1

Índex Introducció pàg. 2 Història de l’aerogenerador pàg. 3

El primer aerogenerador de Catalunya pàg. 3 L’origen d’Ecotècnia pàg. 3 El primer parc eòlic de l’estat, a Garriguella pàg. 3

Components i funcionament d’un aerogenerador pàg. 4 Tipus d’aerogeneradors pàg. 4

Aerogeneradors d’eix vertical pàg. 4 Aerogenerador Savonius pàg. 4 Aerogenerador Darrieus pàg. 4

Aerogeneradors d’eix horitzontal o de pales pàg. 5 Elements pàg. 5

Rotor pàg. 5 Góndola pàg. 6

Evolució i límits dels aerogeneradors d'eix horitzontal pàg. 6 Control de potència en aerogeneradors d'eix horitzontal pàg. 6 Regulació per control de pas pàg. 7 Regulació passiva per pèrdua aerodinàmica pàg. 7 Regulació activa per pèrdua aerodinàmica pàg. 7

La indústria eòlica pàg. 7 L’aerogenerador pàg. 7 La indústria eòlica a Espanya pàg. 7 Investigació, desenvolupament i innovació pàg. 8

L’aerogenerador de Figuerola del Camp pàg. 10 Estructura de l’aerogenerador pàg. 10 Funcionament i dades l’aerogenerador pàg. 11 Aerogenerador de Figuerola del Camp, patrimoni industrial de l’Alt Camp pàg. 16

Bibliografia pàg. 17

2

Introducció Actualment disposem de diverses energies renovables com l’energia hidroelèctrica, les energies solars, l’energia geotèrmica i l’energia eòlica. Aquesta última és en la que aprofundirem en aquest treball. El primer aerogenerador va ser creat el 1887 per Charles F. Brush i des de llavors aquest tipus d’energia s’ha expandit enormement. Actualment una part gens despreciable de l’energia consumida al nostre país prové de l’energia eòlica. A partir de l’aerogenerador estàndard s’han introduït diverses modificacions per millorar la potència i el rendiment, com per exemple major alçada, pales més llargues, materials més resistents i econòmics , etc … L’Alt Camp i les seves proximitats són una zona amb força recursos eòlics, ja que hi ha una serra on hi toquen els vents amb força freqüència. Aquesta zona s’ha aprofitat, i així doncs, l’any 2008, s’hi construí un parc eòlic de 16 MW de potència, ubicat a la Serra de la Voltorera al terme municipal de Cabra del Camp. Però, l’aerogenerador que ocupa aquest treball es troba situat a Figuerola del Camp a la comarca de l’Alt Camp i és un dels més antics de Catalunya (any 1988). El seu estat de conservació és excel·lent i creiem que hauria de ser catalogat com una peça de gran vàlua dintre del patrimoni industrial Català. Aquest aerogenerador no té l’estructura cilíndrica de la majoria de parcs eòlics actuals, sinó que està format per tres suports cilíndrics connectats amb barres travesseres. Segueix conservant les tres pales i acobla un molinet de vent a cada banda per orientar-se d’acord amb la direcció del vent i dos anemòmetres, un a 7 metres i un altre a 14 metres, per mesurar la velocitat del vent.

3

Història de l’aerogenerador

El primer aerogenerador de Catalunya Catalunya va ser pionera en el desenvolupament de l’eòlica a Espanya. El 10 de febrer de 1984 es va inaugurar el primer aerogenerador de Catalunya. Aquest aerogenerador va ser dissenyat per l’empresa Ecotècnia (la mateixa que va construir l’aerogenerador de Figuerola del Camp, que n’és un model força similar), i es va construir a Vilopriu, al Baix Empordà. Constava de tres pales amb 12 metres de diàmetre de rotor i amb una potència nominal de 15 kW. En comparació amb els actuals (com per exemple, el del Perelló, que produeix 3MW; caldrien prop de 200 molins per aconseguir el mateix), aquest produïa molt poc. Això va ser un projecte pioner en tot l’Estat, sent el primer de quatre que es van construir a Espanya en aquell temps. L’aerogenerador de Vilopriu, va ser connectat a la xarxa de forma al·legal (no estava prohibit, però tampoc regulat) ja que no hi havia cap normativa al respecte.

