Diapositiva 1

ENERGIA ELICARECORDANDOEnergas no renovables: carbn, petrleo, gas natural

Energas renovables: elica, solar, hidrulica, biomasa, mareomotriz, energa de las olas, geotrmica

BREVE RETROSPECTIVA DE LA ENERGA ELICALos primeros mecanismos impulsados por el viento fueron molinos de eje vertical, usados para bombeo de agua en China. Los de eje horizontal surgieron en el rea de la antigua Persia; por ejemplo, el molino tipo mediterrneo, con su caracterstico rotor a vela, el cual se utiliz para moler granos y bombear agua en todos los territorios de influencia islmica.

La fuerza del viento se ha aprovechado durante muchos siglos. Su primera y ms sencilla aplicacin, desde hace ms de 500 aos, hecha por los egipcios, fue el uso de las velas en la navegacin.

3DEFINICIN DE ENERGA ELICALa energa elica es una forma indirecta de la energa solar ya que se produce como consecuencia de la energa cintica del viento y ste es efecto de las diferencias de temperatura y presin de la atmsfera, originadas por la radiacin del sol.

ORIGEN DEL VIENTOLa energa elica tiene su origen en la solar, ms especficamente en el calentamiento diferencial de masas de aire por el Sol, ya sea por diferencias de latitud (vientos globales) o el terreno (mar-tierra o vientos locales). Las diferencias de radiacin entre distintos puntos de la Tierra generan diversas reas trmicas y los desequilibrios de temperatura provocan cambios de densidad en las masas de aire que se traducen en variaciones de presin.De la energa solar que llega a la Tierra por radiacin (unos 1.018 kWh por ao), slo alrededor del 0,25% se convierte en corrientes de aire. Esta cantidad es todava 25 veces mayor al consumo energtico total mundial.

De los sistemas de vientos globales, uno de los ms importantes es el de los alisios, el cual tiene su origen en el mayor calentamiento de la regin ecuatorial. En general, este sistema es activo entre las latitudes de 30 grados norte y sur, por lo que es de alta relevancia para la regin de Amrica Central.

5ESTIMACIN DEL RECURSO Hay tres componentes del viento que determinan la potencia disponible de un sistema de conversin de energa elica:Velocidad del viento: es un parmetro crtico porque la potencia vara segn el cubo de la velocidad del viento, o sea, una o dos veces ms alta significa ocho veces ms de potencia. Adems, la velocidad vara directamente con la altitud sobre el suelo, por la friccin causada por montaas, rboles, edificios y otros objetos. Las turbinas elicas requieren una velocidad de viento mnima para empezar a generar energa: para pequeas turbinas, este es, aproximadamente, de 3,5 metros por segundo (m/s); para turbinas grandes, 6m/s, como mnimo.Caractersticas del viento (turbulencia): mientras que los modelos de viento globales ponen el aire en movimiento y determinan, a grandes rasgos, el recurso del viento en una regin, rasgos topogrficos locales, que incluyen formaciones geogrficas, flora y estructuras artificiales, pueden mostrar la diferencia entre un recurso elico utilizable y uno que no lo es.Densidad del aire: temperaturas bajas producen una densidad del aire ms alta. Mayor densidad significa ms fluidez de las molculas en un volumen de aire dado y ms fluidez de las molculas encima de una pala de la turbina produce un rendimiento ms alto de la potencia, para una velocidad del viento dada.

El anlisis requerido depende directamente de la aplicacin y la escala prevista; naturalmente, un proyecto a gran escala conectado a la red requiere de un estudio ms profundo que un pequeo sistema aislado. El mtodo ms exacto (aunque ms costoso) para conocer el potencial de produccin de energa del viento, es la instalacin de uno o ms anemmetros, los cuales, peridicamente, generan datos de lavelocidad y la direccin del viento en forma electrnica. Estos datos se analizan detalladamente en relacin con las caractersticas del terreno y las mediciones de estaciones meteorolgicas cercanas, con el fin de estimar la produccin potencial de energa a largo plazo y durante diferentes pocas del ao. Informacin meteorolgica de sitios aledaos puede apoyar el anlisis del potencial elico; sin embargo, este tipo de informacin generalmente tiende a subestimarel recurso elico.

