ENERGÍA EOLICA
EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA
DE LOS SISTEMAS EÓLICOS
ENERGÍA EÓLICA
Fuente:
El viento
 La mas productiva y
desarrollada de las
energías renovables
 La mas cuestionada
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
 Un aerogenerador obtiene su
potencia de entrada convirtiendo
la fuerza del viento en un par
(fuerza de giro) que actúa sobre
las palas del rotor.
 La potencia extraíble del viento
viene dada por la ecuación:
Pot  k.. A.v
3
TIPOLOGÍA BÁSICA
MÁQUINAS DE EJE VERTICAL.
Aerogenerador Darrieus
Rotor Savonius
MÁQUINAS DE EJE HORIZONTAL.
LOS PIONEROS
En 1888 Brush construyó la que hoy se cree es la
primera turbina eólica de funcionamiento
automático para generación de electricidad.
Tenía un diámetro de rotor de 17 m y 144 palas
fabricadas en madera de cedro.
A pesar del tamaño de la turbina, el generador
era solamente de 12 kW, debido a que las turbinas
eólicas de giro lento del tipo americano tienen una
eficiencia media baja (Poul la Cour más tarde
descubrió que las turbinas eólicas de giro rápido
con pocas palas de rotor son más eficientes para la
producción de electricidad que las de giro lento).
Turbina eólica de Brush en Cleveland
La turbina funcionó durante 20 años actuando
como cargador de baterías.
LOS PIONEROS
Poul la Cour (1846-1908), es considerado el
pionero de las modernas turbinas eólicas
generadoras de electricidad.
También fué uno de los pioneros de la moderna
aerodinámica, y construyó su propio túnel de
viento para realizar experimentos.
Aerogeneradores La Cour
En 1918 unas 120 empresas públicas locales
tenían un aerogenerador, generalmente del
tamaño de 20 a 35 kW.
LOS PIONEROS
Durante la segunda guerra mundial, la
compañía danesa de ingeniería F.L.
Smidth construyó diversos
aerogeneradores bi y tripala.
Los fabricantes daneses han fabricado
realmente aerogeneradores bipala,
aunque el denominado "concepto danés"
se refiere a una máquina tripala.
Las bipala (al igual que sus
predecesoras) generaban CC. Las tripla
incorporaban un generador asíncrono de
CA.
Turbinas F.L. Smidth
AÑOS 50-60
El innovador aerogenerador Gedser de 200 kW fue
construido en 1956-57 por J. Juul para la compañía
eléctrica SEAS de Dinamarca.
La turbina tripala con rotor a barlovento, con
orientación electromecánica y un generador
asíncrono fue un diseño pionero de los modernos
aerogeneradores.
La turbina disponía de regulación por pérdida
erodinámica (básicamente, el mismo empleado
actualmente en las modernas turbinas). J. Juul
inventó los frenos aerodinámicos de emergencia en
punta de pala, que se sueltan por la fuerza
centrífuga en caso de sobrevelocidad.
El aerogenerador Gedser
Funcionó durante 11 años sin mantenimiento.
AÑOS 70
 Después de la primera crisis del petróleo de 1973, muchos países
despertaron su interés en la energía eólica. En Dinamarca, Alemania,
Suecia, el Reino Unido y los EE.UU., las compañías de energía
dirigieron su atención a la construcción de grandes aerogeneradores.
 En 1979 se construyeron dos aerogeneradores Nibe de 630 kW, uno
con regulación por cambio de paso de pala y el otro de regulación por
pérdida aerodinámica.
 Las turbinas resultaron extremadamente caras y, en consecuencia, el
alto precio de la energía devino un argumento clave en contra de la
energía eólica.
AÑOS 80
La máquina Bonus 30 kW, fabricada desde 1980,
es un ejemplo de uno de los primeros modelos de
los fabricantes actuales.
El aerogenerador Bonus 30 kW
La generación de aerogeneradores de 55 kW que
fueron desarrollados en 1980-1981 supuso la
ruptura industrial y tecnológica para los modernos
aerogeneradores. El coste del kilovatio-hora (kWh)
de electricidad cayó alrededor de un 50 por ciento
con la aparición de esta nueva generación. La
industria eólica se hizo mucho más profesional.
Aerogeneradores Nordtank 55 kW
AEROGENERADORES MODERNOS
Disposición en el interior de la góndola de un aerogenerador tipo
ESQUEMA GENERAL DE UN AEROGENERADOR
CARACTERIZACIÓN DEL RECURSO EÓLICO
U  Velocidad media
 2  Varianza
22
20
+
18
16
V (m /s)
14
12
10
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
100
t(s )
m
n.Sv (n)
2

