Los aerogeneradores

¿Qué es un aerogenerador?

Es un dispositivo capaz de generar energía eléctrica a partir de una energía mecánica (del movimiento) producida por la energía eólica. Por lo tanto, los aerogeneradores permiten aprovechar una fuente de energía renovable.

Hay generadores de diferentes escalas, pues hay gente que se instala en su propio tejado un pequeño con una potencia de unos 1000 W y después tenemos los grandes que se sitúan en los alto de las montañas que pueden llegar a tener una potencia de 15 MW. Para alcanzar esta potencia con energía solar necesitaríamos unos 35000 paneles de 2 metros cuadrados.

¿Cómo funciona un aerogenerador?

El principio es el mismo independientemente del tamaño de la turbina eólicar. Se utiliza un alternador, cuyo funcionamiento voy a explicar brevemente ahora basándome en la siguiente imagen.

Por la ley de Faraday al hacer girar una serie de conductores dentro de un campo magnético se induce una corriente en el estator. El estator es el que genera una fuera electromotriz (voltaje) a la salida que puede ser almacenado o utilizado en aparatos eléctricos.

Aunque ya se están diseñando generadores eólicos capaces de obtener mucha potencia sin requerir de mucha velocidad, la mayoría de hoy en día necesitan muchas revoluciones para generar la electricidad con los requerimientos actuales.

Como tienen una gran fuerza de rotación y baja velocidad, se requiere de un sistema de mecanismos (multiplicadora) que transformen toda esa fuerza en velocidad. Esto se consigue con engranajes de diferente radio, principalmente.

Si la pala del aerogenerador hace girar una rueda de 1 metro de diámetro y ésta a su vez hace girar una rueda de 10 centímetros que hace girar el generador, habremos conseguido multiplicar por 10 la velocidad de giro y reducir 10 veces la fuerza.

El tipo de electricidad que se genera va a ser alterna, es decir, tendrá periodos con valores positivos y otros con negativos, si ésta es monofásica o trifásica ya dependerá del tipo de generador utilizado.

La electrónica que tendrá el aerogenerador dependerá de esto, pero lo que se hace normalmente es pasar esta corriente alterna en continua (rectificar) y después volver a a pasarla a alterna (invertir).

Por último dentro del propio aerogenerador se transforma la electricidad, es decir, se cambian sus valores de tensión y corriente manteniendo siempre la misma relación. En este caso se aumenta la tensión y se reduce la corriente para poder pasarla a los niveles que utiliza la red de distribución.

Partes de un aerogenerador

En el apartado anterior ya se ha visto las partes más importantes de los molinos eólicos. En este punto voy a hacer una lista de los componentes de un aerogenerador, aunque estos pueden variar según la tecnología.

1. Base

La base de un aerogenerador es un elemento clave, ya que va a tener que soportar una gran fuerza. Estos cimientos suelen ser de hormigón armado y deben ser capaces de soportar el peso del generador, las vibraciones y la fuerza del viento.

En el caso de la eólica marina, hay distintos tipos de cimientos en función del terreno y la profundidad. De menor a mayor profundidad tendríamos los monopilotes, la cimentación de gravedad y la cimentación Jacket.

2. Torre

La torre de una aerogenerador es la que levanta el resto de componentes y es la que se ancla a las cimentaciones.

Está compuesta normalmente de hormigón o de algún acero y su interior es hueco para poder ascender a la góndola por medio de una escalera.

La altura de los aerogeneradores puede variar pero actualmente estaríamos hablando de entre 90 y 160 metros.

3. Góndola

La góndola de un aerogenerador es lo que se coloca en lo alto de la torre. Sirve para hacer de unión entre la torre y el rotor y almacena los elementos principales como la multiplicadora, el convertidor y elementos auxiliares.

4. Rotor

El rotor es la parte móvil de un aerogenerador y es el que enfoca transversalmente al viento para captar su energía. Está compuesto por las aspas y el buje.

5. Buje

El buje es la parte del aerogenerador que sujeta las aspas y las une con la góndola. Es el componente que transmite la energía desde las aspas hacia la multiplicadora.

6. Aspas

Las aspas de un aerogenerador son las que captan la energía del viento. Están diseñadas de forma aerodinámica para que giren cuando el viento incide perpendicularmente.

La cantidad de palas que puede verse hoy en día en un aerogenerador son 3. Esto es así ya que a menos palas el equilibrio es mayor pero con menos de 3 no sería eficiente. Además, esto reduce el coste del equipo completo.

7. Multiplicadora

La multiplicadora es la parte de engranajes del aerogenerador y va conectada desde el buje hacia el alternador. Estos alternadores generan la electricidad a grandes revoluciones, por lo que se necesita este mecanismo para convertir las 15-20 revoluciones por minuto en unas 2000 aproximadamente.

