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Vientoenergía.eólica
El viento tiene su origen en la energía solar. Lasdiferencias de temperatura entre las distintas zonasde la Tierra provocan varias densidades en el aire,que se traducen en diferencias de presión.
El viento resulta del movimiento del aire desde laszonas de alta presión a las zonas de baja presión.Además, en este fenómeno atmosférico intervienenotras fuerzas como las gravitatorias, de rozamiento,etc.
Por otra parte, y a escala local, variables como elmicroclima, la estructura montañosa de la zona o laaltura también participan en el origen del viento.
Se calcula que menos del 1% de la energía solarque llega a la Tierra se convierte en energía eólica.De ésta, sólo se puede utilizar con la actual tecnologíaun 10%. Estos cálculos indican que existe un potencialde energía eólica unas 20 veces superior al consumomundial actual.
La energía del viento ofrece la posibilidad degenerar grandes cantidades de electricidad sin losproblemas de polución de los sistemas convencionales
de generación de energía.
La potencia que se puede obtener con un generadoreólico es proporcional al cubo de la velocidad delviento (al duplicarse la velocidad del viento, la potenciase multiplica por ocho). La velocidad del viento es,por tanto, un factor fundamental a la hora de lainstalación de un sistema eólico.
Esta velocidad es muy variable, por lo que se debeelegir adecuadamente la ubicación de las instalacioneseólicas. En general, las zonas costeras y las cumbresde las montañas son las zonas más interesantes parael aprovechamiento del viento con fines energéticos.
A pesar del escaso aprovechamiento de estepotencial energético, en la actualidad, la energía eólicaes la fuente que crece más rápido en el mundo.
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Origen delviento
La energíadel viento
Sección transversal a lo largo de un meridiano terrestre que muestra lacirculación atmosférica meridiana.
Círculo polar
Polo norte
Cinturón subtropicalde altas presiones
Ecuador (baja presión)
Cinturón subtropicalde altas presiones
Círculo polar
Polo sur
Vientos polaresdel este
Frente polarvientos oeste
Alisios del N.E.
Climas Ecuatoriales
Alisios del S.E.
Vientos polaresdel Oeste
Frente polarVientos polares
del este
Flujosde vientos
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La primera referencia histórica al empleo de laenergía eólica para otros fines que no fueran lanavegación data del año 1700 a.C., cuandoaparecieron los primeros molinos de viento utilizadospara el bombeo de agua. El uso de estos molinos segeneralizó hacia el siglo X.
Más tarde, a partir de los siglos XI y XII, aparecióel molino de vela, empleado en el Mediterráneo paramoler grano y bombear agua. De él derivan los típicosmolinos manchego y mallorquín.
La energía del viento ofrece la posibilidad degenerar grandes cantidades de electricidad sin losproblemas de polución de los sistemas convencionalesde generación de electricidad.
Francia, Inglaterra y Países Bajos fueron algunosde los lugares donde también se generalizó el uso deestos molinos.
En el Renacimiento, los sistemas hidráulicos yeólicos constituyeron las principales fuentes de energía.
En el siglo XIX, los molinos de viento alcanzaronsu mayor nivel de funcionamiento, pero no fueroncapaces de competir con los nuevos sistemas deproducción energética.
A finales del siglo XIX comenzaron a desarrollarselas turbinas eólicas y, a principios del XX, gracias ala aviación, se desarrollaron rotores aerodinámicos,que permitían obtener muy buenos rendimientos.
Breve historia de laenergía eólica
Sin embargo, el uso de los combustibles fósiles,fundamentalmente el petróleo, relegó a un segundoplano a la energía eólica.
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Una máquina eólica es cualquier dispositivoaccionado por el viento. Si utiliza directamente laenergía mecánica se denomina aeromotor, mientrasque si convierte la energía mecánica en eléctrica sedenomina aerogene-rador.
Las máquina eólica se caracteriza por diferentesparámetros:
Velocidad de arranque: Velocidad mínima delviento para que gire la máquina.
