EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA DE LOS SISTEMAS EÓLICOSEVOLUCIÓN TECNOLÓGICA

DE LOS SISTEMAS EÓLICOS

ENERGÍA EOLICA

Fuente:El viento

La mas productiva y desarrollada de las energías renovables

La mas cuestionada

ENERGÍA EÓLICA

Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un par (fuerza de giro) que actúa sobre las palas del rotor.

La potencia extraíble del viento viene dada por la ecuación:

3... vAkPot

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

TIPOLOGÍA BÁSICA

MÁQUINAS DE EJE VERTICAL.

MÁQUINAS DE EJE HORIZONTAL.

Aerogenerador Darrieus

Rotor Savonius

En 1888 Brush construyó la que hoy se cree es la primera turbina eólica de funcionamiento automático para generación de electricidad.

Tenía un diámetro de rotor de 17 m y 144 palas fabricadas en madera de cedro.

A pesar del tamaño de la turbina, el generador era solamente de 12 kW, debido a que las turbinas eólicas de giro lento del tipo americano tienen una eficiencia media baja (Poul la Cour más tarde descubrió que las turbinas eólicas de giro rápido con pocas palas de rotor son más eficientes para la producción de electricidad que las de giro lento).

La turbina funcionó durante 20 años actuando como cargador de baterías.

Turbina eólica de Brush en Cleveland

LOS PIONEROS

Poul la Cour (1846-1908), es considerado el pionero de las modernas turbinas eólicas generadoras de electricidad.

También fué uno de los pioneros de la moderna aerodinámica, y construyó su propio túnel de viento para realizar experimentos.

En 1918 unas 120 empresas públicas

locales tenían un aerogenerador, generalmente del tamaño de 20 a 35 kW. Aerogeneradores

La Cour

LOS PIONEROS

Durante la segunda guerra mundial, la compañía danesa de ingeniería F.L. Smidth construyó diversos aerogeneradores bi y tripala.

Los fabricantes daneses han fabricado realmente aerogeneradores bipala, aunque el denominado "concepto danés" se refiere a una máquina tripala.

Las bipala (al igual que sus predecesoras) generaban CC. Las tripla incorporaban un generador asíncrono de CA. Turbinas F.L.

Smidth

LOS PIONEROS

El innovador aerogenerador Gedser de 200 kW fue construido en 1956-57 por J. Juul para la compañía eléctrica SEAS de Dinamarca.

La turbina tripala con rotor a barlovento, con orientación electromecánica y un generador asíncrono fue un diseño pionero de los modernos aerogeneradores.

La turbina disponía de regulación por pérdida erodinámica (básicamente, el mismo empleado actualmente en las modernas turbinas). J. Juul inventó los frenos aerodinámicos de emergencia en punta de pala, que se sueltan por la fuerza centrífuga en caso de sobrevelocidad.

Funcionó durante 11 años sin

mantenimiento.

El aerogenerador Gedser

AÑOS 50-60

Después de la primera crisis del petróleo de 1973, muchos países despertaron su interés en la energía eólica. En Dinamarca, Alemania, Suecia, el Reino Unido y los EE.UU., las compañías de energía dirigieron su atención a la construcción de grandes aerogeneradores.

En 1979 se construyeron dos aerogeneradores Nibe de 630 kW, uno con regulación por cambio de paso de pala y el otro de regulación por pérdida aerodinámica.

Las turbinas resultaron extremadamente caras y, en consecuencia, el alto precio de la energía devino un argumento clave en contra de la energía eólica.

AÑOS 70

La máquina Bonus 30 kW, fabricada desde 1980, es un ejemplo de uno de los primeros modelos de los fabricantes actuales.

El aerogenerador Bonus 30 kW

AÑOS 80

La generación de aerogeneradores de 55 kW que fueron desarrollados en 1980-1981 supuso la ruptura industrial y tecnológica para los modernos aerogeneradores. El coste del kilovatio-hora (kWh) de electricidad cayó alrededor de un 50 por ciento con la aparición de esta nueva generación. La industria eólica se hizo mucho más profesional.

