Energía eólica

Energías renovables. Viento. Aerogeneradores de eje horizontal, de eje vertical. Partes. Velocidad del viento. Medición

  • Enviado por: Fabre
  • Idioma: castellano
  • País: España España
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  • INTRODUCCION

  • La energía eólica es una energía renovable, eso quiere decir que nunca se acaba. La energía eólica es una variable de la energía solar, pues se deriva del calentamiento de la atmósfera y de las irregularidades de la superficie terrestre. Durante el día el sol calienta el aire que esta sobre la tierra mas que el que esta sobre el mar. El viento se produce al hacer una variación de temperatura entre 2 puntos.

    El aire se expande y se eleva, disminuyendo así la presión sobre el terreno y haciendo que el viento sople desde el mar hacia las costas. Cerca del suelo, la velocidad es baja, pero aumenta rápidamente can la altura. Cuanto mas accidentada sea la superficie del terreno, mas frenara esta al viento. El viento sopla mas fuerza sobre el mar que en tierra, por ello las mejores localizaciones para colocar turbinas se encuentran en el mar, sobre las colinas, cercanas a la costa y con poca vegetación.

    La palabra eólico deriva del griego EGLO, que era el Dios del viento en la mitología griega.

    La energía eólica es aquella que tiene su origen el movimiento generado por la fuerza del viento.

  • HISTORIA DE LA ENERGÍA EÓLICA

  • La energia eolica es uno de los recursos energeticos mas antiguos, explotados por el hombre. Se sabe que los egiptos yo lo usaban 3600 a.C. Ahora tambien se sigue usando la brisa suave para separar la paja y la cascara de los granos de cereal. Otro antiguo modo de usar el viento fue la climatizacion de las viviendas.

    La fuerza del viento ha sido la única que el hombre ha utilizado para navegar hasta hace poco más de un siglo, y es probable que vuelva a desempeñar un papel importante tanto en el trasporte de mercancías como en el de viajeros debido al constante encarecimiento de los crudos.

  • LA ENERGIA EÓLICA

  • Como ya he dicho la energia eolica es aquella genera movimiento gracias al viento. Esta enegia tiene sus ventajas y sus inconvenientes.

    Esta energia tiene unas caracteristicas como energia renovable y tambien ventajas especificas::

      • Nunca se acaba

      • No contamina la atmosfera.

      • Es una fuente de energia segura y renovable.

      • No produce emisiones en la atmosfera, ni genera residuos, salvo los de fabricación de lso equipos y el aceite de los engranajes.

      • Se trata de instalaciones moviles, cuya desmontaje permite recuperar totalmente la zona.

      • Se contruye en muy poco tiempo (> de 6 meses)

      • Su instalacion es compatible con otros muchos usos del suelo.

      • Se crean puestos de trabajo.

    Tambien tiene unos inconvenientes generales y otros especificos de ella misma:

    • Depende de las condiciones atmosfericas

    • El aprovechamiento de estas fuentes no esta suficientemente estudiado y resultan caras.

    • El impacto visual, es decir, que su instalacion genera una alta modificación del paisaje.

    • El impacto sobre la avifauna: principalmente por el choque de las aves contra las palas, efectos desconocidos sobre modificación de los comportamientos habituales de migración y anidación.

    • El impacto sonoro, es decir el roce de las palas con el aire produce un ruido constante, la casa más cercana deberá estar al menos a 200 metros.

    • La posibilidad de zona arqueológicamente interesante.

    La maquina que aprovecha la fuerza del viento para generar electricidad es el aerogenerador.

    'Energía eólica'

  • LOS AEROGENERADORES.

  • A lo largo de la historia se ha ido utilizando esta energia en las diferentes actividades humanas los molinos de viento, para bombear agua subterranea, o los barcos de vela…

    Últimamente se utilizan una especie de molinos que convierten el viento en electricidad: los aerogeneradores, y son de diferentes tipos: los de eje vertical y los de eje vertical.

