Repositorio Institucional de Documentos

PROYECTO FINAL DE CARRERA Energía Eólica Terrestre y Marítima AUTOR Juan Lahoz Lafuente DIRECTOR Miguel Ángel Torres Portero ESPECIALIDAD Electrónica CONVOCATORIA Septiembre 2010 PROYECTO FINAL DE CARRERA ENERGÍA EÓLICA TERRESTRE Y MARÍTIMA Especialidad: Electrónica Convocatoria: Septiembre 2010 Director del proyecto: Miguel Ángel Torres Portero Autor: Juan Lahoz Lafuente Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima INDICE  1.‐Historia,DefiniciónyContexto………..………………………………………………..……………....1 1.1.‐Definiciones:…….…………………………………………………………..……………………….……1 1.2.‐Contexto:…......................................................................................................3 1.3.‐Historia:……………………………………….……………………..……………………….……………..4 Losprimerosmolinos:……………………..………………..………..…………..4 EnEuropa:…………………………………………………………………………....…7 Molinosdebombeo:………………..………………………………………………8 Turbinasmodernas:……..………….………………………..…………………...8 2.‐Elvientorecursoeólico,aerodinámicaycálculoenergético……………….………….………9 2.1.‐Elvientorecursoeólico:………………………………………………………………….……….….…...9 2.1.1.‐Naturalezadelviento:.....………………………………………………………….…………………9 2.1.1.1.‐FuerzadeCoriolis:………………………………………………………………………………12 2.1.1.2.‐Cinturonesdepresión:…………………..……………………………………………………13 2.1.1.3.‐Vientogeostrófico:…………………………………………………………………………..…14 2.1.1.4.‐Vientoslocales:………………………………………………………………………………….14 a.‐Brisasdelacosta‐mar:………..…………………………………………………………………..14 b.‐Vientosdemontaña‐valle:………………………………………………………………………15 c.‐Alisiosymonzones:…………………………………………………………………………………15 2.1.1.5.‐Sistemasdebajaspresionesextratropicales:……………………..……………….16 2.1.2.‐Caracterizacióndelosvaloresmedios.Curvasdedistribucióndevelocidady Rosadevientos:…………………………………………………………………………………………………………...17 2.1.3.‐Variacióndelvientoconlaaltura:…….……………………………………….……………19 2.1.3.1.‐Capasuperficial:…………………………………………………………………………….……21 2.2.1.‐Efectosorográficosydeestelas:…………………………………………………………….23 a.‐Orografíadelterreno:…………………………………………………………………….…………24 b.‐Cizalladura:…………………………………………………………………………………….…………28 3‐Aerogeneradores………………………………………………………………………………………….……...….30 3.1.‐¿Queesunaerogenerador?........................................................……………….………..30 3.2.‐Aerodinámica:…………………………………………………………………………………………………….32 3.2.1.‐Perfilesypotencia:……………………………………………………………………………………..…32 Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 3.3.‐Tiposdegeneradoreléctrico:……………………………………………………………………………37 3.3.1.‐Generadoresasíncronosodeinducción:.…………………………………………..………38 3.3.2.‐Generadoressíncronos:……………….……………………..……………………………………..40 3.4.‐Diferentespartesdeunaerogenerador:…………………………………………………………..42 3.4.1.‐Descripcióngeneralycomponentes:…….……………….……………………………………42 3.4.1.1.‐Lagóndola:…………………………………………………………………………………………42 3.4.1.2.‐Elrotor:………………………………………………………………………………………………43 3.4.1.2.1.‐Parámetrosdediseñoderotoreseólico:….…..…………………….…….46 3.4.1.2.2.‐Influenciadelnúmerodepalas:…………………………………………………47 3.4.1.2.3.‐Diseñoóptimodelapala.Factordeactividad:…………………………..48 3.4.1.2.4.‐Tecnologíadepalas:…………………………………………………………………..49 a.‐Geometría:………………………………………………………………………………………….49 3.4.1.3.‐Sistemasdetransmisión:……………………………………………………………………51 3.4.1.3.1.‐Aspectosgenerales:…………………………………………………………............52 3.4.1.3.2.‐Configuracióndelsistemadetransmisión:…………..……………………..54 a)Diseñoestándar:……………………………………………………………………………………54 a.