Centrales Eolicas

CENTRALES EÓLICAS

Historia

La energía eólica es una de las formas de energía más antiguas usadas por la humanidad. Desde el principio de los tiempos, los hombres utilizaban los molinos de viento para moler cereales o bombear agua. Con la llegada de la electricidad, a finales del siglo XIX los primeros aerogeneradores se basaron el la forma y el funcionamiento de los molinos de viento. Sin embargo, hasta hace poco tiempo no la generación de electricidad a través de aerogeneradores no ha jugado un gran papel.

Con la primera crisis del petróleo en los años 70, sobre todo a partir de los movimientos contra la energía nuclear en los años 80 en Europa, se despertó el interés en energías renovables. Se buscaron nuevos caminos para explotar los recursos de la Tierra tanto ecológica mente como rentables económicamente. Los aerogeneradores de aquella época eran demasiado caros, y el elevado precio de la energía que se obtenía a través de los mismos era un argumento para estar en contra de su construcción. Debido a esto, los gobiernos internacionales promovieron la energía eólica en forma de programas de investigación y de subvenciones, la mayoría de las mismas aportadas por los gobiernos regionales.

Así se crearon institutos como el Instituto Alemán de la Energía Eólica (DEWI) o el Instituto de Investigación Danés (Risø), que poco a poco han llevado a cabo una estandarización de las instalaciones y de los métodos de seguridad ha llevado y está llevando a cabo un mejor rendimiento económico de las instalaciones.

Los altos costes de generación de electricidad a partir del viento se redujeron considerablemente en 1981 al 50% con el desarrollo de un aerogenerador de 55 kW. Las organizaciones ecológicas consideran la energía eólica una de las fuentes de energía más económicas si incluimos los costes externos de generación de energía (por ejemplo, los daños del medio ambiente).

Los aerogeneradores modernos generan actualmente una parte importante de la energía electricidad mundial. Alemania, USA y España son los tres países con más energía eólica instalada del mundo.

¿Que es energía eólica?

La energía eólica es la energía cuyo origen proviene del movimiento de masa de aires es decir del viento.

En la tierra el movimiento de las masas de aire se deben principalmente a la diferencia de presiones existentes en distintos lugares de esta, moviéndose de alta a baja presión, este tipo de viento se llama viento geostrófico.

Para la generación de energía eléctrica  a partir de la energía del viento a nosotros nos interesa mucho mas el origen de los vientos en zonas mas especificas del planeta, estos vientos son los llamados vientos locales, entre estos están las brisas marinas que son debida a la diferencia de temperatura entre el mar y la tierra , también están los llamados vientos de montaña que se producen por el calentamiento de las montañas y esto afecta en la densidad del aire y hace que el viento suba por la ladera de la montaña o baje por esta dependiendo si es de noche o de día.



1- Turbina-generador

Una turbina eólica es un dispositivo mecánico que convierte la energía del viento en electricidad. Las turbinas eólicas diseñan para convertir la energía del movimiento del viento (energía cinética) en la energía mecánica, movimiento de un eje. Luego en los generadores de la turbina, ésta energía mecánica se convierte en electricidad. La electricidad generada se puede almacenar en baterías, o utilizar directamente. Hay tres leyes físicas básicas que gobiernan la cantidad de energía aprovechable del viento. La primera ley indica que la energía generada por la turbina es proporcional a la velocidad del viento al cuadrado

2- Cables conductores 

El cable debe ser de un material conductor (que tenga átomos con electrones externos fácilmente desligables del átomo y que se muevan fácilmente por él). Estos materiales son los metales (Cu, Al) o aleaciones metálicas.

Las característica o magnitudes de los cables son: resistencia, con la que dificulta el paso de la corriente, y Grosor que debe ser adecuado a cada instalación para que no se caliente y se funda (o incendie el entorno). Estas dos magnitudes están relacionadas

3- Carga de frenado

Un freno regenerativo es un dispositivo que permite reducir la velocidad del Ventilador transformando parte de su energía cinética en energía eléctrica.

