Aplicaciones y Usos de La Energía Eólica

7/26/2019 Aplicaciones y Usos de La Energa Elica

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[AFO009178] Curso Prctico de Aplicaciones y Funcionamiento de la Energa Elica

[MOD008576] Aplicaciones y Funcionamiento de la Energa Elica

[UDI036076] Aplicaciones y usos de la energa elica

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1. Introduccin

Los aerogeneradores o generadores elicos tienen usos muy diversos y pueden satisfacer demandas

de pequea potencia (bombeo de agua, electrificacin rural, etc.) o agruparse y formar parques

elicos conectados a la red elctrica.


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rotor) deben ser acordes a las caractersticas de la bomba con la que trabajan. La eficiencia depende

de la correspondencia de la potencia con la carga.

Los componentes principales del sistema de bombeoelico son:

El rotor, al que va unida una veleta que a la vez sirve de timn para orientarlo segn la

direccin del viento.

La transmisin (muchos incluyen engranajes).

La torre.

La bomba. El tipo de bomba motor, en muchos casos, indica el modo de operacin del rotor y la

forma en que la potencia del eje rotor se transfiere a ella. Por supuesto, el tamao del sistema

depende de la carga dinmica y la cantidad de agua necesaria. ste que hemos visto

corresponde al sistema mecnico.

Existe otro sistema para el bombeo de agua que consiste en utilizar la potencia elica para

convertirla en potencia elctrica, se conoce como sistema elctrico. Con este sistema elctrico

puede bombear suficiente agua para poblaciones y/o sistemas de riego de pequea escala. En un

sistema elctrico el rotor activa un alternador a voltaje y frecuencia variable. Esta produccin setransfiere directamente a un motor elctrico en una bomba, centrfuga o de turbina. La tecnologa y

operacin de los sistemas mecnico y elctrico difieren en trminos del rotor y la bomba.

Al comparar ambos sistemas de bombeo, mecnicos y elctricos, los primeros resultan ser ms

baratos y pueden funcionar con velocidades del viento ms bajas; tambin su mantenimiento es ms

sencillo y barato. La ventaja de los sistemas elctricos es que no es necesario situarlos directamente

sobre el pozo, sino que puede hacerse en una zona de vientos ms fuerte.

2.1. Instalaciones tpicas de molinos para bombeo

Bsicamente pueden ser de tres tipos:

2.1.1. Instalacin tipo 1


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Este primer molino presenta una instalacin con bomba en el fondo de un pozo bombeando a un

tanque de almacenamiento ubicado a una determinada altura del suelo, menor que la de la torre.


Este tipo de instalacin se presenta en el siguiente esquema.

El segundo molino tambin tiene la bomba en el fondo del pozo y bombea a un tanque que est

ubicado a una determinada altura mayor a la de la torre. Esto implica que necesariamente el vstago

de la bomba debe llevar un prensaestopas arriba de la tubera de descarga.


Este tipo de instalacin se presenta en el siguiente esquema.


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Es un molino con la bomba en la superficie, que bombea lateralmente desde un pozo y que tiene un

tanque a ras de suelo. Algunas veces se conoce este ltimo como bombeo remotoy es especialmente

utilizado para bombear desde ros o lagos.

Con el fin de establecer la cantidad de material, el tipo de equipo a utilizar, el personal requerido,

etc. es conveniente hacer una evaluacin sobre:

La distancia y diferencia de altura al tanque de almacenamiento o a las bateras.

La disposicin de la instalacin y su operacin futura, para evitar instalaciones complejas y con

muchos accesorios, por sitios de difcil acceso o con muchas obstrucciones para el viento

(rboles, casas, etc.).

El tipo de suelo y la facilidad para ejecutar la obra civil de cimentacin.

La necesidad de realizar un brocal o revestimiento del pozo o una caseta para las bateras y el

sistema de control.

Disposicin de la tubera o lnea de salida y elementos elctricos.

Facilidad de vas de acceso.

Presupuesto y tiempo disponible para la obra total.


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3. Produccin de electricidad

Para la produccin de electricidad se distinguen dos casos:

Los sistemas elctricos aislados.

Los sistemas elctricos conectados a una red.

3.1. Sistemas elctricos aislados

En estos casos la forma tradicional de obtener energa ha sido por medio de generadores de disel,

que se conectaban durante cortos periodos de tiempo, por ejemplo, para obtener iluminacin

nocturna.

Una alternativa a los generadores disel pueden ser las pequeas instalaciones elicas generadoras

de electricidad. Se trata de instalaciones de menos de 10 20 KW, donde muchas veces son la

fuente de electricidad ms econmica, cuando el recurso elico es apropiado y su instalacin y

mantenimiento es simple y barata.