Aerogeneradores Nordtank 55 kW

AEROGENERADORES MODERNOS

Disposición en el interior de la góndola de un aerogenerador tipo

ESQUEMA GENERAL DE UN AEROGENERADOR

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

t(s)

V(m

/s)

1/ 2

1

( ) 2 [ ( ) ] .cos(2 )m

k k kk

v t S n n n t

5/32

. ( )

1,51

v

mm

zn

n S n UErnst Cathor

zf n

f U

2

U Velocidad media

Varianza

+

CARACTERIZACIÓN DEL RECURSO EÓLICO

T. CANTIDAD DE MOVIMIENTO

T. MOMENTO CINÉTICO

T. ELEMENTO DE PALA

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

r/Rf

=5

=6

PÉRDIDAS EN PALAS

MODELOS AERODINÁMICOS

MODELO ESTÁTICO

MODELO CUASIESTATICO

MODELO DINÁMICO

TÉCNICAS DE ESTIMACIÓN DEL RECURSO

Producción energética

MODELO ESTÁTICO

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425

velocidad (m/s)

Frecu

en

cia

s %

Frec. medidas Frec. Weibull

0

100

200

300

400

500

600

700

0 5 10 15 20 25 30

Velocidad (m/s)

Po

ten

cia

(kW

)

Curva de potencia del aerogenerador

Curva de probabilidad de velocidad del viento

Tiempo

Ve

loc

ida

d

Velocidad P

ote

ncia

Tiempo

Po

ten

cia

Tiempo

Dir

ec

ció

n

MODELO CUASIESTÁTICO

Producción energética

Tiempo

Vel

ocid

ad

n

Vviento

Viento

UrC

m

UrB

mU

rAm

UrA

cU

rBc

UrC

c

Unión

UredA

UredB

UredC

Transformador

Selector

UredA

UredB

UredC

Red

Potmaq

omega

Te

Potmaq

n

Omega

Pot y nVviento

Omega

Tm

Par mecánico

A

B

C

Tm

a

b

c

m_SI

Máquina eléctrica

Alfa

UtA

UtB

UtC

UrA

UrB

UrC

Icc

Kramer

Is

Ir

Icc

-1

-1

0

Display

Demux

Potmaq

Omega

Vviento

Icc

Alfa

Control

ClockAlfa

+

Tiempo

Po

ten

cia

Disponibilidad

Producción energética

-Arranques/ paradas.-Pérdidas energéticas.-Estadísticas de operación

MODELO DINÁMICO

Tiempo

Po

ten

cia

DISEÑO DE LAS PALAS

- Perfil

- Anchura

- Ley de torsión

Parámetros de diseño:

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

r/R

c/R

MATERIAL DE LAS PALAS

Requisitos de los materiales:

- Ligero.

- Perfectamente homogéneo para facilitar la producción en serie.

- Resistente a la fatiga mecánica (en particular a las tensiones alternas debidas al funcionamiento de los rotores y las vibraciones).

- Resistente a la erosión y a la corrosión.

- De uso y producción sencillos.

- De bajo coste.

La mayoría de las modernas palas de rotor de grandes aerogeneradores están fabricadas con plástico reforzado con fibra de vidrio ("GRP").

Utilizar fibra de carbono como material de refuerzo es otra posibilidad, pero normalmente estas palas son antieconómicas para grandes aerogeneradores.

Los materiales compuestos (composites) de madera, madera-epoxy, o madera-fibra-epoxy aún no han penetrado en el mercado de las palas de rotor, aunque existe un desarrollo continuado en ese área.

Las aleaciones de acero y de aluminio tienen problemas de peso y de fatiga del metal, respectivamente. Actualmente sólo son utilizados en aerogeneradores muy pequeños.

MATERIAL DE LAS PALAS

TECNOLOGÍA DE GENERADORES

TECNOLOGÍA DE AEROGENERADORES