Resumen De Plantas Eolicas

PLANTAS EÒLICAS

Introducción

La energía eólica ha sido utilizada tradicionalmente como fuerza motriz de los buques de vela y para impulsar los molinos de viento. El uso de este tipo de energía fue cayendo en desuso con la difusión de la electricidad y con la amplia disponibilidad y el bajo coste de los motores alimentados con combustibles fósiles. Este tipo de energía, a diferencia de otras energías renovables, exige inversiones menores y utiliza un recurso natural disponible habitualmente en todas partes y especialmente aprovechable en las zonas templadas, donde se encuentran la mayoría de las naciones desarrolladas industrialmente.

Partiendo de una panorámica general de las modalidades de explotación de la energía del viento mediante instalaciones eólicas.

1. Generalidades sobre plantas eólicas

1.1. Física y naturaleza del viento

En las zonas de aire frío, la presión de los gases atmosféricos aumenta, mientras que allí donde se libera más calor, el aire se calienta y la presión de los gases disminuye. De esta forma se crea una macro circulación como consecuencia de los movimientos convectivos: las masas de aire se calientan, su densidad disminuye y se elevan, haciendo que fluya aire más frío sobre la superficie terrestre. Este movimiento de masas de aire frío y caliente genera las zonas de altas y bajas presiones presentes permanentemente en la atmósfera, a las que también afecta la rotación terrestre.

1.2. El viento como fuente de energía

Para aprovechar la energía eólica, es muy importante tener en cuenta las grandes variaciones de velocidad entre diferentes zonas, la fuerza del viento, la dirección y la intensidad del viento fluctúan rápidamente en torno al valor medio (turbulencias) que son una característica importante del viento, ya que determinan las fluctuaciones de la fuerza ejercida sobre las palas de las turbinas, aumentando así su desgaste y reduciendo su vida media. La variabilidad y la aleatoriedad del viento representan las principales desventajas de la electricidad procedente de una fuente eólica.

1.3. Principio de funcionamiento de un aerogenerador

Un aerogenerador o turbina eólica transforma la energía cinética del viento en energía eléctrica sin usar combustible, pasando por el estadio intermedio de conversión a energía mecánica de rotación a través de las palas. Los aerogeneradores pueden ser de “sustentación” o de “resistencia” en función de cuál de las fuerzas generadas por el viento se use como “fuerza motriz”. Por razones de seguridad, a velocidades elevadas por lo general superiores a 25 m/s (velocidad de desconexión o cut-off), el sistema de frenado para la turbina. El bloqueo puede efectuarse por medio de frenos mecánicos que detienen el rotor o, en el caso de palas de inclinación variable, “escondiéndolas” del viento al ponerlas en la posición conocida como “bandera”.

1.4. Tipos de aerogeneradores

 aerogeneradores de eje vertical – VAWT (Vertical Axis Wind Turbine);

 aerogeneradores de eje horizontal – HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine). A su vez los aerogeneradores VAWT, que representan el 1% del total, se subdividen en:

 aerogeneradores del tipo Savonius;

 aerogeneradores del tipo Darrieus;

 aerogeneradores híbridos Darrieus-Savonius.

 Los aerogeneradores HAWT, que representan el 99% del total, se subdividen en:

 aerogeneradores a barlovento (upwind);

 aerogeneradores a sotavento (downwind).

1.5. Características de los aerogeneradores

 microeólicas para potencias inferiores a 20 Kw y por instalaciones destinadas principalmente al suministro doméstico;

 minieólicas para potencias entre 20 y 200 kW con instalaciones principalmente destinadas a la producción y venta de electricidad;

 eólicas para potencias superiores a 200 kW y constituidas principalmente por parques eólicos para la inyección de la energía producida en la red.

1.6. Tipología de las plantas eólicas

1.6.1. Instalaciones conectadas a la red de distribución

Entre ellas cabe distinguir entre instalaciones de un solo aerogenerador (conectado a la red con o sin usuarios domésticos o industriales en paralelo) e instalaciones estructuradas como parques eólicos. Los aerogeneradores de los parques eólicos pueden instalarse tanto en tierra firme como en el mar. Los aerogeneradores marinos deben tenerse también en cuenta los siguientes aspectos:

 las olas añaden cargas y deterioros en la estructura, que pueden ser superiores a los causados por el viento;

 las características mecánicas del fondo no suelen ser buenas, lo que obliga a que las cimentaciones sean de mayor tamaño;

 el momento resultante sobre el fondo de las cargas aplicadas al rotor aumenta con el incremento de longitud debido a la torre sumergida.