‐Generadordeejeverticalenlazonasuperiordelatorre:………………….55 b.‐Generadorenlabasedelatorre:………………………………………………………55 c.‐Generadordirectamenteacoplado:……………………………………………………56 3.4.1.3.3.‐Apoyodelsistemadetransmisión:……………………………………………...56 a.‐Ejedelrotorconapoyosseparados:……………………………………………………57 b.‐Ejedelrotorintegradoenlacajamultiplicadora:………………………………..57 c.‐Ejedelrotorconectadoaunsoportefijo:…………………………………………...58 3.4.1.4.‐Frenomecánico:…………………………………………………………………………………58 3.4.1.5.‐Cajamultiplicadora:……………………………………………………………………………60 a.‐Tiposdecajasmultiplicadoras:……………………………………………………………62 b.‐Dimensionamiento:……………………………………………………………………………64 c.‐Rendimiento:………………………………………………………………………………………65 d.‐Ruidoacústico:……………………………………………………………………………………66 3.4.1.6.‐Amortiguamientosmecánicos:…………………………………………………………..66 3.4.1.7.‐Torre:…………………………………………………………………………………………………69 3.4.1.7.1.‐Tiposdetorre:…………………………………………………………………………….70 a.‐Torredecelosía:………………………………………………………………………………….70 Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima b.‐Torretubulardeacero:…………………………………………………………………….71 c.‐Torretubulardehormigón:…………………………………………………………….…72 d.‐Accesibilidad:…………………………………………………………………………………….73 e.‐Diseñoestructural:…………………………………………………………………………….74 3.4.1.8.‐Mecanismodecambiodepala:………………………………………………………..76 3.4.1.8.1.‐Componentesbásicos:……………………………………………………………….76 a.‐Elementosdeconexiónconelbuje:…………………………………………………..76 b.‐Accionamientodelsistemadegiro:…………………………………………………..77 3.4.1.8.2.‐Sistemaselectrónicosdecambiodepaso:…………………………………78 3.4.1.8.3.‐Sistemasindividualesdecambiodepaso:……………..….………………79 3.4.1.8.4.‐Sistemaspasivosdecambiodepaso:…….…..……………………………..81 3.4.1.9.‐Mecanismodeorientación:………………………………………………………………82 a.‐Elbuje:………………………………………………………………………………………………84 b.‐Elejedebajavelocidad:…………………………………………………………………….85 c.‐Elejedealtavelocidad:……………………………………………………………………..85 d.‐Elanemómetroylaveleta:………………………………………………………………..86 e.‐Launidadderefrigeración:………………………………………………………………..86 f.‐Turbina:……………………………………………………………………………………………..86 3.5.‐TipologíadelosAerogeneradores:…...……………………………….………………...........91 3.5.1.‐Porlaposicióndelaerogenerador:……………………………………………..……........91 3.5.1.1.‐Ejevertical:………………………………………………………………………………………91 a.‐Darrieus:……………………………………………………………………………………………91 b.‐Panemonas:………………………………………………………………………………………92 c.‐Savonius:………………………………………………………………………………………….92 3.5.1.2.‐Ejehorizontal:………………………………………………………………………………92 3.5.2.‐Porlaposicióndelequipoconrespectoalviento:………..………………………..94 a.‐Abarlovento:…………………………………………………………………………………….94 b.‐Asotavento:………………………………………………………………………………………94 3.5.3.‐Porelnúmerodepalas:…………..…………………………………………………………....95 a.‐Unpala:……………………………………………………………………………………………..95 b.‐Dospalas:………………………………………………………………………………………….95 c.‐Trespalas:………………………………………………………………………………………….96 d.‐Multipalas:………………………………………………………………………………………..96 Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 3.5.4.‐Porlamaneradeadecuarlaorientacióndelequipoaladireccióndelvientoen cadamomento:…………........………………………………………………….…………………………………….97 3.6.‐Controldepotencia:……………………………………………………………………………………..…….98 3.6.1.‐Comparacióndelasaeroturbinassegúnsucoeficientedepotenciaysu velocidaddegiro:……………………………………………………………………………………………………..100 3.7.‐Sistemasdealmacenamiento:……………………….………………………………………………...108 4.‐Usosdelosaerogeneradores…………………………………………..........................