Aerogenerador vertical

Un aerogenerador vertical u horizontal es como un generador eléctrico que funciona convirtiendo la energía cinética del viento en energía mecánica y a través de una turbina eólica en energía eléctrica.

Hay dos tipos principales de aerogenerador vertical y de eje horizontal. Los de eje vertical destacan por no necesitar el mecanismo de orientación y lo que es el generador eléctrico puede ir dispuesto en el suelo. En cambio, los de eje horizontal, son los más usados y permiten cubrir un amplio rango de aplicaciones aisladas de pequeña potencia hasta instalaciones en grandes parques eólicos.

Vamos a profundizar en los dos principales, como son los mencionados de aerogeneradores verticales y de eje horizontal, y lo que serían nuevas propuestas que intentan sacarle todo el provecho al viento para producir energía eléctrica. Estamos en unos años donde la tecnología avanza y vemos cada vez nuevas propuestas como son los aerogeneradores sin hélice del proyecto Vortex o ese Wind Tree, una especie de árbol mecánico que genera energía de manera silenciosa.

¿Qué es un aerogenerador vertical?

Un aerogenerador de eje vertical es esencialmente una turbina eólica en la que el eje del rotor está instalado en posición vertical y puede generar electricidad sin importar de qué dirección venga el viento. La ventaja de este tipo de aerogenerador vertical es que puede generar electricidad incluso en lugares con poco viento y zonas urbanas donde la normativa de edificación prohíbe generalmente la instalación de aerogeneradores horizontales.

Como se ha mencionado, los aerogeneradores verticales o de eje vertical no necesitan mecanismo de orientación y lo que sería el generador eléctrico se puede encontrar situado en el suelo. Su producción energética es menor y tiene algunos pequeños hándicaps como que necesita ser motorizado para que se le pueda poner en marcha.

Existen tres tipos de aerogeneradores verticales como son Savonius, Giromill y Darrrieus.

Tipo Savonius

Este se caracteriza por estar formado por dos semicírculos desplazados horizontalmente a una determinada distancia, a través de la cual se desplaza el aire, por lo que desarrolla poca potencia.

Giromil

Destaca por tener un conjunto de palas verticales unidas con dos barras en el eje vertical y ofrece un rango de suministro energético de 10 a 20 Kw.

Darrieus

Formado por dos o tres palas biconvexas unidas al eje vertical por la parte inferior y superior, permite aprovechar el viento dentro de una banda ancha de velocidades. El inconveniente que posee es que no se encienden por si solos y necesitan un rotor Savonius.

¿Cómo funciona un aerogenerador de eje vertical?

En los aerogeneradores verticales las palas va girando con la fuerza que impulsa el viento. Los aerogeneradores verticales, a diferencia de los horizontales siempre están alineados con el viento. No importa cuál sea la dirección del mismo puesto que pueden trabajar incluso cuando el viento sopla velocidades bajas. La ventaja con la que cuentan estos aerogeneradores verticales es que son más pequeños y más livianos que las turbinas que tienen los horizontales. Al ser más pequeños generar menos energía. No obstante, son capaces de calentar un hogar, tener encendidas todas las luces tanto del interior como del exterior y llegar a recargar la batería de un coche eléctrico.

Aerogeneradores de eje horizontal

Los de eje horizontal son los más utilizados y son los que podemos encontrar en esos grandes parques eólicos donde se puede llegar a usar este tipo de aerogeneradores por encima de 1 Mw de potencia.

Básicamente es una máquina rotacional en el que el movimiento se produce por la energía cinética del viento cuando este actúa sobre un rotor que normalmente dispone de tres palas. El movimiento rotacional producido es transmitido y multiplicado mediante un multiplicador de velocidad hasta un generador que es el que se encarga de producir la energía eléctrica.

Todos estos componentes se sitúan sobre una góndola que se coloca en la parte superior de una torre de apoyo. Son los convencionales que se pueden encontrar en ciertas regiones de nuestro país dibujando un horizonte y paisaje distinto pero que ofrece energía limpia y barata.

Cada aerogenerador posee un microprocesador que se encarga de controlar y regular sus variables de puesta en marcha, funcionamiento y parada. Éste lleva toda esta información y datos a la central de control de la instalación. Cada uno de estos aerogeneradores incorpora, en la base de la torre, un armario con todos los componentes eléctricos (interruptores automáticos, transformadores de intensidad, protectores de sobre tensión, etc.) que facilitan el transporte de la energía eléctrica generada hasta la conexión de red o puntos de consumo.

La energía que se obtiene desde un aerogenerador depende de la potencia del viento que atraviesa el rotor y es directamente proporcional a la densidad del aire, la superficie barrida por sus palas y la velocidad del viento.

El funcionamiento de un aerogenerador se caracteriza por su curva de potencia que indica el rango de velocidades de viento en las que se puede operar y la potencia que se necesita para cada caso.