Velocidad de conexión: Velocidad mínima delvientoa partir de la cual la máquina genera potencia.
Velocidad nominal: Velocidad mínima del viento quepermite generar la potencia máxima.
Velocidad de frenado: Velocidad máxima del vientoque puede soportar la máquina sin dañarse.
Área de captación: Superficie perpendicular al vientode las palas del rotor.
Los elementos que forman una máquina eólicason fundamentalmente los siguientes:
Soportes: Pueden ser de varios tipos. Los más
utilizados actualmente son los tubulares.Sistema de captación (rotor): El elemento fundamentalde la máquina es el rotor y está compuesto por el bujey una serie de palas. El buje conecta las palas al eje.
La misión del rotor es transformar la energía cinéticadel viento en energía mecánica; existen dos tipos: deeje horizontal y de eje vertical. Del total de aíre queatraviesa la superficie barrida por las palas de unaerogenerador, solamente se aprovecha para lageneración de energía entre un 20% y un 40%. Elresto atraviesa sin perder energía cinética.
En los rotores es posible utilizar cualquier númerode palas, pero los que emplean sólo tres presentanun equilibrio de fuerzas mayor y permiten el uso deun buje más sencillo y rígido. Actualmente son losmás utilizados.
Sistemas de orientación: Las máquinas con rotor deeje vertical no necesitan orientación. Sin embargo,las de rotor horizontal necesitan un sistema provistode veleta y anemómetro. La veleta detecta la dirección
Tecnología de lasmáquinas eólicas
Imagen deun buje al
que más tardese acoplarán
las palas.
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En las máquinas de pequeña o mediana potenciasuele utilizarse una cola a modo de veleta.
En los grandes aerogeneradores se colocan unaveleta y un anemómetro, para detectar la velocidady dirección del viento, que accionan losservomecanismos que controlan unos motoresauxiliares que orientan el rotor.
Sistemas de regulación: Tienen por objeto controlarla velocidad de rotación del eje, evitando así lasvariaciones de la velocidad del viento.
En grandes instalaciones se utilizan sistemas quemantienen la velocidad de giro dentro de unosmárgenes o permiten al sistema adaptarse a diferentescondiciones de viento.
Sistemas de transmisión: En un aeromotor, la energíase transmite por medio de poleas y engranajes osistemas biela-cigüeñal.
En los aerogeneradores es necesario aumentar lavelocidad de giro, porque la velocidad del rotor,generalmente inferior a 200 vueltas por minuto, no essuficiente para que funcione el generador eléctrico.
En este caso, se coloca entre el rotor y el generadoreléctrico un dispositivo denominado multiplicador.
Existen muchos tipos de multiplicadores, desde elmás sencillo de engranajes hasta el multiplicador deacoplamiento cónico. Los rendimientos de estos
sistemas varían entre el 95 y el 99%. Las pérdidasson debidas principalmente al rozamiento y a la
disipación de calor.Sistemas de generación: En el caso de un aeromotor,la energía mecánica generada se utiliza directamente.Sin embargo, el sistema de aprovechamiento de laenergía eólica más habitual actualmente es laproducción de electricidad mediante aerogeneradores,debido a su fácil manipulación y transporte. Estesistema eléctrico de generación está condicionadopor las características del rotor.
Los generadores eléctricos pueden ser dinamos(generan corriente continua) o alternadores (generancorriente alterna).
Parque eólico Cabimonteros.
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Elementos y funcionamiento de un aerogenerador.
La figura muestra los principales elementos de unaerogenerador.
La energía del viento hace girar a través de laspalas el buje, que transmite el movimiento al ejeprimario. Éste está conectado a un multiplicador, queeleva su velocidad hasta 1.000 rpm (revoluciones porminuto) con el fin de que esta energía cinética seaaprovechable.
Esta energía mecánica es transmitida por el ejesecundario al generador, que la convierte en energíaeléctrica de baja tensión.