L’origen d’Ecotècnia El primer molí de l’Estat, va ser iniciativa d’un grup amb propòsit ecològic i que volien experimentar amb la tecnologia alternativa. D’aquí, va néixer la cooperativa empresarial Ecotècnia, que va ser la primera en construir aerogeneradors a Espanya.

El primer parc eòlic de l’Estat, a Garriguella El 9 d’abril de 1984, es va inaugurar el primer parc eòlic de Catalunya a Garriguella, Girona. Aquest parc constava de cinc molins promoguts per Enher conjuntament amb la Generalitat de Catalunya. Cada molí tenia una potencia de 24 kW. En conjunt, podien subministrar electricitat a 60

4

famílies (ara, un de sol dels més potents pot servir per a 2.500 famílies). Actualment, el molí de Vilopriu i el parc de Garriguella ja no existeixen.

Components i funcionament d’un aerogenerador

Tipus d’aerogeneradors

Eix vertical

Aerogenerador Savonius

El seu origen data de començaments del segle XX i deuen el seu nom al seu creador, l'enginyer finlandès Savonius. Els generadors del tipus Savonius són d'eix vertical i normalment de baixa potència. Encara que tenen un baix rendiment a causa de la seva simplicitat són molt utilitzats per subministrar energia a aparells molt aïllats i de poc consum. La seva construcció és molt simple consta de dos semicilindres col·locats en forma de S. El seu funcionament també és simple, la part concava recull la força del vent, mentre que l'altre semicilindre dóna la cara convexa que té menys resistència al vent i d'aquesta forma el vent fa girar el rotor i aquest, el generador, que normalment es troba a la part inferior.

Aerogenerador Darrieus

Els aerogeneradors Darrieus estan basats en el rotor d'eix vertical desenvolupat per l'enginyer francès Georges Darrieus. Aquests rotors presenten la particularitat que no s'engeguen sols. Cal donar-los una velocitat inicial mitjançant un motor o rotors Savonius acoblats. Pel seu aspecte, en els països de parla anglesa se'l coneix per l'eggbeater, és a dir, la batedora. És un sistema relativament bo ja que té un elevat rendiment i no necessita cap mecanisme d'orientació. Però encara que és fàcil el manteniment del generador ja que es troba a la base, la dificultat de construcció i de control davant de grans vents ha fet que la seva construcció pràcticament s'abandonés.

http://upload.wikimedia.org/wikipedi

a/commons/f/f6/Savonius_Rotor.png

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d7/Eoliennes_Gaspesie.jpg

5

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/EnerconE70-

Magedeburg_2005-Steinkopfinsel01.jpg

El generador Darrieus més gran construït mai es troba a Cap-Chat (Canadà) que tenia 110 m d'alt i tenia una potència de 4 MW, però una gran ventada l'any 1992 el va tombar i resta al lloc com a monument.

Eix Horitzontal o aerogenerador de pales

És el model que s'ha estès més. Consisteix en una hèlix, generalment amb tres pales, unides a un eix horitzontal que transmet l'energia fins a un multiplicador que augmenta les revolucions perquè aquest moviment rotacional pugui ésser aprofitat pel generador i transformat en energia elèctrica. L'interval de velocitats de vent en què un aerogenerador funciona comença amb l'anomenada velocitat de connexió, que acostuma a ser d'uns 3 m/s i arriba fins a la velocitat de vent màxima o de tall, que acostuma ser d'uns 24 m/s, a partir de la qual l'aerogenerador s'atura. La potència màxima d'un aerogenerador normalment s'obté a partir d'una velocitat relativament baixa, sobre els 14 m/s, que seran els vents més habituals a la zona i aquesta potència màxima es manté fins a la velocitat de tall. Amb vents més forts el control de potència orienta les pales amb el vent de forma que l'aerogenerador s'atura amb la mateixa acció del vent, ja que si l'aparell continués girant amb vents més forts es posaria en compromís la seva seguretat. Per aconseguir tot això és molt important el control de potència que es realitza mitjançant l'anomenat control de potència per pas variable.