Estas instalaciones cuentan con un pequeo aerogenerador, un sistema de bateras en el que

almacenar la energa producida para dar servicio cuando se requiera, y un regulador o inversor que

controla la carga y descarga de las bateras.


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Otras aplicaciones en la que sta puede ser una fuente de energa apropiada son:

Alimentacin de sistemas de telecomunicacin (antenas de telefona mvil, repetidores de radio

y televisin, etc.).

Sistemas de bombeo y drenaje en reas de cultivo.

Alumbrado pblico de carreteras, viaductos, tneles, faros, plataformas, etc.

Cuando varios usuarios prximos entre s recurren a este sistema puede resultarles ms ventajoso

instalar un sistema elico centralizado, que ofrece ventajas desde el punto de vista tcnico y

econmico. Un sistema elico centralizado cubre la demanda energtica de una comunidad,

produciendo, almacenando y transformando la electricidad en un sistema elico central; electricidadque luego se distribuye por medio de lneas elctricas a cada uno de ellos.

Frecuentemente, y dado que el recurso elico es algo fluctuante, se recurre a instalaciones con ms

de una fuente de generacin de energa para asegurar el suministro elctrico. Es frecuente usar los

generadores elicos en combinacin con generadores disel o con sistemas fotovoltaicos, formando

un sistema hbrido; teniendo en comn ambos sistemas el sistema de almacenamiento de la energa

(bateras).


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Hasta ahora nos hemos referido a los sistemas elicos aislados pero puede ser que haya titulares de

instalaciones elicas que, adems, estn conectadas a una red general de suministro elctrico,

siendo sta la red de reserva para cuando su red elica no los provea de electricidad.

En estos casos lo que sucede es que ellos consumen la energa que produce su red, y en caso de que

haya excedentes esta energa sobrante se vierte en la red elctrica.

Cuando ellos no producen les suministra la compaa distribuidora de electricidad, obteniendo un

ahorro en la factura de energa elctrica igual al contravalor del consumo evitado.

3.2. Sistemas elctricos conectados a la red


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Actualmente, la aplicacin ms conocida de los aerogeneradores es la produccin de electricidad a

gran escala mediante su agrupacin en los llamados parques elicos. Los parques elicos

corresponden a zonas rurales o marinas en las que se instalan un nmero elevado de turbinas

(pueden llegar a ser decenas o centenares). El nmero de aerogeneradores depende

fundamentalmente de la superficie disponible y de las caractersticas del viento en el

emplazamiento, aunque siempre se sitan en lugares donde las condiciones del viento son muy

favorables. Se trata de aerogeneradores de gran potencia (250 W en adelante) que se conectan

directamente a la red elctrica existente.

En el siguiente cuadro se muestran las aplicaciones ms usuales de los molinos de viento.

APLICACIONES MS USUALES DE LOS MOLINOS DE VIENTO

OBJETIVO CATEGORA TIPO DE ROTOR APLICACIN

Generacin deenerga elctrica

Sistemas aislados oremotos

- Horizontal bipala otripala rpidos

- Radioenlaces- Comunicaciones- Iluminacin-Seguridad

Sistemas hbridos diselelicos

- Vertical Darrieus- Horizontal 1 a 3palas, rpidos

- Abastecimiento elctrico decomunidades a industriasaisladas

Sistemas conectados alas redes elctricas

- Vertical Darrieus- Horizontal 1 a 3palas, rpidos

- Abastecimiento elctrico deredes de distribucin

Obtencin deenerga mecnica

Sistemas aislados oremotos

- Horizontalmultipala- Vertical Savonius- Horizontal 1 a 3paras, rpidos

- Bombeo de agua- Molienda- Etctera


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4. Pilas de combustible. Hidrgeno verde

El hidrgeno, la sustancia ms abundante en la naturaleza, que almacena la mayor cantidad de

energa por unidad de peso, puede ser el combustible que destrone al petrleo pero tiene un

inconveniente: no se encuentra libre.

Para obtenerlo se requiere gran cantidad de energa. La energa elica ya ha demostrado que puede

generar tanta electricidad como se quiera, y sin contaminar, pero tiene tambin un inconveniente:

como depende del viento no siempre produce la energa cuando se necesita. Ahora bien, por qu no

juntar estos dos elementos? Los expertos estn de acuerdo en que la combinacin del hidrgeno con

las energas renovables puede representar la revolucin energtica del siglo XXI: el hidrgeno

verde.

