Especialización en EnergíasRenovables Laboratorio de Investigación en Energías Renovables (LABIER) Instituto Tecnológico Superior “Arias-Balparda” Módulo Energía Eólica Tecnología de Generación- Tipos de aerogeneradores Mayo 2014 Temario – Clasificación – Aerogeneradores de eje horizontal – Aerogeneradores de eje vertical – Comparación entre máquinas de ejes verticales y horizontales – Partes básicas de un aerogenerador LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación - Criterios • Según la disposición del eje de giro • Según el numero de palas • Según la velocidad del rotor de la turbina • Según su control y regulación • Según el generador eléctrico • Según su emplazamiento • Según el tipo de viento • Según su interconexión a la red eléctrica • Según su potencia nominal • Según la dirección del viento LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Según la disposición del eje de giro – De eje horizontal (HAWT) – De eje vertical (VAWT): • Rotor Savonius • Rotor Darrieus • Rotor GiroMil (H) LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Según el numero de palas: – Monopala – Bipala – Tripala – Multipla LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Rotor monopala: • Utilizar una turbina eólica monopala aumenta la velocidad de rotación del rotor y consiguientemente reduce las masas y costos de los demás elementos, como son el multiplicador y el generador eléctrico. – Ventajas y desventajas • Requieren un contrapeso que compense a la pala el balanceo de la misma debe realizarse con mucha precisión. • Desequilibrio aerodinámico muy acentuado, lo que causa complejos esfuerzos de fatiga. • La desventaja principal para su uso comercial es el elevado nivel de ruido aerodinámico por una altísima velocidad en punta de pala. LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Rotor de dos palas: – Se logra disminuir en cierto porcentaje el costo de la hélice. – Asimismo se cuenta con la ventaja técnica para la fabricación de las palas, si la turbina es de poca potencia, se pueden hacer en un único bloque. – En cuanto a las vibraciones, son mucho más sensibles a este fenómeno que las tripala y debido a las mayores velocidades en punta de pala con las que operan se eleva el nivel de ruido respecto a ésta. LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Rotor de tres palas: – La característica fundamental de esta configuración es su mayor suavidad de funcionamiento respecto a las anteriores. – Comparativa de fuerzas entre rot. de 2 y 3 palas LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Rotor multipala: – La característica fundamental de esta configuración es su mayor suavidad de funcionamiento respecto a las anteriores. – Son los equipos que en un único eje, poseen uno o varios rotores, ya sean en ejes distintos, en un único eje, o bien con sus sentidos de giro opuesto. – Este sistema permite tener una velocidad relativa con la del estator (solidario a una hélice) y del rotor alternador (solidario a la otra) doble que la velocidad de rotación de las hélices y permite así prescindir del multiplicador. LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Según la velocidad del rotor – Velocidad constante – Velocidad variable – Velocidad semivariable – Dos velocidades LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Según su control y regulación – Control por pérdida aerodinámica o palas de paso fijo (Stall Control) – Control por perdida activa aerodinámica (Active Stall Control) – Control por variación del ángulo de ataque, o por paso variable (Pitch Control) LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Según el generador eléctrico – Asíncrono de rotor bobinado doblemente alimentado – Asíncrono de rotor de jaula de ardilla – Síncrono con excitación independiente – Síncrono de imanes permanentes LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Según su emplazamiento – Terrestres (On-Shore) – Maritimos (Off-Shore) LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Según el tipo de viento – Clase I (vientos de mayor velocidad) – Clase II – Clase III (vientos de menor velocidad) LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Según la interconexión a la red eléctrica – Aislado o también llamado en isla • Sin energía auxiliar • Con energía auxiliar (hibridos) – Interconectado a la red eléctrica • Modalidad de Parque Eólico • Autogeneración LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Según su potencia nominal – Pn <10kW : Micro generación – 10kW < Pn <100kW : Minigeneración – 100kW < Pn <1MW : Media Potencia – 1MW > Pn : Megageneración LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Clasificación • Por la dirección del viento: – A Barlovento • Son las que poseen el rotor enfrentando el viento. • La ventaja básica es que evitan la influencia de la sombra aerodinámica de la torre. Siendo la configuración más utilizada en el diseño y construcción de molinos. • Necesita un rotor más rígido, situado a cierta distancia de la torre. Requiere un sistema para la orientación del rotor que lo mantenga enfrentando al viento. – A Sotavento • En esta configuración el rotor o hélice se encuentra, detrás de la maquina respecto a la dirección del viento . • Este sistema posee como fundamental ventaja, no requerir dispositivo de orientación alguno, siempre y cuando se diseñe adecuadamente el rotor de tal modo que haga que la misma "siga" de forma pasiva a la dirección del viento. • Sin embargo esta manera de orientar a la hélice se ve obstaculizada por la forma en que se puede transmitir la corriente saliente desde el generador; si existiera una vinculación directa por medio de cables se necesitará un control activo del enroscado de los mismos. LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Comparativa