ENERGIA EÓLICARECORDANDO Energías no renovables: petróleo, gas natural carbón, Energías renovables: eólica, solar, hidráulica, biomasa, mareomotriz, energía de las olas, geotérmica usados para bombeo de agua en China. el molino tipo mediterráneo. por ejemplo.BREVE RETROSPECTIVA DE LA ENERGÍA EÓLICA Los primeros mecanismos impulsados por el viento fueron molinos de eje vertical. el cual se utilizó para moler granos y bombear agua en todos los territorios de influencia islámica. Los de eje horizontal surgieron en el área de la antigua Persia. con su característico rotor a vela. . .DEFINICIÓN DE ENERGÍA EÓLICA • La energía eólica es una forma indirecta de la energía solar ya que se produce como consecuencia de la energía cinética del viento y éste es efecto de las diferencias de temperatura y presión de la atmósfera. originadas por la radiación del sol. sólo alrededor del 0.018 kWh por año). De la energía solar que llega a la Tierra por radiación (unos 1. más específicamente en el calentamiento diferencial de masas de aire por el Sol.ORIGEN DEL VIENTO La energía eólica tiene su origen en la solar. Esta cantidad es todavía 25 veces mayor al consumo energético total mundial.25% se convierte en corrientes de aire. Las diferencias de radiación entre distintos puntos de la Tierra generan diversas áreas térmicas y los desequilibrios de temperatura provocan cambios de densidad en las masas de aire que se traducen en variaciones de presión. . ya sea por diferencias de latitud (vientos globales) o el terreno (mar-tierra o vientos locales). Características del viento (turbulencia): mientras que los modelos de viento globales ponen el aire en movimiento y determinan. pueden mostrar la diferencia entre un recurso eólico utilizable y uno que no lo es. aproximadamente. este es. árboles. edificios y otros objetos. 3.5 metros por segundo (m/s). por la fricción causada por montañas. Además. . 6m/s. rasgos topográficos locales. de 3. que incluyen formaciones geográficas.ESTIMACIÓN DEL RECURSO Hay tres componentes del viento que determinan la potencia disponible de un sistema de conversión de energía eólica: 1. a grandes rasgos. como mínimo. para una velocidad del viento dada. Mayor densidad significa más fluidez de las moléculas en un volumen de aire dado y más fluidez de las moléculas encima de una pala de la turbina produce un rendimiento más alto de la potencia. o sea. el recurso del viento en una región. para turbinas grandes. Velocidad del viento: es un parámetro crítico porque la potencia varía según el cubo de la velocidad del viento. flora y estructuras artificiales. Densidad del aire: temperaturas bajas producen una densidad del aire más alta. Las turbinas eólicas requieren una velocidad de viento mínima para empezar a generar energía: para pequeñas turbinas. una o dos veces más alta significa ocho veces más de potencia. la velocidad varía directamente con la altitud sobre el suelo. 2. En el ejemplo abajo. es decir. . con lo que la velocidad media del viento será de 7 m/s. no es simétrica. La distribución de las velocidades del viento es sesgada.DISTRIBUCIÓN WEIBULL La variación del viento en un emplazamiento típico suele describirse utilizando la llamada Distribución de Weibull. el punto en el que todo el montón se equilibrará exactamente será en el séptimo montón. y que sea más eficiente en la conversión de la energía del viento en energía mecánica útil. Resulta que hay una respuesta a esto sorprendentemente simple: un aerogenerador ideal ralentizaría el viento hasta 2/3 de su velocidad inicial. Así pues. En este caso tampoco habríamos extraído ninguna energía del viento. ya que obviamente también se impediría la entrada de aire al rotor del aerogenerador. En ese caso no se extraería ninguna energía en absoluto. el aire no podría abandonar la turbina. es decir. . podemos asumir que debe haber alguna forma de frenar el viento que esté entremedio de estos dos extremos. el aire saldría con una velocidad nula.EL FRENADO IDEAL DEL VIENTO