6DISTRIBUCIN WEIBULLLa variacin del viento en un emplazamiento tpico suele describirse utilizando la llamada Distribucin de Weibull.La distribucin de las velocidades del viento es sesgada, es decir, no es simtrica.En el ejemplo abajo, el punto en el que todo el montn se equilibrar exactamente ser en el sptimo montn, con lo que la velocidad media del viento ser de 7 m/s.

EL FRENADO IDEAL DEL VIENTOCuanto mayor sea la energa cintica que un aerogenerador extraiga del viento, mayor ser la ralentizacin que sufrir el viento que deja el aerogenerador.Si intentamos extraer toda la energa del viento, el aire saldra con una velocidad nula, es decir, el aire no podra abandonar la turbina. En ese caso no se extraera ninguna energa en absoluto, ya que obviamente tambin se impedira la entrada de aire al rotor del aerogenerador. En este caso tampoco habramos extrado ninguna energa del viento.As pues, podemos asumir que debe haber alguna forma de frenar el viento que est entremedio de estos dos extremos, y que sea ms eficiente en la conversin de la energa del viento en energa mecnica til. Resulta que hay una respuesta a esto sorprendentemente simple: un aerogenerador ideal ralentizara el viento hasta 2/3 de su velocidad inicial.

Para entender el porqu, tendremos que usar la ley fsica fundamental para la aerodinmica de los aerogeneradores.8LA LEY DE BETZLa ley de Betz dice que slo puede convertirse menos de 16/27 (el 59 %) de la energa cintica en energa mecnica usando un aerogenerador.La ley de Betz fue formulada por primera vez por el fsico alemn Albert Betz en 1919. Su libro "Wind-Energie", publicado en 1926, proporciona buena parte del conocimiento que en ese momento se tena sobre energa elica y aerogeneradores.

9POTENCIA DEL VENTOAhora ya sabemos que el potencial de energa por segundo (la potencia) vara proporcionalmente al cubo de la velocidad del viento (la tercera potencia), y proporcionalmente a la densidad del aire (su peso por unidad de volumen).Ahora podemos combinar todo lo que hemos aprendido hasta el momento: si multiplicamos la potencia de cada velocidad del viento con la probabilidad de cada velocidad del viento de la grfica de Weibull, habremos calculado la distribucin de energa elica a diferentes velocidades del viento = la densidad de potencia. Ahora veremos los tipos de generadores10CONTROL DE POTENCIALos aerogeneradores estn diseados para producir energa elctrica de la forma ms barata posible. As pues, estn generalmente diseados para rendir al mximo a velocidades alrededor de 15 m/s. Es mejor no disear aerogeneradores que maximicen su rendimiento a vientos ms fuertes, ya que los vientos tan fuertes no son comunes.En el caso de vientos ms fuertes es necesario gastar parte del exceso de la energa del viento para evitar daos en el aerogenerador. En consecuencia, todos los aerogeneradores estn diseados con algn tipo de control de potencia. Hay tres formas de hacerlo con seguridad en los modernos aerogeneradores.: Aerogeneradores de regulacin por cambio del ngulo de paso Aerogeneradores de regulacin por prdida aerodinmica Aerogeneradores de regulacin activa por prdida aerodinmica

TIPOS DE AEROGENERADORESPOR EL TIPO DE EJE:

Eje Vertical. Tambin conocidos como VAWT, que proviene de las siglas en ingles: (vertical axis wind turbines), su principal caracterstica es que el eje de rotacin se encuentra en posicin perpendicular al suelo y a la direccin del viento. Su principal ventaja es la eliminacin de los complejos mecanismos de direccionamiento y las fuerzas a las que se someten las palas ante los cambios de orientacin del rotor, y no tienen que desconectarse con velocidades altas de viento. En cambio como desventaja presenta una capacidad pequea de generar energa.

Eje Horizontal. Tambin conocidos como HAWT, que proviene de las siglas en ingles (horizontal axis wind turbines), Son los ms habituales y en ellos se ha centrado el mayor esfuerzo de diseo e investigacin en los ltimos aos. Su caracterstica principal es que el eje de rotacin se encuentra paralelo al suelo y a la direccin del viento. Su principal ventaja es, que al estar a una altura de entre 40 y 60 metros del suelo, aprovecha mejor las corrientes de aire, y todos los mecanismos para convertir la energa cintica del viento en otro tipo de energa estn ubicados en la torre y la gndola, adems de tener una eficacia muy alta. Como desventaja tenemos el transporte por sus grandes dimensiones (torres de 60 metros y palas de 40 metros), la fuerza que tiene que resistir las palas y en velocidades altas de viento, ms de 100 Km/h deben de ser parados para evitar daos estructurales.

