aerogenerador vertical

Un aerogenerador vertical o horitzontal és com un generador elèctric que funciona convertint l'energia cinètica de vent en energia mecànica ia través d'una turbina eòlica en energia elèctrica.

Hi ha dos tipus principals de aerogenerador vertical i d'eix horitzontal. Els d'eix vertical destaquen per no necessitar el mecanisme d'orientació i el que és el generador elèctric pot anar disposat a terra. En canvi, els d'eix horitzontal, són els més usats i permeten cobrir un ampli rang d'aplicacions aïllades de petita potència fins a instal·lacions en grans parcs eòlics.

Anem a aprofundir en els dos principals, com són els esmentats d'aerogeneradors verticals i d'eix horitzontal, i el que serien noves propostes que intenten treure-li tot el profit a el vent per produir energia elèctrica. Estem en uns anys on la tecnologia avança i veiem cada vegada noves propostes com són els aerogeneradors sense hèlix de el projecte Vortex o aquest Wind Tree, una espècie d'arbre mecànic que genera energia de manera silenciosa.

Què és un aerogenerador vertical?

Un aerogenerador d'eix vertical és essencialment una turbina eòlica en què l'eix de l'rotor està instal·lat en posició vertical i pot generar electricitat sense importar de quina direcció vingui el vent. L'avantatge d'aquest tipus d'aerogenerador vertical és que pot generar electricitat fins i tot en llocs amb poc vent i zones urbanes on la normativa d'edificació prohibeix generalment la instal·lació d'aerogeneradors horitzontals.

Com s'ha esmentat, els aerogeneradors verticals o d'eix vertical no necessiten mecanisme d'orientació i el que seria el generador elèctric es pot trobar situat a terra. La seva producció energètica és menor i té alguns petits handicaps com que necessita ser motoritzat perquè se li pugui posar en marxa.

Existeixen tres tipus d'aerogeneradors verticals com són Savonius, Giromill i Darrrieus.

tipus Savonius

Aquest es caracteritza per estar format per dos semicercles desplaçats horitzontalment a una determinada distància, a través de la qual es desplaça l'aire, per la qual cosa desenvolupa poca potència.

Giromil

Destaca per tenir un conjunt de pales verticals unides amb dues barres en l'eix vertical i ofereix un rang de subministrament energètic de 10 a 20 kW.

Darrieus

format per dos o tres pales biconvexes unides a l'eix vertical per la part inferior i superior, permet aprofitar el vent dintre d'una banda ampla de velocitats. L'inconvenient que posseeix és que no s'encenen per si sols i necessiten un rotor Savonius.

Com funciona un aerogenerador d'eix vertical?

En els aerogeneradors verticals les pales va girant amb la força que impulsa el vent. Els aerogeneradors verticals, a diferència dels horitzontals sempre estan alineats amb el vent. No importa quina sigui la direcció de la mateixa ja que poden treballar fins i tot quan el vent bufa velocitats baixes. L'avantatge amb què compten aquests aerogeneradors verticals és que són més petits i més lleugers que les turbines que tenen els horitzontals. A l'ésser més petits generar menys energia. No obstant això, són capaços d'escalfar una llar, tenir enceses totes les llums tant de l'interior com de l'exterior i arribar a recarregar la bateria d'un cotxe elèctric.

Aerogeneradors d'eix horitzontal

Els d'eix horitzontal són els més utilitzats i són els que podem trobar en aquests grans parcs eòlics on es pot arribar a fer servir aquest tipus d'aerogeneradors per sobre d'1 Mw de potència.

Bàsicament és una màquina rotacional en el qual el moviment es produeix per l'energia cinètica de vent quan aquest actua sobre un rotor que normalment disposa de tres pales. El moviment rotacional produït és transmès i multiplicat mitjançant un multiplicador de velocitat fins a un generador que és el que s'encarrega de produir l'energia elèctrica.

Tots aquests components se situen sobre una gòndola que es col·loca a la part superior d'una torre de suport. Són els convencionals que es poden trobar en certes regions del nostre país dibuixant un horitzó i paisatge diferent però que ofereix energia neta i barata.

Cada aerogenerador posseeix un microprocessador que s'encarrega de controlar i regular les seves variables de posada en marxa, funcionament i parada. Aquest porta tota aquesta informació i dades a la central de control de la instal·lació. Cada un d'aquests aerogeneradors incorpora, a la base de la torre, un armari amb tots els components elèctrics (interruptors automàtics, transformadors d'intensitat, protectors de sobretensió, etc.) que faciliten el transport de l'energia elèctrica generada fins a la connexió de xarxa o punts de consum.

L'energia que s'obté des d'un aerogenerador depèn de la potència de vent que travessa el rotor i és directament proporcional a la densitat de l'aire, la superfície escombrada per les seves pales i la velocitat de vent.

El funcionament d'un aerogenerador es caracteritza per la seva corba de potència que indica el rang de velocitats de vent en què es pot operar i la potència que es necessita per a cada cas.

Quin tipus d'aerogenerador és més eficient?

