Aerogeneradores Potencia Inferior a 100kw

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PROSPECTIVA Y VIGILANCIA TECNOLGICA

AEROGENERADORES DE POTENCIA INFERIOR A 100 kW

Mara Jos Cuesta Santianes Marta Prez Martnez Juan Antonio Cabrera Jimnez

Julio 2008

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NDICE

1. INTRODUCCIN.. 3

2. HISTORIA DE LA ENERGA ELICA... 4

3. CARACTERIZACIN ENERGTICA DEL VIENTO: POTENCIAL ELICO.. 6

4. AERODINMICA DE LOS AEROGENERADORES 8

4.1. Tipos de aerogeneradores.. 8

4.2. Componentes principales de un aerogenerador. 10

4.2.1. Rotor. 11

4.2.2. Gndola 12

4.2.3. Generador 12

4.2.4. Multiplicador 13

4.2.5. Sistema de control. 13

4.2.6. Sistema de orientacin. 14

4.2.7. Torre.. 15

5. OTROS COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ENERGA ELICA. 16

5.1. Sistemas de almacenamiento. 16

5.2. Inversores.. 17

5.3. Rectificadores y Cargadores de Bateras. 17

6. APLICACIONES DE LOS AEROGENERADORES DE BAJA POTENCIA. 17

6.1. Instalaciones aisladas a la red elctrica . 17

6.2. Instalaciones conectadas a la red elctrica. 19

6.3. Energa elica en el entorno urbano.. 20

7. ESTADO ACTUAL DE LA ENERGA ELICA DE BAJA POTENCIA. 21

8. EXPERIENCIA DE CUBA EN EL USO DE LA ENERGA ELICA DE BAJA POTENCIA.. 34

9. CONCLUSIONES 36

10. BIBLIOGRAFA. 36

1. INTRODUCCIN

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Actualmente, la energa elica se est convirtiendo, cada vez ms, en una fuente muy importante dentro de las energas renovables y adems, en principio, est disponible en todas partes. La produccin de energa elctrica a travs del viento normalmente se asocia con la imagen de numerosos y grandes aerogeneradores que se encuentran formando los denominados parques elicos. Sin embargo, tambin se pueden utilizar instalaciones elicas de pequeo tamao para dicho fin. Acostumbrados a las grandes turbinas elicas, es fcil olvidar el papel tan importante que desempean los aerogeneradores pequeos. La potencia de estas mquinas oscila desde apenas unos kilovatios hasta el centenar, y resultan tremendamente tiles en casas aisladas, granjas, campings, sistemas de comunicacin y otras aplicaciones para el autoconsumo, pero son muy pocos los usuarios con equipos conectados a red. Estas instalaciones consisten en pequeos aerogeneradores, tambin llamados aerogeneradores de baja potencia y aunque en su mayora y a nivel domstico son instalaciones de no ms de 10 kW, su capacidad de produccin se considera como mximo de 100 kW (Tabla 1). Aunque hay que indicar que no existe ninguna legislacin que considere tecnologa elica de baja potencia a aquellos aerogeneradores cuya potencia nominal est por debajo de 100 kW. Solamente existe una normativa, que no es de obligado cumplimiento, del Comit Elctrico Internacional (CEI) (Norma IEC-61400-2 Ed. 2), la cual define un aerogenerador de pequea potencia como aquel cuya rea barrida por su rotor es menor de 200 m2. La potencia que corresponde a dicha rea depender de la calidad del diseo del aerogenerador, existiendo de hasta 65 kW como mximo.

Los aerogeneradores de baja potencia presentan caractersticas que hacen que sean una opcin muy interesante en la produccin de la energa elctrica y entre ellas cabe destacar las siguientes: se evitan prdidas en transporte, ya que la energa se producir en el mismo lugar que se demanda. No requieren grandes espacios para su instalacin, en las zonas urbanas se pueden instalar en los tejados de los edificios y adems esta tecnologa permite al consumidor ser productor de energa, vendiendo la energa excedente a los dems consumidores.

Tabla 1: Clasificacin de aerogeneradores para produccin elctrica en funcin de su potencia

Denominacin kW Utilizacin

< 1 Embarcaciones, sistemas de comunicacin, refugios de montaa, iluminacin, etc. Muy baja1

1-10 Granjas, viviendas aisladas (sistemas EO-FV), bombeo, etc.

Baja 10-100 Comunidades de vecinos, PYMEs (sistemas mixtos EO-Diesel), drenaje, tratamientos de aguas, etc.

Media 100-1 000 Parques elicos (terreno complejo)

Alta 1 000-10 000 Parques elicos (terreno llano, mar adentro)

Muy alta > 10 000 En fase de investigacin y desarrollo, requieren nuevos diseos y materiales no convencionales. No antes del ao 2010

1.- Esta clase se divide segn la potencia en microaerogeneradores (< 1 kW) y miniaerogeneradores (1-10 kW).

Fuente: Energa Elica, IDAE

Los aerogeneradores ms pequeos o micro,

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eficiencia de los aerogeneradores. Tambin se ha producido un aumento de escala ya que hasta ahora la mayor oferta del mercado estaba en el entorno de aerogeneradores de potencia nominal de 1 kW y solo para aplicaciones conectadas a bateras, mientras que se est evolucionando haca aerogeneradores en el entorno de 5 kW con capacidad de operar tanto aislados como conectados a red. Existe una demanda razonable en la potencia comprendida entre 10 y 100 kW especialmente para conexin a red, pero que requiere disponer de herramientas de diseo similares a las de la tecnologa de gran potencia, para lo cual, las empresas basadas en actividad artesanal con desarrollos, primordialmente, de tipo emprico, tienen que evolucionar haca las nuevas tecnologas que garanticen la fiabilidad y decrezcan el tiempo de desarrollo y, por tanto, el coste final.

En los ltimos aos, la conexin de la energa elica de baja potencia a la red se ve como una gran posibilidad de mercado a nivel mundial, principalmente en el mundo desarrollado donde la red convencional tiene una implantacin mayoritaria. Sin embargo, en algunos pases el usuario se puede encontrar con el inconveniente de que no reciba un incentivo econmico lo suficientemente atractivo para compensar el largo y complicado proceso de tramitar los permisos con la empresa elctrica local. En Dinamarca, la retribucin al kilovatio-hora inyectado por la pequea elica es exactamente el doble que el de la gran elica. Esta tarifa se aplica a sistemas de hasta 25 kW de potencia instalada. EE.UU., presenta el sistema de retribucin denominado net meetering, que ofrece a particulares que disponen de sistemas de generacin de energas renovables en sus hogares la posibilidad de descontar en sus facturas el exceso de energa cuando generan ms de la que utilizan o abastecerse del sistema convencional en periodos de insuficiencia.

Uno de los mercados ms prometedores para este tipo de energa son los emplazamientos urbanos. Recientemente, se ha introducido un nuevo tipo de turbina elica, que est especialmente desarrollada para el entorno urbano. Este tipo de turbinas se caracterizan porque son seguras, el nivel de ruido es muy bajo, forma esttica y fcil de instalar en los edificios. Alemania, Finlandia y Dinamarca han comenzado a utilizar pequeos aerogeneradores de este tipo. Pero, Holanda es la verdadera pionera de esta tecnologa, principalmente debido a la falta de espacio geogrfico para otro tipo de instalaciones de energa.

2. HISTORIA DE LA ENERGA ELICA

El viento ha sido utilizado por el hombre para obtener energa desde la antigedad. El primer uso que se conoce data del IV o V milenio a.C. cuando los egipcios lo utilizaban para impulsar sus embarcaciones de vela. La primera referencia sobre molinos de viento es del siglo VII d.C. en Persia, aunque ya en algunos manuscritos griegos hay alusiones a algn artilugio movido por el viento. En estos primeros molinos, utilizados para la molienda del grano o el bombeo de agua, la rueda que sujetaba las aspas era horizontal y estaba soportada sobre un eje vertical, son los denominados molinos de eje vertical. Estas mquinas no resultaban demasiado eficaces, pero an as se extendieron por China y el Oriente Prximo.

En Europa se empezaron a utilizar de forma generalizada entre los siglos XI-XIII. Segn algunos autores, su introduccin se debe a las Cruzadas, mientras otros opinan que Occidente desarroll su propia tecnologa, ya que el molino occidental es de eje horizontal mientras que el oriental, como se coment anteriormente, es vertical. Estas mquinas se han usado para moler, bombear agua, mover serreras, extraer mineral, etc. Holanda y Dinamarca fueron los pases que ms explotaron la utilizacin industrial de estos aparatos. En el siglo XIV, los holandeses tomaron el liderazgo en el mejoramiento de los molinos y comenzaron a utilizarlos extensivamente para drenar las regiones pantanosas del delta del ro Rin. A finales del siglo XV se construyeron los primeros molinos de viento para la elaboracin de aceites, papel y procesar la madera en aserraderos y a comienzos del XVI se empezaron a utilizar para el drenaje de "polders", emplendose mquinas de hasta 37 kW cada una.

Los primeros molinos eran estructuras de madera que se hacan girar a mano alrededor de un poste central para levantar sus aspas. Con el paso del tiempo se fueron modernizando. En 1745 se agreg el abanico de aspas que los haca girar a ms velocidad y en 1772 se introdujo el aspa con resortes que permita mantener una velocidad de giro constante, en caso de vientos variables, y que consista en un

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sistema de cerraduras de madera que poda controlarse de forma manual o automtica. Poco despus se aadi el freno hidrulico para detener el movimiento, y se recurri al uso de aspas aerodinmicas, en forma de hlices, para aumentar el rendimiento en zonas con vientos dbiles.

La industria de estos aparatos fue creciendo significativamente hasta la aparicin, en el siglo XIX, de los motores trmicos, primero la mquina de vapor y luego el motor de combustin interna. Estos motores, gracias al bajo precio de los combustibles, permitan la obtencin de energa a costes ms bajos, por lo que el uso de las mquinas elicas qued, prcticamente, restringido a la molienda del grano y el bombeo del agua en las regiones rurales, especialmente en las ms remotas y pobres. En la segunda mitad del siglo XIX, tiene lugar uno de los avances ms importantes en la tecnologa del aprovechamiento del viento. En 1854 Daniel Halladay dise un molino de eje horizontal con rotor multipala y en 1883 aparece el pequeo multipala americano diseado por Steward Perry. Este molino, usado para el bombeo de agua en zonas aisladas ha sido el ms vendido de la historia, se han llegado a fabricar ms de 6 millones de unidades, de las que an existen varios miles en funcionamiento.

