se producen poles xeres derivaes de construcción, tresporte y caltenimientu del aeroxenerador, la enerxía eólica terrestre (onshore) ye la segunda enerxía menos contaminante[10] tres la enerxía hidroeléctrica, con 12 g de CO2 por cada kWh, frente a los 4 de la enerxía hidroeléctrica, los 16 de la enerxía nuclear o los 22 de la enerxía solar térmica.

Aeroxeneradores d'exa vertical

[editar | editar la fonte]
Aeroxenerador d'exa vertical tipu Darrieus en L'Antártida.
Aeroxeneradores d'exa vertical tipu Darrieus-Savonius mistu (Hi-VAWT DS-1500) en Taiwán.

Son aquellos nos que la exa de rotación atópase perpendicular al suelu. Tamién se denominen VAWT (del inglés, Vertical Axis Wind Turbine), en contraposición a los d'exa horizontal o HAWT.[11] Un exemplu ye'l rotor Savonius.

Polo xeneral, les ventayes de los VAWT son:[12]

  • Pueden asitiase más cerca unos d'otros, por cuenta de que nun producen l'efeutu de frenáu d'aire propio de los HAWT, polo que nun ocupen tanta superficie.
  • Nun precisen un mecanismu d'orientación respeutu al vientu, yá que los sos palas son omnidireccionales.
  • Pueden asitiase más cerca del suelu, por cuenta de que son capaces de funcionar con una menor velocidá del vientu, polo que les xeres de caltenimientu son más sencielles.
  • Muncho más silenciosos que los HAWT.
  • Muncho más recomendables pa instalaciones pequeñes (de menos de 10 kW) por cuenta de la facilidá d'instalación, l'amenorgamientu del ruiu y el menor tamañu.

Les sos desventaxes son:

  • Al tar cerca del suelu la velocidá del vientu ye baxa y nun s'aprovechen les corrientes d'aire de mayor altor.
  • Baxa eficiencia.
  • Mayor gastu en materiales per metru cuadráu de superficie ocupada que les turbinas d'exa horizontal.
  • Nun son d'arranque automáticu, riquen conexón a la rede pa poder arrincar utilizando'l xenerador como motor
  • Tienen menor estabilidá y mayores problemes de fiabilidá que los HAWT. Les palas del rotor tienen enclín a doblar o rompese con fuertes vientos.

Xeneradores doblemente alimentaos (DFIG)

[editar | editar la fonte]

Esisten distintos tipos de xeneradores eólicos. La parte llétrica puede diseñase tantu con xeneradores síncronos como asíncronos, y con delles formes de conexón del xenerador, direuta o indireuta, a la rede. La conexón direuta a rede significa que'l xenerador ta conectáu direutamente a la rede de corriente alterna (xeneralmente trifásica). La conexón indireuta a rede significa que la corriente que vien del alternador pasa al traviés d'una serie de dispositivos qu'afaen la corriente pa igualala a la de la rede (en xeneradores asíncronos esto asocede de forma automática).

La máquina doblemente alimentada (DFIM poles sos sigles n'inglés), tamién conocida xenerador doblemente alimentáu (DFIG), ye un tipu de xenerador llétricu nel que los terminales de los bobinados del rotor son accesibles. Caracterízase tamién porque la velocidá de xiru del rotor ye llixeramente distintu de la velocidá de sincronismu. Ye importante destacar la gran utilidá de los xeneradores asíncronos doblemente alimentaos en configuraciones de xeneración eólica.

El so principal carauterística ye la incorporación d'un convertidor de frecuencia conectáu al rotor que dexa'l control de les tensiones ya intensidaes del mesmu. Gracies al control sobre estos parámetros, consiguimos que la máquina permaneza constantemente sincronizada cola rede anque varien les velocidaes de revolución.

Esta carauterística ye desaxeradamente útil en configuraciones de velocidá variable como ye la xeneración eólica. El control que nos da'l convertidor de frecuencia dexa a la máquina una mayor estabilidá, según capacidá de reacción frente a posibles faltes. Per otru llau, en comparanza con otres configuraciones, les máquines doblemente alimentaes nun son desaxeradamente cares, yá que la so componente más costosa, la electrónica, esto ye, el convertidor de frecuencia, nun va trabayar a una potencia elevada (el 20% de la nominal del xenerador aproximao).