Elements

Rotor

Normalment està format per tres pales que s'uneixen a l'eix per mitjà de la boixa. És un component fonamental de l'aerogenerador ja que és l'element encarregat d'extreure l'energia de l'aire. També tenen molta importància els mecanismes situats a la boixa que canvien l'angle de les aspes de l'hèlix en funció de la intensitat del vent, ja que són els encarregats de controlar la velocitat de gir i frenar el rotor en cas de vents excessivament forts que podrien malmetre els elements de l'aerogenerador.

6

GÓNDOLA

És l'element construït d'un material lleuger situat al damunt de la columna i que conté els mecanismes mecànics, elèctrics i de control d'un aerogenerador, d'entre els quals cal destacar:

Multiplicador. Per tal de que l'energia rotacional obtinguda per l'hèlix es pugui transformar en energia és necessari que tingui un elevat número de revolucions, com que seria impossible que les pales giressin a aquestes revolucions, es va idear aquest mecanisme format per una sèrie d'engranatges que augmenta les revolucions fins al règim que necessita el generador. Generador. Es tracta d'un generador elèctric, normalment un alternador. Elements de Frenada. Encara que la regulació de la velocitat de gir de l'hèlix es controla per l'angle de les aspes amb l´eix, també s'incorpora un fre normalment de disc. Elements de control electrònic.

Evolució i límits dels aerogeneradors d'eix horitzontal (HAWT)

El multiplicador és una caixa d'engranatges que consta generalment de tres etapes planetàries i d'eixos paral·lels. A partir de principis del segle XXI els aerogeneradors assoleixen potències superiors al megawatt (1000 kW), cosa que s'aconsegueix amb rotors de diàmetres superiors als 70 metres. Ja que la velocitat de punta de la pala queda limitada per problemes aerodinàmics i de soroll, la velocitat de rotació de l'eix principal és per als aerogeneradors moderns cada vegada més lenta. Els generadors asincrons estàndards tenen tres parells de pols i han de girar forçosament al voltant de les 1500 voltes per minut (rpm), per produir corrent altern de 50Hz, amb molt poc marge de variació. En consequència, la relació del multiplicador és cada vegada més elevada, al voltant de 100 per a màquines de 2MW. Això fa que els multiplicadors incorporin una o dues etapes planetàries, que poden produir relacions més altes. Aquesta evolució queda significativament desviada amb l'aparició dels aerogeneradors de velocitat variable en què el sistema de control se serveix d'un convertidor de potència per produir electricitat a 50Hz amb independència, dins d'uns marges, de la velocitat de l'eix del generador.

Control de potència en aerogeneradors d'eix horitzontal (HAWT)

Com ja s'ha dit un dels elements més importants en aquests generadors és el control de potència, ja que estem parlant de màquines molt grans i lògicament situades en

http://www.renovables-energia.com/wp-content/uploads/2009/05/esquema-aerogenerador.jpg

7

llocs molt exposats a la força del vent. També és important obtenir, del vent, el màxim rendiment possible, per la qual cosa no s'ha d'obtenir la màxima potència amb el vent més fort possible sinó amb el vent més freqüent a la zona, que hauria de ser d'aproximadament 14 m/s. Per realitzar aquest control s'han desenvolupat tres sistemes:

Regulació per control de pas:

En aquest cas les pales que no estan fixes a l'eix que transmet la força al multiplicador i davant de vents més forts del necessari, aquestes canvien l'angle respecte al vent de tal forma que ofereixen menys resistència al vent i el deixen passar sense oposar cap resistència.

Regulació passiva per pèrdua aerodinàmica:

En aquest sistema les pales estan fixes a l'eix, però s'ha realitzat un disseny molt acurat de l'aerodinàmica de les pales. El que s'intenta amb el disseny de la pala és aconseguir un perfil de tal forma que en el moment en què el vent que incideixi sobre la pala sigui massa gran a la part de la pala situada a sotavent es provoqui una turbulència que vagi augmentant a mesura que augmenta la força del vent que acabi compensant la força del mateix vent. Aquest sistema de regulació precisa d'un bon disseny de les pales, però fa innecessaris parts mòbils al dins de la boixa. Actualment dues terceres parts dels aerogenedors en funcionament porten aquest sistema.

