Generadores eólicos

¿ Que es la energía eólica ?

La energía eólica es la energía cuyo origen proviene del movimiento de masa de aire3 es decir del viento.

En la tierra el movimiento de las masas de aire se deben principalmente a la diferencia de presiones existentes en distintos lugares de esta,

moviéndose de alta a baja presión, este tipo de viento se llama viento geoestrofico.

Para la generación de energía eléctrica a partir de la energía del viento a nosotros nos interesa mucho mas el origen de los vientos en zonas mas especificas del planeta, estos vientos son los llamados vientos locales,

entre estos están las brisas marinas que son debida a la diferencia de temperatura entre el mar y la tierra , también están los llamados vientos

de montaña que se producen por el calentamiento de las montañas y esto afecta en la densidad del aire y hace que el viento suba por la ladera de la

montaña o baje por esta dependiendo si es de noche o de día

¿Cuál es su funcionamiento?

Un generador es una máquina eléctrica rotativa que transforma energía mecánica en energía eléctrica. Lo consigue gracias a la interacción de los dos elementos principales que lo componen: la parte móvil llamada rotor, y la parte estática que se denomina estator.

Cuando un generador eléctrico está en funcionamiento, una de las dos partes genera un flujo magnético (actúa como  inductor) para que el otro lo transforme en electricidad (actúa como inducido).

Los generadores eléctricos se diferencian según el tipo de corriente que producen. Así, nos encontramos con dos grandes grupos de máquinas eléctricas rotativas: los alternadores y las dinamos.

Los alternadores generan electricidad en corriente alterna. El elemento inductor es el rotor y el inducido el estator. Un ejemplo son los generadores de las centrales eléctricas, las cuales transforman la energía mecánica en eléctrica alterna.

Las dinamos generan electricidad en corriente continua. El elemento inductor es el estator y el inducido el rotor. Un ejemplo lo encontraríamos en la luz que tiene una bicicleta, la cual funciona a través del pedaleo.

Maquinas eléctricas rotativas: generadores

Llamamos máquinas eléctricas a los dispositivos capaces de transformar energía eléctrica en cualquier otra forma de energía. Las máquinas

eléctricas se pueden dividir en:

Máquinas eléctricas rotativas, que están compuestas de partes giratorias, como las dinamos, alternadores y motores.

Máquinas eléctricas estáticas, que no disponen de partes móviles, como los transformadores.

Vamos a fijarnos en el grupo de las máquinas rotativas, que lo constituyen los motores y los generadores. Las máquinas eléctricas rotativas son

reversibles, yq que pueden trabajar de dos maneras diferentes:

Como motor eléctrico: Convierte la energía eléctrica en mecánica.

Como generador eléctrico: Convierte la energía mecánica en eléctrica.

Todas las máquinas rotativas están formada por una parte fija llamada estator, tiene forma cilíndrica, y otra móvil llamada rotor.   El rotor se monta en un eje que

descansa en dos rodamientos o cojinetes. El espacio de aire que separa el estator del rotor, necesario para que pueda girar la máquina se denomina entrehierro.

Normalmente tanto en el estator como en el rotor existen devanados hechos con conductores de cobre por los que circulan corrientes suministradas o cedidas a un

circuito exterior que constituye el sistema eléctrico. Uno de los devanados crea un flujo en el entrehierro y se denomina inductor. El otro devanado recibe el flujo del

primero y se denomina inducido. De igual manera, se podría situar el inductor en el estátor y el inducido en el rotor o viceversa.

Caja de cambio

La función de la caja de cambios es adecuar la velocidad de giro del eje principal a la que necesita el generador. Por

ejemplo en una turbina de 1 MW que tenga un rotor de 52 metros de diámetro girará aproximadamente a 20

revoluciones por minuto (rpm) mientras que el generador lo hará a 1500 rpm. La relación de la caja de cambios será de

1500/20= 75.

Generadores

Actualmente hay tres tipos de turbinas, que varían únicamente en el comportamiento que tiene el generador cuando el molino se

encuentra en condiciones por encima de las nominales para evitar sobrecargas. Casi todas las turbinas utilizan uno de los 3 sistemas

mencionados a continuación:

Generador de inducción de jaula de ardilla

Generador de inducción bifásico

Generador síncrono

Un generador asíncrono como por ejemplo el de jaula de ardilla es el que se empezó a utilizar en las primeras turbinas eólicas. Debido a la gran diferencia

de giro entre el eje del molino y el generador se necesita una caja de cambios. El devanado del estator se encuentra conectado a la red. Se llaman turbinas de viento de velocidad constante, aunque el generador de inducción

de jaula de ardilla permita pequeñas variaciones en la velocidad del rotor (aproximadamente el 1 %) también llamado deslizamiento. Un generador de

jaula de ardilla consume la potencia reactiva de la red. Esto no es algo deseable, sobre todo en una red débil. Por esta razón, se acoplan

condensadores al generador.

Los otros dos sistemas de generación permiten un factor de multiplicidad de 2 entre la velocidad mínima y máxima del rotor. Al existir estas variaciones en

los niveles de velocidad de giro, existe un desacoplamiento entre la frecuencia de red y la frecuencia del rotor. Para igualar ambas frecuencias se

necesita electrónica de potencia.

En los generadores de inducción doble-alimentados se utiliza un primer concepto de velocidad variable. A través de la electrónica de potencia, se

inyecta una corriente en el devanado del rotor del generador. El devanado del estator del generador está conectado directamente a la red. La frecuencia de la corriente inyectada en el devanado del rotor es variable, por ello quedan

desacopladas la frecuencia eléctricas y mecánicas. Al hacerse esto, se permite el funcionamiento con velocidades variables. Una caja de cambio

adapta las diferentes velocidades del rotor y el generador.

Los generadores sincrónicos usan un segundo concepto de velocidad variable. Estas turbinas no tienen un caja de cambio. El generador y

la red quedan totalmente desacopladas mediante electrónica de potencia. En esta configuración, también se puede operar con velocidades variables. Algunos fabricantes usan generadores

especiales que operan con bajas revoluciones. Los generadores con bajas velocidades de giro se reconocen fácilmente por sus diámetros

relativamente grandes, colocados cerca del rotor de la turbina.

Sistema de apagado Las turbinas eólicas están equipadas con sistemas de seguridad

muy avanzados. El sistema de frenado de discos permite, en situaciones de emergencia o de mantenimiento, parar el molino.

Sistema de control

Una vez puesto en marcha un molino eólico, queda totalmente automatizado con sistemas de control formado por ordenadores.

Estos manejan la información que suministran la veleta y el anemómetro colocados encima de la góndola para orientar el molino

y las palas de forma que la generación se optimice lo máximo posible. Toda la información sobre el estado de la turbina se puede

enviar de forma remota a un servidor central.