El principiu básicu de funcionamientu puede definise como la conversión de la potencia prindada pola turbina en potencia llétrica, gracies al xenerador d'inducción y la so posterior tresmisión a la rede por aciu el estator y los enduvellaos del rotor.

El sistema de conversión ta compuestu por dos convertidores trifásicos, el primeru, denomináu convertíu lado máquina, va ser el que tea conectáu al rotor. Ente que el convertidor lado red, va ser el conectáu a la rede. Con éses esti sistema interconecta'l rotor y la rede dexando'l fluxu de potencia ente dambos.



Micro y minieólica

[editar | editar la fonte]

Microeólica

[editar | editar la fonte]

Son aeroxeneradores que s'utilicen pa usu personal. Hai que producen dende 50 W hasta unos pocos kW.

La configuración ideal d'un aeroxenerador ye sobre un mástil ensin necesidá de cables d'anclaje y nun llugar espuestu al vientu. Munchos de los diseños convencionales de turbinas eóliques nun s'encamienten pal so montaxe n'edificios. Sicasí, si l'únicu sitiu disponible ye'l teyáu d'un edificiu, instalar un pequeñu sistema eólicu pue ser facederu si ta lo suficientemente alto como pa embrivir la turbulencia, o si'l réxime del vientu nesi allugamientu en particular ye favorable.[13]

La mayoría de los sistemes d'enerxía eólica[14] disponibles precisen la intervención del dueñu mientres el funcionamientu. Munchos fabricantes ufierten serviciu de caltenimientu pa les turbinas eóliques qu'ellos instalen. El fabricante debe, seya que non, apurrir información detallada alrodiu de los procedimientos de caltenimientu.

Xunto colos costos d'inversión, tien de llevase a cabu una evaluación económica qu'incluya los siguientes aspeutos:

  • Amenorgamientu de los costos añales de lletricidá como resultáu de la producción de la mesma pol sistema d'enerxía eólica. Tien De tener en cuenta expectativa futures del preciu de la lletricidá.
  • Posibles programes de sofitu per parte del Gobiernu, por casu, subvenciones o incentivos fiscales pa fomentar l'usu de los sistemes d'enerxía eólica.
  • Costos acomuñaos a la emisión de CO2 (materies primes, construcción y caltenimientu).

Amás de les ventayes propies de la enerxía eólica, la microeólica ye más eficiente si xenérase la lletricidá cerca del llugar onde se consume, yá que s'embriven les perdes nel tresporte. Tamién ye posible, nestos casos, almacenar la enerxía en bateríes pal so usu n'ausencia de vientu.

N'España, hai fabricantes de microeólica, como Bornay Aeroxeneradores.[15]

Minieólica

[editar | editar la fonte]

Nun esiste una frontera definida ente la microeólica y la minieólica. Xeneralmente, puede considerase que la microeólica entiende un únicu aeroxenerador, ente que la frontera cimera de la minieólica definir por potencia, y nun tien de superar los 100 kW.[16] Denominar tamién aeroxeneradores domésticos o de pequeña potencia.[17][18]

Aplicaciones:[19]

  • Zones aisllaes: los miniaerogeneradores utilizar en zones aisllaes onde esiste un gran costu o dificultá pa llevar la enerxía de la rede llétrica. Equí taríen non yá les viviendes o cabañes aisllaes, tamién granxes, torres de telecomunicación, bombéu d'agua, etc. Nestos casos el aeroxenerador suel dir acompañáu de paneles solares fotovoltaicos que garanticen el óptimo funcionamientu del sistema.
  • Instalaciones con un altu índiz de consumu llétricu: fábriques, desalinizadoras y otres infraestructures que peracaben una gran cantidá d'enerxía pueden recurrir a la instalación d'aeroxeneradores p'amenorgar el consumu llétricu de la rede.
  • Conexón a la rede: Los particulares y empreses que dispongan d'un aeroxenerador de minieólica pueden consumir la enerxía que precisen y vender la demasía a la rede.

Ónde asitiar un aeroxenerador de pequeña potencia:[20] hai que conocer los vientos dominantes qu'esisten na zona y la forma en que pueden variar a lo llargo del añu. Polo xeneral el puntu más eleváu del terrén ye'l que recibe más vientu, anque esta regla puede trate alteriada pola presencia de ríos, valles o zones montiegues, según les torgues qu'esistan alredor como edificios o árboles. Estos pueden variar tantu la velocidá, como la direición del vientu.