Los intentos de producir electricidad mediante energa elica surgen por primera vez en 1802, cuando Lord Kelvin tuvo la idea de acoplar un generador elctrico a una mquina elica. No obstante, hubo que esperar hasta 1850 cuando se invent la Dnamo. En 1888 Brush, en EE.UU., construyo la primera turbina elica de funcionamiento automtico para generar electricidad. Se trataba de un autentico gigante con un rotor que tena de dimetro 17 m y 144 palas fabricadas con madera de cedro. Pero fue en 1892, en Dinamarca, cuando La Cour dise el primer aerogenerador elctrico, constituido por cuatro palas de 25 metros de dimetro y capaz de desarrollar entre 5 y 25 kW de potencia. Los trabajos de La Cour constituyeron los primeros pasos para los aerogeneradores modernos, pero la aerodinmica no estaba an suficientemente desarrollada y estas mquinas elicas, a pesar de ser las ms avanzadas de la poca, seguan siendo rotores clsicos de bajo rendimiento.

La teora de la aerodinmica se desarrolla durante las primeras dcadas del siglo XX. En los aos 20 se comienza a aplicar los perfiles aerodinmicos, que haban sido diseados para las alas y hlices de los aviones, a los rotores elicos. As, en 1927, el holands J. Dekker construye el primer rotor provisto de palas con seccin aerodinmica, capaz de alcanzar velocidades en punta de pala cuatro o cinco veces superiores a la del viento incidente frente al valor tradicional de dos o tres veces.

El primer sistema para conexin a la red elctrica se desarroll en Rusia con el generador Balaclava de 100 kW. El mayor de ellos se construy en 1941 en EE.UU. con una potencia de 1.25 MW. En Europa, despus de la segunda guerra mundial, cabe destacar la construccin de los primeros aerogeneradores de corriente alterna, Johannes Juul lleg a ser un pionero en el desarrollo de estos aerogeneradores con la construccin del aerogenerador Gedser de 200 kW para la compaa elctrica SEAS que funcion durante 11 aos sin mantenimiento y que en 1975 fue reparado en peticin de la NASA. En 1957, el gobierno dans, despus de realizar una evaluacin detallada de los recursos del pas, instala un generador de este tipo con una potencia de 240 kW y que sirvi de base para el desarrollo pionero de modernas turbinas elicas, lo que ha convertido a este pas en un lder mundial.

Durante los aos 60, y debido a la importante disminucin en los precios del petrleo, la energa elica dejo de ser competitiva, pero tras la crisis del petrleo de 1973 los pases ms desarrollados vuelven a despertar su inters por la energa elica y en esa poca, sobre todo, se dedican a recuperar y reconstruir las maquinas elicas de los aos anteriores. En los aos ochenta, en EE.U. U., los fabricantes desarrollaron nuevos diseos para pequeas turbinas elicas. Varios fabricantes durante este tiempo construyeron pequeas turbinas usando generadores de induccin para interconexin directa con las lneas de la red elctrica. Aunque tcnicamente eran una buena solucin para integrar turbinas elicas a la red, supuso un fracaso comercial por razones regulatorias y polticas. Sin embargo, en Europa encontraron un clima mucho ms aceptable, especialmente en Dinamarca, Alemania y Holanda. El tamao de las turbinas elicas fue creciendo gradualmente desde 10 a 15 kW, despus hasta 30 kW y por el ao 1982 se llegaron a alcanzar los 50 kW. El periodo de crecimiento ms espectacular ha tenido lugar a partir de los aos 90 cuando la

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energa elica, comenz a ser una importante actividad industrial y econmica y actualmente ya existen en servicio grandes aerogeneradores que llegan a producir potencias elctricas de 2 MW e incluso superiores.

Actualmente, a pesar del rpido desarrollo que est teniendo lugar en los medianos y grandes aerogeneradores conectados a la red, los sistemas elicos de pequeo tamao para generacin elctrica en reas sin acceso a la red, sistemas descentralizados en reas rurales o pases en va de desarrollo han experimentado un ritmo de desarrollo mucho ms lento. Sin embargo, cabe destacar el caso de China, donde en los ltimos 20 aos se instalaron alrededor de 140 000 aerogeneradores de baja potencia, de cuya energa se abastece un tercio de la poblacin de la parte interior de Mongolia, donde no se dispone de conexin a la red elctrica. Actualmente existen programas de ayuda para la electrificacin en pases tan diversos como Brasil, Mxico, Indonesia, Filipinas y Sudfrica.

3. CARACTERIZACIN ENERGTICA DEL VIENTO: POTENCIAL ELICO

La cantidad de energa que puede generar una turbina elica depende mucho de las caractersticas del viento. El viento es una masa de aire en movimiento y como tal posee una energa. Los aerogeneradores permiten utilizar dicha energa para generar directamente electricidad. Por lo tanto, antes de instalar un aerogenerador es conveniente conocer el potencial del viento en el lugar de emplazamiento, valor que viene dado por la siguiente ecuacin:

Pd = ?Av3 (Ec. 1)

Del anlisis de esta ecuacin se pueden obtener las siguientes conclusiones:

a) Que la velocidad a la que el aire pasa por las palas resulta determinante, pues la energa del viento es proporcional al cubo de la velocidad a la que se mueve. Por ejemplo: si la velocidad se duplica, la energa ser ocho veces mayor. Por otro lado, en la velocidad del viento existen una serie de factores entre los que cabe destacar los siguientes:

Rugosidad del terreno. La variacin de velocidad con respecto a la altura depende esencialmente de la rugosidad del terreno. Superficies lisas, como superficies de agua, terrenos llanos sin arboleda o llanuras nevadas, producen una variacin suave, al contrario que superficies de gran rugosidad, como edificaciones urbanas, terrenos muy irregulares o superficies boscosas. Por tanto, para un mejor aprovechamiento de la energa del viento interesa la presencia de terrenos lisos y despejados.

El relieve de terreno. Las elevaciones del terreno, tales como montaas, colinas, acantilados, etc., pueden ocasionar un aumento de velocidad si el perfil es de forma y pendiente suave o pueden disminuir la velocidad si se trata de fuertes pendientes, crestas o bordes agudos. Por ejemplo, las colinas suaves, con pendientes desprovistas de alta vegetacin u obstculos y cimas redondeadas, son lugares potencialmente adecuados para la instalacin de aerogeneradores ya que pueden aprovechar el efecto acelerador del relieve. Por el contrario, las fuertes pendientes, acantilados, escarpados, etc., son lugares peores debido a la formacin de zonas de turbulencia, que no slo reducen la energa que puede obtener el aerogenerador, sino que producen esfuerzos mecnicos de fatiga sobre la mquina acortando su vida til.

Presencia de obstculos. Los obstculos, como edificios, arbolado o accidentes del terreno, provocan en general dos efectos desfavorables: una disminucin de la velocidad del viento y un aumento de las turbulencias.

b) La potencia es directamente proporcional al rea barrida por el rotor de la turbina, la cual viene dada por la siguiente expresin A = pR2. Por lo tanto, otro factor importante en la cantidad de energa es el radio del rotor. Un incremento relativamente pequeo de la longitud del aspa o del dimetro del rotor produce un importante incremento de la potencia.

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c) La potencia depende linealmente de la densidad del aire, cuanto ms pesado sea el aire ms energa recibir el aerogenerador. Hay que tener en cuenta que la densidad del are vara con la temperatura y la altura, como ya se comento anteriormente. El are caliente es menos denso que el fro, por lo que cualquier turbina producir menos energa durante el verano, con la misma velocidad de viento, que durante el invierno. Asimismo, y a igual temperatura, un lugar situado a una cota prxima al nivel del mar presentar una densidad de potencia superior a otro que se encuentre a mayor altitud, por el hecho de que la densidad del aire disminuye con la altura.

La potencia segn la Ec. 1 es la mxima potencia que se podra extraer del viento, si toda la energa cintica del viento se pudiese convertir en energa til, pero diferentes limitaciones como rozamientos aerodinmicos y mecnicos, lmite de Betz, rendimiento del generador elctrico, etc., slo permiten en la prctica aprovechar, y en el mejor de los casos, un 40 % de la potencia elica disponible. La potencia elica extrada o captada del viento por el rotor de la mquina se conoce como potencia elica aprovechada o recuperada (Pa). El rendimiento de conversin se describe por medio de un coeficiente de conversin o de potencia (Cp) definido como la relacin entre la potencia aprovechada y la disponible (Cp=Pa/Pd). Este coeficiente tiene un lmite mximo que se conoce como lmite de Betz y depende del tipo de generador, de la geometra del mismo, de su velocidad de giro y de la velocidad del viento. Por lo tanto, la potencia elica aprovechada se puede calcular a partir de la Ec. 2

Pa = Cp ( ?Av3) (Ec. 2)

En la Figura 1 se muestra la variacin del coeficiente Cp en funcin de la velocidad para distintos tipos de aerogeneradores de eje horizontal y vertical.

Fuente: http://exa.unne.edu.ar/depar/areas/fisica/maestria/modulo2/eolica/eolo42002.pdf

Figura 1: Variacin del coeficiente de potencia (Cp) para distintos tipos de aerogeneradores

La potencia generada por los aerogeneradores en relacin de la velocidad del viento viene dada por la denominada curva de potencia (Figura 2). Dicha curva es una de las caractersticas ms significativas de los aerogeneradores, ya que cada tipo de aerogenerador tiene su propia curva de potencia. En la Figura 2 se muestra una curva tpica de aerogeneradores de pequea potencia, en este caso la de un aerogenerador con potencia nominal de aproximadamente 11 kW, y como se puede observar el aerogenerador est caracterizado por cuatro velocidades diferent es:

Velocidad de arranque: velocidad del viento a partir de la cual el generador empieza a producir electricidad.

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Velocidad nominal: la velocidad del viento para la que se alcanza la potencia nominal. El tramo de curva comprendido entre la velocidad de arranque y la nominal sigue una ley no lineal respecto a la velocidad.

Velocidad de freno: la velocidad del viento a la cual el rotor se detiene por la accin de los sistemas de regulacin y control para evitar el riesgo de sufrir algn dao dada la elevada velocidad del viento.