Regulació activa per pèrdua aerodinàmica:

És un sistema molt similar al primer, les pales no estan fixes a l'eix i dins de la boixa hi ha mecanismes elèctrics o hidràulics que giren les pales en funció de la força del vent la diferència amb el primer sistema és que la direcció de gir de les pales canvia i en comptes de deixar passar més fàcilment l'aire o fa de manera contraria d'aquesta forma es produeix una pèrdua de sustentació similar al sistema passiu per pèrdua aerodinàmica, amb l'avantatge que al realitzar-se d'una forma activa en tot moment es pot controlar la potència transmesa al generador i augmentar el rendiment. Aquest és el sistema que s'està implantant cada vegada més als aerogeneradors més potents (a partir de 1 Mw).

La indústria eòlica

La indústria eòlica a Espanya

A partir de la crisi del petroli dels anys 70 una de les prioritats de la política energètica espanyola ha sigut la recerca de fonts d’energia que redueixin la dependència del petroli. Els anys 90 es comencen a desenvolupar diverses energies renovables entre les quals està l’eòlica.

8

A més s’hi afegeix la creixent preocupació per la emissió de gasos d’efecte hivernacle. Davant del repte de reduir la dependència energètica i descarbonitzar l’energia s’ha desenvolupat, a Espanya, un potent sector eòlic, que al 2009: - Va cobrir un 14,5% de la demanda elèctrica evitant la combustió de més de 7 milions de TEP (tonalades equivalents de petroli), 13,3 mil tonelades de NOX, 28,4 mil tonelades de SO2 i es van deixar d’emetre 20,6 milions de tonelades de CO2. - Va contribuir al Producte Interior Brut en més de 3200 milions d’euros i va generar llocs de treball per quasi 36.000 profesionals.

Les empreses espanyoles lideren el sector a nivell internacional, operant en els principals estats on han obtingut una excel·lent reputació. Els seus profesionals estan altament valorats i estan considerats com la vanguardia de la indústria. No obstant, el 2009 es va produir una recessió en aquest sector a causa de: - Al dubte generat per la publicació del reial decret llei 6/2009. - La necesitat que s’estableixi un marc per als projectes que realitzin a partir del 2013. - La crisi econòmica internacional. - Els problemes que tenen als agents per accedir a la financiació. - L’aparició de nous competidors. A pesar d’això ens trobem en una indústria altament competitiva amb empreses de referència a nivell mundial, posició relevant als principals mercats i profesionals altament qualificats.

Investigació, desenvolupament i Innovació

Un dels desafiaments més importants per a la indústria eòlica espanyola és la diferenciació de producte, aquesta passa per realitzar esforços addicionals en la I+D+I que permetran a la indústria espanyola mantenir-se a la vanguàrdia tecnològica del sector. El 2009 la inversió en I+D+I va ser de 156 milions d’euros. Existeix una plataforma tecnològica, reoltec, que té com a missió agrupar molts dels projectes de I+D+I espanyols entre els quals estan: - Projecte emerge: Estudia com fer viables aerogenaradors flotants en una profunditat de 50 metres. - Projecte Minieolica: El seu objectiu és incrementar la viabilitat de la tecnologia eòlica nacional de petita potència. - Projecte Windlider: Dominar el disseny de futurs aerogeneradors, reduint el ‘time to market’ i incrementar la maduresa de les primeres sèries. A més, la indústria espanyola participa en nombrosos projectes europeus i existeixen un parell de projectes CENIT molt importants que actualment estan en marxa: - EOLIA (liderat per Acciona) del any 2007: Centrat en offshore. - AZIMUT (liderat per Gamesa) al any 2010, centart en offshore per al any 2020.