4- Carga de tierra

La toma de tierra es un elemento fundamental de cualquier instalación eléctrica, protegiendo tanto a los equipos como a las personas de diferencias de potencial peligrosas. Según el Reglamento Electro técnico de Baja Tensión español:

“Las puestas a tierra se establecen principalmente con objeto de limitar la tensión que, con respecto a tierra, puedan presentar en un momento dado las masas metálicas, asegurar la actuación de las protecciones y eliminar o disminuir el riesgo que supone una avería en los materiales eléctricos utilizados” (Instrucción Técnica Complementaria 18).

5 Caja De Control Y Batería

Caja de control domina y batería es acumulador 

6- Transformador

Aparato eléctrico para convertir la corriente alterna de alta tensión y débil intensidad en otra de baja tensión y gran intensidad, o viceversa.

CRONOLOGÍA DE LOS PIONEROS DE LA ENERGÍA EÓLICA

Charles F. Brush (1849-1929), uno de los fundadores de la compañía eléctrica americana. En el verano de  1887-88 construyó una máquina considerada actualmente como el primer aerogenerador para generador de electricidad. Las dimensiones eran para aquella época enormes: Diámetro de rotor de 17m y 144 hojas de rotor de madera de cedro. Estuvo en funcionamiento durante 20 años, durante los cuales alimento una batería colocada en su sótano. A pesar de las dimensiones del rotor, la potencia del aerogenerador era solamente de 12kW.

Poul la Cour (1846-1908), meteorólogo danés. Se le considera el padre de la energía eólica moderna. Sus primeros aerogeneradores comerciales se instalaron después de la primera guerra mundial, como consecuencia de la escasez de combustibles. Fundó la primera academia de energía eólica, de donde salieron los primeros ingenieros especializados. Paralelamente fundó el primer periódico exclusivo con esta temática.

Albert Betz (1885-1968), Físico alemán. En su etapa de director del instituto aerodinámico en Göttingen, formuló la ley Betz, que establecía el máximo valor que se puede aprovechar de la energía cinética del viento, 59,3%. Su teoría sobre la formación de las alas todavía sirve de fundamento para la construcción de aerogeneradores.

Palmer Cosslett Putnam (1910-1986), ingeniero americano, desarrolló en 1941 el aerogeneradr Smith Putman, de 1,25MW. Éste aerogenerador trabajó hasta 1945 sin interrupciones, hasta que un fallo en el material hizo que dejase de funcionar. En aquella época no existían materiales en el mercado aptos para este objetivo.

Ulrich W Hüttner (1910-1990), ingeniero alemán. Su aerogenerador StGW-34 en el año 1957 se considera la primera piedra de la tecnología eólica moderna.

Johannes Juul (1887-1969), ingeniero danés. Estudiante de Poul la Cour. Construyó el primer aerogenerador para corriente alterna de 200 kW, en Dinamarca, en 1957. Es el predecesor de los aerogeneradores actuales.

¿QUÉ BENEFICIOS TIENE LA ENERGÍA EÓLICA?

La energía eólica es una fuente de energía renovable, no contamina, es inagotable y reduce el uso de combustibles fósiles, origen de las emisiones de efecto invernadero que causan el calentamiento global. Además, la energía eólica es una energía autóctona, disponible en la práctica totalidad del planeta, lo que contribuye a reducir las importaciones energéticas y a crear riqueza y empleo de forma local.

Por todo ello, la producción de electricidad mediante energía eólica y su uso de forma eficiente contribuyen al desarrollo sostenible.

¿Cómo funciona?

La energía eólica, en la actualidad, sirve para transformar el viento en electricidad. Esto es gracias a los aerogeneradores, grandes molinos de entre 40 y 50 metros de altitud y con hélices de hasta 23 metros de diámetro.

La fuerza del viento hace que se mueva la hélice del aerogenerador que, gracias al rotor de un generador, convierte esta fuerza en energía eléctrica. En su parte posterior, una veleta lo orienta para saber de donde viene el viento. Estas grandes maquinas se agrupan en los llamados parques eólicos.

     VENTAJAS

• Cuando comenzaron a instalar parques eólicos, los sitios escogidos coincidieron con las rutas de las aves migratorias. La mortandad de las aves parece ser muy baja (aunque según algunos expertos independientes sea muy alta). Algunas soluciones a esto han pasado por pintar las aspas con colores llamativos, hacer un seguimiento por radar de las aves y parar las turbinas cuando pasen, o hacer estudios de impacto de las zonas donde se va a implantar el parque eólico.