Velocidad de supervivencia: Velocidad del viento por encima de la cual el aerogenerador puede daarse a pesar de estar parado.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Velocidad del viento (m/s)

Pot

enci

a (k

W)

Velocidad de supervivencia

Velocidad de arranque

Velocidad de potencia nominal Velocidad

de freno

Fuente: http://www.uni-oldenburg.de/ppre/download/Downloads/ENERG%CDAS_RENOVABLES.pdf

Figura 2: Curva de potencia para un aerogenerador de 11 kW

4. AERODINMICA DE LOS AEROGENERADORES

4.1. Tipos de aerogeneradores

Dependiendo de la posicin del eje de giro de los aerogeneradores respecto a la direccin del viento, los aerogeneradores se pueden clasificar en dos grandes grupos:

a) Aerogeneradores de eje horizontal o HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine). En estos modelos el eje de rotacin es paralelo a la direccin del viento, de forma similar a la de los clsicos molinos de viento. Este tipo de aerogeneradores, a su vez, se pueden clasificar, segn su velocidad de giro, en:

Aerogeneradores lentos: En general, estn constituidos por un nmero alto de palas, multipalas, que cubren casi toda la superficie del rotor. Poseen un elevado par de arranque, gracias al cual pueden ponerse en marcha incluso con velocidades de viento muy bajas. Su baja velocidad de rotacin hace que sean poco tiles para la produccin de electricidad, siendo su uso ms frecuente para el bombeo de agua.

Aerogeneradores rpidos: Presentan un par de arranque pequeo y requieren velocidades de viento del orden de 4 a 5 m/s para su puesta en marcha. La mayora poseen tres palas y se utilizan para la produccin de electricidad, a travs de su acoplamiento con un alternador. Su gama de potencias es muy amplia, va desde modelos de 1 kW, usados en instalaciones autnomas, a modelos de gran potencia.

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Aerogeneradores de velocidad intermedia: Tienen entre 3 y 6 palas y sus prestaciones estn comprendidas entre las correspondientes a los dos casos anteriores. Se utilizan cuando las condiciones de viento no son muy favorables y en general son de pequea potencia. Su aplicacin principal es en equipos autnomos para produccin de electricidad.

b) Aerogeneradores de eje vertical o VAWT (Vertical Axis Wind Turbine). En stos el eje de rotacin es perpendicular a la direccin del viento y existen dos diseos bsicos:

Tipo Savonius: En 1924, el ingeniero Savonius dise un rotor cuya principal ventaja consiste en trabajar con velocidades de viento muy bajas. Se compone de dos semicilindros de igual dimetro situados paralelamente al eje vertical de giro (Figura 3a), en el diseo original estaban separados una pequea distancia el uno del otro. La fuerza que el viento ejerce en las caras de los cilindros (cara cncava y cara convexa) es distinta, por lo que las hace girar alrededor del eje. Este sistema presenta buenas caractersticas aerodinmicas para el autoarranque y la autorregulacin. Su campo de aplicacin est en la produccin autnoma de electricidad o el bombeo de agua.

Tipo Darrieus: Este tipo de aerogeneradores fue patentado por el acadmico francs G.J.M. Darrieus. Estn formados por dos o tres palas de forma ovalada de perfil aerodinmico (Figura 3b) y tienen caractersticas parecidas a las de eje horizontal, presentando un par de arranque muy pequeo. Los laboratorios Sandia construy en 1974 un primer prototipo de 5 m de dimetro Su potencia es pequea y aunque su aplicacin es similar a los aerogeneradores rpidos de eje horizontal, estn poco implantados.

Fuente: http://personales.ya.com/universal/TermoWeb/EnergiasAlternativas/eolica/PDFs/EOLO32002.pdf

Figura 3: Tipos de Aerogeneradores de eje vertical (a) Savonius y (b) Darrieus

Los aerogeneradores de eje vertical presentan ciertas ventajas sobre las de eje horizontal. Debido a su simetra vertical, no necesitan sistemas de orientacin para alinear el eje de la turbina con la direccin del viento, su mantenimiento es ms sencillo, dada su poca altura con respecto al suelo y en el caso de que se trabaje a velocidad constante, no es necesario incorporar ningn mecanismo de cambio de paso, menor coste de instalacin. Pero no todo son ventajas ya que necesitan un motor de arranque, presentan menor velocidad de giro y su rendimiento es menor que el de las mquinas de eje horizontal a igual potencia.

(a) (b)

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Las mejoras tecnolgicas que se han aplicado sobre los aerogeneradores de eje horizontal y las consecuentes mejoras en las prestaciones tcnicas y econmicas han dejado en segundo plano el desarrollo de los aerogeneradores de eje vertical. Sin embargo, a pequea escala, los aerogeneradores de eje vertical vuelven a ser competitivos respecto a los de eje horizontal si se consideran las ventajas anteriormente citadas.

Dentro de los aerogeneradores de eje vertical cabe citar el prototipo concebido por la empresa finlandesa Windside. En la Figura 4 se puede apreciar un aerogenerador de este tipo capaz de producir 50 kW y que tiene la tarea de climatizar un centro comercial en las cercanas de Turku (Finlandia). Esta tecnologa relativamente nueva y prometedora, con rendimientos similares a los aerogeneradores de eje horizontal, es aplicada para abastecer pequeos consumos.

Fuente: http://www.misteriospdf.com/otros/aerogenerador.pdf

Figura 4: Detalle turbina Windside

4.2. Componentes principales de un aerogenerador

Tcnicamente las turbinas de bajo potencial elico tienen una estructura similar a las grandes, solo que su diseo es ms simple. Como en general, el aerogenerador ms empleado es el de eje horizontal, a continuacin se hace una descripcin de los componentes principales que constituyen ese tipo de aerogenerador (Figura 5).

Fuente: Energa Elica, IDAE

Figura 5: Componentes de un aerogenerador de eje horizontal

4.2.1. Rotor

Buje

Palas

Multiplicador

Generador

Contador electrnico

Eje de baja velocidad

Eje de alta velocidad

Mecanismo de orientacin

Sistema hidrulico

Torre Unidad de Refrigeracin

Gndola



La funcin del rotor es transformar la energa cintica del viento en energa mecnica. Cuanto mayor sea el rea barrida por el rotor mayor ser la produccin de energa. Por ejemplo un aerogenerador de 10 kW de potencia tiene un dimetro, aproximadament e, de siete metros, mientras que una turbina elica de 750 kW posee un dimetro de 24 metros.

Segn la disposicin del rotor se distinguen bsicamente dos tipos de aerogeneradores (Figura 6):

Rotor a barlovento: el viento incide primero sobre el plano del rotor y posteriormente sobre la torre de sustentacin, con lo cual se minimiza la influencia de su sombra sobre el rotor. En este tipo se requiere un sistema de orientacin que mantenga siempre el plano de giro del rotor perpendicular a la direccin del viento.

Rotor a sotavento: en este caso no se requiere ningn dispositivo de orientacin. Su desventaja radica, adems de los efectos de sombra que producen la gndola y la torre sobre las palas del rotor, con la consiguiente prdida de potencia y aumento de tensiones de fatiga, en la disposicin del sistema de cables conductores que deben transportar la energa elctrica producida por el generador situado en el interior de la gndola, al ser sta giratoria.

Fuente: http://martingiordano.blogspot.com/2006/02/energa-elica-tipos-de-generadores.html

Figura 6: Disposicin del rotor con relacin al viento

En la mayora de los casos el rotor se encuentra situado a barlovento, con el objeto de reducir las cargas cclicas sobre las aspas.

El rotor est formado por dos partes bien diferenciadas.

a) Las palas.- El nmero de palas en una turbina elica es muy variable, una, dos, tres o multipalas. A la hora de disear un aerogenerador hay que considerar que el rotor girar a mayor velocidad cuanto menor sea el nmero de palas que posee y que para la generacin de electricidad es aconsejable que el rotor gire al mayor nmero de revoluciones posibles. Por lo tanto, el nmero de palas debe de ser bajo, 1, 2 3 palas. En general, los aerogeneradores constan de tres palas ya que es el menor nmero de palas que permite ahorrar ms material y peso sin complicar el sistema. Algunos modelos utilizan rotores bipalas o monopalas, que logran un ahorro todava mayor pero tienen el inconveniente de que son menos eficientes y deben de introducir sistemas de control ms complicados para mejorar su estabilidad. Adems, en el caso de los aerogeneradores tripalas cabe destacar que producen menor ruido aerodinmico que los monopalas y bipalas, propiedad que es muy importante, sobre todo, cuando este tipo de turbinas son utilizadas para el abastecimiento elctrico en puntos aislados, o lugares urbanos donde generalmente la mquina se debe emplazar en las cercanas de la poblacin y se debe minimizar la perturbacin introducida en el hbitat natural.



Los materiales tradicionales, madera, aluminio, etc., que se utilizaban, inicialmente, para la fabricacin de las palas se han visto desplazados por la utilizacin de plsticos y resinas. La mayora de las pequeas turbinas elicas usan materiales compuestos, tal como fibra de vidrio y actualmente existe una tendencia clara al uso de epoxy (generalmente resina de polister) reforzado de fibra de vidrio o de carbono, solo algn fabricante usa madera. El aluminio, actualmente, no se utiliza ya que es un metal propenso a la fatiga.

b) El buje.- Es el elemento al que se encuentran unidas las palas y a travs del cual la potencia elica captada por el rotor se transmite a la caja multiplicadora o variador de velocidad.

4.2.2. Gndola

La gndola es el compartimiento en cuyo interior se encuentra el generador elctrico, la caja multiplicadora y los sistemas de control, regulacin, orientacin y frenado. Generalmente est formado por una estructura metlica, construida con placa y perfiles de acero, que se sita en el extremo superior de la torre.

4.2.3. Generador

La funcin del generador es transformar la energa mecnica procedente del rotor en energa elctrica. Existen diferentes tipos de generadores:

a) Generador de Corriente Continua (Dnamos)

b) Generador de Corriente Alterna

Sncronos o Alternadores

- De polos formados por electroimanes alimentados por corriente continua

- De polos formados por imanes fijos o permanentes

Asncronos o de Induccin

- De jaula de ardilla

- De rotor devanado

Las dnamos, generadores de corriente continua, son mquinas elctricas sencillas que tienen la ventaja de no necesitar sistemas especiales para cargar bateras y generan corriente an para bajas velocidades de giro. Sin embargo, su uso cada vez es menor, se han ido reemplazando por los generadores de corriente alterna ya que presentan el inconveniente de que necesitan un mantenimiento peridico y son ms pesadas y caras que los generadores de corriente alterna de igual potencia, aunque hay que tener en cuenta que son idneos para los aerogeneradores de muy pequeo tamao (decenas de vatios).

Los generadores sncronos o alternadores que existen son de velocidad variable, es decir suministran corrientes de frecuencia variables. Por lo tanto, para conectarlos directamente a la red de corriente alterna es preciso utilizar un convertidor de frecuencia como elemento intermedio entre el generador y la red. Esta desventaja se compensa con una mayor eficiencia de la turbina y una mejor compatibilidad con la red. Principalmente, este tipo de generadores se usan en mquinas que alimentan instalaciones autnomas, como en aplicaciones para iluminacin, calefaccin, etc., y la mayora utilizan alternadores de imn permanente ya que se trata de la configuracin ms sencilla y robusta.

