CENTRALES EÓLICAS

DEFINICIÓNLas centrales eólicas aprovechan la energía cinética del viento para hacer mover las palas de un rotor situado en lo alto de una torre, el aerogenerador.

SITUACIÓNHay muchos factores que pueden determinar la ubicación óptima de los parques eólicos, pero el éxito de estos proyectos depende de la ubicación de la turbina. La realización de un estudio detallado de la situación del parque puede ayudar a optimizar la colocación de la turbina y a resolver otros desafíos de diseño.

También hay una serie de requisitos para la situación de las centrales:•Respetar la avifauna del

entorno•Lejanía de más de 1km con

núcleos urbanos para evitar la contaminación acústica•No deben estar instaladas en

suelo urbanizable

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL EÓLICA

Sobre una torre se coloca la góndola, que aloja en su interior el generador, el cual está conectado a las palas.La energía eléctrica producida por el giro del generador es transportada a un centro de control desde donde es enviada a la red general mediante líneas de transporte de alta tensión.Las centrales deben disponer de una fuente auxiliar para tener garantizado el suministro de energía eléctrica.Debido a la altura del generador y al rozamiento que el aire produce sobre éste, es conveniente que el equipo tenga una toma a tierra, para evitar la electricidad estática.

Para el control de la velocidad del generador existen tecnologías que permiten regular las revoluciones de las palas, independientemente de la velocidad del viento.

TIPOS DE AEROGENERADORES

SEGÚN EL EJE DEL ROTOR1.1 EJE VERTICALSu eje de rotación se encuentra en posición perpendicular al suelo. No necesitan mecanismo de orientación y el generador eléctrico puede ir al suelo. Su producción energética es escasa y se han de motorizar para facilitar su puesta en marcha.Son más económicos que los de eje horizontal, al ahorrarse gran parte de la infraestructura. Hay distintos tipos:

ROTOR SAVONIUS ROTOR GIROMILL ROTOR DARRIEUS ROTOR WINDSIDE

SEGÚN EL EJE DEL ROTOR

1.2 EJE HORIZONTALSon los más utilizados y permiten cubrir desde aplicaciones aisladas de pequeña potencia hasta instalaciones en grandes parques eólicos.Son, básicamente, máquinas rotacionales cuyo movimiento es producido por la energía cinética del viento, cuando éste actúa sobre el rotor. El movimiento rotacional producido es multiplicado y transmitido, hasta un generador que produce la energía eléctrica. Todos estos componentes se instalan sobre la góndola, situada sobre de una torre de apoyo.

Su eje de rotación se encuentra en paralelo al suelo. Son más costosos que los de eje vertical y además sus aspas no soportan grandes velocidades. Como ventaja tienen que son muy eficaces.

SEGÚN EL NÚMERO DE PALAS2.1 TRIPALAEs el más empleado en la actualidad, consta de 3 palas colocadas formando 120º entre sí. Un mayor número de palas aumenta el peso y coste del aerogenerador, por lo que no se emplean diseños de mayor número de palas para fines generadores de energía de forma comercial, aunque sí para fines mecánicos como bombeo de agua.

2.2 BIPALAAhorra el peso y coste de una de las palas respecto a los aerogeneradores tripala. Necesita mayores velocidades de giro para producir la misma energía que aquellos. Precisa de un diseño muy complejo, con un rotor basculante y amortiguadores que eviten el choque de las palas contra la torre.

SEGÚN EL NÚMERO DE PALAS

2.3 MONOPALAPermite una mayor velocidad de rotación y una reducción de masas y costes de material, por ejemplo, en las palas, en la caja multiplicadora y en el aerogenerador. Necesita un equilibrado muy preciso con un contrapeso de compensación. Existe un riesgo de desequilibrio aerodinámico. Aumenta la generación de ruidos.

SEGÚN SU ORIENTACIÓN RESPECTO AL VIENTO

3.1 A BARLOVENTO O A PROASon los más comunes, su principal característica es la de situar el rotor de cara al viento, evitando de esta manera que el cuerpo de la torre se interponga entre el propio rotor y la dirección del viento.

3.2 A SOTAVENTO O A POPAEste tipo de orientación se da en los aerogeneradores de eje vertical. Su principal ventaja es que no necesita mecanismo de orientación de la góndola. Presentan como desventaja su escasa eficacia.

SEGÚN LA POTENCIA SUMINISTRADA

4.1 EQUIPOS DE ALTA POTENCIASon utilizados para producir energía de forma comercial. Aparecen conectados a red y en grupos conformando centrales eoloeléctricas, ya sea en tierra como en entorno marino (offshore). Su producción llega hasta el orden del GW. El diseño elegido mayoritariamente para estos equipos son los aerogeneradores de eje horizontal tripalas, orientados a barlovento y con torre tubular.