…………..…104 4.1.‐Pequeñapotencia:……………………………………………………………………………………………104 4.1.1.‐Generalidades:……………………………………………………………………………………………104 4.1.2.‐Molinosdebombeodeagua:……………………………………………………………………..105 4.1.3.‐Aerogeneradoresparaunaviviendaaislada:……………..……………………………….112 4.1.3.1.‐Aerogeneradoresde800W:……………………………………………………………….112 4.1.3.2.‐Aerogeneradorde1,5kW:………………………………………………………………….119 4.2.‐Mediapotencia:……………………………………………………………………………………………….122 4.2.1.‐Generalidades:……………………………………………………………………………………………122 4.2.2.‐Costedeunaerogeneradordestinadoaunpuebloounaisla:……………………123 4.2.2.1.‐Introducción:………………………………………………………………………………………123 4.2.2.2.‐Alimentaciónexclusivadeunpuebloodeunaislasinconectaralared eléctrica(aerogenerador250kW):…………………………………………………………………..125 4.2.2.3.‐Alimentacióndeunpuebloconconexiónalaredeléctricavendiendola energíasobrante(aerogenerador600kW):……………………………………………………..129 4.3.‐Potenciaalta:…………………………………………………………………………………………………..134 4.3.1.‐Generalidades:……………………………………………………………………………………………134 4.3.2.‐Costeaproximadodeunaerogeneradorde3MW:…………………………………....138 4.4.‐Otrosusos:……………………………………………………………………………………………………….141 4.4.1.‐Desalacióndeaguamarina:………………………………………………………………………..141 4.4.2.‐ProduccióndeHidrogeno:………………………..………………………………………………..142 4.5.‐Perspectivasfuturas:………………………………………………………………………………………..143 4.5.1.‐Tornadolike:……………………………………………………………………………………………….143 4.5.2.‐Turbinasenlosaerogeneradores:……………………………………………………………….144 4.5.3.‐Aerogeneradoresconformadecometacaptaránlaenergíaeólicadela atmósfera:………………………………………………………………………………………………..……………..144 4.5.4.‐Rascacielosconaerogeneradores:………………………………………………………………146 4.5.5.‐Unaerogeneradorparasuministrarelectricidada5.000hogares:………………147 5.‐Parqueseólicosterrestres:………………………………………………………………………….………...149 Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 5.1.‐Generalidades:.…………………………………………………………………………………………..149 5.2.‐Evaluacióndelpotencialeólico:……….………………………………………….……………….151 5.2.1.‐Generalidades:……………………………..……………………………………………..…………151 5.2.2.‐Mapaeólico:…………………………………..………………………………………………………152 5.2.3.‐Rugosidaddelterreno:……………………………………………………………………………156 5.2.4.‐Descripcióndelterreno:……………………….…………………………………………………158 5.2.5.‐Porosidad:……………………………………………..……………………………………………….159 5.3.‐Aviación:………………………………………………………………………………………………………159 5.4.‐Transporte:…………………………………………………………………………………………………..160 5.5.‐Disposicióndelosaerogeneradoresenelparque:………...…………………………….160 5.5.1.‐Generalidades:……………………………………………………..………………………………..160 5.5.2.‐Efectosombra:……………………………………………………………………………………….162 5.5.3.‐Estimaciónvelocidaddelviento:………………………..…………………………………..163 5.5.4.‐Característicaaerogenerador:…………………………………………………………………164 5.6.‐Potenciadelviento:……………………………………………………………………………………..165 5.7.‐Calidaddelaenergíadeunparqueeólicoinyectadaalaredeléctrica:………..170 5.8.‐Conexióndelparqueeólicoalared:…………………………………………………………….172 5.9.‐Sistemasdegestióndelparqueeólico:………………………………………………………...174 5.10.‐Cálculodelcostedeunparque:………………………………………………………………….176 5.11.‐Emisionesdeunparque:…………………………………………………………………………….183 5.12.‐Seguridad:………………………………………………………………………………………………….183 5.13.‐Estadoactualdelatecnología:…………………………………………………………………..184 6.‐Parqueseólicosenelmar:Offshores……………………………………………………...…………..187 6.1.‐Generalidades:………………………………………………………………………………………………187 6.2.‐Recursosdelviento:………………………………..