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Energía eólica

La fuente de energía eólica es el viento, o mejor dicho, la energía mecánica que, en forma de energía cinética transporta el aire en movimiento. El viento es originado por el desigual calentamiento de la superficie de nuestro planeta, originando movimientos convectivos de la masa atmosférica.

La Tierra recibe una gran cantidad de energía procedente del Sol. Esta energía, en lugares favorables, puede ser del orden de 2.000 Kwh/m2 anuales. El 2 por ciento de ella se transforma en energía eólica con un valor capaz de dar una potencia de 10E+11 Gigavatios.
En la antigüedad no se conocían estos datos, pero lo que sí es cierto, es que intuitivamente conocían el gran potencial de esta energía.

La historia nos muestra que existían molinos de viento en la antigua Persia, Irak, Egipto y China.

La primera referencia histórica sobre el aprovechamiento del viento para mover máquinas son unos molinos de eje vertical que figuran en obras geográficas del siglo V a. de C. Los citan en el Sijistán, situado entre lo que hoy en día es Irán y Afganistán, donde sopla un viento muy constante llamado de los 120 días.

A lo largo de la historia ha habido varios modelos de molinos de viento y de los cuales se pueden hacer grupos:

• De eje vertical
• De arrastre diferencial
• De pantalla
• De válvulas abatibles
• De palas giratorias
• De variación cíclica de incidencia de palas fijas
• De variación cíclica de incidencia de palas móviles

• De eje horizontal
• Molinos de viento clásicos
• Eólicas lentas
• Eólicas rápidas

Partes importantes de los aerogeneradores modernos

• Dispositivos de orientación
• Dispositivos de regulación de velocidad

Las formas de mayor utilización son las de producir energía eléctrica y mecánica, bien sea para autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua. Siendo un aerogenerador los que accionan un generador eléctrico y un aeromotor los que accionan dispositivos, para realizar un trabajo mecánico.

Partes de un aerogenerador:

• Cimientos, generalmente constituidos por hormigón en tierra, sobre el cual se atornilla la torre del aerogenerador.
• Torre, fijada al suelo por los cimientos, proporciona la altura suficiente para evitar turbulencias y superar obstáculos cercanos; la torre y los cimientos son los encargados de transmitir las cargas al suelo.
• Chasis, es el soporte donde se encuentra el generador, sistema de frenado, sistema de orientación, equipos auxiliares (hidráulico), caja de cambio, etc. Protege a estos equipos del ambiente y sirve, a su vez, de aislante acústico.
• El buje, pieza metálica de fundición que conecta las palas al eje de transmisión.
• Las palas, cuya misión es la de absorber energía del viento; el rendimiento del aerogenerador depende de la geometría de las palas, interviniendo varios factores:

• Longitud
• Perfil
• Calaje
• Anchura

Sistemas de un aerogenerador:

• Orientación, mantiene el rotor cara al viento, minimizando los cambios de dirección del rotor con los cambios de dirección de viento; Estos cambios de dirección provocan pérdidas de rendimiento y genera grandes esfuerzos con los cambios de velocidad.
• Regulación, controla la velocidad del rotor y el par motor en el eje del rotor, evitando fluctuaciones producidas por la velocidad del viento.
• Transmisión, utilizados para aumentar la velocidad de giro del rotor, para poder accionar un generador de corriente eléctrica, es un multiplicador, colocado entre el rotor y el generador.
• Generador, para la producción de corriente continua (DC) dinamo y para la producción de corriente alterna (AC) alternador, este puede ser síncrono o asíncrono.

Durante dos años, se ha investigado una técnica que mejorara, aún más, el rendimiento de los aerogeneradores, ya que no se optimizaba la captación de la energía del viento a determinadas velocidades.

El resultado ha sido un sistema de velocidad variable y generación síncrona, que permite que las palas puedan girar a diferentes velocidades en función de las variables de viento, lo que propicia una mayor producción de energía eléctrica.

Este se basa en la utilización de la máquina de doble alimentación DFM (Double Fed Machine), de construcción similar a la asíncrona con rotor bobinado. Posee, tanto en estator como en rotor, bobinados trifásicos, es decir, utiliza un generador robusto, sencillo y barato con un diseño eléctrico especial. Mediante un inversor IGBT's se imprimen en el rotor tres intensidades senoidales a 120º y una frecuencia controlada. Este sistema genera en el motor un campo giratorio de esa frecuencia (fr) respecto a un observador situado en dicho rotor.

La adición de la velocidad mecánica (fm) al motor hace que la velocidad del campo giratorio "vista" por el estator sea fe=Fm + fr. Si se hace que fr sea tal que fe coincida con la red, se tiene una iteración entre el estator y el rotor, en la que el par depende del ángulo eléctrico virtual de fase de las tensiones de la red en bornas de la máquina, es decir, del ángulo de transmisión de potencia síncrona.

Se puede hacer que fr tenga dos signos. O sea, que se puede controlar la máquina en régimen subsíncrono (por debajo de 1.500 rpm) y en régimen hipersíncrono (por encima de 1.500 rpm). En la práctica no va ser necesaria toda la gama de velocidades, la banda queda entre 1.200 y 1.700 rpm con un aprovechamiento sólo parcial de la banda supersíncrona.

El sistema de control, no sólo realiza el control de fr, sino también del ángulo de fase de la intensidad del rotor, con lo cual se controla eléctricamente el ángulo de transmisión de potencia, o sea, la potencia activa P transmitida a la red y además la componente magnetizante y con ello la potencia reactiva Q en bornas de la máquina.

De esta manera, se consigue una generación síncrona con óptima estabilidad en P y en Q aún en presencia de ráfagas, mínima participación de los componentes de electrónica de potencia y escaso contenido en armónicos en la red, aumento de la vida mecánica, compensación automática de reactiva y la posibilidad de trabajo en isla.

Otro tipo de aerogenerador es el ciclónico, un proyecto poco conocido, consistente en la mezcla de unir sistemas eólicos y solares.Se compone de un inmenso invernadero con una chimenea central.El aire es calentado por efecto invernadero y asciende por la chimenea. Este aire ascendente mueve una turbina dispuesta en la embocadura de la chimenea.

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