v(t )  2 [ S (nk )n]1/ 2 .cos(2 nk t   k )
 z
n 
 U
 1,5  z  
f m 1 
 n 
fm  U  

5/ 3
Ernst  Cathor
k 1
120
MODELOS AERODINÁMICOS
U
V1
V1
Turbina
 ra'
dr
A2
A1
r
V2
a)
1U(
V
r
Tubo de corriente
r
A

P+
P1
P2
P-
T. CANTIDAD DE MOVIMIENTO
T. ELEMENTO DE PALA
1,2
l=6
1
f
0,8
l=5
0,6
0,4
0,2
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
r/ R
T. MOMENTO CINÉTICO
PÉRDIDAS EN PALAS
TÉCNICAS DE ESTIMACIÓN DEL RECURSO
MODELO ESTÁTICO
MODELO CUASIESTATICO
MODELO DINÁMICO
MODELO ESTÁTICO
Curva de probabilidad
de velocidad del viento
10
9
Fre cuencias %
8
7
6
5
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Producción energética
velocidad (m/s)
Frec. medidas
700
Frec. Weibull
Potencia (kW)
600
500
400
300
Curva de potencia del
aerogenerador
200
100
0
0
5
10
15
Velocidad (m/s)
20
25
30
Potencia
Pot encia
Vel ocidad
MODELO CUASIESTÁTICO
Tiempo
Producción energética
Tiempo
Di rección
Velocidad
Tiempo
MODELO DINÁMICO
0
Alfa
Clock
Display
Potmaq
Omega
Icc
Vviento
Alfa
B
C
Tm
a
b
UrB UtA
UredA
UrC UtB
c
Icc
m_SI
UredB
UtC
UredC
Kramer
Máquina eléctrica
Unión
Transformador
Ir
Is
-1
Demux
Potmaq
omega
n
-1
Vviento
Vviento
Viento
Omega
Tiempo
Te
Omega
Pot y n
Tm
Selector
n
Potmaq
Par mecánico
+
Pot encia
Disponibilidad
Tiempo
-Arranques/ paradas.
-Pérdidas energéticas.
-Estadísticas de operación
Pot encia
A
UredB
Control
UrCc
UredA
UredC
Red
UrBm
UrAm
UrAc
UrBc
UrCm
Velocidad
Icc
UrA Alfa
Tiempo
Producción
energética
DISEÑO DE LAS PALAS
Parámetros de diseño:
c
L

D
Dirección corriente
aguas abajo

- Perfil
M
Dirección de la corriente incidente
- Anchura
0,4
c/R
0,3
- Ley de torsión
0,2
0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
r/R
0,7
0,8
0,9
1
MATERIAL DE LAS PALAS
Requisitos de los materiales:
- Ligero.
- Perfectamente homogéneo para facilitar la producción en serie.
- Resistente a la fatiga mecánica (en particular a las tensiones
alternas debidas al funcionamiento de los rotores y las vibraciones).
- Resistente a la erosión y a la corrosión.
- De uso y producción sencillos.
- De bajo coste.
MATERIAL DE LAS PALAS
 La mayoría de las modernas palas de rotor de grandes
aerogeneradores están fabricadas con plástico reforzado con fibra de
vidrio ("GRP").
 Utilizar fibra de carbono como material de refuerzo es otra
posibilidad, pero normalmente estas palas son antieconómicas para
grandes aerogeneradores.
 Los materiales compuestos (composites) de madera, maderaepoxy, o madera-fibra-epoxy aún no han penetrado en el mercado
de las palas de rotor, aunque existe un desarrollo continuado en ese
área.
 Las aleaciones de acero y de aluminio tienen problemas de peso y
de fatiga del metal, respectivamente. Actualmente sólo son
utilizados en aerogeneradores muy pequeños.
TECNOLOGÍA DE GENERADORES
TECNOLOGÍA DE AEROGENERADORES
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Punto 6