Cuanto mayor sea la energía cinética que un aerogenerador extraiga del viento. mayor será la ralentización que sufrirá el viento que deja el aerogenerador. Si intentamos extraer toda la energía del viento. . Su libro "Wind-Energie". proporciona buena parte del conocimiento que en ese momento se tenía sobre energía eólica y aerogeneradores. publicado en 1926.LA LEY DE BETZ La ley de Betz dice que sólo puede convertirse menos de 16/27 (el 59 %) de la energía cinética en energía mecánica usando un aerogenerador. La ley de Betz fue formulada por primera vez por el físico alemán Albert Betz en 1919. POTENCIA DEL VENTO Ahora ya sabemos que el potencial de energía por segundo (la potencia) varía proporcionalmente al cubo de la velocidad del viento (la tercera potencia). y proporcionalmente a la densidad del aire (su peso por unidad de volumen). . Ahora podemos combinar todo lo que hemos aprendido hasta el momento: si multiplicamos la potencia de cada velocidad del viento con la probabilidad de cada velocidad del viento de la gráfica de Weibull. habremos calculado la distribución de energía eólica a diferentes velocidades del viento = la densidad de potencia. están generalmente diseñados para rendir al máximo a velocidades alrededor de 15 m/s.: Aerogeneradores de regulación por cambio del ángulo de paso Aerogeneradores de regulación por pérdida aerodinámica Aerogeneradores de regulación activa por pérdida aerodinámica . todos los aerogeneradores están diseñados con algún tipo de control de potencia. Hay tres formas de hacerlo con seguridad en los modernos aerogeneradores. Así pues. En el caso de vientos más fuertes es necesario gastar parte del exceso de la energía del viento para evitar daños en el aerogenerador. ya que los vientos tan fuertes no son comunes. En consecuencia.CONTROL DE POTENCIA Los aerogeneradores están diseñados para producir energía eléctrica de la forma más barata posible. Es mejor no diseñar aerogeneradores que maximicen su rendimiento a vientos más fuertes. Su característica principal es que el eje de rotación se encuentra paralelo al suelo y a la dirección del viento. Son los más habituales y en ellos se ha centrado el mayor esfuerzo de diseño e investigación en los últimos años. que proviene de las siglas en ingles (horizontal axis wind turbines).TIPOS DE AEROGENERADORES POR EL TIPO DE EJE: • Eje Vertical. También conocidos como VAWT. aprovecha mejor las corrientes de aire. que proviene de las siglas en ingles: (vertical axis wind turbines). También conocidos como HAWT. En cambio como desventaja presenta una capacidad pequeña de generar energía. Como desventaja tenemos el transporte por sus grandes dimensiones (torres de 60 metros y palas de 40 metros). Eje Horizontal. más de 100 Km/h deben de ser parados para evitar daños estructurales. y todos los mecanismos para convertir la energía cinética del viento en otro tipo de energía están ubicados en la torre y la góndola. su principal característica es que el eje de rotación se encuentra en posición perpendicular al suelo y a la dirección del viento. Su principal ventaja es. que al estar a una altura de entre 40 y 60 metros del suelo. además de tener una eficacia muy alta. • . y no tienen que desconectarse con velocidades altas de viento. Su principal ventaja es la eliminación de los complejos mecanismos de direccionamiento y las fuerzas a las que se someten las palas ante los cambios de orientación del rotor. la fuerza que tiene que resistir las palas y en velocidades altas de viento. También denominado a popa. Como ventaja presenta que el rotor puede ser más flexible. Como desventaja diremos que necesita mecanismo de orientación del rotor. Consiste en colocar el rotor de cara al viento. A sotavento. y que esté situado a cierta distancia de la torre. y que no necesita mecanismo de orientación. debido al paso del rotor por el abrigo de la torre. por lo que crea más cargas de fatiga en la turbina que con el diseño anterior (Barlovento).TIPOS DE AEROGENERADORES