9

En aquest sentit la unió Europea ha resumit la seva estretègia de futur en pla estratègic de tecnologies energètiques (SET Plan) El SET Plant ha dissenyat un conjunt d’iniciatives per a l’energia eòlica que tenen com a objectius fonamentals: - Aconseguir una energia eòlica més competitiva. - Aprofitar el potencial de recursos de l’eòlica offshore. - Facilitar la integració en la xarxa de la potència eòlica. Les activitats dissenyades es resumeixen a continuació: - Desenvolupament en un mapa europeu dels recursos eòlics més exacte, així com del potencial de capacitat a Europa. - Entre 5 i 10 noves instalacions de prova per a nous sistemes de turbines. - Més de 10 projectes de demostració per a la pròxima generació de turbines, incloent un prototip de 10-20 MW. - Al menys quatre prototips de noves estructures offshore provades en diferents entorns. - Demostració de nous procesos de fabricació incloent estratègies logístiques. - Demostracions de la integració de la xarxa a escala industrial, considerant els parcs eòlics com a ‘plantes de generació virtuals’

Aquesta gràfica mostra la previsió de potència prevista fins al 2020. Amb blau apareixen els MW que produiran els

aerogeneradors terrestres i amb vermell la potència que produiran els aerogeneradors offshore.

Previsió de potència eòlica a Espanya

10

L’aerogenerador de Figuerola del Camp L’aerogenerador Ecotècnia 12/30 propietat de Josep Canela es troba ubicat a Figuerola del Camp a la comarca de l’Alt Camp a les coordenades: N 41º 22.236’ E 001º 16.294’

L’aerogenerador

Aquest aerogenerador va ser fruit de l’aposta de Josep Canela per les energies renovables l’any 1988. Aquest aerogenerador va ser un dels primers aerogeneradors espanyols i va ser dissenyat per l’empresa Ecotècnia, la mateixa que va dissenyar el primer aerogenerador espanyol, el de Vilopriu. El disseny d’aquest aerogenerador de 25 kW és de la sèrie Ecotècnia 12/30, el rotor té un diàmetre de 12 metres. La torre és força diferent del disseny dels actuals aerogeneradors a pales, ja que està formada per tres suports cilíndrics de ferro connectats amb barres travesseres per subjectar-los bé. La torre té uns 14 m d’alçada i està coronat per una góndola de 3 pales arribant a un màxim d’altura de 20 metres. A cadascuna de les parts laterals de la góndola hi ha un molí de vent que quan el vent incideix

11

lateralment acciona un mecanisme i fa girar la gòndola per orientar-la de cara al vent.

Funcionament i dades de l’aerogenerador A partir de la informació facilitada pel Sr. Josep Canela hem tractat les dades i s’han obtingut diferents gràfiques que ens mostren el funcionament real de la instal·lació des del 13 d’octubre del 1988 (dia en què va entrar en funcionament l’aerogenerador) fins a finals de maig del 1989. Cal destacar que en els diferents mesos de l’any la producció va variant ja que hi ha mesos més ventosos que d’altres.

Parts de la góndola. Aquesta imatge s’ha realitzat en un programa d’edició de dibuix per ordinador a partir de les mides preses

sobre el terreny

Esquerra: mesurant la bancada; Dreta: prenent mides de l’spoiler (frenada d’emergència) part mòbil de la pala

Boixa

Acoblament pala

Caixa multiplicadora

Generador 2

Generador 1

Hèlixs laterals

d’orientació

Acoblament amb amortidor Disc de fre

Engranatges d’orientació

Bancada

12

L’aerogenerador disposa de dos generadors: un generador 1 de 25 kW de potència i un segon generador de 4 kW per quan bufa poc vent. Ens explica el seu propietari que vista l’experiència es pot prescindir del segon generador, que s’utilitza en vents fluixos, ja que no compensa l’energia produïda amb les seves despeses de manteniment. El sistema de les pales està format per tres pales de fibra de vidre i poliéster. Cadascuna de les pales mesura 5,75 metres de longitud i té un pes de 80 kg. Les pales a diferència de les actuals es troben fixes a la boixa i no poden girar. El sistema de control de velocitat es realitza o bé per pèrdua aerodinàmica de la pala, mitjançant un fre hidràulic o mitjançant spoilers amb recuperació manual (sistema d’emergència).