El anemómetro mide la velocidad del vientoanalizando si su valor es suficiente, si es superior ala velocidad máxima, etc.
La veleta localiza la procedencia del viento y orientael aerogenerador, mediante los motores auxiliares,para buscar su posición óptima frente al viento.
La figura muestra los principales elementos de unaerogenerador.
La energía del viento hace girar a través de laspalas el buje, que transmite el movimiento al ejeprimario. Éste está conectado a un multiplicador, queeleva su velocidad hasta 1.000 rpm (revoluciones porminuto) con el fin de que esta energía cinética seaaprovechable.
Esta energía mecánica es transmitida por el ejesecundario al generador, que la convierte en energíaeléctrica de baja tensión.
El anemómetro mide la velocidad del vientoanalizando si su valor es suficiente, si es superior ala velocidad máxima, etc.
La veleta localiza la procedencia del viento y orientael aerogenerador, mediante los motores auxiliares,para buscar su posición óptima frente al viento.
Cubierta
PAL
Absorbe la energíadel viento y latransforma en
BUJ
Conecta las palas alaerogenerador y trans-mite el movimiento asu interior.
CORONSustenta y orienta lagóndola (que contienetodos los elementosan- te r io res ) parabuscar la posiciónóptima frente al viento.
GENERADConvierte la energíamecánica del ejesecundario en eléctrica(baja tensión: 660 voltios).
MEDIDORES(ANEMÓMETRO Y
Localizan la procedencia delviento y analizan si su valor essuficiente para la producción delaerogenerador.
EJE
Realiza una rotaciónde 30-45 rpm(revoluciones por
EJE
Rota a unas 1.500rpm y transmite el giroal generador.
Eleva la velocidad del eje primariohasta las 1.000 rpm, para que esaenergía cinética seaposteriormente utilizable.
MULTIPLICAD
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Los aerogeneradores pueden funcionar aislados,en sistemas híbridos (con energía solar fotovoltaicao sistemas Diesel) o conectados a la red.
Aplicaciones autónomas
Los sistemas aislados o aplicaciones autónomasson de pequeña potencia y los emplean usuariosindividuales en zonas de difícil acceso. En este ámbitopueden darse varias posibilidades.
El uso más inmediato de la energía mecánicapropor-cionada por una máquina eólica es el bombeode agua, mediante turbinas de baja potencia, o bienel acciona-miento mecánico de maquinaria (muelas,sierras, etc.).
También puede transformarse en energía térmica,por rozamiento o por compresión de un refrigeranteen una bomba de calor. Esta energía térmica puedeservir para diferentes aplicaciones como calentamientode agua y acondicionamiento térmico de naves yalmacenes.
Estas aplicaciones también permiten latransformación de la energía del viento en electricidad,que puede utilizarse directamente o ser almacenadaen acumuladores.
Sistemas híbridos
En zonas aisladas en las que es necesariamás potencia, se complementa el sistema eólico conotros sistemas en montajes híbridos.Sistema eólico-fotovoltaico:Se utiliza en aplicaciones de potencia inferior a 1.000W (balizas, repetidores, etc.). Está compuesto por un
aerogenerador y un conjunto de panelesfotovoltaicos. Ambas tecnologías se completementanmutuamente.
Sistema eólico-Diesel:Compuesto por un aerogenerador y uno o variosgrupos Diesel, de manera que se ajuste a la potencianecesaria minimizando el consumo de combustible.
Instalaciones conectadas a la red
Son las instalaciones más generalizadas en laactualidad y se denominan parques eólicos.
Funcionamiento delos aerogeneradores
40 energíala eólica
Parques eólicos
Un parque eólico es una agrupación de aeroge-neradores de mediana potencia conectados entre síy que envían su energía directamente a la red.
En la figura se muestra un esquema delfuncionamiento de un parque eólico. La energíaeléctrica suministrada por los aerogeneradores estransportada mediante una línea de media tensión auna subestación eléctrica, conectada directamente ala red.