POR LA ORIENTACIÓN CON RESPECTO AL VIENTO: • A barlovento. También denominado a proa. • . Su principal inconveniente es la fluctuación de la potencia eólica. La mayoría de los aerogeneradores tienen este tipo de diseño. siendo la principal ventaja el evitar el abrigo del viento tras la torre. y sobre todo es utilizado para la extracción de agua en pozos. • • • Multipala. usando motores eléctricos para sus mecanismos de orientación. De tres palas. Los diseños de bipalas tienen la ventaja de ahorro en cuanto a coste y peso. pero por el contrario necesitan una velocidad de giro más alta para producir la misma cantidad de energía. con el otor a barlovento. . Al tener una sola pala necesitan de un contrapeso. También conocido como el modelo americano. con tres palas es un 4% más rendible que con dos y con 2 palas es un 10% más rendible que con una. lo que supone un acortamiento de la vida de la instalación. De dos palas.TIPOS DE AEROGENERADORES POR EL NÚMERO DE PALAS: • De una pala. lo que supone un inconveniente ya que introduce en el eje unos esfuerzos muy variables. La mayoría de los aerogeneradores de hoy día son tripala. contiene multitud de palas. El motivo es la fricción con el aire. Su velocidad de giro es muy elevada. y que consiste en instalar a ambos lados de la góndola dos rotores.TIPOS DE AEROGENERADORES POR LA ADECUACIÓN DE LA ORIENTACIÓN DEL EQUIPO Y A LA DIRECCIÓN DEL VIENTO EN CADA MOMENTO • Mediante conicidad. los cuales son movidos por la propia fuerza del viento. • Mediante molinos auxiliares. dejando perfectamente orientado el aerogenerador a la dirección del viento. Sistema no demasiado utilizado. Se emplea en equipos pequeños y de tamaño no muy grande. siendo el método más sencillo para orientar los aerogeneradores. . Mediante un motor eléctrico y una serie de engranajes permiten el giro de todo el sistema. • Mediante una veleta. De esta forma cuando la potencia del viento es excesiva. evitando posibles daños estructurales. Consiste en que las palas varían su ángulo de incidencia con respecto al viento. Sus principales ventajas son que la producción de potencia pude ser controlada de forma más exacta que con la regulación pasiva. Regulación activa por perdida aerodinámica. En este caso se aumenta el ángulo de paso de las palas para llevarlas hasta una posición de mayor pérdida de sustentación.TIPOS DE AEROGENERADORES POR EL CONTROL DE POTENCIA: • Sistemas de paso variable. • • . Diseño de las palas. El mecanismo que rige este sistema funciona de forma hidráulica. cuando la velocidad del viento alcanza valores críticos. Los diseños de bipalas tienen la ventaja de ahorro en cuanto a coste y peso. En este diseño la pala está ligeramente curvada a lo largo de su eje longitudinal. También conocido como diseño de regulación por pérdidas aerodinámicas. y que puede funcionar a la potencia nominal con casi todas las velocidades de viento. en vez de hacerlo bruscamente. de esta forma la pala pierde la sustentación de forma paulatina y gradual. y poder consumir de esta forma el exceso de energía del viento. se disminuye la resistencia de las palas con respecto al viento. pero por el contrario necesitan una velocidad de giro más alta para producir la misma cantidad de energía. En los aerogeneradores modernos la potencia máxima suele estar entre 500 y 2. Suele ser un generador asíncrono o de inducción. El eje de baja velocidad.) El eje contiene conductos del sistema hidraúlico para permitir el funcionamiento de los frenos aerodinámicos.p. El personal de servicio puede entrar en la góndola desde la torre de la turbina. a unas 20 a 35 revoluciones por minuto (r. Tiene a su izquierda el eje de baja velocidad. Capturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje. .p. Las palas del rotor.m. El eje de alta velocidad gira aproximadamente a 1. Está equipado con un freno de disco mecánico de emergencia. Conecta el buje del rotor al multiplicador. El freno mecánico se utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico.m. o