……………………………………………………189 6.3.‐Cimentación:………………………………………………………………………………………………..192 6.4.‐Tiposdeaerogeneradores:…………………………………………………………………………..195 6.5.‐Transmisióndepotenciadelosaerogeneradoresatierra:……………………………196 6.6.‐Disposicióndelosaerogeneradores:……………………………………………………………201 6.7.‐Impactoambientalenlavidamarina:………………………………………………………….202 6.7.1.‐Camposelectromagnéticosgeneradosporelcablesubmarino:…..…………202 6.7.2.‐Ruido:………………………………………………………………………………..…………………..203 6.8.‐Controldelparqueeólico:……………………………………………………………………………206 6.9.‐Viabilidaddelparqueeólico:………………………………………………………………………..210 Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 6.9.1.‐Gastosdeinstalaciónyoperación:………………………………………..………………….210 6.9.2.‐Criteriosdedesarrollo:…………………………………………………………………..………...211 6.10.‐Análisisdecosteybalanceeconómicodeunparqueeólico:………………..………212 6.11.‐Parqueseólicosmarinosenelmundo:…………………………………………………………217 7.‐MedioAmbiente:.……………………………………………………………………………..………………...227 7.1.‐Introducción:………………………………………………………………………………………………….227 7.2.‐Elementosconstitutivosdeunsistemadegestión:………………………………………..229 7.3.‐Impactovisual:……………………………………………………………………………………………….230 7.4.‐Elruido:………………………………………………………………………………………………………….234 7.5.‐Losdestellos:………………………………………………………………………………………………….238 7.6.‐Parpadeosporsombradelaspalas(shadowflicker):…………………………………….239 7.7.‐Riesgoderoturadelaerogenerador:……………………………………………………………..242 7.8.‐Caídaderayos:………………………………………………………………………………………………242 7.9.‐Efectoselectromagnéticos:…………..……………………………………………………………….243 7.10.‐Afectacióndelavidaanimal:……………………………………………………………………….245 7.11.‐Aviación:………………………………………………………………………………………………………246 7.12.‐Desmontaje:………………………………………………………………………………………………..250 7.13.‐Emisiones:……………………………………………………………………………………………………250 7.14.‐Empleo:…………………………………………………………………………………………………….….251 7.15.‐Recursosarqueológicosypaleontológicos:…………….…………………………………….252 7.16.‐Anivelmarítimo:…………………………………………………………………………………….……252 7.17.‐Ventajasdelaenergíaeólica:………………………………………………………………….……253 8.‐Legislación:…………………………………………………….…………………………………………….……...255 8.1.‐Internacional:…………………………………………………………………………………………………255 8.2.‐UniónEuropea:………………………………………………………………………………………………255 8.3.‐Nacional:………………………………………………………………………………………………..………256 8.4.‐ComunidadesAutónomas:…………………………………………………………………..…………258 8.4.1.‐Andalucía………………………………………………………………………………………..……258 8.4.2.‐Aragón:…………………………………………………………………………………………….….258 8.4.3.‐Asturias:………………………………………………………………………………………….……259 8.4.4.‐Cantabria:……………………………………………………………………………………………259 8.4.5.‐CastillaLaMancha:……………………………………………………………………………..259 8.4.6.‐CastillayLeón:……………………………………………………………………………………..259 8.4.7.‐Cataluña:……………………………………………………………………………………………..260 Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 8.4.8.‐C.F.Navarra:……………………………………………………………………………….……..…….260 8.4.9.‐ComunidadValenciana:………………………………………………………………...…………261 8.4.10.‐Extremadura:………………………………………………………………………………………….261 8.4.11.‐Galicia:……………………………………………………………………………………………………261 8.4.12.‐IslasBaleares:…………………………………………………………………………………………261 8.4.13.‐IslasCanarias:………………………………………………………………………………………….262 8.4.14.‐LaRioja:…………………………………………………………………………………………………262 8.4.15.‐Madrid:…………………………………………………………………………………………………..262 8.4.16.‐Murcia:……………………………………………………………………………………………………263 8.4.17.‐PaísVasco:………………………………………………………………………………………………263 9.