Aerogenerador
1. Cimientos
2. Conexión a la red eléctrica
3. Torre
4. Escalera de acceso
5. Sistema de orientación
6. Góndola
7. Generador
8. Anemómetro
9. Freno
10. Transmisión
11. Pala
12. Inclinación de la pala
13. Rueda del rotor
Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por una turbina eólica accionada por el viento. Sus precedentes directos son los molinos de viento que se empleaban para la molienda y obtención de harina. En este caso, la energía eólica, en realidad la energía cinética del aire en movimiento, proporciona energía mecánica a un rotor hélice que, a través de un sistema de transmisión mecánico , hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador trifásico, que convierte la energía mecánica rotacional en energía eléctrica.
Existen diferentes tipos de aerogeneadores, dependiendo de su potencia, la disposición de su eje de rotación, el tipo de generador etc.
Los aerogeneradores pueden trabajar de manera aislada o agrupados en parques eólicos o plantas de generación eólica, distanciados unos de otros, en función del impacto ambiental y de las turbulencias generadas por el movimiento de las palas.
Para aportar energía a la red eléctrica, los aerogeneradores deben estar dotados de un sistema de sincronización para que la frecuencia de la corriente generada se mantenga perfectamente sincronizada con la frecuencia de la red, (en España 50 Hz).
Ya en la primera mitad del siglo XX, la generación de energía eléctrica con rotores eólicos fue bastante popular en casas aisladas situadas en zonas rurales.
En Europa se distingue claramente un modelo centro-europeo, donde los aerogeneradores llegan a ubicarse en pequeñas agrupaciones en las cercanías de las ciudades alemanas, danesas, neerlandesas, y un modelo español, donde los aerogeneradores forman grandes agrupaciones en las zonas montañosa, normalmente alejadas de los núcleos de población.
La energía eólica se está volviendo más popular en la actualidad, al haber demostrado la viabilidad industrial, y nació como búsqueda de una diversificación en el abanico de generación eléctrica ante un crecimiento de la demanda y una situación geopolítica cada vez más complicada en el ámbito de los combustibles tradicionales.
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Energía Eólica
La energía eólica es la energía que se puede lograr del movimiento que produce el viento al interaccionar con las palas de un aerogenerador. Esta energía, que sigue en proceso de desarrollo, nace como respuesta a una mayor demanda del consumo energético, la necesidad de garantizar la continuidad del suministro en zonas importadoras netas de recursos energéticos y de la búsqueda de la sostenibilidad en el uso de los recursos.
En general las mejores zonas de vientos se encuentran en la costa, debido a las corrientes térmicas entre el mar y la tierra; la grandes llanura continentales, por razones parecidas; y las zonas montañosas, donde se producen efectos de aceleración local.
Aerogeneradores de eje horizontal
Son aquellos en los que el eje de rotación del equipo se encuentra paralelo al piso. Ésta es la tecnología que se ha impuesto, por su eficiencia y confiabilidad y la capacidad de adpatarse a diferentes potencias.
Las partes principales de un aerogenerador de eje horizontal son:
- Rotor: las palas del rotor, construidas mayormente en materiales compuestos, se diseñan para transformar la energía cinética del viento en un torque en el eje del equipo. Los rotores modernas pueden llegar a tener un diámetro de 42 a 80 metros y erogar potencias equivalentes a varios MW. La velocidad de rotación está normalmente limitada por la velocidad de punta de pala, cuyo límite actual se establece por criterios acústicos.
- Caja de engranajes o multiplicadora: puede estar presente o no dependiendo del modelo. Transforman la baja velocidad del eje del rotor en alta velocidad de rotación en el eje del generador eléctrico.
- Generador: existen diferente tipos dependiendo del diseño del aerogenerador. Pueden ser síncronos o asíncronos, jaula de ardilla o doblemente alimentados, con exitación o con imanes permanentes.
- La torre: ubica el generador a una mayor altura donde los vientos son de mayor intensidad y transmite las cargas del equipo al suelo.
- Sistema de control: responsable por el seguro y eficiente funcionamiento del equipo, controla la orientación de la góndola, la posición de las palas y la potencia total erogada por el equipo.
Todos los aerogeneradores de eje horizontal tienen su eje de rotación principal en la parte superior de la torre, que tiene que enfrentarse al viento de alguna manera. Los aerogeneradores pequeños son dirigidos por una veleta, mientras que los más grandes utilizan un sensor de dirección y son orientados por servomotores. Dado que la velocidad de rotación de las aspas es baja, la mayoría hacen uso de una caja reductora para aumentar la velocidad de rotación del generador eléctrico.