El generador asncrono o de induccin se caracteriza porque usa corriente de la red elctrica para crear su campo magntico. En principio, este tipo de generador no es capaz de operar sin la red. Sin embargo, sistemas electrnicos pueden engaar a los generadores de induccin por medio de condensadores para cargar el campo, permitiendo as a estos generadores ser utilizados en sistemas de potencias aislados. Por ejemplo, las turbinas elicas Vergnet trabajan con generadores de induccin en sistemas hbridos olico-diesel y para cargar bateras.



En general, el generador ms utilizado en las pequeas turbinas elicas es el alternador de imanes permanentes que parece ser el modelo ideal para las micro y miniturbinas elicas. En los aerogeneradores de tamao domstico hay ms diversidad. Por ejemplo, la Bergey Windpower se decidi por los alternadores de imanes permanentes, pero la Wind Turbine Industries usa un alternador convencional de arrollamientos, mientras que la Vergnet emplea un generador de induccin, comercial.

4.2.4. Multiplicador

El acoplamiento entre el rotor elico y el generador, en la mayora de los casos, se realiza a travs de una caja multiplicadora y su funcin es multiplicar la velocidad de giro que llega del rotor para adaptarla a las necesidades del generador. Su empleo es necesario a medida que crece el dimetro del rotor, pues se deben limitar las r.p.m del rotor para evitar que las puntas de las palas trabajen a velocidades que comprometen la resistencia de los materiales empleados o induzcan vibraciones perjudiciales. Pero en el caso de las turbinas con una potencia inferior a 10 kW, generalmente, no se usa el multiplicador ya que el rotor est conectado directamente al generador.

4.2.5. Sistema de control

Toda turbina elica necesita un sistema de control que permita por un lado detener la mquina y limitar su velocidad por razones de seguridad y por el otro optimizar el funcionamiento. Adems, en el caso de generacin elctrica a frecuencia constante es necesario mantener la velocidad de giro del rotor dentro de ciertos lmites para obtener un alto rendimiento. El sistema de control es diferente en funcin del tamao del aerogenerador.

a) Sistemas con ngulo de paso fijo y variacin del rea de captacin Furling. Su principio fundamental es reducir el rea de captacin o rea del rotor en posicin perpendicular a la corriente de aire incidente cuando la velocidad de ste supera cierto valor crtico. El sistema de deteccin de la energa en exceso y el de actuacin lo forman el mismo rotor y su vinculacin a la torre a travs de la gndola. El rotor oscila lateralmente fuera del viento (alrededor de un eje vertical) para disminuir la potencia. En la prctica, esta tcnica slo se usa en aerogeneradores muy pequeos (< 5 kW), pues somete al rotor a fuerzas que varan cclicamente y que a la larga pueden daar toda la estructura, y en lugares que se encuentren alejados de la poblacin debido a la gran emisin de ruido acstico que producen.

b) Sistema de ngulo de paso fijo por prdida aerodinmica stall regulation. Este es un sistema de control pasivo que reacciona con la velocidad del viento. En este tipo de sistema de control, las palas estn unidas al buje en un ngulo fijo. El perfil de la pala ha sido aerodinmicamente diseado para asegurar que a medida que aumente la velocidad real del viento en la zona, el ngulo de ataque de la pala del rotor tambin aumente hasta llegar al punto donde empieza a perder sustentacin. La pala est ligeramente torsionada a lo largo de su eje longitudinal. Esto es as en parte para asegurar que la pala pierde la sustentacin de forma gradual, en lugar de hacerlo bruscamente, cuando la velocidad del viento alcanza su valor crtico. La principal ventaja de este sistema es que se evitan las partes mviles del rotor y un complejo sistema de control. Sin embargo, la regulacin por prdida aerodinmica representa un problema de diseo muy complejo y comporta retos en el diseo de la dinmica estructural de toda la turbina, para evitar las vibraciones provocadas por la prdida de sustentacin. Alrededor de las dos terceras partes de los aerogeneradores que actualmente se estn instalando en todo el mundo son mquinas de regulacin por prdida aerodinmica.

c) Sistema con ngulo de paso variable o pitch regulation. Este mtodo de control consiste en que las palas varan su ngulo de incidencia con respecto al viento. En este tipo de sistema, un ordenador comprueba varias veces por segundo la potencia generada. Cuando sta alcanza un valor demasiado alto, el controlador enva una orden al mecanismo de cambio del ngulo de paso, que inmediatamente hace girar las palas del rotor ligeramente fuera del viento. Y a la inversa, las palas son vueltas hacia el viento cuando ste disminuye de nuevo. El diseo de aerogeneradores controlados por este tipo de sistema requiere una



ingeniera muy desarrollada, para asegurar que las palas giren exactamente el ngulo deseado. En este tipo de aerogeneradores, el ordenador generalmente girar las palas unos pocos grados cada vez que el viento cambie, para mantener un ngulo ptimo que proporcione el mximo rendimiento a todas las velocidades de viento. El mecanismo de cambio del ngulo de paso suele funcionar de forma hidralica. Este tipo de sistema es ms frecuente en elicas de gran potencia, con dimetros superiores a 20 m, as como en aerogeneradores que trabajan en paralelo con grupos electrgenos (sistemas mixtos elico-diesel).

En estos sistemas activos de paso variable, se encuentran a su vez dos posibles configuraciones:

Sistemas en los que gira toda la pala alrededor de su eje longitudinal, cambiando el ngulo de paso de la misma para situarse siempre en condiciones de mximo rendimiento o para sacar a la pala de la accin del viento y parar el rotor.

Sistemas en los que el giro se realiza slo en el tramo final de la pala correspondiente al extremo o punta de la misma, de forma similar al funcionamiento del alern en un avin.

d) Sistema de regulacin activa por prdida aerodinmica. Un nmero creciente de grandes aerogeneradores (a partir de 1 MW) estn siendo desarrollados con un mecanismo de regulacin activa por prdida aerodinmica. Tcnicamente, las mquinas de regulacin activa por prdida aerodinmica se parecen a las de regulacin por cambio del ngulo de paso, en el sentido de que ambos tienen palas que pueden girar. Para tener un momento de torsin (fuerza de giro) razonablemente alto a bajas velocidades del viento, este tipo de mquinas sern normalmente programadas para girar sus palas como las de regulacin por cambio del ngulo de paso a bajas velocidades del viento (a menudo slo utilizan unos pocos pasos fijos, dependiendo de la velocidad del viento). Sin embargo, cuando la mquina alcanza su potencia nominal, este tipo de mquinas presentan una gran diferencia respecto a las mquinas reguladas por cambio del ngulo de paso: si el generador va a sobrecargarse, la mquina girar las palas en la direccin contraria a la que lo hara una mquina de regulacin por cambio del ngulo de paso. En otras palabras, aumentar el ngulo de paso de las palas para llevarlas hasta una posicin de mayor prdida de sustentacin, y poder as consumir el exceso de energa del viento.

Una de las ventajas de la regulacin activa por prdida aerodinmica es que la produccin de potencia puede ser controlada de forma ms exacta que con la regulacin pasiva, con el fin de evitar que al principio de una rfaga de viento la potencia nominal sea sobrepasada. Otra de las ventajas es que la mquina puede funcionar casi exactamente a la potencia nominal a todas las velocidades de viento. Un aerogenerador normal de regulacin pasiva por prdida aerodinmica tendr generalmente una cada en la produccin de potencia elctrica a altas velocidades de viento, dado que las palas alcanzan una mayor prdida de sustentacin. El mecanismo de cambio del ngulo de paso suele operarse mediante sistemas hidrulicos o motores elctricos paso a paso.

4.2.6. Sistema de orientacin

A fin de optimizar el aprovechamiento energtico del viento, el plano de rotacin del rotor debe mantenerse perpendicular a la direccin del viento. En el caso de que el rotor est situado a sotavento, como ya se coment anteriormente, no es necesario un sistema de orientacin ya que mediante una conicidad adecuada de las palas el sistema es autoorientable. En cambio en los rotores situados a barlovento, delante de la torre, si se debe incorporar algn sistema de orientacin. Entre estos sistemas cabe distinguir los siguientes:

a) Elicas auxiliares: en particular molinos de cola, usados slo en algunas elicas pequeas. Es un sistema poco fiable.

b) Veletas de cola: se usan en pequeas turbinas, formando parte del conjunto timn-veleta. La orientacin del rotor se realiza de forma mecnica, al incidir el viento sobre el timn-veleta y ejerciendo sobre ste un par de fuerzas que hace que el rotor se coloque perpendicularmente a la direccin del viento.



c) Rotor a barlovento con orientacin asistida: es el sistema ms ut ilizado en grandes aerogeneradores. Incorpora un sensor con un ordenador y, en funcin de la direccin y la velocidad del viento, enva las correspondientes rdenes de control a un servomotor para la orientacin del plano de giro del rotor. El servomotor (elctrico o hidrulico, acciona, a travs de un sistema de piones, una corona dentada que a su vez hace girar el plano del rotor para colocarlo perpendicularmente a la direccin del viento.

Debido a sus dimensiones, las pequeas turbinas elicas no pueden acomodar los mecanismos de transmisin y los motores de orientacin que se emplean en las turbinas ms grandes. Casi todas las pequeas turbinas utilizan veletas de cola, aunque una de las pocas excepciones es la turbina de espalda al viento de la Proven Engineering.

4.2.7. Torre

Las mquinas elicas deben estar situadas sobre una estructura de soporte capaz de aguantar el empuje del viento. Existen varios tipos de torres como los que se describen a continuacin (Figura 7).

Fuente: http://www.windpower.org/ES/tour/wtrb/tower.htm

Figura 7: Tipos de torre: (a) tubular, (b) celosa, (c) tensada y (d) hbrida

a) Torres tubulares de acero.- En el caso de los grandes aerogeneradores generalmente se utilizan torres tubulares de acero (Figura 7a), fabricadas en secciones de 20-30 metros con bridas en cada uno de los extremos, y son unidas con pernos "in situ". Las torres son tronco-cnicas, es decir con un dimetro creciente hacia la base, con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo ahorrar material.

b) Torres de celosa.- Son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados (Figura 7b). La ventaja bsica de las torres de celosa es su costo, puesto que para su fabricacin se requiere slo la mitad de material que en una torre tubular. La principal desventaja de este tipo de torres es su apariencia visual. En cualquier caso, por razones estticas, las torres de celosa han desaparecido prcticamente en los grandes aerogeneradores modernos. Son muy comunes en la India, aunque se encuentran en otros pases como Alemania y EE.UU.

c) Torres de mstil tensado.- Muchos de los aerogeneradores pequeos estn construidos con delgadas torres de mstil sostenidas por cables tensores (Figura 7c). La ventaja es el ahorro de peso y, por lo tanto, de costo. Las desventajas son el difcil acceso a las zonas alrededor de la torre, lo que las hace menos apropiadas para zonas agrcolas. Las torres tubulares son las que ofrecen una vista ms agradable, pero son las ms costosas y, a menos que estn articuladas para arriarlas, son tambin las que ofrecen ms dificultades a la hora de efectuar el mantenimiento de la turbina. Las torres con tensores son las menos costosas.

