Energía eólica

A pesar de lo distantes que puedan parecer, la energía eólica tiene su origen en la solar. Las diferencias entre la radiación solar que reciben las diferentes zonas climáticas terrestres, generan desequilibrios de temperatura que producen cambios de densidad en las masas de aire y, por tanto, variaciones de presión.

El viento es básicamente toda masa de aire en movimiento resultante de esas diferencias de presión atmosférica y es el origen de la energía eólica, que no es más que la energía mecánica que el aire en movimiento transporta en forma de energía cinética.

En este sentido, sólo alrededor del 2% de la energía solar se transforma en energía cinética de los vientos atmosféricos, y de ésta el 35% se disipa en la capa atmosférica situada entre el suelo y los 1.000 metros de altura, del resto se estima que solo un tercio es aprovechable, debido a la aleatoriedad y dispersión de esta fuente energética. Sin embargo, esta sería cantidad suficiente para cubrir 10 veces la demanda de energía primaria a nivel mundial.

Las máquinas que aprovechan esa energía contenida en el viento para producir electricidad se llaman aerogeneradores, y existen de muchos tipos, aunque en la actualidad se han impuesto los de eje horizontal, con rotor a barlovento y tres álabes o palas. En cualquier caso es el aerogenerador de eje horizontal el más utilizado hoy en día (con muchísima diferencia), por lo que a continuación se van a describir sus componentes con la ayuda del siguiente esquema:

1. Góndola o bastidor: Es la carcasa que contiene los componentes del aerogenerador, incluyendo el generador eléctrico, el multiplicador, los sistemas hidráulicos de control, orientación y freno… y además, el buje y las palas se colocan sobre uno de sus extremos. Se compone de materiales como la fibra de vidrio y su forma es aerodinámica con el fin de evitar perturbaciones en el viento. Asimismo, el personal de servicio puede acceder a la góndola desde la torre.

2. Rotor: Es el conjunto que forman el buje y las palas o álabes. Lo más común es que se trate de aerogeneradores tripala aunque se pueden encontrar en el mercado modelos con sólo dos álabes e incluso de uno, pero son pocos. Las palas giran por la acción del viento y transmiten su potencia hacia el buje que está acoplado al eje principal del aerogenerador o eje de baja velocidad, que a su vez se conecta al multiplicador. Las pruebas de homologación para los álabes que salen al mercado son muy exigentes, y a cada uno de ellos se le realizan diferentes tipos de test que comprenden ensayos físicos tanto que evalúan desde los cambios estructurales provocados por tensiones y deformaciones variables (ensayo de fatiga) hasta la resistencia de la pala (ensayo estático).

3. Torre: Es básicamente el soporte de la góndola y el rotor, y puede ser tubular, de hormigón o de celosía, aunque estas dos últimas apenas se utilizan en los grandes aerogeneradores debido a su mayor impacto visual. Para una turbina tipo de 600 kW de potencia nominal, se suele diseñar una torre de entre 40 y 60 metros de altura. Aunque actualmente, se están comercializando aerogeneradores de 1500 kW y hasta 2000 kW, y sus torres alcanzan alturas de hasta 75 metros o más. En los aerogeneradores pequeños (minieólica) las torres son tensadas con vientos.

4. Eje de baja velocidad: Conecta el buje del rotor con el multiplicador, contiene los conductos del sistema hidráulico (que dan cobertura a los frenos aerodinámicos) y reproduce la velocidad de giro del rotor que en los modelos actuales lo hace a entre 19 y 30 revoluciones por minuto (r.p.m.).

5. Multiplicador: Se encarga de hacer que el eje de alta velocidad, conectado a uno de sus extremos, gire a más r.p.m que su predecesor (el eje de baja velocidad) conectado al extremo opuesto. Su función fundamental es convertir la potencia de alto par torsor en la de bajo par torsor, es decir, transformar el giro obtenido en el rotor de la turbina en uno de mayor velocidad que pueda aprovechar el generador.