Además del impacto de la obra civil en el períodode construcción, que se soluciona fácilmente despuésde la instalación, en algunos parajes puede sernegativo el impacto sobre la fauna avícola. Paraminimizarlo, previamente se realizan los debidosestudios de impacto ambiental.
El impacto visual, como el de cualquier otra obracivil, es muy subjetivo y difícil de medir. De hecho,suelen elegirse colores y posiciones adecuados de
los aerogeneradores en función de la perspectivadesde las carreteras más cercanas, para evitar unimpacto visual negativo.
Por último, el ruido provocado por las partes móvilesdel aerogenerador (rotor, mecanismos, etc.) o por elimpacto del viento sobre las alas, no supera al ruidopermitido por la legislación.
A partir de la crisis del petróleo de 1973 se vuelvea retomar el aprovechamiento eólico como fuente deenergía. Gracias a la investigación y al desarrollo degrandes turbinas aerogeneradoras se ha logradoobtener energía a precios bastante razonables.
Los avances logrados en el campo de la energíaeólica son muy significativos. Por un lado, se hanelaborado mapas eólicos de muchas zonas quepermiten localizar emplazamientos adecuados.Además, la tecnología de los aerogeneradores hamejorado en gran medida durante los últimos años.
Se calcula que para el año 2020 la producción deenergía eólica será el 10% de la producción energéticamundial.
España es actualmente el segundo país del mundocon mayor potencia instalada para la generación deelectricidad a partir de energía eólica. En 2001 contabacon 3.337 MW, equivalente a casi la mitad de lapotencia nuclear instalada.
Parque eólico
Línea soterrada de media tensión
Subestación eléctrica
Línea de evacuación
Situación actualy mercado de la energía eólica
Impacto medioambientalde la energía eólica
41energíala eólica
Según las previsiones del Plan de Fomento de lasEnergías Renovables (PFER), la energía eólica enEspaña podría llegar a tener, en 2010, una potenciainstalada cercana a 9.000 MW.
Desde mediados de los años 90, el sector de laenergía eólica ha experimentado un gran desarrollo.Los aerogeneradores de tres palas son los máseficientes, tienen un tamaño mayor y producen másenergía.
El mercado español ha evolucionado mucho enlos últmos 10 años, hasta alcanzar en 2002 el segundopuesto del ranking mundial, con 4.830 MW, por detrásde Alemania, que fue la primera con 12.000 MW.
En España, Galicia es la comunidad autónomamás destacada en lo que a este mercado energéticose refiere, con más 1.300 MW de potencia eólicainstalada. La Rioja se sitúa el el sexto lugar, con másde 200 MW.
Si se tiene en cuenta el ratio de MW por habitante,La Rioja pasaría a ser la segunda comunidadautónoma de España con mayor grado de implantaciónde energía eólica.
La Rioja contaba en 2002 con seis parques eólicos:Yerga I y II, Cabimonteros, Gatún I y II y Escurrillo,con un total de 220 MW de potencia instalada y unaproducc ión es t imada de 500 GWh/año,aproximadamente el 40% de la energía eléctricaconsumida en La Rioja.
En el año 2005, con la puesta en marcha de losotros parques autorizados, la potencia instaladasuperará los 500 MW y la producción cubrirá el 100%de la energía eléctrica consumida en La Rioja.
425
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1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
Mapa eólico de La Rioja.
NºAerogeneradores
Potencia poraerogenerador
37 660 kW 24,42 MW
30,6 MW850 kW36
75
33
33
11
1.500 kW
1.500 kW
1.500 kW
49,5 MW
49,5 MW
16,5 MW
49,5 MW660 kWCabimonteros
Escurrillo
Gatún I
Gatún II
Yerga I
Yerga II
PotenciaTotal instalada
Evolución del mercado eólico en Españaentre 1996-2002, en MW.