En el caso de la elica cuando haya viento se podra utilizar la electricidad generada por los

aerogeneradores para extraer hidrgeno del agua mediante un proceso de electrlisis. Esto tendra

una gran ventaja y es que se podra almacenar para utilizarlo como combustible cuando no hubiese

viento y los aerogeneradores estuvieran parados. Adems, la pila de combustible permite utilizar el

hidrgeno para transformarlo en electricidad, y con ella mover un coche o calentar e iluminar un

hogar. Sin embargo, en todo este proceso se ocasionan muchas prdidas:

La eficiencia termodinmica de la conversin de electricidad a hidrgeno mediante un

electrolizador supera levemente el 50%.

Producir hidrgeno a partir de agua (o de hidrocarburos) precisa de un aporte energtico

superior a la energa que queda almacenada en el hidrgeno.

Adems, hay que comprimirlo, almacenarlo, transportarlo y distribuirlo para volver a utilizarlo,

ya sea mediante combustin limpia o generacin elctrica con una pila de combustible.

En este ltimo caso, la eficiencia de conversin final puede incrementarse notablemente (hasta

conseguir un 85%) si la pila forma parte de un sistema que combine eficazmente la produccin

conjunta de electricidad y calor til (cogeneracin) e incluso refrigeracin (trigeneracin).

Vemos pues que el hidrgeno se comporta como un vector, no es una fuente de energasino un

portador de la energa primaria contenida en el viento, y no parece lgico pensar que, hoy por hoy,


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para su obtencin a gran escala se vaya a emplear la electricidad proveniente de la red por su alto

coste de oportunidad, habiendo mtodos como el reformado del gas natural que cuesta menos de la

mitad que el procedimiento electroltico, aunque emitiendo dixido de carbono.

Aunque de momento se trata de hiptesis de futuro son muchas las empresas y los centros de

investigacin que tratan de poner a punto la pila de combustible y la tecnologa necesaria para la

obtencin del hidrgeno a partir de energas limpias, como la elica. Una posibilidad sera utilizar

instalaciones elicas marinas para la generacin in situdel hidrgeno a partir del propio agua de

mar (la salinidad mejora el proceso). De este modo se solucionaran los problemas de

infraestructuras elctricas de los parques marinos, pues en lugar de transportar la energa

producida por los aerogeneradores a travs de impactantes redes elctricas se podra trasladar

almacenada en barcos una vez haya sido transformada en hidrgeno. O a travs de las actuales

redes de gasoductos, si se colocan los parques elicos junto a estas infraestructuras.

4.1. El hidrgeno en automocin

Lo anterior nos lleva ineludiblemente a la necesidad de desarrollar la produccin de hidrgeno con

elica marina, y dirigir ste bien a la generacin de electricidad en punta o bien a la automocin con

pilas de combustible.

El transporte es uno de los mayores focos de emisiones de CO2. En la actualidad abusamos del

automvil que, exceptuando algunos modelos, tiene un bajo rendimiento energtico y, por lo tanto,

sus emisiones de dixido de carbono son elevadas respecto a la funcin que realiza.

Esta va de aplicacin de la elica marina podra reducir una parte significativa de nuestro exceso en

emisiones de CO2.


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5. Desalinizacin

El debate poltico en torno a la escasez de agua en Espaa ha espoleado la investigacin para el

desarrollo de otra posible aplicacin de la energa elica: la desalinizacin.

En el proceso de salinizacin, gracias a la energa elica, deben tenerse en cuenta unos gastos que

se consideran asociados al propio proceso de produccin. De esta manera se deben tener en

cuentas: los costes elctricos, los costes de mantenimiento y la amortizacin de la planta.

Mediante la aplicacin del sistema de smosis inversa, en la actualidad, se puede desalar agua de

mar con precios cercanos a los 60 cntimos de euro el metro cbico; sin embargo, las

desalinizadoras no han resuelto todava la cuestin del consumo elctrico. Aqu se tienen en cuenta

todos los costes asociados a la produccin: elctricos, mantenimiento (sustitucin regular de

membranas, productos qumicos, gestin, operacin, autoconsumo de la planta, etc.) y por supuesto

la amortizacin de la planta.

Hoy en da, las mejores plantas necesitan un mnimo de 4 kWh para desalar cada metro cbico, una

cantidad mucho menor que hace unos aos, pero todava demasiado alta en trminos de

contaminacin y en emisiones de CO2 para un uso masivo de esta tecnologa si la electricidadprocede de plantas de combustin convencionales. La llave para solucionar este problema y, por

tanto, buena parte tambin del de la escasez de agua, puede estar de nuevo en las energas

renovables y, en concreto, la elica, pues la cantidad de electricidad consumida por estas

instalaciones quedara en un segundo plano si esta fuese generada de una forma limpia.