En qüestió d'eficiència energètica, els aerogeneradors horitzontals són els que guanyen la partida. I és que són capaços d'aconseguir una major velocitat de rotació pel que necessiten una caixa d'engranatges amb menor relació de multiplicació de gir. A més, a causa de que la construcció d'aquests aerogeneradors s'ha de fer força elevada s'aprofita en major mesura l'augment de la velocitat de vent. En les capes superiors de l'atmosfera, la velocitat de vent és més gran atès que no té cap tipus d'obstacle.

Quines són les desavantatges dels aerogeneradors VAWT?

En els desavantatges d'aquests tipus d'aerogeneradors podem englobar les següents:

• El cost inicial de la instal·lació és bastant alt.
• Si has en una àrea on no hi ha massa vent de forma constant, és probable que no se li pugui treure rendiment energètic.
• Pots arribar a tenir problemes amb els veïns pel tema de l'soroll.
• Les turbines només solen funcionar a una capacitat aproximada de l'30%.

Ús dels aerogeneradors i història

L'ús de l'energia elèctrica provinent des del vent ja va ser utilitzat amb rotors eòlics en cases aïllades situades en zones rurals a mitjan el segle XX.

Però la que realment va apostar per aquesta tecnologia en els años70 va ser Dinamarca. Aquest fet va permetre ser a aquest país un dels principals fabricants d'aquest tipus d'aerogeneradors tal com passa amb les empreses Vestas i Siemens Wind Power.

Ja en 2013, l'energia eòlica va produir l'equivalent de l'33% de l'total de l'consum elèctric, amb un 39% el 2014. Ara l'objectiu de Dinamarca és arribar a el 50% l'any 2020 i per al 2035 un 84%.

El canvi que va produir aquest país va ser a causa de les altes emissions de CO2 a la fi dels anys 70, de manera que les energies renovables es van convertir en l'elecció principal per a aquest país. Això va comportar la disminució en la dependència energètica sobre altres països i la reducció de la pol·lució global.

Històric va ser la instal·lació a Dinamarca de la primera turbina de vent que arribava als 2 Mw. La planta d'energia tenia una torre tubular i tres aspes. Va ser construïda per professors i estudiants de l'escola Tvind. I el curiós d'aquesta història que aquests "aficionats" van ser ridiculitzats en el seu dia abans de la inauguració. A dia d'avui aquesta turbina encara funciona i té un disseny molt semblant als aerogeneradors més moderns.

El futur dels aerogeneradors

A dia d'avui les innovacions tecnològiques segueixen sorgint per millorar les aplicacions de l'energia eòlica. El 2015, la major turbina instal·lada va ser la Vestas V164 per al seu ús a prop de la costa.

El 2014, més de 240.000 turbines de vent estaven operatives en el món produint el 4% de l'electricitat mundial. El 2014, la capacitat total va passar els 336 Gw amb la Xina, Estats Units, Alemanya, Espanya i Itàlia com els líders en instal·lacions.

I no només són aquests països els que creixen seva població d'aerogeneradors verticals o d'eix horitzontal, sinó d'altres que busquen la manera de ser més sostenible com li passa a França amb la Torre Eiffel que ara genera la seva pròpia energia gràcies a uns aerogeneradors instal·lats ia la qual se sumaran llums LED, panells solars i un sistema de recollida d'aigua de pluja per promoure d'aquesta manera les energies netes i barates .

Tampoc ens podem oblidar de noves temptatives en la forma d' 157 aerogeneradors per 3 nous parcs eòlics a Sud-àfrica que arribaran de la mà d'una de les majors fabricants d'aquest tipus de tecnologia com és Siemens. Sumaran entre els 3 una capacitat de 140 MW i s'espera que estiguin instal·lats per a principis de 2016 per proporcionar energia elèctrica a les poblacions properes d'aquest país africà.

Article relacionat:

Tot el que cal saber sobre aerogeneradors

La tecnologia de les turbines de vent flotants

Tal com vam poder veure a la història de l'energia eòlica, L'energia eòlica marina va començar a expandir-se en 2009 quan es va instal·lar a Noruega la turbina de vent flotant Hywind amb un cost proper als 62 milions de dòlars.

Japó, després de l'desastre nuclear de Fukushima, té ideat la instal·lació de 80 turbines de vent marines a la costa propera per al 2020.

Aerogeneradors sense hèlixs de Vortex

Una empresa espanyola anomenada Deutecno ha creat un aerogenerador sense parts mòbils que va guanyar el primer premi de la categoria Energy al The South Summit 2014.

Aquests aerogeneradors sense hèlixs es s'encarregarien d'eliminar aquests enormes aerogeneradors que modifiquen l'horitzó allà on són instal·lats. La seva funcionalitat serà semblant però amb un estalvi bastant important en el que són els costos, a part de que el seu manteniment com la seva instal·lació resulta més barat.

També s'ha de comptar amb una reducció en l'impacte mediambiental a part que elimina el soroll que si generen els aerogeneradors tradicionals.

La seva tecnologia funciona de tal manera que utilitza la deformació produïda per la vibració que és provocada pel vent a l'entrar en ressonància en un cilindre vertical semirígid i ancorat en el terreny.