(a) (b) (c) (d)



d) Torres hbridas.- Algunas torres estn hechas con diferentes combinaciones de las ya mencionadas. Un ejemplo es la torre de tres patas Bonus 95 kW, de la que podra decirse que es un hbrido entre una torre de celosa y una torre tensada con vientos (Figura 7d).

5. OTROS COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ENERGA ELICA

Adems del aerogenerador para poner en marcha un pequeo sistema de energa elica es necesario un equipo adicional que est constituido por los siguientes componentes:

5.1. Sistemas de almacenamiento

En sistemas que no se encuentran conectados a red generalmente se dispone de algn sistema de almacenamiento con el objeto de disponer de la energa en periodos de viento flojo o de calma.

Bateras: Actualmente, es el sistema ms utilizado para almacenar la electricidad generada por la turbina. Permite construir sistemas de muy pequeo tamao, adecuados para balizas, repetidores de seal, estaciones de recogidas de datos y puestos de socorro remotos. Su rendimiento es del 60 % al 75 %. Se emplean bateras especiales que permitan reducciones de su carga hasta el 60 % sin daos. Su vida en estas condiciones es del orden de 5 a 7 aos. No es adecuado para tamaos grandes por su elevado coste y dificultades de mantenimiento.

Acumulacin trmica: la energa extrada del viento se usa para calentar agua, directamente por medio de un freno hidrulico o por calentamiento de resistencias elctricas tras la conversin a electricidad. El agua se almacena y el aprovechamiento energtico posterior sera solo adecuado si se requiere en forma calorfica.

Bombeo de agua: Durante perodos con exceso de produccin de energa se puede usar la energa elctrica para bombear agua hasta un depsito elevado. Durante perodos de viento insuficiente la carga podra alimentarse con una minicentral hidrulica cuyo generador sncrono se conectara en paralelo con el aerogenerador a travs de un sistema de proteccin y control adecuado. Este mtodo proporciona una eficiencia de energa elctrica recuperada entre el 50 % y el 80 %. Es la solucin que se encontr para poder electrificar elicamente la isla de El Hierro.

Generacin de hidrgeno y pila de combustible: El exceso de electricidad producida se utiliza para descomponer el agua en hidrogeno y oxgeno. El hidrgeno se almacenara y posteriormente se podra utilizar directamente como combustible o bien para generar electricidad de corriente continua mediante una pila de combustible. El rendimiento de recuperacin vara entre el 50 % y el 70 %.

Volante de inercia: La energa se almacena en un volante capaz de girar a elevado rgimen en un recinto al vaco, que impida la resistencia aerodinmica. Es un sistema conveniente para fluctuaciones fuertes en la energa elica ya que es capaz de absorber potencias instantneas elevadas. Se obtiene rendimientos de recuperacin muy altos, del orden del 80 %.

Desalacin del agua: En lugares donde coincida la demanda de agua potable con la disponibilidad de energa elica y su impacto ecolgico sea aceptable, es posible recurrir a emplear la energa sobrante en desalinizar agua, la cual es fcilmente almacenable y proporciona una utilidad completa.

5.2. Inversores

Los inversores se utilizan para convertir la corriente continua (CC) generada por los aerogeneradores elicos, paneles solares fotovoltaicos, acumuladores o bateras, etc., en corriente alterna (CA) y de esta manera poder ser inyectada en la red elctrica o usada en instalaciones elctricas aisladas. Se pueden diferenciar diferentes tipos de inversores:



Inversores de onda sinusoidal. Se utiliza en los sistemas que no estn conectados a la red. Emplean la corriente continua de un sistema de almacenamiento con bateras y producen una corriente alterna de onda sinusoidal similar a la de la red, aunque no idntica.

Inversores sncronos. Usan conmutadores RCS (Rectificador Controlado de Silicio) con controles analgicos para sealizar cuando deben enviar pequeas seales elctricas a la red, debidas a que necesitan la presencia de la red elctrica para su funcionamiento. En EE.UU., la Bergey Windpower y la Wind Turbine Industries fabrican turbinas con este tipo de inversor.

Inversores autoconmutados. stos pueden producir electricidad compatible con la red usando su propio circuito interno, con controles IGBT (compuerta integrada con transistores bipolares) y digitales, mejorando notablemente la fiabilidad y la calidad de la potencia con respecto a los modelos sincronizados mediante la propia red. Estos inversores usan exactamente la misma tecnologa que los inversores de orden sinusoidal vistos anteriormente.

En los nuevos sistemas, cuando la demanda elctrica excede al suministro y las bateras estn cerca de la descarga total, el inversor automticamente toma potencia de la red hasta que stas resultan recargadas, pero, cuando hay un exceso de generacin con respecto a la demanda y las bateras estn totalmente cargadas, el inversor puede tambin suministrar el exceso de potencia a la red. Incluso, si el sistema de potencia de la red falla, por ejemplo durante una tormenta, el inversor y las bateras dan un suministro de potencia ininterrumpido. El inversor automticamente cambia a un sistema aislado con bateras convencional.

5.3. Rectificadores y Cargadores de Bateras

Los rectificadores son opuestos a los inversores, convierten la energa de corriente alterna en corriente continua.

Adems, si el generador no dispone de una salida de la carga de la batera, un cargador de batera es obligatorio. Algunos inversores pueden actuar como cargadores de bateras.

6. APLICACIONES DE LOS AEROGENERADORES DE BAJA POTENCIA

Existen dos aplicaciones generales de utilizar la energa elctrica generada a partir de los aerogeneradores de baja potencia: instalaciones aisladas e instalaciones conectadas a la red elctrica.

6.1. Instalaciones aisladas a la red elctrica

Las pequeas turbinas elicas pueden ser fuente econmica de electricidad para sitios aislados. La aplicacin ms comn de sistemas aislados es la electrificacin de viviendas rurales, para la cual existen diferentes configuraciones.

a) Sistemas individuales: Generalmente, cuentan con un pequeo aerogenerador, una o ms bateras para almacenar la energa generada y un regulador que controla la carga y descarga de las bateras. Dependiendo de la aplicacin, pueden incluir un inversor para transformar la electricidad de corriente continua en alterna.

Los aerogeneradores de baja potencia se pueden utilizar sin conectar a la red elctrica en diferentes aplicaciones. Generalmente se utilizan para cargar bateras, suministrando tanto corriente alterna como continua, con los modernos sistemas de control electrnicos, pueden ser usados para mover bombas elctricas directamente, sin emplear bateras. Los pequeos aerogeneradores tambin se pueden emplear para la calefaccin de viviendas, etc. Por ejemplo, la Universidad de Massachussttes propuso un calentador elico a mediados de los aos setenta, y varias compaas trataron de sacar este proyecto al mercado. El concepto nunca tuvo acogida en Norteamrica porque no daba beneficios econmicos, pero si lo tuvo en Dinamarca, donde los precios de la calefaccin eran considerablemente altos. El Folkecenter for Renewable Energy de Dinamarca demostr que una turbina elica que cubre las demandas de la calefaccin en el invierno puede fcilmente cubrir las necesidades de agua caliente en verano.



Adems de los usos tradicionales, miles de microturbinas son utilizadas en barcos. Una de las primeras aplicaciones fue la alimentacin de instalaciones remotas de telecomunicaciones. stas eran habitualmente emplazadas en las cimas de inaccesibles montaas, donde el suministro de combustible era difcil y caro.

b) Sistemas centralizados: Si las viviendas a electrificar se encuentran relativamente prximas entre s, la opcin ms apropiada puede ser un sistema elico centralizado debido a la concentracin de equipos y energa, lo cual ofrece ventajas desde los puntos de vista tcnico y econmico.

Un sistema elico centralizado satisface la demanda energtica de una comunidad con electricidad producida, almacenada y transformada en un sistema elico central y luego se distribuye, a travs de lneas elctricas, hasta cada una de las viviendas y otros sitios. Generalmente, este tipo de sistemas cuenta con ms de una fuente de generacin, para lograr mayor confiabilidad del sistema.

c) Sistemas hbridos: Las pequeas turbinas elicas, como se comento anteriormente, brindan una solucin muy atractiva para la electrificacin rural en muchos lugares, pero muchas veces la fluctuacin del viento hace que no se pueda obtener una produccin de electricidad de manera constante. Por esta razn, frecuentemente, se usa una turbina elica en combinacin con otra fuente de generacin: por ejemplo, paneles fotovoltaicos o un generador elctrico a base de diesel. Este tipo de sistemas se denominan sistemas hbridos, y una de las mayores ventajas que presentan, con respecto a un sistema individual, es que dan una mayor seguridad para la generacin de energa elctrica.

- Instalaciones hbridas elico-fotovoltaicas: La energa elica y la fotovoltaica son complementarias. Juntas, no slo mejoran la fiabilidad de los sistemas aislados sino que tambin los hacen ms rentables que cuando operan separadamente. Como se puede ver en la Figura 8, estas instalaciones suelen estar constituidas por un aerogenerador de pequeas dimensiones que, a travs de un rectificador/regulador de carga, suministra la energa producida a las bateras. En paralelo se encuentra un sistema de paneles fotovoltaicos, uno o varios, que mediante su regulador de carga se conectan tambin a la batera. Las dimensiones de cada uno de los equipos (aerogenerador y paneles) dependern de las caractersticas climatolgicas as como de las caractersticas de la carga.

- Sistema elico-diesel: En este tipo de instalacin, el grupo diesel, interconectado a travs de su sistema de control, permite una gran flexibilidad en su rgimen de funcionamiento. El grupo diesel trabaja a plena carga cuando el viento est en calma o en rgimen variable apoyando la produccin del aerogenerador por existir variacin de la velocidad del viento. Cuando el viento mantiene un rgimen de velocidad suficientemente alto, el grupo diesel est parado y la produccin elctrica es suministrada solamente por el aerogenerador o mantiene su funcionamiento en condiciones de regulacin mientras dura el viento fuerte.



