Centrales eólicas
Los molinos de viento (y sus elementos asocaidos) y la navegación a vela, son los usos más antiguos de la energía eólica. Hasta el período de entre guerras y luego de la crisis del petróleo en 1973 no se consideró al viento como una fuente de energía a gran escala, salvo algunas excepciones.
Origen de la energía solar
La energía del sol proviene del calentamiento diferencial de la atmósfera y la tierra que origina diferencias de presión y por lo tanto, fuerzas que dan lugar al movimiento del aire.
Las circulaciones de viento a gran escala en el planeta si bien obedecen patrones generales, no explican la particularidad de los vientos en menor escala, donde entran en juego otros factores geológicos y climáticos.
La velocidad del viento varía de acuerdo a la latura por sobre el nivel del mar, y cambia de acuerdo a los accidentes geográficos o construcciones cercanas.
Para la producción de energía se necesitan vientos constantes, en un rango determinado.
Disponibilidad de la energía eólica
La potencia disponible en el viento viene dada por
$$P_t=\frac{1}{2}C_b \rho A \ v^3$$
Es decir, una duplicación de la velocidad, multiplica por 8 la potencia disponible teóricamente.
La potencia real disponible dependerá del rendimiento eléctrico del generador en función del viento, la curva de potencia de cada turbina (capta energía a partir de cierta velocidad y se deteiene -por seguridad- superada la velocidad máxima de viento admisible).
Turbinas y generadores eólicos
Turbinas
De arrastre
El viento empuja las palas.
- No pueden ir más rápido que el viento
- El viento empuja "hacia atrás" en la mitad del recorrido.
De sustentación
Funcionan como las alas de un avión. Se genera movimiento por sustentación. La velocidad de las palas depende de la velocidad del viento pero se pueden generar configuraciones diferentes para una misma velocidad de viento.
De eje horizontal y paralelo al viento
Turbinas de flujo axial con una o más palas en el plano perpendicular al viento. (las más usadas en granjas)
Giran a mayor velocidad y generan una cupla constante, aunque las instalaciones de conversión y reorientación deben estar en altura, lo que encarece su puesta en marcha.
De eje horizontal y perpendiular al viento
Turbinas de flujo tangencial con el movimiento de las aspas paralelo al viento.
De eje vertical y perpendicular al viento
Son de flujo radial, con el eje del rotor perpendicular a la superficie terreste y las aspas al girar generan un cilindro vertical.
Como ventaja, el equipo de control y gneneración lo tienen en el suelo y no necesita orientarse respecto al viento, pero el empuje de las aspas solo se verifica en una parte de todo el ciclo, su cupla es irregular y tienen baja velocidad de giro.
Potencia nominal
- Pequeña potencia: De hasta 50 Kw (aspas de hasta 13m)
- Mediana potencia: De hasta 50 Kw a 500 KW (aspas de hasta 40m)
- Alta potencia: De mas de 500 KW con aspas de mas de 40m
Velocidad de rotación
- Lentas: 20 a 50 rpm. Gran par y potencia. De muchas palas. Viento entre 3-7 m/s.
- Rápidas: 50 a 200 rpm. Pocas palas. Para velocidad de viento de 7 m/s. Más eficientes.
- Muy rápidas: hasta 500 rpm apliados sólo a pequeños aerogeneradores rurales
Constancia de giro
- De velocidad de giro variable: aprovechan todo el viento, pero no pueden dar energía de frecuencia constante a la red. Sólo cc para lugares aislados
- De velocidad de giro constante que se logra mediante modificación del paso de las aspas o inclinación de las mismas.
Generadores
Se usan asíncronicos por su simpleza y robustez. Permiten que los pequeños cambios en la velocidad de giro se den sin alterar su sincronismo con la red. Al esar alimentados por la red eléctrica pueden actuiar como motores para el arranque y no necesitan sofisticados sistemas de regulación de velocidad.
Los generadores síncronos se usan para grandes potencias, y también de corriente continua para aplicaciones en lugares aislados.