TIPOS DE AEROGENERADORESPOR LA ORIENTACIN CON RESPECTO AL VIENTO:

A barlovento. Tambin denominado a proa. La mayora de los aerogeneradores tienen este tipo de diseo. Consiste en colocar el rotor de cara al viento, siendo la principal ventaja el evitar el abrigo del viento tras la torre. Como desventaja diremos que necesita mecanismo de orientacin del rotor, y que est situado a cierta distancia de la torre.

A sotavento. Tambin denominado a popa. Como ventaja presenta que el rotor puede ser ms flexible, y que no necesita mecanismo de orientacin. Su principal inconveniente es la fluctuacin de la potencia elica, debido al paso del rotor por el abrigo de la torre, por lo que crea ms cargas de fatiga en la turbina que con el diseo anterior (Barlovento).TIPOS DE AEROGENERADORESPOR EL NMERO DE PALAS:

De una pala. Al tener una sola pala necesitan de un contrapeso. Su velocidad de giro es muy elevada, lo que supone un inconveniente ya que introduce en el eje unos esfuerzos muy variables, lo que supone un acortamiento de la vida de la instalacin.De dos palas. Los diseos de bipalas tienen la ventaja de ahorro en cuanto a coste y peso, pero por el contrario necesitan una velocidad de giro ms alta para producir la misma cantidad de energa.De tres palas. La mayora de los aerogeneradores de hoy da son tripala, con el otor a barlovento, usando motores elctricos para sus mecanismos de orientacin. El motivo es la friccin con el aire, con tres palas es un 4% ms rendible que con dos y con 2 palas es un 10% ms rendible que con una.Multipala. Tambin conocido como el modelo americano, contiene multitud de palas, y sobre todo es utilizado para la extraccin de agua en pozos.

TIPOS DE AEROGENERADORESPOR LA ADECUACIN DE LA ORIENTACIN DEL EQUIPO Y A LA DIRECCIN DEL VIENTO EN CADA MOMENTO

Mediante conicidad. Mediante un motor elctrico y una serie de engranajes permiten el giro de todo el sistema, dejando perfectamente orientado el aerogenerador a la direccin del viento.Mediante una veleta. Se emplea en equipos pequeos y de tamao no muy grande, siendo el mtodo ms sencillo para orientar los aerogeneradores.Mediante molinos auxiliares. Sistema no demasiado utilizado, y que consiste en instalar a ambos lados de la gndola dos rotores, los cuales son movidos por la propia fuerza del viento.TIPOS DE AEROGENERADORESPOR EL CONTROL DE POTENCIA: Sistemas de paso variable. Consiste en que las palas varan su ngulo de incidencia con respecto al viento. De esta forma cuando la potencia del viento es excesiva, se disminuye la resistencia de las palas con respecto al viento, evitando posibles daos estructurales. El mecanismo que rige este sistema funciona de forma hidrulica.Diseo de las palas. Tambin conocido como diseo de regulacin por prdidas aerodinmicas. En este diseo la pala est ligeramente curvada a lo largo de su eje longitudinal, de esta forma la pala pierde la sustentacin de forma paulatina y gradual, en vez de hacerlo bruscamente, cuando la velocidad del viento alcanza valores crticos. Los diseos de bipalas tienen la ventaja de ahorro en cuanto a coste y peso, pero por el contrario necesitan una velocidad de giro ms alta para producir la misma cantidad de energa.Regulacin activa por perdida aerodinmica. En este caso se aumenta el ngulo de paso de las palas para llevarlas hasta una posicin de mayor prdida de sustentacin, y poder consumir de esta forma el exceso de energa del viento. Sus principales ventajas son que la produccin de potencia pude ser controlada de forma ms exacta que con la regulacin pasiva, y que puede funcionar a la potencia nominal con casi todas las velocidades de viento.