    4.1. Aerogenerador de eje horizontal.

    Son los más conocidos. Su forma es la de una hélice enfrentada al viento, que la hace moverse. Ejemplos primitivos de este sistema son los molinos de viento de la Mancha o los empleados para extraer agua en el oeste norteamericano, popularizados por las películas «western».

    Existen dos tipos diferenciados:-Rotor de rueda de bicicleta.-Rotor de tipo de hélice.

      • El rotor de rueda de bicicleta :

    Es el empleado en los molinos de agua norteamericanos. Consta de un gran número de palas muy livianas, con una gran superficie de resistencia al viento, normalmente planas, y fijadas a una rueda externa y a un eje central que le dan resistencia al montaje. Debido al poco peso de la estructura y a la gran superficie enfrentada al viento, su velocidad es inferior a los molinos de rotor de tipo de hélice, aunque debido a la gran superficie que poseen, extraen más energía a igualdad de revoluciones.Su principal uso, debido a su velocidad, se halla en aplicaciones de obtención de energía eléctrica. Sin embargo, el poco peso de la estructura, necesario para alcanzar dichas velocidades, impide su empleo con generadores de gran potencia, estando limitada la potencia máxima generada en torno al kilovatio.

      • El rotor de tipo de hélice:

    Parte del mismo concepto que el de rueda de bicicleta, pero emplea un número muy útil de palas, normalmente 2 ó 3, de mayor tamaño y diseñadas con una estructura aerodinámica basada en las hélices de los aviones. En estos sistemas la velocidad alcanzable es considerablemente menor, 10 ó 15 radianes por segundo, estando la zona de máximo aprovechamiento situada en torno a los 6 u 8 rad/s.Esta velocidad, considerablemente inferior al modelo anteriormente visto, se compensa por la posibilidad de obtener una par de fuerzas mucho mayor. El viento ejerce una fuerza constante por unidad de superficie. Al ser cada pala de mayor dimensión, también será mayor la fuerza que se ejerza sobre ella. Los sistemas se diseñan para resistir estas fuerzas superiores, aumentando el peso y disminuyendo la velocidad.Para poder accionar el generador eléctrico con un rendimiento aceptable es necesario intercalar un engranaje que aumente la velocidad y disminuya la fuerza. Una relación típica empleada con este tipo de engranajes es de 1 a 60. Es decir, la velocidad de las palas se multiplica por 60 para mover el generador. Los molinos de este tipo permiten la obtención de una amplia gama de energías en función del tamaño con que se diseñan. Los modelos más pequeños, con palas de 2 ó 3 metros, pueden llegar a alcanzar potencias de 10 kW. El modelo mediano, el más extendido, tiene una longitud de torre de 30 metros y palas de 10 metros, pudiendo llegar a dar una potencia máxima de 100 kW y una potencia media de 80 kW.

    El límite máximo alcanzado hasta ahora se halla en torno al megavatio (MW) empleando palas de 30 metros. Por encima de estas dimensiones la complejidad de diseño aumenta de tal modo (tamaño de las palas y de la torre de sustentación, aumento de la resistencia mecánica, etc.) que resulta inviable económica y tecnológicamente un diseño eficaz.

    Este tipo de aerogeneradores tienen unas ventajas y unos inconvenientes:

    ! Ventajas de los molinos de eje horizontal: Este sistema es el más estudiado y el que mejores rendimientos proporciona; se ha llegado a un coeficiente de aprovechamiento (Cp) de 0,45 a 0,50 de la potencia mecánica, aunque al transformarla en eléctrica, el rendimiento desciende. Con una elección adecuada del emplazamiento dan buen rendimiento medio, independientemente de la estación del año y de la hora del día, y emplean menos superficie de terreno que otros sistemas para la misma potencia producida