durante las labores de mantenimiento de la turbina. En un aerogenerador moderno de 1500 Kw el rotor gira muy lento.500 r.000 KW. Contiene los componentes clave del aerogenerador.PARTES DE UN AEROGENERADOR • • • • • • La góndola. lo que permite el funcionamiento del generador eléctrico. incluyendo el multiplicador y el generador eléctrico. El multiplicador. El buje del rotor está acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador. En un aerogenerador moderno de 1500 kw cada pala mide alrededor de 40 metros de longitud y su diseño es muy parecido al del ala de un avión. El buje. Permite que el eje de alta velocidad que está a su derecha gire 50 veces más rápido que el eje de baja velocidad. El generador eléctrico. En caso de cualquier disfunción automáticamente para el aerogenerador y llama al ordenador del operario encargado de la turbina a través de un enlace telefónico mediante módem. que vigila la dirección del viento utilizando la veleta. Contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador eléctrico. Además contiene una unidad refrigerante por aceite empleada para enfriar el aceite del multiplicador. Una turbina moderna de 1. El anemómetro y la veleta. La torre. El mecanismo de orientación está activado por el controlador electrónico. La unidad de refrigeración. dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Las torres tubulares son más seguras para el personal de mantenimiento de las turbinas ya que pueden usar una escalera interior para acceder a la parte superior de la turbina.500 kw tendrá una torre de unos 60 metros Las torres pueden ser bien torres tubulares o torres de celosía. • • • . Soporta la góndola y el rotor. Algunas turbinas tienen generadores refrigerados por agua. Es un ordenador que continuamente monitoriza las condiciones del aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. Las señales electrónicas del anemómetro son utilizadas por el controlador electrónico del aerogenerador para conectarlo cuando el viento alcanza aproximadamente 5 m/s. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta.PARTES DE UN AEROGENERADOR • El controlador electrónico. La principal ventaja de las torres de celosía es que son más baratas. EL AEROGENERADOR . ELEMENTOS QUE COMPONEN UN PARQUE EÓLICO Aerogeneradores Subestación transformadora Canalizaciones eléctricas que unen aerogeneradores y la subestación Línea eléctrica de evacuación Vial de acceso y viales internos del parque Plataforma de montaje los . Que el coste y mantenimiento de los parques eólicos es bajo. . no contribuye al efecto invernadero ni destruye la capa de ozono y tampoco crea lluvia ácida.VENTAJAS DEL USO DEL VIENTO • • • • • Que el viento es inagotable. No genera gases tóxicos. No produce ningún tipo de alteración sobre los acuíferos. Que no contamina el medio ambiente. INCONVENIENTES DEL USO DEL VIENTO • • • • • Que es una fuente de energía irregular. Los aerogeneradores son un peligro para las aves. Debido a las características de su emplazamiento. produce un impacto visual inevitable sobre el paisaje. Se necesita fabricar maquinas grandes y caras. . Los aerogeneradores son ruidosos. ya que no siempre hay viento y no en todas las zonas sopla lo suficiente como para poder montar un parque eólico. Generación eléctrica en sistemas aislados. Generación eléctrica a gran escala conectada al sistema nacional interconectado. por ejemplo bombeo de agua y molino de granos. .PRINCIPALES APLICACIONES Aplicaciones mecánicas. para usos productivos y viviendas rurales en áreas remotas. SITUACIÓN EN ESPAÑA • Actualmente la energía eólica es la energía renovable con mayor crecimiento y representa ya una parte importante de la producción eléctrica. sólo superados por los 22. y de los 16. .200 MW instalados en Alemania.000 MW de potencia y que cubren el 10% de la demanda.800 MW que se producen en Estados Unidos. • España es el 3º mayor productor de energía eólica del mundo. con unas instalaciones que alcanzan los 15.