• El hecho de vivir cerca de un parque eólico puede ser muy desagradable para los humanos y animales, debido a:

• El ruido ocasionado por el movimiento de los rotores.

• Efecto discoteca, aparece cuando el sol esta detrás de los molinos y las sombras de las aspas se proyectan con regularidad sobre los jardines y las ventanas, lo que puede ser muy estresante.

• La presencia de los operadores en los parques eólicos, en lugares antes poco habitados, afecta la fauna.

      Desventajas:

        Medio Ambiente

• A pesar de sus desventajas, es una de las fuentes energéticas más baratas que puede competir con las energías tradicionales, aunque la construcción de los molinos de viento es todavía muy cara
• Es una energía limpia que no contamina la atmósfera, es inagotable y su uso frena el agotamiento de los combustibles fósiles.
• La tecnología necesaria para explotar esta energía está totalmente puesta a punto.
• En la actualidad se puede cubrir un 30% de la demanda energética de España con los parques eólicos.

Usos de la energía eólica

La fuerza que produce el viento se puede aprovechar de variadas formas, destacando principalmente tres: energía mecánica, energía térmica y electricidad.

La energía mecánica es la que se utiliza comúnmente en los molinos de viento para bombear agua, a través de bombas de pistón o bombas centrífugas, usándose mucho en el campo agrícola.

La energía térmica, en cambio, aprovecha el viento para, a través de una bomba de calor, calentar o refrigerar líquidos como el agua.

El último y más frecuente uso de la energía eólica es la electricidad, por medio también de una turbina con aspas que aprovecha la fuerza del viento para proporcionar energía eléctrica, pudiéndose almacenar en un generador eléctrico.

La energía eólica es renovable, esto es, proviene de una fuente inagotable (el viento) y no perjudica al medio ambiente de ninguna forma, siendo posiblemente la energía renovable más limpia del mundo

Energía Renovable 

Además de las energías primarias (petróleo, carbón y gas natural), que son fuentes susceptibles de agotamiento y que además deterioran el medio ambiente, existen otro tipo de energías más seguras y menos contaminantes.

Se trata de las energías renovables o energías del futuro, y son aquellas que producen electricidad a partir del sol, el viento y el agua. Son fuentes inagotables pero que todavía presentan grandes dificultades de almacenamiento y son menos eficientes ya que las instalaciones tienen poca potencia y el coste de producción es elevado.

Energía Geotermica 

Energía geotérmica

La energía geotérmica es la energía obtenida a través del calor proveniente del interior de la tierra. Esta energía presenta como principales ventajas, el hecho de ser renovable y no contaminante para el medio ambiente, ya que se liberan menos gases de efecto invernadero a la atmósfera que otras fuentes de energía no renovables.

Los usos finales directos de energía geotérmica son muchos, entre las cuales se incluyen la calefacción y estufas, calentamiento de agua para el uso doméstico y de servicios, calefacción de los invernaderos, de ganado y las instalaciones de agricultura, el secado de productos agrícolas y la climatización del ambiente a traves de los ciclos de absorción.

• Usos de la energía geotérmica:

• Generación de electricidad.

• Aprovechamiento directo del calor.

• Calefacción y ACS.
• Refrigeración por absorción.

¿QUÉ PAÍSES SON LÍDERES EN LA IMPLANTACIÓN DE ENERGÍA EÓLICA A NIVEL MUNDIAL?

La energía eólica está presente en un total de 79 países; 24 de ellos con más de 1.000 megavatios (MW) instalados. En términos de acumulación de megavatios los cinco principales mercados son China, EE.UU., Alemania, España e India.

España ha sido uno de los países pioneros y líderes en el aprovechamiento del viento para producir electricidad. Treinta años después de instalarse el primer aerogenerador en el país, España ha conseguido ser el primer país del mundo en el que la energía eólica es la principal fuente de generación eléctrica durante un año entero (en 2013, con el 20,9% de la producción total), lo que le sitúa también como un país muy avanzado en las soluciones tecnológicas que permiten su integración en red. Con casi 23.000 MW instalados al cierre de 2013, España es el segundo país europeo por potencia eólica operativa después de Alemania (34.250 MW), y el cuarto del mundo, tras China (91.424 MW) y EE.UU. (61.091 MW) (Datos GWEC).