    ! Inconvenientes: La energía producida en cada momento tiene variaciones instantáneas muy elevadas y difíciles de calcular. Para su emplazamiento deben elegirse zonas sin obstáculos y elevadas. La potencia máxima alcanzable es de un megavatio. Para una potencia superior debe recurrirse al empleo de formaciones de varios generadores independientes. En este caso debe tenerse en cuenta la disposición sobre el terreno para que unos no se interfieran a otros.La necesidad de un sistema de orientación para adaptarse a la dirección del viento complica el sistema y lo hace más propenso a fallos. Dicho sistema suele constar de una veleta que detecta la dirección del viento y de un motor controlado por dicha veleta, que orienta el rotor para que apunte al viento.

    4.2. Aerogeneradores de eje vertical:

    En este caso el eje de giro está situado verticalmente y las palas giran alrededor de él en un plano horizontal. El viento, por tanto, hace fuerza por un lado sobre la parte delantera de las palas, dando velocidad, pero a la vez presiona sobre la parte trasera de otra pala, frenándola. El diseño crítico consiste en diseñar la estructura de la pala de modo que por delante sea capaz de captar el mayor viento posible y que simultáneamente ofrezca la menor resistencia al viento por su parte posterior. Los dos diseños que han tenido más éxito son el rotor Savonius, diseñado en 1929, y el rotor Darrieux.

    - El modelo más sencillo de rotor Savonius consta de un cilindro hueco partido verticalmente por la mitad y al que se le ha desplazado horizontalmente cada una de las mitades hasta formar una «S», de modo que las dos partes cóncavas capten el viento. Esta estructura original ha sido perfeccionada posteriormente por diversos métodos. En primer lugar, la estructura en «S» presenta el inconveniente de que en el interior de la parte cóncava de la pala que recibe el aire se forma una sobrepresión debido al aire que no puede salir. Esta sobrepresión desvía la corriente de aire, disminuyendo la fuerza ejercida sobre el rotor y perjudicando el rendimiento. Para evitarlo se separan las dos palas, dejando un hueco entre ambas por el que pueda existir un flujo de aire y se evite la sobrepresión. Otra mejora se consigue sustituyendo las palas semicirculares por otras diseñadas de forma que mejore el flujo de aire del que se acaba de hablar. Por último, se puede aumentar el rendimiento aumentando el número de palas del rotor. Las palas empleadas son 3, 4 y 6. Este tipo de rotor ofrece una gran resistencia al aire, por lo que su máximo rendimiento se obtiene a bajas velocidades. Si se quisiera emplearlo en la generación de energía eléctrica, haría falta disponer de un engranaje multiplicador de alta relación, lo que disminuye la eficiencia de la transmisión haciendo no rentable el sistema.

    Sus principales aplicaciones están en el bombeo de agua y otras aplicaciones hidráulicas en las que la velocidad necesaria es baja, pero la potencia a aplicar bastante elevada.

    - El rotor Darrieux es otro generador de eje vertical. En este caso el rotor tiene forma de batidora de huevos, constando de unas palas muy finas unidas al eje sólo por los dos extremos (cada pala tiene forma de ala de avión simétrica) y que adopta una curva específica entre las dos uniones al eje, curva que ha sido diseñada para obtener un máximo rendimiento. El modelo más empleado es la curva Troposkien, aunque también se usa la de forma de catenaria y la de aproximación a la de Troposkien por medio de una recta y un arco de circunferencia.La forma aerodinámica de las palas le permite mantener la velocidad de giro una vez la alcanza, pero el sistema es incapaz de arrancar por sí solo. Esto obliga a disponer un sistema secundario de arranque. Las dos alternativas más usadas son un motor eléctrico y un rotor Savonius con un embrague que los separa una vez que el rotor Darrieux alcanza su velocidad de funcionamiento. La menor superficie enfrentada al viento permite alcanzar mayores velocidades que las del rotor Savonius, aunque menores que las de un rotor de eje horizontal, siendo ya rentable el empleo de un generador de este tipo para obtención de energía eléctrica.