4.2 EQUIPOS DE MEDIA POTENCIASe encuentran en el rango de producción de energía de 150 KW. Son utilizados de forma similar a los equipos de baja potencia pero para mayores requerimientos energéticos. No suelen estar conectados a baterías de almacenamiento, por lo que se utilizan conectados a red o junto con sistemas de respaldo.

SEGÚN LA POTENCIA SUMINISTRADA

4.3 EQUIPOS DE BAJA POTENCIASon los asociados a utilización mecánica como bombeo del agua. Proporcionan potencias alrededor de 50 KW, aunque pueden utilizarse varios equipos adyacentes para aumentar la potencia total suministrada. Hoy en día siguen utilizándose como fuente de energía para sistemas mecánicos o como suministro de energía en equipos aislados.También se utilizan para el suministro de energía en zonas rurales o edificios, ya sea conectándose a la red o con baterías para almacenar la energía producida y garantizar la continuidad de la cobertura energética.

SEGÚN EL TIPO DE TORRE

5.1 TORRES DE CELOSÍAConstruidas con perfiles de acero unidos mediante tornillería, son baratas y fáciles de construir pero necesitan revisiones periódicas de la correcta sujeción de los segmentos de acero. Requieren un emplazamiento extra para la instalación de los equipos de suelo. El acceso a la góndola se realiza por escalerillas exteriores de baja protección. No se utilizan en zonas septentrionales o en aerogeneradores de gran potencia.

SEGÚN EL TIPO DE TORRE

5.2 TORRES TUBULARESGrandes tubos de acero de forma tubular o cónica que ofrecen en su interior espacio para los equipos de suelo y para el acceso a resguardo hacia la góndola. Necesitan de una instalación más laboriosa y cara, pero ofrecen una mayor resistencia y menos mantenimiento necesario que las torres de celosía. Son las más empleadas en equipos de generación de energía.

PARTES DE UN AEROGENERADOR

1.1 LA GÓNDOLAContiene los componentes clave del aerogenerador. El personal de servicio puede acceder a ella desde la torre de la turbina.

1.2 LAS PALAS DEL ROTORCapturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje. Su diseño es muy parecido al del ala de un avión.

1.3 EL BUJEEl buje del rotor está acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador.

Buje

PARTES DE UN AEROGENERADOR

1.4 EL EJE DE BAJA VELOCIDADConecta el buje al multiplicador. En un aerogenerador moderno el rotor gira a unas 19-30 r.p.m. Contiene conductos del sistema hidráulico para permitir el funcionamiento de los frenos aerodinámicos.

1.5 EL MULTIPLICADORPermite que el eje de alta velocidad gire 50 veces más rápido que el eje de baja velocidad.

1.6 EL EJE DE ALTA VELOCIDADGira aproximadamente a 1.500 r.p.m. lo que permite el funcionamiento del generador eléctrico. Está equipado con un freno de disco mecánico de emergencia que se utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico Eje de baja velocidad

Eje de alta velocidadMultiplicador

PARTES DE UN AEROGENERADOR1.7 EL GENERADOR ELÉCTRICOSuele ser un generador asíncrono o de inducción. En los aerogeneradores modernos, la potencia máxima suele estar entre 500 y 1.500 KW.

1.8 EL CONTROLADOR ELECTRÓNICOMonitoriza las condiciones del aerogenerador y controla el mecanismo de orientación. En caso de cualquier disfunción, para automáticamente el aerogenerador y llama al ordenador del operario encargado de la turbina.

1.9 LA UNIDAD DE REFRIGERACIÓNContiene un ventilador utilizado para enfriar el generador eléctrico, además de una unidad refrigerante por aceite empleada para enfriar el aceite del multiplicador.

Controlador electrónico

Generador eléctrico

Unidad de refrigeración

PARTES DE UN AEROGENERADOR1.10 LA TORRESoporta la góndola y el rotor y en una turbina moderna puede medir entre 40 y 60 metros. Las tubulares son más seguras para el personal de mantenimiento ya que usan una escalera interior para acceder a la turbina.

Mecanismo de orientaciónTorre

Anemómetro y veleta

1.12 EL ANEMÓMETRO Y LA VELETALas señales electrónicas del anemómetro son utilizadas para conectar el aerogenerador cuando el viento alcanza 5 m/s y pararlo cuando excede de 25m/sLas señales de la veleta son utilizadas por el controlador electrónico para girar el aerogenerador en contra del viento.

1.11 EL MECANISMO DE ORIENTACIÓNEstá activado por el controlador electrónico, que vigila la dirección del viento utilizando la veleta. La turbina sólo se orientará unos pocos grados cada vez, cuando el viento cambia de dirección.