El consumo medio aproximado sera de unos 4 kWh (variando en funcin de la temperatura del agua

de mar, 2 C de diferencia supone una variacin importante del rendimiento) por cada metro cbicodesalado, puesto en el depsito de almacenamiento a la altitud sobre el nivel del mar de la

desalinizadora (en la costa, las que estn en el mar) mediante la mejor tecnologa disponible (con

recuperacin energtica).

El pretratamiento de las aguas que hay que realizar antes del proceso de smosis inversa consume

del orden de 0,5 kWh/m3, porque no slo se trata el agua que va a ser desalada, sino mucha ms

para evitar el ensuciamiento en las membranas y facilitar la sedimentacin de las impurezas en ellecho marino antes de llegar al depsito de entrada. No hay que olvidar que luego habra que sumar


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el consumo energtico para bombear el agua hasta el punto de suministro.

Aunque las desalinizadoras deben estar junto a la costa y cerca de los puntos de consumo para ser

viables econmicamente, en general las zonas del pas donde suelen instalarse no tienen un elevado

potencial elico, excepto en el litoral canario y el sur peninsular. Otra cuestin son los requisitos del

suministro elctrico para una desalinizadora por smosis inversa, pues estas instalaciones requieren

mucha energa y que sta sea constante, para hacer pasar el agua de mar a alta presin (unas 70

atmsferas) por las membranas que filtran el lquido. Y la constancia no es una de las virtudes de

la energa elica. Los ingenieros han recogido el guante y son ya varios los proyectos dados a

conocer que logran unir estas dos tecnologas.

Unos combinan la energa elica con los combustibles fsiles, de forma que se vayan alternando

segn haya o no viento; otros proponen utilizar los aerogeneradores para bombear agua y

almacenarla en altura, de manera que luego pueda aprovecharse en un salto hidrulico para generar

electricidad de forma constante, como en la proyectada central hidroelica de la isla de El Hierro;

por ltimo, tambin se ha planteado desalar el agua directamente en instalaciones mar adentro, con

aerogeneradores que bombeen agua de mar a presin. Este sistema resolvera adems la cuestin

del impacto ambiental causado en las costas por el vertido hipersalino (salmuera) generado en la

desalacin.


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Recuerda

Los aerogeneradores o generadores elicos tienen usos muy diversos y pueden satisfacer

demandas de pequea potencia (bombeo de agua, electrificacin rural, etc.) o agruparse yformar parques elicos conectados a la red elctrica.

Bombeo de agua. Se trata de una de las primeras aplicaciones de la energa elica, y sin duda

la ms conocida. Para esta aplicacin, son especialmente adecuadas las turbinas de baja

potencia.

Produccin de electricidad. Para la produccin de la electricidad se distinguen dos casos: el de

los sistemas elctricos aislados y el de los sistemas elctricos conectados a una red.

Produccin de hidrgeno. Se puede utilizar la electricidad generada por los aerogeneradores

para extraer hidrgeno del agua mediante un proceso de electrlisis.

Desalinizacin. Mediante la aplicacin del sistema de smosis inversa se puede, actualmente,

desalar agua de mar.

Los sistemas elctricos aislados. Se trata de instalaciones de menos de 10 20 KW que

cuentan con un pequeo aerogenerador, un sistema de bateras en el que almacenar la energa

producida para dar servicio cuando se requiera y un regulador o inversor que controla la carga

y descarga de las bateras.

Los sistemas elctricos conectados a una red. Se trata de sistemas de produccin de

electricidad a gran escala, mediante su agrupacin en los llamados parques elicos.


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Autoevaluacin

1. Indica si es verdadero o falso el siguiente enunciado: Para el bombeo de agua

son especialmente adecuadas las turbinas de alta potencia.

Verdadero.

Falso.

2. En el proceso de salinizacin, gracias a la energa elica, se tienen en cuentaunos gastos asociados. Cules son? (Respuesta mltiple)

Costes de mantenimiento.

Amortizacin de la planta.

Costes de seguridad.

3. Mediante qu proceso se puede obtener el hidrgeno que se encuentra en lanaturaleza?

La electrlisis.

La sntesis.

La mecanlisis.

4. Cules son algunos de los componentes del sistema de bombeo elico?(Respuesta mltiple)


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Las uniones.

El rotor.

La torre.

5. Qu caso o casos se distinguen para la produccin de electricidad?(Respuesta mltiple)

Los sistemas elctricos conectados a una red.

Los sistemas elctricos aislados.

Los sistemas elctricos conjuntos.

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