Imatges generades amb un programa d’edició de dibuix per ordinador a partir de les mides disponibles

El dispositiu d’orientació es realitza mitjançant hèlixs laterals a banda i banda de la góndola o bé, es pot fixar manualment en la direcció del vent predominant. La torre és una estructura d’acer tubular de diàmetre 14 cm en forma de trípode de 14 metres d’alçada. A l’estructura de Figuerola per reduir l’efecte de les vibracions observades es va procedir a reforçar la torre amb dos tensors laterals d’acer. En una de les arestes de la torre hi ha graons per accedir a la góndola. El sistema disposa d’una caseta de control de l’aerogenerador amb els dispositius per subministrar l’energia a la xarxa elèctrica.

13

També s’han enregistrat les hores en què han estat en funcionament els dos generadors de l’aerogenerador de Figuerola.

Aquesta gràfica ens mostra l’acumulació de les hores en què va estar en funcionament el primer generador

Aquesta gràfica mostra l’energia acumulada per l’aerogenerador de Figuerola des del 13 d’octubre de 1988 fins al 31 de maig

del 1989.

14

Aquesta altra ens mostra l’acumulació de les hores que va estar en funcionament el segon generador

A més, s’ha enregistrat el vent que hi havia a 7 metres sobre el nivell del terra.

Aquesta ens indica l’acumulació dels vents registrats a 7 metres per sobre el nivell del terra

15

A vegades la força del vent era massa gran i no era recomanable que l’aerogenerador

funcionés. Llavors es parava. A continuació s’enregistren el nombre de frenades que

va fer.

Aquesta gràfica mostra l’acumulació de frenades de l’aerogenerador de Figuerola des del 10/01/1988 fins al 25/05/1989. Les

parades de l’aerogenerador s’ocasionen a causa que la velocitat del vent és superior a la recomanable.

Finalment, s’han sumat la producció dels dos generadors:

Aquesta gràfica indica la suma dels dos generadors que tenia l’aerogenerador de Figuerola (ara només en conserva un, el gran)

16

Aerogenerador de Figuerola, patrimoni industrial

de l’Alt Camp

L’aerogenerador Ecotècnia 12/30 instal·lat a Figuerola del Camp és un dels primers

aerogeneradors que es van construir a Catalunya i es troba en un estat de conservació

excel·lent. Creiem que hauria de ser catalogat com una peça única de gran vàlua

dintre del patrimoni industrial català.

Aquests aerogeneradors inicials eren força diferents dels actuals i la seva producció no

era molt significativa, però van representar un punt de sortida i van sentar del bases

per als futurs aerogeneradors que vindrien. Pas a pas, la indústria eòlica ha anat

evolucionant fins als models actuals i això ha permès posar la indústria eòlica

espanyola a un punt destacat a nivell mundial .

Ecotècnia va ser la primera empresa espanyola d’aerogeneradors que va néixer a

Catalunya. A la nostra comarca podem veure el salt en el temps de l’empresa

Ecotècnia: a Figuerola les primeres tecnologies 25 kW i a la serra de la voltorera 16MW

mitjançant 10 aerogeneradors de 1,6 MW cadascun. El futur sembla ser que està amb

aerogeneradors marins, aquest cop no serà a la comarca de l’Alt Camp on s’escriurà la

història...

17

Bibliografia

http://ca.wikipedia.org/wiki/Aerogenerador

http://www.aeeolica.es/userfiles/file/aee-

publica/WEBInforme%20MACROECONOMICO%202010.pdf

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/Savonius_Rotor.png

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d7/Eoliennes_Gaspesie.jpgç

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/EnerconE70-

Magedeburg_2005-Steinkopfinsel01.jpg

http://www.renovables-energia.com/wp-content/uploads/2009/05/esquema-aerogenerador.jpg http://www.eoliccat.net/parcs-eolics-de-catalunya/historia-de-leolica.html?L=1 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Catalunya_Alt_Camp.png