8. Alternador

El alternador es el componente del aerogenerador que transforma la energía mecánica en eléctrica. El principio de funcionamiento se detalla más arriba en este post.

9. Convertidor de potencia

El convertidor de potencia es la tecnología del aerogenerador que permite adaptar la electricidad de salida del alternador a la que se inyecta a red.

Funcionan con electrónica de potencia, la mayoría con tecnología de transistores IGBT y los filtros y controles necesarios para obtener una señal limpia a la salida. Los hay síncronos, asíncronos, con frecuencia de salida fija o variable.

10. Veleta y anemómetro

La veleta y el anemómetro se instalan en la góndola y juntos permiten hacer un análisis del viento en cada momento. El anemómetro permite medir la velocidad del viento y la veleta la dirección. Con estos datos se orientará el aerogenerador y se arrancará o parará.

11. Sistema de orientación

Con la información extraída de la veleta y el anemómetro, el sistema de orientación sitúa la góndola en línea con el viento y, por lo tanto, las aspas en perpendicular. Con esto se consigue maximizar la producción.

El funcionamiento de este sistema es mediante una rueda dentada acoplada a un motor en lo alto de la torre. La góndola tendrá otro mecanismo acoplado a esta rueda que hará que gire solidariamente a lo que marque el motor.

12. Elementos auxiliares

Además de los principales componentes detallados arriba también tenemos una serie de elementos auxiliares que son clave en el funcionamiento del equipo.

Como elementos auxiliares de un aerogenerador podríamos destacar el sistema de control de la orientación que permite arrancar o parar el equipo en situaciones donde su operación sería peligrosa o el sistema de refrigeración del alternador.

Eléctricamente tendríamos todos los cables auxiliares y de transmisión y las celdas de protección antes de la subestación. También podríamos tener un transformador elevador de tensión.

Tipos de aerogeneradores

Aerogenerador doméstico

Cuando hablamos de autoconsumo siempre lo asociamos al fotovoltaico, sin embargo también existe la opción de instalar un aerogenerador doméstico en nuestras casas.

De hecho, hay convertidores preparados para trabajar conjuntamente con paneles y aerogeneradores, con lo cual se consigue una gran versatilidad.

Existen aerogeneradores para casa de eje vertical y de eje horizontal. Se pueden encontrar por un precio entorno a los 4 €/W, lo cual es una cifra bastante mayor que un panel solar que puede rondar los 0,5 €/W.

Lo interesante de la minieólica y su hibridación con la solar es que su generación va más allá de las horas de sol. De hecho, se complementa muy bien generando más por la noche.

Además, el factor de carga de la eólica siempre es mayor que la solar, por lo que con una misma potencia generaremos más energía.

Aerogenerador vertical

Los aerogeneradores verticales son poco usuales de ver, y menos a grandes escalas. Las palas y la aerodinámica de estos aerogeneradores están diseñadas para girar en el mismo sentido que la torre.

Estos aerogeneradores no disponen de góndola, pero disponen de una multiplicadora y un generador en el eje entre el rotor y la torre.

Aerogenerador sin aspas

Los aerogeneradores sin aspas son una tecnología en desarrollo que utiliza un principio de funcionamiento totalmente diferente. Consisten en un mástil de material ligero y flexible que entra en resonancia con el viento por los vórtices que se generan.

Cuando entra en resonancia, comienza a vibrar de un lado a otro y la energía se convierte a electricidad por medio de un alternador de imanes permanentes.

El impacto visual y sonoro de los aerogeneradores sin aspas es menor y la materia prima utilizada también. Sin embargo, hasta el momento pueden considerarse generadores de minieólica por la potencia que se puede obtener de ellos.

Aerogenerador horizontal

Los aerogeneradores horizontales son los convencionales y cuyas partes se han detallado más arriba de este post. Son los que más energía permiten generar y, por economía de escala, los más económicos.

Curiosidades de los aerogeneradores

• Actualmente hay aerogeneradores con palas del tamaño de un campo de fútbol (como el modelo más grande de Siemens Gamesa de 108 metros) y una altura de 150 metros sin contar la palas.
• El 2019 terminó con una capacidad instalada en aerogeneradores de 651 GW. Esto con una velocidad de viento media en un año normal puede suponer alrededor de 1 petavatio hora (PWh), energía suficiente para abastecer 285 millones de viviendas anualmente con un consumo medio.
• Con datos de 2018, España es el quinto país a escala mundial en cuanto a generación eólica, con más de 23 GW de potencia instalada.
• Cada vez son más los países que están instalando grandes parques eólicos en sus costas. Reino Unido está invirtiendo mucho en esta materia y actualmente está construyendo un parque eólico marino de 1.2 GW que tiene previsto terminar en 2020 con 174 turbinas de la empresa española Siemens Gamesa.