1.6.2. Instalaciones no conectadas a la red de distribución

Pueden dividirse en instalaciones de un único usuario aislado e instalaciones de redes autónomas. Para usuarios aislados, donde no es factible o conveniente conectarse a la red pública debido a los elevados costes o a problemas técnicos y donde sopla viento suficiente (con una velocidad media anual > 6 m/s, como referencia), la energía eólica puede ser una alternativa fiable y económica para alimentar cargas domésticas. Las plantas eólicas para usuarios aislados deben disponer de un sistema de acumulación que garantice el suministro de energía incluso en condiciones de poco viento. Las redes autónomas alimentadas por una fuente eólica se revelan como una aplicación prometedora. El suministro eléctrico a usuarios con un elevado consumo y alejados de la red de distribución nacional se realiza por lo general mediante generadores alimentados con combustibles fósiles, pero es una solución cara debido a los altos costes de suministro y mantenimiento, además de la contaminación medioambiental.

1.7. Costes de la energía eólica

La energía eólica puede considerarse, especialmente cuando se genera en parques eólicos multimegavatio, una energía eficiente en términos de costes, de impacto medioambiental y de retorno de la inversión (de 3 a 5 años), la energía procedente de grandes instalaciones eólicas conlleva unos costes de inversión y producción (incluyendo los costes de mantenimiento, combustible y de personal) comparables a los de una central térmica de carbón tradicional. Además,la energía eólica comporta unos costes de las externalidades inferiores a los de las centrales eléctricas tradicionales. Finalmente, hay que tener en cuenta que por cada kWh de energía eólica generada se evita la emisión a la atmósfera de una determinada cantidad de sustancias contaminantes y el correspondiente "efecto invernadero".

1.8. Expansión de la energía eólica en el mundo y en la Unión Europea

En el mundo, a finales del 2009 la potencia eólica instalada ha rondado los 160 000 MW con un crecimiento global del 233% desde el 2004, mientras que a finales del 2010 la potencia eólica ha alcanzado los 194 000 MW (fuente: GWEC).

En la Unión Europea, a finales del 2009 se superaron los 73 000 MW instalados con un incremento del 114% respecto al 2004, mientras que a finales del 2010 la potencia eólica alcanzó los 84 000 MW, de los que casi 3000 MW corresponden a instalaciones eólicas offshore (fuente: EWEA). Concretamente en la Unión Europea, Alemania es el país con más instalaciones, con una potencia total de más de 25 000 MW, seguida por España, con más de 19 000 MW e Italia y Francia a continuación.

1.9. Perspectivas y tecnologías futuras

Usando la energía eólica, en el 2020 se podría producir el 12% de la demanda total de energía eléctrica a escala mundial y el 20% de la europea, alcanzando los objetivos de la Unión Europea solo con esta fuente renovable. Se prevé pues un fuerte desarrollo del sector eólico que podría alcanzar en el 2013 una potencia instalada de más de 140 GW en Europa y a nivel mundial los 343 GW (figura 1.22) con los niveles de crecimiento anual. Con el fin de suplir la falta de grandes espacios disponibles en tierra, de superar la conflictividad medioambiental y de aprovechar regímenes de viento más elevados y regulares, en muchos países del norte de Europa se está considerando seriamente la posibilidad de instalar parques eólicos offshore.

2. Componentes principales de un aerogenerador

 pala;

 soporte de la pala;

 actuador del ángulo de paso;

 buje;

 cubierta;

 soporte principal;

 eje principal;

 luces de señalización aérea;

 multiplicador;

 dispositivos hidráulicos de refrigeración;

 frenos mecánicos;

 generador;

 convertidor de potencia y dispositivos eléctricos de control, protección y seccionamiento;

 transformador;

 anemómetros;

 estructura de la góndola;

 torre de soporte;

 mecanismo actuador de la orientación

3. Teoría de aerogeneradores

3.1. Potencia de la vena fluida. La producción de potencia eléctrica mediante aerogeneradores depende de la interacción entre las palas del rotor y el viento, transformando primero la energía cinética de este en energía mecánica de rotación y después transformando esta última en energía eléctrica.

3.2. Teoría unidimensional y ley de Betz. Para determinar la potencia extraída por un aerogenerador ideal de un

...