Encamiéntase instalar el aeroxenerador de pequeña potencia siquier 10 metros percima de cualquier torga y al doble d'altor qu'esta.

Puxanza de la microeólica y la minieólica

[editar | editar la fonte]

L'Asociación Mundial de la Enerxía Eólica (n'inglés: World Wind Energy Association[21][22]), nel del Informe Mundial sobre Minieólica,[23] publicó qu'a finales de 2011 la minieólica algamó los 576 MW, lo que supón un 27% más de potencia instalada que l'añu anterior. Más de 330 fabricantes de pequeñes turbinas eóliques operen en 40 países de tol mundu.[24]

Ver tamién

[editar | editar la fonte]

Referencies

[editar | editar la fonte]
  1. ↑ 1,0 1,1 http://www.thewindpower.net/windfarm_en_11213_Belgium.php
  2. ↑ http://www.uclm.es/profesoráu/ajbarbero/FAA/EEOLICA_Febreru2012_G9.pdf
  3. ↑ «Componentes de Turbinas Eóliques». Archiváu dende l'orixinal, el 2014-01-11.
  4. ↑ Atles eólicu d'España - Institutu pa la Diversificación y Aforru de la Enerxía
  5. ↑ http://www.ucsusa.org/clean_energy/our-energy-choices/renewable-energy/environmental-impacts-wind-power.html (n'inglés)
  6. ↑ «Asden denuncia morrina d'aves por culpa de los aeroxeneradores» (22 de xineru de 2010). Consultáu'l 23 de xineru de 2011.
  7. ↑ Rodrigues, Luisa; Bach, Lothar; Dubourg-Savage, Marie-Jo; Goodwind, Jane; Harbusch, Christine (2008) Guidelines for consideration of bats in wind farm projects (n'inglés). Eurobats. Consultáu'l 23 de xineru de 2011.
  8. ↑ https://web.archive.org/web/20131207034200/https://www.nationalwind.org/assets/publications/Birds_and_Bats_Fact_Sheet_.pdf - Estudio sobre los efeutos de la enerxía eólica sobre los animales, especialmente los páxaros (n'inglés).
  9. ↑ Wang, C. (2010). «Potential Climatic Impacts and Reliability of Very Large-Scale Wind Farms». Atmospheric Chemistry and Physics 10 (4). Archivado del original el 2010-06-09. https://web.archive.org/web/20100609082045/http://globalchange.mit.edu/files/document/MITJPSPGC_Reprint_10-3.pdf. Consultáu'l 2018-02-24. 
  10. ↑ Moomaw, W., P. Burgherr, G. Heath, M. Lenzen, J. Nyboer, A. Verbruggen, 2011: Annex II: Methodology. In IPCC: Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation (n'inglés, referencia en páxina 10)
  11. ↑ «www.windpower.org». Archiváu dende l'orixinal, el 21 de febreru de 2010.
  12. ↑ https://web.archive.org/web/20120131192241/http://www.victordanilochkin.org/research/turbine/papers/HAWT%20versus.pdf - Comparativa ente HAWT y VAWT (n'inglés)
  13. ↑ Manual d'Instalaciones Eóliques Doméstiques
  14. ↑ Repertoriu de fabricantes europeos de mini-xeneradores eólicos
  15. ↑ Bornay Aeroxeneradores
  16. ↑ «Archived copy». Archiváu dende l'orixinal, el 2013-11-01.
  17. ↑ Esquema interactivo minieólica. url=http://www.lawea.org/documentos/mini-eolica.swf
  18. ↑ ¿Qué ye la enerxía minieólica?. url=http://www.appa.es/12minieolica/12que_ye.php
  19. ↑ Aplicaciones aeroxeneradores de minieólica. url=https://web.archive.org/web/20110803042928/http://www.enair.es/aplicaciones/conexion_a_red
  20. ↑ Ónde asitiar un aeroxenerador de minieólica. url=http://windspot.es/es/entrugues-frecuentes-sobre-el-windspot.html
  21. ↑ World Wind Energy Association
  22. ↑ Small Wind Platform
  23. ↑ «Small Wind World Report Update». Archiváu dende l'orixinal, el 2013-05-10.
  24. ↑ http://www.energias-renovables.com/articulo/la-minieolica-dispárase-20130329

Enllaces esternos

[editar | editar la fonte]