Aerogeneradores modernos

En las últimas tres décadas, se han logrado notables avances en el diseño de aerogeneradores junto con los avances tecnológicos modernos. Se ha estimado que los avances en aerodinámica, dinámica estructural y micrometeorología pueden contribuir a un aumento anual del 5% en el rendimiento energético de las turbinas eólicas (Shikha, S., Bhatti, T.S. & Kothari, D.P, 2003). Se han desarrollado y construido diversos conceptos de aerogeneradores para maximizar la producción de energía eólica, minimizar el costo de los aerogeneradores y aumentar la eficiencia y confiabilidad de los aerogeneradores.

2.6.2 Clasificación

Las turbinas eólicas se pueden clasificar de acuerdo con la configuración del generador de turbina, la trayectoria del flujo de aire en relación con el rotor de la turbina, la capacidad de la turbina, el patrón de conducción del generador, el modo de suministro de energía y la ubicación de la instalación de la turbina.

2.6.2.1 Aerogeneradores de eje horizontal y vertical

Al considerar la configuración del eje giratorio de las palas del rotor, las turbinas eólicas modernas pueden clasificarse en las turbinas de eje horizontal y vertical. La mayoría de los aerogeneradores comerciales de hoy pertenecen al tipo de eje horizontal, en el que el eje de rotación de las palas es paralelo a la corriente del viento. Las ventajas de este tipo de aerogeneradores incluyen la alta eficiencia de la turbina, la alta densidad de potencia, las bajas velocidades de viento de corte y el bajo costo por unidad de potencia de salida (Wei Tong, 2010). En la Figura 2.19 se muestran varios aerogeneradores típicos de eje vertical. Una ventaja significativa de la turbina eólica de eje vertical es que la turbina puede aceptar el viento desde cualquier dirección y, por lo tanto, no se necesita control

de giro. Sin embargo, los aerogeneradores de eje vertical deben utilizar una fuente de energía externa para rotar las palas durante la inicialización. Como poseen una menor eficiencia respecto a los aerogeneradores de eje horizontal, en la actualidad, constituyen solo un pequeño porcentaje de los aerogeneradores.

Figura 2.19: Tipos típicos de aerogeneradores de eje vertical.

(a) Darrius; (b) Savonius; (c) Solarwind ™; (d) Helicoidal; (e) Noguchi; (f) Maglev; (g) Cochrane.

Fuente: Adaptado de Wei Tong (2010). Wind Power Generation and Wind Turbine Design.

2.6.2.2 Capacidad de un aerogenerador

Las turbinas eólicas se pueden dividir en varias categorías amplias en vista de sus capacidades nominales: turbinas eólicas micro, pequeñas, medianas, grandes y ultra grandes. Aunque no se dispone de una definición restringida de micro turbinas eólicas, se acepta que una turbina con una potencia nominal inferior a varios kilovatios puede clasificarse como micro turbina eólica (European Wind Energy Association, 2009). Las turbinas de viento micro son especialmente adecuadas en lugares donde la red eléctrica no está disponible. Se pueden usar por estructura, como alumbrado público, bombeo de agua y residentes en áreas remotas, particularmente en países en desarrollo. Debido a que las micro turbinas eólicas necesitan velocidades de corte relativamente bajas en el arranque y funcionan con velocidades de viento moderadas, se pueden instalar ampliamente en la mayoría de las áreas del mundo para aprovechar al máximo los recursos eólicos y mejorar en gran medida la disponibilidad de generación de energía. Las turbinas eólicas pequeñas generalmente se refieren a las turbinas con una potencia de salida inferior a 100 kW (Dorian A, (s,f)). Las turbinas eólicas pequeñas se han utilizado ampliamente en casas residenciales, granjas y otras aplicaciones remotas individuales, como estaciones de bombeo de agua, sitios de telecomunicaciones, etc., en regiones rurales. Las turbinas eólicas más comunes tienen tamaños medianos con potencias de 100 kW a 1 MW. Este tipo de turbinas eólicas se pueden utilizar tanto en la red como en sistemas aislados para la energía de las aldeas, sistemas híbridos, energía distribuida, plantas eólicas, etc. Las turbinas eólicas de Megawatt de hasta 10 MW pueden clasificarse como grandes turbinas eólicas. En los últimos años, las turbinas eólicas de varios megavatios se han convertido en la corriente principal del mercado internacional de energía eólica. La mayoría de los parques eólicos utilizan actualmente aerogeneradores de megavatios, especialmente en parques eólicos marinos. Las turbinas eólicas ultra grandes se refieren a turbinas eólicas con una capacidad de más de 10 MW. Este tipo de aerogenerador se encuentra todavía en las etapas iniciales de investigación y desarrollo.

2.6.2.3 Aerogeneradores en red y fuera de red

Las turbinas eólicas se pueden utilizar para aplicaciones dentro o fuera de la red. La mayoría de las turbinas eólicas de tamaño mediano y casi todas de gran tamaño se utilizan en aplicaciones conectadas a la red. Una de las ventajas obvias para los sistemas de turbinas eólicas en la red es que no hay problemas de almacenamiento de energía. Como contraste, la mayoría de los aerogeneradores pequeños están fuera de la red para hogares residenciales, granjas, telecomunicaciones y otras aplicaciones. Sin embargo, como una fuente de energía intermitente, la energía eólica producida por turbinas eólicas fuera de la red puede cambiar drásticamente en un corto período de tiempo con poca advertencia.

2.6.2.4 Aerogeneradores onshore y offshore

Las turbinas eólicas en tierra tienen una larga historia en su desarrollo. Hay una serie de ventajas de las turbinas en tierra, que incluyen un menor costo de los cimientos, una integración más fácil con la red eléctrica, un menor costo en la construcción de torres y la instalación de turbinas, y un acceso más conveniente para la operación y el mantenimiento. Las turbinas eólicas marinas se han desarrollado más rápido desde la década de 1990 debido al excelente recurso eólico marino, en términos de intensidad y continuidad de la energía eólica. Una turbina eólica instalada en alta mar puede generar una mayor potencia y operar más horas al año en comparación con la misma turbina instalada en tierra. Además, las restricciones ambientales son más relajadas en los sitios costa afuera que en los sitios en tierra. Por ejemplo, el ruido de las turbinas ya no es un problema para las turbinas eólicas marinas.