DISEÑO E INSTALACIÓN DE SISTEMAS EÓLICOS DOMÉSTICOS

Diseño

Antes de realizar cualquier tipo de inversión, hay que tener en mente que tipo de turbina se quiere instalar, estando las que son específicas para instalaciones domésticas e industriales en el rango de los 20 W a los 50 kW. Las hay más pequeñas y mucho más grandes pero se reservan para, o bien cargar pequeñas baterías o para abastecer a una mayor población respectivamente. También hay que consultar si existen leyes que limiten la altitud máxima de estructuras, ya que esto puede limitar el proyecto inicial, e incluso si contamos con el respaldo de los vecinos ya que un generador eólico puede llegar a ser molesto.

El siguiente paso es comprobar que la región en la que se quiere realizar la instalación tiene una velocidad del viento suficiente para hacer operar la turbina y que salga rentable a no muy largo plazo el desembolso que requiere. En la página www.cener.com/es/energia-eolica/mapas-viento.asp se pueden encontrar mapas de viento de la  península Ibérica con una resolución de hasta 1,5 km x 1,5 km con la media de los últimos 10 años. En la página www.stanford.edu/group/efmh/winds/global_winds.html se pueden encontrar mapas de viento mundiales aunque con bastante menos precisión. Por supuesto hay que tener en cuenta que el viento es prácticamente impredecible, puede variar en cualquier momento y de un sitio a otro. Además puede verse afectado por edificios o árboles colindantes.La energía eólica no se puede almacenar de ninguna forma para ser utilizada en un momento posterior, por ello hay que realizar una serie de medidas de la velocidad del viento (de meses de duración o incluso de un año) en el lugar del emplazamiento del molino pues nos

proporcionará una gráfica con la distribución de las velocidades y con esta conoceremos la potencia eléctrica que generará el molino. En general será suficiente con una media anual de 4 m/s, pero cuanto mayor sea la velocidad mejor.

Para obtener la potencia final que va a generar la turbina eólica a lo largo de un año, basta con tener el diagrama de la distribución de la velocidad del viento con el número de horas anuales que se mueve en cada velocidad. Multiplicando el número de horas por la potencia que produce el molino en cada rango de velocidades y sumando se obtiene la potencia anual acumulada.

Por último hay que tener en cuenta que cuanto más alto se ubique el molino, más cara será la torre pero permitirá a la turbina acceder a más energía eólica. Una torre más pequeña necesitará una turbina más grande para producir la misma electricidad que una turbina que se encuentre más elevada con una turbina más pequeña (y también más barata). El tipo de turbina vendrá limitada por el espacio que haya para las sujeciones y por los

edificios colindantes que limiten el movimiento de giro del eje que soporta las aspas de los molinos.

En este apartado de la web puedes obtener información sobre programas de ordenador con los que podrás diseñar tus propias instalaciones eólicas domésticas así como obtener información sobre su producción, su rendimiento, costes, etc.

Instalación

El sitio idóneo para colocar la turbina es en un mástil que la deje expuesta libremente al viento. Hay muchos modelos que no se recomienda montar en edificios. Sin embargo, si el único sitio disponible es el tejado o azotea, los únicos sistemas factibles son pequeñas turbinas montadas lo suficientemente elevadas como para que no se vean muy afectadas por las turbulencias que generan los edificios. Aún así nunca tendrán la misma eficiencia que un sistema equivalente montado en una zona abierta.

Teóricamente, si una turbina está montada en un edificio ubicado en un sitio abierto, el edificio incrementa la velocidad que pasa por el molino. Sin embargo, esto solo sucede en zonas muy expuestas al viento. También sucede los mismo en hogares ubicados en el borde de municipios si el viento viene de la dirección de la zona abierta. Si el aire viene de la dirección contraria el régimen de viento será bastante pobre.

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COMPONENTES DE UN AEROGENERADOR

Los molinos eólicos son complejas y bastas construcciones que pueden llegar a medir casi 200 metros de altitud con las palas incluidas y tener un peso de hasta 20 Tm. Están formados por una gran variedad de componentes que se describen a continuación.

CimentaciónLos aerogeneradores actuales de eje horizontal están constituidos por una cimentación subterránea de hormigón armado, adecuada al terreno y a las cargas del viento, sobre la cuál se levanta una torre.