¿Qué tipo de aerogenerador es más eficiente?

En cuestión de eficiencia energética, los aerogeneradores horizontales son los que ganan la partida. Y es que son capaces de alcanzar una mayor velocidad de rotación por lo que necesitan una caja de engranajes con menor relación de multiplicación de giro. Además, debido a que la construcción de dichos aerogeneradores se debe hacer bastante elevada se aprovecha en mayor medida el aumento de la velocidad del viento. En las capas superiores de la atmósfera, la velocidad del viento es mayor dado que no tiene ningún tipo de obstáculo.

¿Cuáles son las desventajas de los aerogeneradores VAWT?

En las desventajas de estos tipos de aerogeneradores podemos englobar las siguientes:

• El coste inicial de la instalación es bastante alto.
• Si debes en un área donde no hay demasiado viento de forma constante, es probable que no se le pueda sacar rendimiento energético.
• Puedes llegar a tener problemas con los vecinos por el tema del ruido.
• Las turbinas sólo suelen funcionar a una capacidad aproximada del 30%.

Uso de los aerogeneradores e historia

El uso de la energía eléctrica proveniente desde el viento ya fue utilizado con rotores eólicos en casas aisladas situadas en zonas rurales a mediados del siglo XX.

Pero la que realmente apostó por esta tecnología en los años70 fue Dinamarca. Este hecho permitió ser a este país uno de los principales fabricantes de este tipo de aerogeneradores tal como ocurre con las empresas Vestas y Siemens Wind Power.

Ya en 2013, la energía eólica produjo el equivalente del 33% del total del consumo eléctrico, con un 39% en 2014. Ahora el objetivo de Dinamarca es llegar al 50% en el año 2020 y para el 2035 un 84%.

El cambio que produjo este país fue debido a las altas emisiones de CO2 a finales de los años 70, por lo que las energías renovables se convirtieron en la elección principal para este país. Esto conllevó la disminución en la dependencia energética sobre otros países y la reducción de la polución global.

Histórico fue la instalación en Dinamarca de la primera turbina de viento que llegaba a los 2 Mw. La planta de energía tenía una torre tubular y tres aspas. Fue construida por profesores y estudiantes de la escuela Tvind. Y lo curioso de esta historia que esos “amateurs” fueron ridiculizados en su día antes de la inauguración. A día de hoy esa turbina todavía funciona y tiene un diseño muy parecido a los aerogeneradores más modernos.

El futuro de los aerogeneradores

A día de hoy las innovaciones tecnológicas siguen surgiendo para mejorar las aplicaciones de la energía eólica. En 2015, la mayor turbina instalada fue la Vestas V164 para su uso cerca de la costa.

En 2014, más de 240.000 turbinas de viento estaban operativas en el mundo produciendo el 4% de la electricidad mundial. En 2014, la capacidad total pasó los 336 Gw con China, Estados Unidos, Alemania, España e Italia como los líderes en instalaciones.

Y no solamente son estos países los que crecen su población de aerogeneradores verticales o de eje horizontal, sino otros tantos que buscan la forma de ser más sostenible como le pasa a Francia con la Torre Eiffel que ahora genera su propia energía gracias a unos aerogeneradores nuevos instalados y a la que se sumarán luces LED, paneles solares y un sistema de recogida de agua de lluvia para promover de esta forma las energías limpias y baratas.

Tampoco nos podemos olvidar de nuevas tentativas en la forma de 157 aerogeneradores para 3 nuevos parques eólicos en Sudáfrica que llegarán de la mano de una de las mayores fabricantes de este tipo de tecnología como es Siemens. Sumarán entre los 3 una capacidad de 140 mW y se espera que estén instalados para principios de 2016 para proporcionar energía eléctrica a las poblaciones cercanas de este país africano.

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La tecnología de las turbinas de viento flotantes

Tal y como pudimos ver en la historia de la energía eólica, la energía eólica marina empezó a expandirse en 2009 cuando se instaló en Noruega la turbina de viento flotante Hywind con un coste cercano a los 62 millones de dólares.

Japón, después del desastre nuclear de Fukushima, tiene ideado la instalación de 80 turbinas de viento marinas en la costa cercana para 2020.

Aerogeneradores sin hélices de Vortex

Una empresa española llamada Deutecno ha creado un aerogenerador sin partes móviles que ganó el primer premio de la categoría Energy en el The South Summit 2014.

Estos aerogeneradores sin hélices se encargarían de eliminar esos enormes aerogeneradores que modifican el horizonte allá donde son instalados. Su funcionalidad será parecida pero con un ahorro bastante importante en lo que son los costes, aparte de que su mantenimiento como su instalación resulta más barato.

También se ha de contar con una reducción en el impacto medioambiental aparte de que elimina el ruido que si generan los aerogeneradores tradicionales.

Su tecnología funciona de tal manera que utiliza la deformación producida por la vibración que es provocada por el viento al entrar en resonancia en un cilindro vertical semirrígido y anclado en el terreno.