Fuente: http://www.inersol.es/Sistemas_Hibridos.htm

Figura 8: Sistema hbrido de electrificacin con energa solar y elica

6.2. Instalaciones conectadas a la red elctrica

Si la legislacin del sector elctrico lo permite, existe la oportunidad de suministrar energa a la red con pequeos sistemas elicos. Esto es aplicable en los casos que exista una red en las proximidades del centro de consumo. En este caso, la energa requerida por el usuario sera suministrada por el sistema elico y por la red elctrica. Si el aerogenerador produce energa en exceso, se entrega el excedente a la red elctrica y, si se produce menos energa de la requerida, se toma de la red. El almacenamiento de la



electricidad en bateras es opcional, pero su inclusin exige dispositivos rectificadores de corriente alterna para la carga de las bateras e inversores de corriente continua.

Dentro de los sistemas conectados a red empiezan a tener importancia los sistemas hbridos Por ejemplo en Espaa, la Agencia Energa de Barcelona (AEB) y la Universitat Politcnica de Catalunya (UPC), Regesa y Fecsa Endesa firmaron, en Noviembre de 2007, un convenio de colaboracin para la construccin de una instalacin mixta elica-fotovoltaica de conexin a la red en un edificio de 175 viviendas. ste es un proyecto pionero en el uso de energas renovables que se realiza como sustitucin de una instalacin solar trmica para la produccin de agua caliente sanitaria. El proyecto piloto consiste en una instalacin de al menos 3 aerogeneradores verticales de 2.5 kW de potencia cada uno y un sistema de energa fotovoltaica de conexin a la red de 34.3 kW. Se estima que la central elica-fotovoltaica producir anualmente unos 52 200 kWh, es decir, el equivalente al consumo energtico total, no slo para calentar agua, de unas 24 viviendas de 80 m2, y permitir una ahorro de 5.5 toneladas de emisiones de CO2 a la atmsfera cada ao.

6.3. Energa elica en el entorno urbano

Actualmente, se est produciendo un gran inters por la introduccin de la energa elica en el entorno urbano y se estn desarrollando un nuevo tipo de turbinas elicas, llamadas Turbinas Urbanas (TU). La integracin de muchos pequeos molinos en el paisaje urbano incrementan notablemente la cobertura elica, a la vez que quedan disimulados por el paisaje y no ocupan terrenos de cultivo ni se entrometen en el paisaje (Figura 9).

Fuente: http://eco.microsiervos.com/tecnologia/aerogeneradores-domesticos.html

Figura 9: Aerogenerador integrado en zona urbana, donde adems facilita cobertura publicitaria

Una de las caractersticas fundamentales de estas TU es su capacidad para acercar fsicamente la produccin de electricidad al usuario final, de modo que ofrece al consumidor la posibilidad de generar su propia electricidad. Sin embargo, esta tecnologa an no est muy desarrollada ya que la investigacin no le dedica, a las TU, los mismos recursos que a sus hermanos mayores. Adems, los vientos de ciudad no son los mejores para conseguir una gran eficiencia energtica con aerogeneradores clsicos de eje horizontal, la velocidad media del viento en la ciudad es menor que en las reas rurales y esa velocidad no es constante, sino que cambia rpida y frecuentemente, del mismo modo que lo hace la direccin; las corrientes tienen un componente vertical y se producen efectos de concentracin al lado de los edificios



ms altos. Y por otro lado, hay que tener en cuenta las turbulencias, que obligan a la turbina a girar a velocidades variables y a modificar frecuentemente su orientacin para seguir la direccin del viento.

El pequeo aerogenerador urbano se puede decir que se encuentra en el mercado en una fase de desarrollo anterior a la de los grandes aerogeneradores. Parece ser que los aerogeneradores de eje vertical son los ms adecuados para las aplicaciones en el entorno urbano, ya que tienen como ventaja la capacidad para funcionar con vientos turbulentos cerca de la tierra, lo que les hace adecuados para la instalacin cerca de los edificios o en los tejados. Adems, la velocidad de rotacin en este tipo de aerogeneradores es relativamente lenta, lo que hace que sean ms silenciosos.

Holanda es uno de los pases pioneros en este tipo de tecnologa, principalmente debido a la falta de espacio geogrfico para otro tipo de instalaciones y en los ltimos aos varias empresas pequeas han desarrollado e instalado turbinas en los edificios, como escuelas, oficinas y bloques de apartamentos. En el ao 2000, en la azotea del pabelln que representaba a este pas en la exposicin Universal de Hannover, se montaron, sobre mstiles de 12 m, 6 turbinas de 5 m de dimetro y 2.5 kW de potencia cada una del modelo Tulipo. Tres aos despus, ocho ciudades holandesas contaban ya con aerogeneradores urbanos y otras 20 se preparaban para instalarlos. Segn un estudio realizado, en 2002, por la consultora Royal Haskoning para la Agencia Holandesa para la Energa y el MedioAmbiente (Novem), la potencia elica urbana instalada en Holanda podra alcanzar en 2020 los 60 MW, lo que supondra la instalacin de entre 25 000 y 35 000 de este tipo de aerogeneradores.

Hay que tener en cuenta que la colocacin de aerogeneradores en el techo de un edifico no es tan simple como suena y as se han diseado turbinas para la colocacin especfica de los techos (Turby y WindWall). Entre 1998 y 2000 se desarroll el proyecto WEB (Wind Energy for the Built Environment), financiado por la UE. En este proyecto se propona disear los futuros edificios en los que los aerogeneradores fuera una parte ms de sus estructuras. A tal fin, arquitectos de la Universidad de Stuttgart (Alemania) disearon dos torres de 200 m de altura ligeramente inclinadas y unidas entre s por tres turbinas elicas de 30 m de dimetro. Pero qued en eso, en un proyecto. En un futuro si puede que los edificios pueden ser construidos con los aerogeneradores integrados en su estructura, aunque hay que tener en cuenta que para la mayora de los diseadores de aerogeneradores, as como arquitectos e ingenieros civiles, el concepto de integracin de una turbina elica en un edifico es bastante nuevo. La integracin de dos tecnologas requiere nuevas formas de pensar de todos los participantes. Esto incluye el desarrollo de nuevas competencias para hacer frente a las complejidades en el mbito de los costos en relacin con la construccin de forma y funciones de usuario. Para la integracin de este tipo de energa a la red es necesario en muchos pases el desarrollo de nuevos marcos regulatorios que activen el mercado.

7. ESTADO ACTUAL DE LA ENERGA ELICA DE BAJA POTENCIA

En los ltimos aos se estn produciendo avances importantes en el campo de la energa elica de baja potencia. El lder mundial en este mercado es EE.UU. Segn la American Wind Energy Association (AWEA), en este pas, durante 2006, se instalaron 8 565 kW y se vendieron 8 329 aerogeneradores de baja potencia (Tabla 2), de los cuales el 98 % se fabricaron en el pas. En el resto del mundo, se vendieron 6 803 unidades de las cuales el 94 % tambin fueron fabricadas en EE.UU. (Tabla 2).

El mercado mundial de los pequeos aerogeneradores presenta un desarrollo prometedor. Existe un nmero creciente de fabricantes de pequeos aerogeneradores (Tabla 3) y, actualmente, los fabricantes de grandes aerogeneradores empiezan a realizar incursiones en este sector, atrados por las posibilidades del nuevo mercado. La mayora de las empresas no Americanas fabrican turbinas elicas inferiores a 1 kW y principalmente suelen vender en su propio pas, sobre todo China. Las pocas empresas que han entrado en el mercado Americano proceden de Reino Unido, Canad o Alemania.



Tabla 2: Unidades de Aerogeneradores instalados / Potencia instalada (kW)

Fuente: Tabla realizada a partir de los datos del estudio AWEA Small Wind Turbine. Global Market Study 2007

EE.UU. Resto mundo

Fabricacin Nacional Fabricacin Extranjera

Total Fabricacin Americana

Fabricacin no Americana

Total

8159 / 7100 170 / 1465 5373 / 3354 711 / 2904

ON-Grid OFF-Grid ON-Grid OFF-Grid ON-Grid OFF-Grid ON-Grid OFF-Grid

416 / 3119 7 743 / 3981

37 / 1403 133 / 62

8329 / 8565

69 / 466 5303 / 2889

352 / 2784 359 / 156

6803 / 6258



Tabla 3: Principales fabricantes de aerogeneradores de baja potencia a nivel mundial

Pas Empresa Modelo Tipo Potencia

(kW)

Aerocraft

AC-120

AC-240

AC-500

AC-750/NE

AC-1002 H

AC-3000

AC-5000

Horizontal

0.12

0.24

0.5

0.75

1

3

5

Aerosmart AeroSmart5 Horizontal 5

Aircon GmbH & Co. KG Aircon 10 S Horizontal 10

Atlantis Windkraft

Atlantis WB 15

Atlantis WB 20

Windkraft 1.5

Horizontal

0.3

0.6

1.5

DRAGOTHERM GmbH WindGen1000 Vertical 1

Fuhrlnder FL 30

FL 100 Horizontal

30

100

Heyde Windtechnik Antaris 2.5 Horizontal 2.2

INVENTUS GmbH INVENTUS 6 Horizontal 6

Moratec

ML 300 Butterfly

ML 1500 Shark

ML 3000 Air

ML 10 Eko

Horizontal

0.3

1.5

3

6

Point. Of.com GmbH

Cyclon Marine

Cyclon 1.0 kW

Cyclon 2.0 kW Horizontal

0.6

1

2

Vertikale 0.3

Vertikale 0.5 Vertical

0.3

0.5 SIRENA GmbH

Winplex Horizontal 0.25

Superwind GmbH Superwind 350 Horizontal 0.35

Thmler GmbH Alu Windrad Horizontal 0.006

Alemania

Windtechnik Geiger GmbH SG 280

SG 500 Horizontal

1.5

5

Abatec S.A.

F500/8

F1000/11

F2000/9

F4500/12

Horizontal

0.5

1

2

4.5 Argentina

INVAP Ingenieria S.A.

IVS 500

IVS 1000

IVS 1500

IVS 4500

Horizontal

0.5

1

1.5

4.5



Pas Empresa Modelo Tpo Potencia

(kW)

Flowtrack Pty Ltd Flowtrack 5kW Horizontal 5

Soma Power P/L Soma 400

Soma 1000 Horizontal

0.4

1 Australia

WestWind Wind Turbines

3 kW

5 kW

10 kW

20 kW

Horizontal

3

5

10

20

Brasil Enersud Ind.