La energía eólica no tendría razón de ser si no fuera por los aerogeneradores, los molinos de viento modernos. Pero, ¿cómo funcionan? ¿Cómo transforman la fuerza del viento en energía eléctrica? En realidad, el funcionamiento es sencillo y sus fundamentos se ven a simple vista. El viento mueve las palas del aerogenerador y éstas hacen girar el rotor. Tan sencillo como eso. Pero, en la góndola, esto es, la carcasa que hay encima de la torre, ¿qué componentes se esconden para conseguir que ese movimiento del rotor se transforme en energía?

¿Qué son los aerogeneradores?

Los "molinos de viento" o aerogeneradores, verdaderos "colosos" que cada día son más familiares en los paisajes que nuestro país, son generadores de energía eléctrica gracias a la acción del viento.

Disección de un molino de viento

Las partes visibles de un aerogenerador son la góndola (carcasa que protege su mecanismo interno) y las palas del rotor (que pueden tener hasta 20 metros de longitud), además del largo mástil que sostiene el aerogenerador. Pero después encontramos varios elementos que entran en juego y que ya no pueden percibirse a simple vista.

En primer lugar, se encuentra una pieza llamada buje que une las palas con un eje de baja velocidad (cuyo movimiento no supera las 30 rpm) que, a su vez, está conectado a un multiplicador. Esto es lo que permite que, a pesar de que veamos que las palas del molino no se mueven a gran velocidad, al pasar por el multiplicador, ésta se acelere significativamente en el eje de alta velocidad (puede llegar a girar hasta 50 veces más rápido que el eje de baja velocidad).

De no ser por este aumento de la velocidad, el generador eléctrico (cuya potencia puede alcanzar entre 500 y 1.500 kW) no se pondría en marcha que es, a fin de cuentas, que es el que se encarga de realizar la transformación completa de la fuerza del viento en electricidad. Surge ahora una pregunta: si el viento cambia de dirección, ¿perderemos energía? No, porque para eso existe otro componente, el controlador electrónico, que monitoriza las condiciones del viento y reorienta las palas según sea preciso.

A grandes rasgos, y sin olvidar el refrigerador necesario para evitar sobre calentamientos en el generador, estos son los componentes que bajo la góndola y coronando la torre del molino, ayudan a generar energía eléctrica.

1. FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento es muy sencillo:

- El viento mueve las palas de la hélice, que transmite el movimiento, a través de un eje, hasta una caja de engranajes. Allí, la velocidad de giro del eje se regula para garantizar la mayor producción energética, ya que desde la caja de engranajes el movimiento se transmite hasta el generador, el cual produce electricidad. La electricidad viaja desde el generador hasta los transformadores, donde aumenta la tensión para poder se transportada la energía eléctrica hasta los lugares de consumo.

- Al mismo tiempo, el paso de las palas y la orientación del aerogenerador, son regulados por varios sistemas electrónicos (formados por varios censores y servos).

2. PARTES

Las principales partes de un aerogenerador son:

- Palas de la hélice

Se encargan de "recibir" al viento. Estas palas de gran tamaño cambian su paso según las condiciones ya que están regulados por sistemas electrónicos.

- Caja de engranajes

Aquí se transforma la velocidad de giro de las palas. Generalmente esta velocidad se aumenta mediante mecanismos de ruedas dentadas multiplicadores, ya que a mayor velocidad, mayor cantidad de energía eléctrica que se produce.

- Generador

Es el encargado de producir la electricidad.

Otras partes importantes de los aerogeneradores son todos los ejes que transmiten el movimiento entre todos los componentes.

En este dibujo podemos observar las partes que forman un aerogenerador.

 

3. VENTAJA E INCONVENIENTES

VENTAJAS

- La energía eólica es una energía renovable.

- No contamina a la atmósfera

- No depende de combustibles fósiles

INCONVENIENTES

- Las palas de la hélice hacen mucho ruido

- Las centrales eólicas tienen un gran impacto visual