    Este tipo de aerogeneradores tienen unas ventajas y unos inconvenientes:

    ! Ventajas de los rotores de eje vertical: La disposición del rotor le permite captar el viento proveniente de cualquier dirección sin necesidad de dispositivo de orientación. Este hecho se traduce en una simplificación de la maquinaria y en un menor número de averías.Al estar dispuesto verticalmente el eje, la maquinaria de aprovechamiento de la energía puede situarse directamente sobre el terreno y no es necesario el empleo de una torre como en los sistemas de eje horizontal. Por tanto se produce un ahorro en costes de construcción y se facilita el aprovechamiento de la energía.

    ! Inconvenientes: Estos sistemas producen menos rendimiento que un rotor de eje horizontal de dimensiones equivalentes. La baja velocidad de giro dificulta su empleo en instalaciones de obtención de energía eléctrica, en las que se necesitan velocidades muy elevadas. El diseño de sistemas de gran tamaño presenta problemas mayores de estructura que si se empleara un rotor horizontal.

    'Energía eólica'

  • PARTES DE UN AEROGENERADOR.

  • Los aerogeneradores se componen de:

    La góndola

    Contiene los componentes clave del aerogenerador, incluyendo el multiplicador y el generador eléctrico. El personal de servicio puede entrar en la góndola desde la torre de la turbina. A la izquierda de la góndola tenemos el rotor del aerogenerador, es decir las palas y el buje.

    Las palas del rotor

    Capturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje. En un aerogenerador moderno de 600 Kw. cada pala mide alrededor de 20 metros de longitud y su diseño es muy parecido al del ala de un avión.

    El buje

    El buje del rotor está acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador.

    El eje de baja velocidad

    Conecta el buje del rotor al multiplicador. En un aerogenerador moderno de 600 Kw. El rotor gira muy lento, a unas 19 a 30 revoluciones por minuto (r.p.m.) El eje contiene conductos del sistema hidráulico para permitir el funcionamiento de los frenos aerodinámicos.

    El multiplicador

    Tiene a su izquierda el eje de baja velocidad. Permite que el eje de alta velocidad que está a su derecha gire 50 veces más rápido que el eje de baja velocidad.

    El eje de alta velocidad

    Gira 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. El freno mecánico se utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico, o durante las labores de mantenimiento de la turbina.

    El generador eléctrico

    Suele ser un generador asíncrono o de inducción. En los aerogeneradores modernos la potencia máxima suele estar entre 500 y 1.500 Kw.

    El controlador electrónico

    Es un ordenador que continuamente monitoriza las condiciones del aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. En caso de cualquier disfunción (por ejemplo, un sobrecalentamiento en el multiplicador o en el generador), automáticamente para el aerogenerador y llama al ordenador del operario encargado de la turbina a través de un enlace telefónico mediante modem.

    La unidad de refrigeración

    Contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador eléctrico. Además contiene una unidad refrigerante por aceite empleada para enfriar el aceite del multiplicador. Algunas turbinas tienen generadores refrigerados por agua.

    La torre

    Soporta la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Una turbina moderna de 600 Kw. Tendrá una torre de 40 a 60 metros (la altura de un edificio de 13 a 20 plantas).
    Las torres pueden ser bien torres tubulares (como la mostrada en el dibujo) o torres de celosía. 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. La principal ventaja de las torres de celosía es que son más baratas.

    El mecanismo de orientación

    Está activado por el controlador electrónico, que vigila la dirección del viento utilizando la veleta.

    El anemómetro y la veleta

    Las señales electrónicas de anemómetro son utilizadas por el controlador electrónico del aerogenerador para conectarlo cuando el viento alcanza aproximadamente 5 m/s. El ordenador parará el aerogenerador automáticamente si la velocidad del viento excede de 25 m/s, con el fin de proteger a la turbina y sus alrededores. Las señales de la veleta son utilizadas por el controlador electrónico para girar el aerogenerador en contra del viento, utilizando el mecanismo de orientación.