La part principal de Vortex, el que és el cilindre, s'ha fabricat amb materials piezoelèctrics i fibra de vidre o de carboni, i es genera energia elèctrica per la deformació d'aquests materials.

2016 serà l'any en el qual estigui a punt la primera unitat de molí eòlic sense aspes.

Arbre del vent

Un projecte bastant innovador és el Wind Tree que el desenvolupen NewWind i que està compost per 72 fulles artificials. Cadascuna d'elles és una turbina vertical amb una forma cònica i té una petita massa que pot arribar a generar energia amb lleugera brisa de 2 metres per segon.

Això li permet generar energia durant 280 dies l'any i la seva producció total és de 3.1 kW amb 72 turbines funcionant. 11 metres d'altura i 8 metres de diàmetre, el Wind Tree s'apropa a la mida d'un arbre real pel que pot encaixar perfectament en aquest espai urbà.

Un projecte bastant particular i que ens posa davant d'aquests avenços tecnològics que busquen la manera de ser més eficients i poder proporcionar suficient energia a la xarxa elèctrica pública o com un extra per a un edifici.

Parts d'un aerogenerador

Els aerogeneradors en el seu conjunt poden arribar a fer fins a 200 metres d'altura i 20 tones de pes. La seva estructura i els seus components són complexos i estan fabricats per optimitzar a l'màxim la generació d'energia a partir de la velocitat de l'cent.

Entre els components i parts d'un aerogenerador tenim:

la base

El bàsic per a un aerogenerador és estar bé subjecte a una base forta. Per a això, els aerogeneradors d'eix horitzontal es construeixen amb una fonamentació subterrània de formigó armat que s'adapta a el terreny en el qual es troba i ajuda a suportar les càrregues de vent.

la torre

La torre és la part de l'aerogenerador que suporta tot el pes i és el que manté elevades de terra les pales. Està construïda de formigó armat per la part de baix i d'acer per la de dalt. Normalment és buida per permetre l'accés a la gòndola. La torre és l'encarregada d'elevar l'aerogenerador prou perquè pugui aprofitar les màximes velocitats de vent possible. A l'extrem de la torre es fixa una gòndola giratòria d'acer o fibra de vidre.

Les pales i el rotor

Les turbines actuals estan formades per tres pales ja que proporciona una major suavitat en el gir. Les pales estan fabricades d'un material compost de polièster amb un reforç de fibres de vidre o carboni. Aquests compostos li atorguen una major resistència a les pales. Les pales poden arribar a fer fins uns 100 metres de llarg i van connectades a la boixa de l'rotor. Gràcies a aquest boixa, les pales poden canviar l'angle d'incidència de les pales per aprofitar bé el vent.

Quant als rotors, en l'actualitat són horitzontals i poden tenir articulacions. Normalment, aquest està situat a sobrevent de la torre. Això es fa per pode reduir les càrregues cícliques sobre les aspes que apareixen si es situés a sotavent d'ella, ja que si es col·loca una pala per darrere del deixant de la torre, la velocitat que incideix estarà molt alterada.

la gòndola

Es tracta d'un cubicle que es podria dir que és la sala de màquines de l'aerogenerador. La gòndola gira al voltant de la torre per col·locar la turbina mirant en direcció a vent. A la gòndola es troba la caixa de canvis, l'eix principal, els sistemes de control, el generador, els frens i els mecanismes de gir.

La caixa de canvis

La funció que té la caixa de canvis és la de adequar la velocitat de gir de l'eix principal a la qual necessita el generador.

Generador

En els aerogeneradors d'avui dia hi ha tres tipus de turbines que varien només pel comportament de el generador quan aquest es troba en condicions d'excessiva velocitat de vent i s'intenten evitar les sobrecàrregues.

Gairebé totes les turbines fan servir un d'aquests 3 sistemes:

• Generador d'inducció de gàbia d'esquirol
• Generador d'inducció bifàsic
• Generador síncron

Sistema de frenada

El sistema de frenada és un sistema de seguretat que compta amb discos que ajuden en situacions d'emergència o de manteniment aturar el molí i evitar danys en les estructures.

Sistema de control

El molí eòlic està totalment controlat i automatitzat pel sistema de control. Aquest sistema està format per ordinadors que manegen la informació que subministren el penell i l'anemòmetre col·locats sobre de la gòndola. D'aquesta manera, coneixent les condicions meteorològiques, es pot orientar millor a l'molí i les pales per optimitzar la generació d'energia amb el vent que bufa. Tota la informació que reben sobre l'estat de la turbina es pot enviar de forma remota a un servidor central i tenir-ho tot controlat. En el cas que les velocitats de vent o les condicions meteorològiques puguin danyar l'estructura de l'aerogenerador, amb el sistema de control es pot conèixer ràpid la situació i activar el sistema de frenada, evitant així danys.

Gràcies a totes aquestes parts de l'aerogenerador es pot generar energia elèctrica a partir de el vent d'una manera renovable i no contaminant per al medi ambient.