En general, la hélice es emplazada de tal manera que el viento, en su dirección de flujo, la encuentre antes que a la torre (rotor a barlovento). Esto disminuye las cargas adicionales que genera la turbulencia de la torre en el caso en que el rotor se ubique detrás de la misma (rotor a sotavento). Las palas de la hélice se montan a una distancia razonable de la torre y tienen rigidez alta, de tal manera que al rotar y vibrar naturalmente no choquen con la torre en caso de vientos fuertes. A pesar de la desventaja en el incremento de la turbulencia, algunos aerogeneradores, con hélices localizadas en la parte posterior de la torre, han sido construidos debido a que se orientan en contra del viento de manera natural, sin necesidad de usar un mecanismo de control. Sin embargo, la experiencia ha demostrado la necesidad de un sistema de orientación para la hélice que la ubique delante de la torre. Este tipo de montaje se justifica debido a la gran influencia que tiene la turbulencia en el desgaste de las aspas por fatiga. La mayoría de los aerogeneradores actuales son de este último tipo.
Control de potencia
En general, los aerogeneradores modernos de eje horizontal son diseñados para trabajar con velocidades promedio del viento que varían entre 3 y 24 m/s. La primera es la llamada velocidad de conexión y la segunda la velocidad de corte. Básicamente, el aerogenerador comienza produciendo energía eléctrica cuando la velocidad del viento supera la velocidad de conexión y, a medida que la velocidad del viento aumenta, la potencia generada es mayor, siguiendo la llamada curva de potencia.
Asimismo, es necesario un sistema de control de las velocidades de rotación para que, en caso de vientos excesivamente fuertes, que podrían poner en peligro la instalación, haga girar a las palas de la hélice de tal forma que éstas presenten la mínima oposición al viento, con lo que la hélice se detendría.
Para aerogeneradores de gran potencia, algunos tipos de sistemas pasivos, utilizan características aerodinámicas de las palas que hacen que aún en condiciones de vientos muy fuertes el rotor se detenga. Esto se debe a que él mismo entra en un régimen llamado "pérdida aerodinámica".
Este tipo de generadores se ha popularizado rápidamente al ser considerados una fuente limpia de energía renovable, ya que no requieren, para la producción de energía, una combustión que produzca residuos contaminantes y/o gases implicados en el efecto invernadero. Sin embargo, su localización —frecuentemente lugares apartados de elevado valor ecológico, como las cumbres montañosas, que por no encontrarse habitadas conservan su riqueza paisajística y faunística— puede provocar efectos perniciosos, como el impacto visual en la línea del horizonte, el intenso ruido generado por las palas, etcétera, además de los causados por las infraestructuras que es necesario construir para el transporte de la energía eléctrica hasta los puntos de consumo. Otro problema que plantean es la muerte de aves de paso al chocar contra las aspas, aunque debido a la velocidad de giro actual de éstas, ha dejado de ser un problema mayor.
Esta contaminación siempre será menor que la nuclear o la combustión sólida y con menos coste inicial para los ciudadanos. En cuanto a las medidas de seguridad e higiene, los gastos no son tan ingentes como los de las energías anteriormente citadas. Por otro lado, su disponibilidad no es constante, pues no siempre existe esa energía eólica necesaria para mover esas aspas (algunas de más de 50 metros de longitud). Se trata de encontrar un punto de equilibrio entre la contaminación y la seguridad de la fuente de energía.
La vuelta de los microgeneradores eólicos
El cuarto trimestre de 2006 será recordado como el comienzo de la "revolución del viento". Se ha puesto a la venta, en comercios esparcidos por todo el Reino Unido, los nuevos microgeneradores eólicos, al alcance de todos, con un manual de instalación, asistencia técnica para su instalación, y garantía de funcionamiento de 10 años. Estimaciones preliminares señalan que pueden producir hasta el 30% de la energía eléctrica consumida en una casa.
El gran salto adelante de la nueva introducción de los microgeneradores eólicos de 1 kW en el mercado está en la posibilidad de interconectarlos a la red, de forma que la energía de la red de distribución sólo se utilizará cuando la generación propia no sea suficiente. [1]
El costo actual (octubre de 2006) del equipo es de unos 2.000€ (en Europa), y en algunos países de la Unión Europea pueden utilizarse subsidios gubernamentales para su instalación. En otros países de Latinoamérica y Asia, estos equipos pueden alcanzar precios más económicos.
El coste de generación eléctrica mediante aerogeneradores oscila en la actualidad entre los 0,04 €/kWh y los 0,06 €/kWh. Dado el crecimiento de la factura energética mediante el uso de los recursos tradicionales es de esperar que en breve resulte plenamente competitiva en términos de mercado.