    'Energía eólica'

  • MEDICION DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO

  • Las mediciones de las velocidades del viento se realizan normalmente usando un anemómetro de cazoletas. El anemómetro de cazoletas tiene un eje vertical y tres cazoletas que capturan el viento. El número de revoluciones por segundo son registradas electrónicamente. Normalmente, el anemómetro está provisto de una veleta para detectar la dirección del viento.

    En lugar de cazoletas el anemómetro puede estar equipado con hélices, aunque no es lo habitual. Otros tipos de anemómetros incluyen ultrasonidos o anemómetros provistos de láser que detectan el desfase del sonido o la luz coherente reflejada por las moléculas de aire.

    Los anemómetros de hilo electrocalentado detectan la velocidad del viento mediante pequeñas diferencias de temperatura entre los cables situados en el viento y en la sombra del viento (cara a sotavento). La ventaja de los anemómetros no mecánicos es que son menos sensibles a la formación de hielo. Sin embargo en la práctica los anemómetros de cazoletas son ampliamente utilizados, y modelos especiales con ejes y cazoletas eléctricamente calentados pueden ser usados en las zonas árticas.

  • LA ENERGIA EOLICA EN ESPAÑA

  • En la actualidad, España es la tercera potencia eólica de Europa. A principios de 1999 los molinos instalados en nuestro país proporcionaban 535,2 mw de potencia. En el año 2030 se pretende que estén instalados un total de 100.000 mw la U.E. Cada Kwh. permitirá el ahorro de un Kgr. de CO2 entre otras sustancias contaminantes. Los únicos impactos ambientales de esta forma de energía están ligados al que producen los parques eólicos en el paisaje y a la muerte de aves al chocar contra las aspas de los molinos en algunos emplazamientos. Un problema que se intenta minimizar mediante un estudio previo de impacto ambiental.

    El potencial global de la energía eólica en el mundo es de 53.000 Twh/año, cinco veces superior al actual consumo eléctrico. En España, en teoría se podría producir toda la electricidad con energía eólica.

    Cerca del 3% de la generación total en España y significa que cerca de 2,4 millones de habitantes consumen ese tipo de energía. Alemania es el principal generador de energía eólica en Europa y en el mundo.

    Aunque la recuperación de este tipo de inversión lleva más de una década y la rentabilidad es baja, varias eléctricas apostaron por el negocio de la energía eólica. Las cifras expuestas antes prevén un futuro prometedor para la eólica, principalmente porque el consumo ha sido creciente y se mantendrá así durante los próximos años. La energía eólica es una fuente poco contaminante y agresiva con el medio ambiente, el crecimiento anual ronda el 30%, la potencia media de los aerogeneradores es cada vez mayor y disminuye el precio de cada MW instalado. En España el gobierno ha elevado las cifras de la potencia de todas las fuentes de cara al año 2011 y afirma que en ese año serán 13.000 MW y el origen del 9% de la energía eléctrica consumida. Más allá de ese año la Asociación Europea de la Energía Eólica le calcula una potencia instalada en el año 2020 y que generarán el 20% de la electricidad necesaria.

    'Energía eólica'

  • ULTIMAS NOTICIAS

  • Recientemente, Endesa anunció la puesta en marcha en diciembre de dos parques eólicos en la provincia de Aragón con una inversión de 21,46 millones de euros y potencia para alimentar a una ciudad de 25.000 habitantes.