Notus 112

Notus 138

Gerar208

Gerar246

Verne555

Horizontal

0.25

0.35

0.7

1

6

Aerojoule

AJT-15

AJT-30

AJT-45

AJT-100

Horizontal

1.5

3

4.5

10

Atlantic Orient Canada Inc. AOC 15/50 Horizontal 50

Cleanfield Energy Cleanfield 3.5 kW Vertical 3.5

Cyclone Wind Generators

300W

500W

1000W

2000W

3000W

Horizontal

0.3

0.5

1

2

3

Electrovent Electrovent 15

Electrovent 30 Horizontal

0.25

0.5

nergie PGE

PGE11/35

PGE 20/35

PGE 50/35

Horizontal

3.5

35

50

Energy Resource Development Inc.

Windports 5 kW

Windports 10 kW

Windports 20 kW

Vertical

5

10

20

Entegrity Wind Systems Inc. (EWSI)

EW 15 Horizontal 50

Quantum Wind Power Corp. Model 5 Horizontal 5

Wenvor Technologies Inc. Wenvor Turbine Horizontal 30

WestTech Environmental Systems Inc

1 Kw VAWT

3 Kw VAWT Vertical

1

3

Canad

Windports

Windports 5 kW

Windports 10 kW Vertical

5

10




(kW)

Canad Windturbine c.a.

300 W

500 W

1 Kw

2 Kw

3 kW

Horizontal

0.3

0.5

1

2

3

Huamin Win.power Inc.

HM2.2-300

H.M2.5-500

H.M2.8-1000

H.M3.2-2000

H.M4.5-3000

H.M5.0-5000

H.M7.0-10000

Horizontal

0.3

0.5

1

2

3

5

10

Guangzhou Hongying Energy Technology Co., Ltd

HY- 400

HY- 600

HY- 2000

Horizontal

0.4

0.6

2

Prostar International Electric Co., Ltd.

FD2.5-200W

FD2.8-500W

FD4.0-1000W

FD4.0-2000W

Horizontal

0.2

0.5

1

2

TAOS Wind Energy

TAOS400

TAOS800

TAOS1500

TGT-2

Horizontal

0.4

0.8

1.5

2

China

Zhejiang Liten Wind Power Co.

LT2.2-300W

LT2.7-500W

LT3.0-1000W

LT3.6-2000W

LT4.5-3000W

LT5.0-5000W

Horizontal

0.3

0.5

1

2

3

5

Gaia Wind A/S 11kW 50/60 Hz Horizontal 11

Genvind Engineering ApS GV20-2 Horizontal 22

Nordic Folkecenter for Renewable Energy

7.5 Kw Unimill Horizontal 7.5 Dinamarca

Windmission Windflower 1 kW Horizontal 1

Espaa Bornay

Inclin 250 Inclin 600 Inclin 1500 neo Inclin 3000 neo Inclin 6000 neo Bk 12

Horizontal

0.25 0.6 1.5 3 6

12




(kW)

Solener

Velter B

Velter D

Velter I

Velter II

Velter XV

Horizontal

0.3

0.5

1

2

15

Espaa

Windeco Vento 5000 Vento 8000

Horizontal 5 8

Abundant Renewable Energy ARE 110

ARE 442 Horizontal

2.5

10

Aeromax Corporation Lakota Horizontal 0.9

Aerostar Wind Turbines Inc. Aerostar 6 meter Horizontal 8.6

Appropriate Energy Inc.

S5000

S20000

SLG

Horizontal

0.5

20

30

Bay Winds 23-10 Horizintal 10

Bergey WindPower Co.

BWC XL.1

BWC 1500

BWC Excel

Horizontal

1

1.5

10

Endurance Wind Power Inc. S-250 Horizontal 4.25

Four Seasons Windpower

FSW Gyro-2

FSW Gyro-3

FSW Gyro-5

FSW GyroExtreme

FSW Gyro 1kW

FSW Gyro 3kW

Vertical

0.2

0.3

0.5

0.5

1

3

Hamilton Ferris Company Ferris WindPower 200 Horizontal 0.2

Helix Wind Savonius 2 kW

Savonius 5 Kw Vertical

2

5

Northeast Wind Energy NW 3000 Horizontal 3

Pac Wind Inc.

Seahawk

Delta I

Aeolian

Delta II

Vertical

0.5

2

5

10

Selsam Innovations ST1.2American Twin Horizontal 1

Southwest Windpower Inc.

Air X

Whisper 100

Whisper 200

Whisper 500

Horizontal

0.4

0.9

1

3

Estados Unidos

Thermodyne Systems Condor

Hornet Horizontal

- 0.8




(kW)

Wind Simplicity Windancer 3

Windancer 7 Horizontal

3

7

Estados Unidos

Wind Turbine Industries, Corp.

Jacobs 23-10

Jacobs 23-12.5

Jacobs 26-15

Jacobs 26-17.5

Jacobs 31-20

Horizontal

10

12.5

15

17.5

20

Finnwind Oy Tuule T23

Tuule T 188 Horizontal

0.54

4

Oy Windside Production Ltd.

WS-4C

WS-2B

WS-0.3

WS-12

Vertical

1

-

1.8

8

Finlandia

Pem-Energy Oy MyPower - 2

AutonHome Productions EPR 3.5

EPR 5 Horizontal

0.5

0.9

Ebonys Creations 150 W Horizontal 0.15

Eoltec SAS Scirocco

Windrunner Horizontal

6

25

Gual Industrie Statoeolien GSE 4

Statoeolien GSE 8 Vertical

1.3

6

Travere Industries

T.A. 2.4 900

T.A. 3.2 1200

T.A. 3.6 1500

T.A. 3.6 1600

T.A. 6.0 2100

T.A. 3.6 3000

T.A. 6.0 5500

Horizontal

0.9

1.2

1.5

1.6

2.1

3

5.5

Francia

Vergnet

GEV 5/5 Alizes

GEV 7/10 Lastours

GEV 10/20 Gazelle

Horizontal

5

10

20

Grecia Energotech S.A.

Butterfly BF 1 K

BF 3 K

BF 6 K

Horizontal

1

3

6

Ecofys Neoga Vertical 3

Fortis Wind Energy

Fortis Montana

Fortis Passaat

Fortis Espada

Fortis Alize

Horizontal

5

1.4

0.8

10

Holanda

Prowin Provane 5 Horizontal 2




(kW)

The Wind Factory TWFi-280

TWFi-500 Horizontal

1.8

6

TH Rijswijk Th Rijswijk Horizontal 5

Tulipower Tulipo Horizontal 2.5

Turby B.V. Turby Vertical 2.5

Venturi Wind b.v. Ventury 110 Vertical 0.5

Wind Energy Solutions (WES) WES5 Tulipo

WES18 Horizontal

2.5

80

Holanda

WindWall B.V. WW 2000 Vertical 2.4

Sidilu Renewable Energy Sidilu roof top wind power generator

Horizontal 0.75

India

Vaigunth Enertek

AR-200W

AR-500W

AR-1000W

AR-5000W

Horizontal

0.2

0.5

1

5

Irak ARMAN ENGINEERING DESIGNIN CO

Nasin 2.5 kW Horizontal 2.5

Atlantic Power Master mt-15120

mt-2110 Horizontal

0.8

1.2 Irlanda

Surface Power Technologies SP 460W Horizontal 0.46

BluMiniPower MaestraleForza 20 Horizontal 20

Jonica Impianti Societ Cooperativa

JIMP20 Horizontal 20

Italia

Ropatec Srl.

WRE.007

Speedy Vertical

Easy Vertical

Simply Vertical

Maxi Vertical

Big Star Vertical

Vertical

0.75

0.3

1

3

6

20

Krei Kogyo Co., Lyd. Wind-ST Horizontal 0.3

Loopwing Co. Tronc

U2850 Horizontal

-

2

Nikko

NWG-200

FUGUE/NWG-200F

NWG-600

NWG-4K

NWG-10K

Horizontal

0.2

0.2

0.7

4

10

Japn

Zephyr Corporation Airdolphin Horizontal 1




(kW)

Kenia Craftskills

CS03TDR

CS09TDR

CS12TDR

CS15TDR

CS18TDR

CS24TDR

CS32TDR

CS48TDR

CS90TDR

Horizontal

0.3

0.9

1.2

1.5

1.8

-

3.5

6

9

Gusto Energy Ltd. Gusto 2.0 kW Horizontal 2

Nueva Zelanda Solwind Ltd.

I0/3000

I0/6000

I0/10 000

I0/30 000

Vertical

3

6

10

30

Polonia Enwia

Enwia E08

Enwia E15

Enwia E40

Horizontal

8

15

40

Ampair Microwind

Ampair 100

Ampair 300

Ampair 600

Horizontal

0.1

0.3

0.6

Brumac Wind Systems Ltd. - - -

Eurowind Small Turbines Ltd

Eurowind 1.3 kW

Eurowind 5 kW

Eurowind 10.8 kW

Eurowind 19 kW

Eurowind 30 kW

Vertical

1.3

5

10.8

19

30

FuturEnergy Ltd. FuturEnergy 1kW Horizontal 1

Gazelle Wind Turbines Ltd. Gazelle Horizontal 20

Gotwind.org DIY 12v-100w wind generator

Horizontal 0.1

Iskra Wind Turbine Manufactures Ltd.

Iskra AT5 -1 Horizontal 5.3

LVM Ltd. Aero4gen-F

Aero6gen-F Horizontal

0.12

0.24

Reino Unido

Marlec Engineering Co Ltd.

Rutland 503

Rutland 913

Rutland FM 910-3

Rutland FM 1803

Horizontal

0.025

0.09

0.09

0.7




(kW)

Navitron

200W

300W

500W

1kW

2Kw

5kW

10Kw

20Kw

Horizontal

0.2

0.3

0.5

1

2

5

10

20

Proven Energy Products Ltd.

Proven 2.5

Proven WT 600

Proven WT 6000

Proven WT 15000

Horizontal

2.5

0.6

6

15

Quietrevolution Ltd. qr 5 Vertical 6

Renewable Devices Swift Turbines

Swift Horizontal 1.5

Rugged renewables 0.4 kW Vertical 0.4

Samrey Generators & Turbines Ltd.