Torre

La torre de un aerogenerador es el elemento estructural que soporta todo peso del aerogenerador y mantiene elevadas del suelo las palas de la turbina. Está hecha de acero y normalmente hueca por dentro para poder permitir el acceso a la góndola. Esta suele ser típicamente de acero de tipo tubular u hormigón armado (en la actualidad se suelen utilizar estructuras mixtas en las que la parte inferior es de hormigón y la superior de acero). Elevan el aerogenerador lo suficiente como para que sea capaz de acceder a velocidades del viento mayores, en contraste con las bajas velocidades en los puntos cercanos al terreno y la existencia de turbulencias. Al extremo de la torre se fija una góndola giratoria de acero o fibra de vidrio.

Rotor y las palas

Normalmente las turbinas modernas están formadas por dos o tres palas, siendo lo normal el uso de tres por la mayor suavidad en el giro que proporciona. Las palas están fabricadas de un material compuesto de matriz polimérica (poliéster) con un refuerzo de fibras de vidrio o carbono para dar mayor resistencia. Pueden medir longitudes en el rango desde 1 metro hasta 100 metros y

van conectados al buje del rotor. Dentro del buje hay ciertos elementos mecánicos que permiten variar el ángulo de incidencia (o pitch) de las palas.

La mayoría de los rotores en la actualidad son horizontales y pueden tener articulaciones, la más habitual es la de cambio de paso. En la mayoría de los casos el rotor está situado a barlovento de la torre, con el objeto de reducir las cargas cíclicas sobre las aspas que aparecen si se situara a sotavento de ella, pues al pasar una pala por detrás de la estela de la torre , la velocidad incidente está muy alterada. Debido a este fenómeno, las torres de aeroturbinas con rotores a sotavento son de celosía metálica, por su mayor transparencia al viento.

Góndola

La góndola es un cubículo que se puede considerar la sala de máquinas del aerogenerador. Puede girar en torno a la torre para poner a la turbina encarada al viento. Dentro de ella se encuentran la caja de cambios, el eje principal, los sistemas de control, el generador, los frenos y los mecanismos de giro de la góndola. El eje principal es el encargado de transmitir el par de giro a la caja de cambios.

Caja de cambios

La función de la caja de cambios es adecuar la velocidad de giro del eje principal a la que necesita el generador. Por ejemplo en una turbina de 1 MW que tenga un rotor de 52 metros de diámetro girará aproximadamente a 20 revoluciones por minuto (rpm) mientras que el generador lo hará a 1500 rpm. La relación de la caja de cambios será de 1500/20= 75.

Generador

Actualmente hay tres tipos de turbinas, que varían únicamente en el comportamiento que tiene el generador cuando el molino se encuentra en condiciones por encima de las nominales para evitar sobrecargas. Casi todas las turbinas utilizan uno de los 3 sistemas mencionados a continuación:

Generador de inducción de jaula de ardilla

Generador de inducción bifásico

Generador síncrono

Un generador asíncrono como por ejemplo el de jaula de ardilla es el que se empezó a utilizar en las primeras turbinas eólicas. Debido a la gran diferencia de giro entre el eje del molino y el generador se necesita una caja de cambios. El devanado del estátor se encuentra conectado a la red. Se llaman turbinas de viento de velocidad constante, aunque el generador de inducción de jaula de ardilla permita pequeñas variaciones en la velocidad del rotor (aproximadamente el 1 %) también llamado

deslizamiento. Un generador de jaula de ardilla consume la potencia reactiva de la red. Esto no es algo deseable, sobre todo en una red débil. Por esta razón, se acoplan condensadores al generador.

Los otros dos sistemas de generación permiten un factor de multiplicidad de 2 entre la velocidad mínima y máxima del rotor. Al existir estas variaciones en los niveles de velocidad de giro, existe un desacoplamiento entre la frecuencia de red y la frecuencia del rotor. Para igualar ambas frecuencias se necesita electrónica de potencia.

En los generadores de inducción doble-alimentados se utiliza un primer concepto de velocidad variable. A través de la electrónica de potencia, se inyecta una corriente en el devanado del rotor del generador. El devanado del estátor del generador está conectado directamente a la red. La frecuencia de la corriente inyectada en el devanado del rotor es variable, por ello quedan desacopladas la frecuencia eléctricas y mecánicas. Al hacerse esto, se permite el funcionamiento con velocidades variables. Una caja de cambio adapta las diferentes velocidades del rotor y el generador.

Los generadores sincrónicos usan un segundo concepto de velocidad variable. Estas turbinas no tienen un caja de cambio. El generador y la red quedan totalmente desacopladas mediante electrónica de potencia. En esta configuración, también se puede operar con velocidades variables. Algunos fabricantes usan generadores especiales que operan con bajas revoluciones. Los generadores con bajas velocidades de giro se reconocen fácilmente por sus diámetros relativamente grandes, colocados cerca del rotor de la turbina.