6. Sistema hidráulico: Hace que se active el freno de las palas y del eje de alta velocidad (zapata), y suele estar controlado por ordenador, restaura los frenos aerodinámicos del aerogenerador. Hay que cambiar la zapata a partir de la quinta frenada.

7. Eje de alta velocidad: Gracias al efecto multiplicador gira a unas 1500 r.p.m., eso hace posible que el generador eléctrico funcione en condiciones de conexión a red. El sistema de freno del rotor se incorpora en este punto.

8. Generador eléctrico: También conocido como generador asíncrono o de inducción, posee una potencia máxima de entre 500 y 3000 kW en los aerogeneradores modernos. Así, el generador produce electricidad (habitualmente a una tensión de 380-400 V) que unos cables de baja tensión transportan hasta el transformador (que puede ubicarse en la propia máquina o en el exterior) donde se eleva esa tensión hasta los 20 kV, para finalmente verterse a la red.

9. Controlador electrónico: Se conecta a un ordenador que monitoriza continuamente las condiciones del aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. En caso de cualquier disfunción (por ejemplo, un sobrecalentamiento en el multiplicador o en el generador), automáticamente para la turbina y da el aviso (a través de un enlace telefónico mediante módem) al ordenador del operario encargado del aerogenerador.

10. Unidad de refrigeración: Normalmente se compone de un ventilador eléctrico (utilizado para enfriar el generador) y una unidad de refrigeración por aceite (que enfría a su vez el aceite del multiplicador). Los sistemas de refrigeración del conjunto se ubican en el interior de la góndola, y ocasionalmente aprovechan el propio viento, aunque algunas turbinas tienen generadores enfriados por agua.

11. Veleta y anemómetro: Miden respectivamente la dirección y la velocidad del viento. La veleta situada en la parte posterior de la góndola, determina la dirección del viento en cada instante. La información recogida por la veleta es utilizada por el controlador electrónico del aerogenerador para volverlo contra el viento, por medio del mecanismo de orientación. Junto a la veleta se ubica el anemómetro, cuyo cometido es medir la velocidad del viento y enviar órdenes a los sistemas de control para que actúen sobre los equipos de orientación del aerogenerador, de forma que el rotor y las palas se sitúen siempre en la posición óptima para aprovechar el viento disponible. El arranque se produce cuando el viento alcanza los 5 m/seg., si la velocidad del viento supera los 25 m/seg. el ordenador parará automáticamente el aerogenerador para no dañarlo.

12. Mecanismo de orientación: Actúa sobre el sistema de corona engranada en un rodamiento de grandes dimensiones, que une la torre con el bastidor.

Un parque eólico es un conjunto de aerogeneradores integrados en un único sistema de producción eléctrica, dónde la energía generada viaja a través de la red hasta los diferentes puntos de consumo. Los grandes parques eólicos pueden localizarse en la línea de costa, tierra adentro o incluso en mar abierto (offshore).

Consejo: Escribir en el buscador de vídeos “montaje de un parque eólico offshore”.

Pero además de los aerogeneradores destinados a producir electricidad a gran escala, existen turbinas de menor tamaño donde la energía generada se aprovecha para instalaciones aisladas, que pueden dar cobertura a viviendas alejadas de los puntos de suministro eléctrico (iluminación, carga de baterías, alimentación de bombas para sacar agua, etc) o utilizarse con fines científicos o industriales (para generar hidrógeno, desalinizar agua de mar, etc.).

Así, existen muy diferentes tipologías de aeroturbinas, presentando estas diversos tamaños que van desde pequeños aerogeneradores de menos de un metro de diámetro y potencias inferiores a 1 kW, hasta colosales máquinas de más de 100 m de diámetro y más de 5000 kW de potencia nominal.

Acondicionados para optimizar los recursos eólicos de un emplazamiento determinado, la vida útil de un aerogenerador es, como mínimo, de 20 a 25 años, aunque resulta posible que en algunas ubicaciones puedan ser sustituidos por equipos de mayor potencia antes de finalizar su vida útil.