La parte principal de Vortex, lo que es el cilindro, se ha fabricado con materiales piezoeléctricos y fibra de vidrio o de carbono, y se genera energía eléctrica por la deformación de estos materiales.

2016 será el año en el que esté lista la primera unidad de molino eólico sin aspas.

Wind Tree

Un proyecto bastante innovador es el Wind Tree que está siendo desarrollado por NewWind y que está compuesto por 72 hojas artificiales. Cada una de ellas es una turbina vertical con una forma cónica y tiene una pequeña masa que puede llegar a generar energía con ligera brisa de 2 metros por segundo.

Esto le permite generar energía durante 280 días en el año y su producción total es de 3.1 kW con 72 turbinas funcionando. 11 metros de altura y 8 metros de diámetro, el Wind Tree se acerca al tamaño de un árbol real por lo que puede encajar perfectamente en ese espacio urbano.

Un proyecto bastante particular y que nos pone ante esos avances tecnológicos que buscan la forma de ser más eficientes y poder proporcionar suficiente energía a la red eléctrica pública o como un extra para un edificio.

Partes de un aerogenerador

Los aerogeneradores en su conjunto pueden llegar a medir hasta 200 metros de altura y 20 toneladas de peso. Su estructura y sus componentes son complejos y están fabricados para optimizar al máximo la generación de energía a partir de la velocidad del ciento.

Entre los componentes y partes de un aerogenerador tenemos:

La base

Lo básico para un aerogenerador es estar bien sujeto a una base fuerte. Para ello, los aerogeneradores de eje horizontal se construyen con una cimentación subterránea de hormigón armado que se adapta al terreno en el que se encuentra y ayuda a soportar las cargas del viento.

La torre

La torre es la parte del aerogenerador que soporta todo el peso y es el que mantiene elevadas del suelo las palas. Está construida de hormigón armado por la parte de abajo y de acero por la de arriba. Normalmente es hueca para permitir el acceso a la góndola. La torre es la encargada de elevar el aerogenerador lo suficiente para que pueda aprovechar las máximas velocidades de viento posible. Al extremo de la torre se fija una góndola giratoria de acero o fibra de vidrio.

Las palas y el rotor

Las turbinas actuales están formadas por tres palas ya que proporciona una mayor suavidad en el giro. Las palas están fabricadas de un material compuesto de poliéster con un refuerzo de fibras de vidrio o carbono. Estos compuestos le otorgan una mayor resistencia a las palas. Las palas pueden llegar a medir hasta unos 100 metros de largo y van conectadas al buje del rotor. Gracias a este buje, las palas pueden cambiar el ángulo de incidencia de las palas para aprovechar bien el viento.

En cuanto a los rotores, en la actualidad son horizontales y pueden tener articulaciones. Normalmente, este está situado a barlovento de la torre. Esto se hace para pode reducir las cargas cíclicas sobre las aspas que aparecen si se situara a sotavento de ella, ya que si se coloca una pala por detrás de la estela de la torre, la velocidad que incide estará muy alterada.

La góndola

Se trata de un cubículo que se podría decir que es la sala de máquinas del aerogenerador. La góndola gira en torno a la torre para colocar la turbina mirando en dirección al viento. En la góndola se encuentra la caja de cambios, el eje principal, los sistemas de control, el generador, los frenos y los mecanismos de giro.

La caja de cambios

La función que tiene la caja de cambios es la de adecuar la velocidad de giro del eje principal a la que necesita el generador.

Generador

En los aerogeneradores de hoy en día existen tres tipos de turbinas que varían sólo por el comportamiento del generador cuando éste se encuentra en condiciones de excesiva velocidad de viento y se intentan evitar las sobrecargas.

Casi todas las turbinas emplean uno de estos 3 sistemas:

• Generador de inducción de jaula de ardilla
• Generador de inducción bifásico
• Generador síncrono

Sistema de frenado

El sistema de frenado es un sistema de seguridad que cuenta con discos que ayudan en situaciones de emergencia o de mantenimiento parar el molino y evitar daños en las estructuras.

Sistema de control

El molino eólico está totalmente controlado y automatizado por el sistema de control. Este sistema está formado por ordenadores que manejan la información que suministran la veleta y el anemómetro colocados encima de la góndola. De esta forma, conociendo las condiciones meteorológicas, se puede orientar mejor al molino y las palas para optimizar la generación de energía con el viento que sopla. Toda la información que reciben sobre el estado de la turbina se puede enviar de forma remota a un servidor central y tenerlo todo controlado. En caso de que las velocidades del viento o las condiciones meteorológicas puedan dañar la estructura del aerogenerador, con el sistema de control se puede conocer rápido la situación y activar el sistema de frenado, evitando así daños.

Gracias a todas estas partes del aerogenerador se puede generar energía eléctrica a partir del viento de una forma renovable y no contaminante para el medioambiente.