PARTES DE UN AEROGENERADORLa gndola. Contiene los componentes clave del aerogenerador, incluyendo el multiplicador y el generador elctrico. El personal de servicio puede entrar en la gndola desde la torre de la turbina.Las palas del rotor. Capturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje. En un aerogenerador moderno de 1500 kw cada pala mide alrededor de 40 metros de longitud y su diseo es muy parecido al del ala de un avin.El buje. El buje del rotor est acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador.El eje de baja velocidad. Conecta el buje del rotor al multiplicador. En un aerogenerador moderno de 1500 Kw el rotor gira muy lento, a unas 20 a 35 revoluciones por minuto (r.p.m.) El eje contiene conductos del sistema hidralico para permitir el funcionamiento de los frenos aerodinmicos.El multiplicador. Tiene a su izquierda el eje de baja velocidad. Permite que el eje de alta velocidad que est a su derecha gire 50 veces ms rpido que el eje de baja velocidad. El eje de alta velocidad gira aproximadamente a 1.500 r.p.m. lo que permite el funcionamiento del generador elctrico. Est equipado con un freno de disco mecnico de emergencia. El freno mecnico se utiliza en caso de fallo del freno aerodinmico, o durante las labores de mantenimiento de la turbina.El generador elctrico. Suele ser un generador asncrono o de induccin. En los aerogeneradores modernos la potencia mxima suele estar entre 500 y 2.000 KW.

PARTES DE UN AEROGENERADOREl controlador electrnico. Es un ordenador que continuamente monitoriza las condiciones del aerogenerador y que controla el mecanismo de orientacin. En caso de cualquier disfuncin automticamente para el aerogenerador y llama al ordenador del operario encargado de la turbina a travs de un enlace telefnico mediante mdem.La unidad de refrigeracin. Contiene un ventilador elctrico utilizado para enfriar el generador elctrico. Adems contiene una unidad refrigerante por aceite empleada para enfriar el aceite del multiplicador. Algunas turbinas tienen generadores refrigerados por agua.La torre. Soporta la gndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta, dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Una turbina moderna de 1.500 kw tendr una torre de unos 60 metros Las torres pueden ser bien torres tubulares o torres de celosa. Las torres tubulares son ms seguras para el personal de mantenimiento de las turbinas ya que pueden usar una escalera interior para acceder a la parte superior de la turbina. La principal ventaja de las torres de celosa es que son ms baratas. El mecanismo de orientacin est activado por el controlador electrnico, que vigila la direccin del viento utilizando la veleta.El anemmetro y la veleta. Las seales electrnicas del anemmetro son utilizadas por el controlador electrnico del aerogenerador para conectarlo cuando el viento alcanza aproximadamente 5 m/s.EL AEROGENERADOR

ELEMENTOS QUE COMPONEN UN PARQUE ELICOAerogeneradoresSubestacin transformadoraCanalizaciones elctricas que unen los aerogeneradores y la subestacinLnea elctrica de evacuacinVial de acceso y viales internos del parquePlataforma de montajeVENTAJAS DEL USO DEL VIENTOQue el viento es inagotable.Que no contamina el medio ambiente.Que el coste y mantenimiento de los parques elicos es bajo.No produce ningn tipo de alteracin sobre los acuferos.No genera gases txicos, no contribuye al efecto invernadero ni destruye la capa de ozono y tampoco crea lluvia cida.

INCONVENIENTES DEL USO DEL VIENTOQue es una fuente de energa irregular, ya que no siempre hay viento y no en todas las zonas sopla lo suficiente como para poder montar un parque elico.Los aerogeneradores son un peligro para las aves.Los aerogeneradores son ruidosos.Debido a las caractersticas de su emplazamiento, produce un impacto visual inevitable sobre el paisaje.Se necesita fabricar maquinas grandes y caras.

PRINCIPALES APLICACIONESAplicaciones mecnicas, por ejemplo bombeo de agua y molino de granos.Generacin elctrica en sistemas aislados, para usos productivos y viviendas rurales en reas remotas.Generacin elctrica a gran escala conectada al sistema nacional interconectado.

SITUACIN EN ESPAAActualmente la energa elica es la energa renovable con mayor crecimiento y representa ya una parte importante de la produccin elctrica. Espaa es el 3 mayor productor de energa elica del mundo, con unas instalaciones que alcanzan los 15.000 MW de potencia y que cubren el 10% de la demanda, slo superados por los 22.200 MW instalados en Alemania, y de los 16.800 MW que se producen en Estados Unidos.