    El pasado 30 de septiembre Iberdrola avanzó en su objetivo de crecer en renovables al comprar a su participada Gamesa parques eólicos por 983 MW de potencia con una inversión próxima a 1.000 millones de euros. Gamesa, el mayor fabricante de aerogeneradores de España y segundo del mundo, compite en la bolsa frente a las grandes empresas energéticas españolas

    ``La generación de energía eólica en España crecerá este año un 25% interanual hasta unos 4.100 MW, consolidando al país como el segundo mayor productor del sector en Europa`` estoy fue lo que salio publicado en un periódico este mes de Mayo dicho por el secretario general de la Asociación de Productores de Energías Renovables.

    Se han aprobado importantes planes eólicos en varias comunidades, cabe destacar:

    GALICIA: En esta comunidad se han aprobado ya el segundo plan eólico, las pretensiones de este plan son las de seguir a la cabeza del sector eólico en España. Las informaciones recientes estiman en 6 GW reales para el año 2010.

    CASTILLA Y LEÓN: Hasta finales de Julio 2001, se han presentado ante la junta ¡430 solicitudes de instalación de parques eólicos!, con una potencia total instalada de más de 12.400 MW. Si bien, algunas de estas solitudes están duplicadas, es decir, entran en competencia. Ya se están conceciendo numerosas licencias. En el Registro de productores en Régimen especial, hay 6 GW eólicos inscritos.

    CATALUÑA: Ya se ha aprobado el Plan Eólico Catalán, del que se están presentado numerosas alegaciones. Se prevé la instalación de 25 parques eólicos y una potencia instalada del orden de los 1.500 MW.

    PAIS VASCO: En Julio de éste año se ha aprobado el PTS (Plan Territorial Sectorial) de la Energía Eólica en Euskadi, con seis emplazamientos posibles para la instalación de parques eólicos y la disponibilidad de otros siete.

    VALENCIA: Por fin, y después de mucho tiempo, se ha aprobado el Plan Eólico Valenciano, que preveé la instalación de 40 parques eólicos, con 2.750 aerogeneradores, 1.695 MW de potencia instalada y una inversión próxima a los 200.000 mill. de pesetas. Para los 15 emplazamientos se han presentado un total de 17 empresas

  • ENERGIA EÓLICO-SOLAR

  • Este generador se puede definir en realidad como un sistema de aprovechamiento solar, ya que en este caso se emplea la energía del Sol y se la transforma en viento, que a su vez es empleado para generar energía eléctrica. El dispositivo, también llamado columna ciclónica artificial, consta de una gran superficie de terreno cubierta de plástico transparente. En el centro de este área se sitúa una columna hueca de gran altura (100 a 200 metros) denominada columna Venturi y en su parte superior se instala un rotor dispuesto de forma que aproveche las corrientes de aire que asciendan por la columna. El funcionamiento es como sigue: el Sol, por efecto invernadero, calienta el aire situado debajo del techo de plástico. El calor adquirido por las moléculas de aire no se escapa al exterior, ya que el plástico es opaco a los rayos infrarrojos que desprenden dichas moléculas. La temperatura, por tanto, se eleva considerablemente. Como el aire caliente tiende a ascender, se produce un flujo de aire hasta la columna central. Dado el estrecho diámetro de esta columna, la ascensión se produce a gran velocidad, creando un efecto de ciclón y moviendo el generador superior. Para que el sistema sea realmente efectivo, es necesario que el área de calentamiento sea lo suficientemente grande para proporcionar el suficiente volumen de aire y que la altura de la torre sea también elevada. En Manzanares (Ciudad Real) existe un dispositivo de este tipo con un diámetro de la superficie de 250 metros, que suponen 200 000 m2 y una altura de torre de 200 metros. El sistema es capaz de proporcionar 100 kW.

    ! Ventajas de los sistemas eólicos-solares: La sencillez del sistema da una buena fiabilidad. La única pieza móvil es el generador, que además no necesita de dispositivos de orientación.

    ! Inconvenientes: El rendimiento obtenido por unidad de superficie es muy bajo, ya que la misma potencia se puede conseguir con sistemas que empleen una superficie de terreno mucho menor.