entre maquinas HAWT y VAWT • Podemos citar algunas diferencias entre estos dos tipos de captadores: • Horizontales (HAWT) – Poseen mejor desempeño con vientos laminares y de mayos frecuencia que los VAWT, y además pueden soportar velocidades de viento mayores. – Tienen la desventaja de no adaptarse a vientos turbulentos y con frecuente cambio de dirección. • Verticales (VAWT) – Presentan un mejor desempeño ante vientos turbulentos que los HAWT, ya que no importa de donde provenga el mismo. – Se pueden instalar a relativa altura, con el consiguiente menor costo de mantenimiento que los HAWT. – Son ideales para ambientes urbanos. – Como desventaja poseen bajo par de arranque, y bajo rendimiento comparados con los HAWT. LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Partes de un aerogenerador LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Partes de un aerogenerador • Rotor o buje – El rotor está compuesto por las palas y la masa. – Constituye el elemento que capta la energía cinética del movimiento, y la transmite al eje en forma de energía mecánica. – El número de palas de un aerogenerador puede variar desde uno hasta seis o más. – Pueden constituirse de diversos materiales, como madera, plásticos y fibra de vidrio. – El rotor se diseña según el valor medio del viento de la zona donde vaya a instalarse el equipo. LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Partes de un aerogenerador • Palas o aspas – Muchas palas dan un mayor torque, pero no velocidad: se utilizan en bombeo de agua. – Tres palas, dan un mejor balanceo que dos, y producen menos fatiga y velocidad; pero tiene un mayor costo. – En sitios muy ventosos, hasta 1 kW, pueden ser de plástico; para mayor potencia, se debe usar fibra y resina. LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Partes de un aerogenerador • Caja multiplicadora – En la maquinas de gran porte, la velocidad de giro del rotor no es suficiente para arrastrar la maquina eléctrica (generador), ya que a mayor diámetro de barrido, menor es la velocidad de rotación. – Para esto se utilizan cajas multiplicadoras, que tienen con fin elevar la velocidad de giro. – La relación en general puede ser de 1:70 a 1:100 (Ej. por cada vuelta de las aspas, la caja multiplicadora entregará 100 vueltas al generador). – Los equipos en micro generación no llevan multiplicadora. LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Partes de un aerogenerador • Torre de sustentación – La torre del aerogenerador soporta la góndola y el rotor, y varía según el tamaño del equipo. – En los equipo de mega-generacion la estructura interna de la torre es transitable. – En los grandes aerogeneradores las torres tubulares pueden ser de acero, de celosía o de hormigón. – Las torres tubulares tensadas con vientos sólo se utilizan en aerogeneradores pequeños (cargadores de baterías, etc.). – La mayoría de los grandes aerogeneradores se entregan con torres tubulares de acero, fabricadas en secciones de 20-30 metros con bridas en cada uno de los extremos, y son unidas con pernos "in situ". – Las torres son tronco-cónicas (es decir, con un diámetro creciente hacia la base), con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo ahorrar material. LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Partes de un aerogenerador • Torres de mástil tensados con vientos – Muchos de los aerogeneradores pequeños están construidos con delgadas torres de mástil sostenidas por cables tensores. – La ventaja es el ahorro de peso y, por lo tanto, de costo. – Las desventajas son el difícil acceso a las zonas alrededor de la torre, lo que las hace menos apropiadas para zonas agrícolas. – Finalmente, este tipo de torres es más propensa a sufrir actos vandálicos, lo que compromete la seguridad del conjunto. LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Partes de un aerogenerador LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Torres de hormigón y de acero tubulares autoportantes Partes de un aerogenerador LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Torres de caño con riendas – Sistema de izaje con tramo auxiliar (llamado también Tilt-Up) Partes de un aerogenerador LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Partes de un aerogenerador LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores También se puede hacer con caños y poleas, aunque es un sistema mas costoso. Partes de un aerogenerador • Sistema de orientación – En micro generación para equipos del tipo barlovento, la orientación es por veleta (timón), del tipo pasivo. – Para los equipos medianos a grandes (>100kW), la orientación es electromecánica, utilizando para ello motores, coronas de transmisión, y un sistema de control electrónico que toma los datos de la estación meteorológica situada en la propia góndola del equipo haciendo las correcciones necesarias. LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Partes de un aerogenerador • Sistema de orientación LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores Comparativa entre diversos aerogeneradores Comparativa según velocidad relativa (λ) LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores = Cm = Coef. par = 2. Π. . 60. = vel.rot. (rpm) = radio del rotor (m) = vel.viento (m/s) Bibliografia • “Ingeniería de la Energía Eólica “, Miguel Villarrubia López, Editorial Marcombo, 2012. • “Energía Eólica Práctica “, P.Gipe, Editorial Progensa, 1998. • “Curso de Energía Eólica de Baja Potencia “, Fundación Energizar, Argentina, 2014. • “IV’s Jornadas Eólicas Internacionales”, material de presentaciones, AUdEE, Montevideo, Uruguay, 2013 LABIER - Modulo Energía Eólica - Tecnología de Generación - Tipos de Aerogeneradores
Report "5-CURSO DE ENERGIA EOLICA 2014 - TG - Tipos de aerogeneradores.pdf"