Wren Micro-turbine

Wren Extreme

Wren Mistral

Horizontal

0.3

0.3

0.85

Winddam AWT (1) 2000

AWT(2)2X2000 Vertical

2

4

Reino Unido

Windsave WS-1000 Horizontal 1

JSC Wind Energy Company Breeze 5000 Horizontal 5

Rusia SCIENMET Group

SW-2/5

SWD-20

SWD-30

SWD-40

Horizontal

2.5

20

30

40

Kestrel Wind Turbines (Pty) Ltd.

e150

e220

e300

e400

Horizontal

0.6

0.8

1

3

Turbex

T330

T460

T550

T780

T1100

Horizontal

1.5

3

4.5

10

20

Sudfrica

Winglette Wind Machines W03 Horizontal 3

DalWind Energy Group DalWind 1.8 Vertical 1.8

PitchWind Systems AB P 14-30 Horizontal 30 Suecia

SVIAB VK240 Horizontal 0.75




(kW)

Aventa LTD. AV-7 Horizontal 6.5

Suiza Enflo Systems AG

Enflo 0060/0.5

Enflo 0300/0.6

Enflo 0700/50

Horizontal

0.5

6

50

Wind Electric

WE-1000

WE-8000

WE-20000

Horizontal

1

8

20

A continuacin se realiza un estudio ms detallado de la energa elica de baja potencia.

Canad En Canad se estn vendiendo una media de 800 aerogeneradores de baja potencia al ao. En los

ltimos aos se ha experimentado un importante crecimiento en el mercado, especialmente en los aerogeneradores de 1 kW de potencia. Las aplicaciones con mayor futuro parecen ser para carga de bateras, en viviendas residenciales con conexin a red, en granjas, lugares comerciales y en comunidades aisladas en el norte del pas. En el intervalo comprendido entre 300 W y 3 kW, los aerogeneradores, principalmente, proceden de empresas estadounidenses (Bergey, Aeromax, Southwest Windpower, Wind Turbina Industries Corp.) aunque tambin algunos son de origen europeo como Proven Energy Products Ltd., Windmission y Bornay, e incluso del algn fabricante canadiense como Electrovent. En el rango de 10 kW a 100 kW, la mayora son de fabricacin interna (Aerojoule, Atlantic Orient Canada Inc., Wenvor Technologies) o procedentes de Europa (Vergnet, Fuhrlnder). Los sistemas de 10 a 100 kW principalmente estn conectados a red.

EE.UU.

EE.UU. ha lanzado ambiciosos programas de fomento de la instalacin de pequeos aerogeneradores. La Asociacin Americana de Energa Elica (AWEA) ha realizado estudios de mercado dentro de este sector indicando que el crecimiento reciente anual fue del 35 % y con objetivos de crecimiento en torno al 20% anual hasta 2010. Todo ello teniendo en cuenta que la industria estadounidense de pequeos aerogeneradores es lder a nivel mundial, copiando un tercio del mercado mundial. Dos empresas de EE.UU. son las lderes, Southwest Windpower de Flagstaff (Arizona) y Bergey Windpower de Norman (Oklahoma). Slo Southwest Windpower vendi en 2006 aerogeneradores de pequea potencia por valor de 10 millones de dlares, controlando prcticamente el mercado mundial. El 40 % las unidades se vendieron en EE.UU. Hasta esa fecha, Bergey Windpower ha producido ms de 4 800 unidades entre 1 Kw y 10 kW.

Adems, en EE.UU. se realizan importantes inversiones dentro del campo de la investigacin. Por ejemplo, NPS estaba desarrollando una nueva versin de aerogeneradores con una potencia de 100 kW, la empresa SouthWest Windpower estaba llevando a cabo un nuevo prototipo de aerogeneradores de 1.8 kW (Sky Stream), Abundant Renewable Energy est realizando un aerogenerador de 6 kW, Composite Engineering investiga una nueva pala de bajo coste de fabricacin de 7.5 m de longitud, Pricenton Power Systems estudia un nuevo convertidor para aerogeneradores de potencia inferior a 100 kW, SNL Distributed Energy Technology Laboratory ensaya dos nuevos prototipos de aerogeneradores de 50 kW, etc.



Espaa

Actualmente, en Espaa los aerogeneradores con potencias inferiores a 100 kW slo se utilizan para generar electricidad en entornos aislados, alejados de la red y generan en total, aunque es difcil de predecir, una potencia de 7 MW.

La falta de un marco regulatorio propio y la falta de incentivos fiscales impide que se active este mercado y se impulse la fabricacin en masa de este tipo de mquinas. Ecologistas en Accin ha pedido una tarifa especfica que fomente la conexin a red de estos equipos ya que actualmente este tipo de energa recibe el mismo incentivo que la gran elica unos 6. 6 cntimos de euro el kWh y ese dinero difcilmente compensa el largo y complicado trmite burocrtico de conectar un aerogenerador de baja potencia a la red.

En el campo de la investigacin, cabe destacar la puesta en marcha del Proyecto Singular Estratgico Minielica, dotado con 13 millones de euros, liderado por el Centro de Investigaciones Energticas, Medioambientales y Tecnolgicas (CIEMAT) y el centro Tecnolgico especializado en Energa Robotiker Energa; si bien participan un total de siete empresas privadas y seis centros de Investigacin de distinta naturaleza. El objetivo de este proyecto es incrementar la viabilidad de las aplicaciones elicas de pequea potencia a travs de la investigacin y desarrollo de los aerogeneradores de pequea potencia, para su optimizacin en trminos de fiabilidad, reduccin de emisiones de ruido y aumento de la energa capturada e innovacin, tanto en los distintos componentes que lo constituyen como en los nuevos desarrollos.

Asimismo, se pretende acometer la certificacin de todos los aerogeneradores comerciales de pequea potencia fabricados en Espaa, para avalar la calidad, fiabilidad y sobre todo la seguridad de sus diseos tanto en aplicaciones aisladas como conectadas a la red elctrica. Por ltimo se pretende desarrollar varios proyectos innovadores que sirvan de demostracin de este tipo de instalaciones, mostrando su gran utilidad para generacin de energa en lugares con viento moderado, como integraciones en los tejados de las viviendas o en polgonos industriales, desalacin o tratamientos de agua, aire acondicionado o sistemas de deteccin de incendios, entre otros.

Dentro de la Unin Europea, este proyecto es l ms ambicioso en investigacin y desarrollo en tecnologa elica de pequea potencia y uno de los mayores del mundo, tras algunos proyectos desarrollados en EE.UU. y Japn.

En la actualidad en Espaa hay tres fbricas de aerogeneradores de baja potencia, Bornay, Solener y Windeco (Tabla 3).

Finlandia

Aunque en este pas el desarrollo de turbinas elicas de baja potencia no es muy favorable, la empresa WIindside Oy es uno de los principales actores europeos en el mercado de la produccin de turbinas de baja potencia y de eje vertical. Adems, cabe destacar que Pem-Energy Oy ha lanzado a finales de 2007 una pequea turbina elica, MyPower, de 2 kW de potencia, lo que es suficiente para cubrir las necesidades de una pequea casa. Las palas tienen un dimetro de 3.5 m y puede ser fcilmente instalada en los tejados. Adems, si el espacio lo permite se pueden conectar varias unidades en serie.

Italia

En Italia, durante el ao 2006, los fabricantes de turbinas de baja potencia sufrieron un importante impulso, que se mantuvo durante el 2007, gracias a la nueva regulacin que se aprob para la electricidad y el gas. En esta regulacin se indica que el intercambio de energa entre la red y las plantas de energas renovables subir a una capacidad de 20 kW. Gracias a esta medida y a la reduccin a 50 MWh el umbral de la energa para obtener los certificados verdes, la industria de fabricacin de aerogeneradores de baja potencia espera importantes crecimientos



Entre los ltimos desarrollos cabe destacar la turbina elica, modelo JIMP20, diseada por Jonica Impianti, en 2006, para la produccin en serie. Una nueva compaa BluMiniPower ha entrado en el mercado con el modelo de aerogenerador de baja potencia, 20 kW, MaestraleForza 20, la turbina tiene un rotor de 8 m de dimetro con una velocidad de 12 m/s. Otras compaas, tambin recientes dentro de este sector, son el Grupo Tozzi y Cepa. En el caso del Grupo Tozzi cabe destacar, junto la Universidad de Trento y la Universidad Politcnica de Miln, el proyecto enfocado al diseo y construccin de dos tipos de turbinas: una de eje vertical con una potencia inferior a 3 kW, para ser usada en reas urbanas y otra de eje horizontal de hasta 80 kW para aplicaciones industriales, rurales, etc.

Cabe destacar, que en Italia la actividad dentro del desarrollo de las turbinas urbanas parece estar por encima del trmino medio. Hay varias empresas como Jonica Impianti o Ropatec (Tabla 3) que trabajan dentro de este campo.

Japn

En Japn, ltimamente la empresa Zephyr Corp. desarroll el modelo Z-1000 Airdolphin, de 1 kW. Este tipo de turbina elica est siendo demostrada en muchos lugares alrededor del mundo, tales como: Tarifa (Espaa), Soria (Espaa), Rimini (Italia) en el Reino Unido y en distintas ciudades de Japn. Esta empresa as como tambin Toshiba Engineering, Matsushita Ecology system, TORISHIMA Pump o Fuji Heavy Industries Ltd, son activos actores en el mercado dinmico de turbinas urbanas en Japn. En la Tabla 4 se recogen diferentes tipos de Turbinas Urbanas (< 100 kW) instaladas en Japn entre 1987 y 2002.

Tabla 4: Principales tipos de turbinas urbanas,



Portugal

En Portugal se estn realizando importantes avances en el uso de aerogeneradores de baja potencia. As, en Noviembre de 2007, se aprob un decreto ley para diferentes tecnologas de microgeneracin: elica, solar, hidrulica, cogeneracin de biomasa, etc. En este decreto se establece una tarifa nica de referencia de 650 /MWh, durante los 5 primeros aos de vida de la instalacin y para los primeros 10 MW que se instalen en el pas. Por cada 10 MW adicionales que se instalen la tarifa ir disminuyendo un 5 % y despus de los cinco primeros aos la instalacin percibir durante los prximos 10 aos, anualmente, la tarifa nica que corresponda a la del 1 de enero de ese ao, aplicable a las nuevas instalaciones que sean equivalentes. Despus de este perodo de 15 aos, las instalaciones pasarn al rgimen general. Cada tecnologa recibir un porcentaje de esta tarifa nica. En el caso de la energa mini elica, ser el 70 % de la misma, es decir 450 /kWh.

Dentro del campo de la investigacin cabe destacar el National Institute for Engineering Tecnology and Innovation I.P. (INETI). INETI est desarrollando turbinas de bajo coste para uso urbano. Es un proyecto Nacional, T.URBan, que est financiado por el Programa Nacional DEMTEC- Sistema de Incentivos a la Realizacin de Proyectos Piloto Relativos a Productos, Procesos y Sistemas Tecnolgicamente Innovadores. El proyecto se espera que

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Aerogeneradores Potencia Inferior a 100kw