Sistema de frenado

Las turbinas eólicas están equipadas con sistemas de seguridad muy avanzados. El sistema de frenado de

discos permite, en situaciones de emergencia o de mantenimiento, parar el molino.

Sistema de control

Una vez puesto en marcha un molino eólico, queda totalmente automatizado con sistemas de control formado por ordenadores. Estos manejan la información que suministran la veleta y el anemómetro colocados encima de la góndola para orientar el molino y las palas de forma que la generación se optimice lo máximo posible. Toda la información sobre el estado de la turbina se puede enviar de forma remota a un servidor central.

CONFIGURACIÓN DE UN PARQUE EÓLICO

Un parque o central eólica típico esta formado por generadores de gran potencia, con torres tubulares de 50 m a 60 m de altura (en la actualidad llegan a alcanzar los 120 m), y rotores de unos 90m a 120m de diámetro (hasta 150 m recientemente). Se separan lateralmente unos 3 diámetros para reducir las interferencias mutuas, formando filas. Para evitar interferencias entre las estelas turbulentas creadas por las turbinas se puede instalar una nueva fila de aerogeneradores como mínimo a unos 8 diámetros a sotavento, lo que permite que el mezclado turbulento del aire rellene el defecto de cantidad de movimiento en las estelas. El terreno ocupado por las cimentaciones, las vías de acceso y el sistema eléctrico son del 1%, por lo que el restante 99% puede ser dedicado a la agricultura normal. Esto supone una ocupación por kW producido del orden de 1/3 de una central térmica de carbón.

La configuración precisa depende del tipo de terreno (llano, ondulado o accidentado) sobre el que se asiente el parque y de la variabilidad direccional del viento. Los terrenos llanos permiten disposiciones armoniosas y muy extensas, lo que contribuye a la estética del conjunto. Los

terrenos accidentados permiten la instalación muy concentrada de aerogeneradores, dificultando el diseño de las instalaciones, la construcción de las mismas y en general dan como resultado una estética menos aceptable. En este tipo de parques se llega a juntar las torres de dos o tres diámetros des rotor si la dirección del viento es dominante. Para vientos variables de dirección es necesaria una separación mayor que evite interferencias aerodinámicas mutuas.

Las instalaciones situadas sobre el mar tienen un gran interés por la gran extensión disponible y por la calidad del viento, sin embargo, aún son muy costosas (el doble que una en tierra) y quedan muchas incógnitas técnicas por despejar. Se estima que la tecnología de creación de una base para erigir la aeroturbina más apropiada es:

Cimentación por gravedad para profundidades de menos de 15 m.

Monopilotaje para profundidades hasta 25 m.

Pilotaje de trípode para profundidades hasta 50 m.

Plataformas flotantes para profundidades superiores a 50 m.

La evacuación de la electricidad se hace por una línea de media tensión yaciente en el fondo marino.

PRODUCCIÓN EÓLICA EN TIEMPO REAL Y PREDICCIÓN DIARIA

Aeolis nos proporciona la predicción diaria de la generación eólica (en MWh) en toda España, tanto del mismo día como de los 3 días siguientes. Esta predicción podrá ser tenida en cuenta a la hora de gestionar las fuentes que son más fácilmente regulables para ajustar la producción a la demanda. Como ya se sabe, la generación eólica tiene una gran variabilidad y puede ser muy complicado realizar el ajuste antes mencionado sin tener una idea de cuál será la producción aproximada de los parques eólicos del país.

Conoce a través de este enlace cuál es la previsión de la producción eólica de España

Red eléctrica española (REE) nos ofrece información en tiempo real en forma de gráficas sobre la energía eólica. La primera de ellas nos informa de la producción en megawatios de los parques eólicos de toda la nación. En otra de las gráficas, ubicada en el lateral izquierdo superior, se ve cuál es el porcentaje eólico de la cobertura  de la demanda, esto es qué porcentaje de la demanda eléctrica es aportada por la generación eléctrica de los molinos. La última de las gráficas enseña la relación con la potencia total instalada, es decir, cuál es el porcentaje de producción actual frente a la potencia nominal que son capaces de producir.  Además, si se quiere toda esta información de algún día en particular, se puede seleccionar en la parte de abajo de la ventana

Accede aquí a la producción en tiempo real de energía eólica

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