‐Bibliografía…………………………………………………………………………………….………………………….264       Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 6 Fig.1.1Molino Aprovecharelvientoparalageneraciónengranescaladeenergíaeléctricaesun desarrollorelativamentereciente.Elvientohasidoutilizadoporcentenaresdeaños paralanavegaciónyparaaccionarmolinosdeviento,peronofuehastafinesdelsiglo XIXqueseconstruyolaprimeraturbinaeólicaparalaproduccióneléctrica.Estemolino devientofueconstruidoporCharlesBrush(inventordelclavedevariastecnologíasde lanacienteindustriaeléctricadeeseentonces),Estemolinotenía17metrosdealtoy unrotorde144paletas,completamenteconstruidodemaderadelcedro.Poco despuésdeeso,eldanésPoullaCour,descubrióquelasturbinasdelvientoque rotabanrápidamenteyposeíanrotoresconpocaspaletasgenerabanelectricidadmás eficientementequelasturbinasdevientodemovimientolentoconrotoresdemuchas paletas. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 7 Estoabriólapuertaenunnúmerodeavancesdelaturbinadelvientoduranteelsiglo 20.ÉstosavancesincluyenlaintroduccióndelosgeneradoresdeCorrienteAlterna,la estandarizacióndelmodeloconrotorabarlovento(elrotordecaraalviento),delos equiposdeorientaciónelectromecánicosparaasegurarsedequeelrotorsiempreeste directamentefrentealviento,ydefrenosdecontrolparaprevenirqueelrotorsede vueltademasiadorápidofrenteafuertesvientos.Lasturbinaseólicasmodernashacen usodemuypocaspaletasperomuylargasparacapturarenergíadelviento.Como éstassonmáquinasgrandes,surotaciónesrelativamentelenta,perogenerangrandes cantidadesdeenergíaalhacerlo. • EnEuropa EnEuropalosprimerosmolinosaparecieronenelsigloXIIenFranciaeInglaterrayse distribuyeronporelcontinente.Eranunasestructurasdemadera,conocidascomo torresdemolino,quesehacíangiraramanoalrededordeunpostecentralpara levantarsusaspasalviento.ElmolinodetorresedesarrollóenFranciaalolargodel sigloXIV.Consistíaenunatorredepiedracoronadaporunaestructurarotativade maderaquesoportabaelejedelmolinoylamaquinariasuperiordelmismo.Estos primerosejemplaresteníanunaseriedecaracterísticascomunes.Delapartesuperior delmolinosobresalíaunejehorizontal.Deesteejepartíandecuatroaochoaspas,con unalongitudentre3y9metros.Lasvigasdemaderasecubríancontelasoplanchas demadera.Laenergíageneradaporelgirodelejesetransmitía,atravésdeun sistemadeengranajes,alamaquinariadelmolinoemplazadaenlabasedela estructura.LosmolinosdeejehorizontalfueronusadosextensamenteenEuropa Occidentalparamolertrigodesdeladécadade1180enadelante.Bastarecordarlosya famososmolinosdevientoenlasandanzasdeDonQuijote.Todavíaexistenmolinosde esaclase,porejemplo,enHolanda.   Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 8 • Molinosdebombeo EnEstadosUnidos,eldesarrollodemolinosdebombeo,reconociblesporsusmúltiples velasmetálicas,fueelfactorprincipalquepermitiólaagriculturaylaganaderíaen vastasáreasdeNorteamérica,deotramaneraimposiblesinaccesofácilalagua.Estos molinoscontribuyeronalaexpansióndelferrocarrilalrededordelmundo,supliendo lasnecesidadesdeaguadelaslocomotorasavapor. • Turbinasmodernas Lasturbinasmodernasfuerondesarrolladasacomienzosde1980,sibien,losdiseños continúanendesarrollo.            Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 9 2. ‐Elvientorecursoeólico, aerodinámicaycálculoenergético 2.1.Elvientorecursoeólico:  2.1.1.Naturalezadelviento: Elvientosegeneraporelcalentamientodesigualquesufrelatierra.El calentamientoesmásintensocercadelecuadoryduranteeldía,estoprovocaquelas zonasmáscalientessemuevansobrelasuperficiedelatierraensumovimientode rotación.Comolamayoríadelasfuentesdeenergíaterrestres,enúltimainstancia vienedelsol.Elsolirradia174.423.000.000.000kilovatios/horadeenergíaalatierra. Esdecir,enunahoralatierrarecibe1.74x1017vatiosdeenergía.Aproximadamente entreel1yel2porcientolaenergíaqueprovenientedelsolesconvertidaenviento. Ésacantidadesde50a100vecesmásquelaenergíaconvertidaenbiomasaportodas lasplantasdelatierra.Generalmenteelairecalientesube,paradespuéscircularporla partesuperiordelaatmósferaycaerenlaszonasmásfrías.Lasregionesalrededorde ecuador,delatitud0°,soncalentadasporelsolmásqueelrestodelplaneta.Elaire calientequeesmásligeroqueelairefríoyseelevahastaalcanzaraproximadamente 10kilómetros(6millas)dealtitudysesepararáendoscorrientesunasedirigehaciael norteyotraalsur.Sielglobonorotara,elairesimplementellegaríaalPoloNorteyal polosur,bajaría,yvolveríaalecuador.Aniveldelsuelolacirculaciónesensentido inverso.Elefectocombinadodeldesigualcalentamientodelatierraydelasfuerzas centrifugasydeCoriolisdebidasalarotación,dalugaravientosaescalaterráquea, conunastendenciasmásomenospermanentes.Enlasiguientesfigura2.1seindican losvientosaliseos,polaresyvientosdelOestecomoejemplossignificativosdevientos conestascaracterísticas. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 10    Fig.2.1Vientosaescalaglobal Aescalasmenores,perosuficientementegrandes,delordendelos1.000km,el vientoresultafundamentalmentedeunequilibrioentrelafuerzadeCoriolis,lafuerza depresiónyelrozamientoconelsuelo.LafuerzadeCoriolisesperpendicularala velocidaddelaireyeshacialamanoderechadesutrayectoriaenelhemisferionortey hacialaizquierdaenelsur.Porencimadelacapalímiteterrestre,deunosmilmetros dealtura,elrozamientoconelsueloespocosignificativo,ypuedeserunabuena aproximaciónconsiderarquehayequilibrioentrelasfuerzasdeCoriolisylasde presión,demaneraquelastrayectoriasseríanlaslíneasisobarasdepresiónconstante. Estevientosesueleconocerconelnombredevientogeostrófico.Paraunnúcleode altaspresiones,enelhemisferionorte,elairesemoveríasegúnlasagujasdelreloj, figura2.2.  Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 11   Fig.2.2Vientogeostrófico.Ladireccióndelvientomarcadaporlaslíneasdepresiónconstantes,las isobaras Siseconsideraunsenodebajaspresiones,elsentidoseríaelinverso,yenel hemisferiosurlossentidosseríanlosopuestosalosdelhemisferionorte.Cercadel suelo,elrozamientoconelmismoadquieremásimportancia,yladireccióndela velocidadadquiereunacomponenteenladireccióndemayoramenorpresión, desviándoseentreunos15°y30°deladireccióndelvientogeostrófico. Aunaescalamenor,eldesigualcalentamientodelatierrapuedecrearbrisasaescala localencostas,montañasovalles.Porejemplo,eldesigualcalentamientoo enfriamientodelatierra,elmar,queabsorbenoemitendistintaenergíaporradiación, danlugaralasbrisasmarinasnocturnasydiurnas.Latierrasecalientaoenfríamás rápidamentequeelmar,demaneraqueduranteeldíaelairecalientefluyeporlas capasbajasdelmar,dondecaeelairefrío,alatierradondeseelevaelairecaliente. Porlanocheocurreelfenómenoinverso.Tambiénpuedeocurrirporlasnochesque hayaairefríopesadoquesedeslizaporlasladeras,yalrevésduranteeldíacausando vientosimportantes.Aunaescalalocal,máspequeña,puedehabermuchosotros factoresqueinfluyenconsiderablementeenelviento,unosdelosmásimportantes sonlosobstáculosyconfiguracionesorográficas,quedanlugaraefectosaceleradores, porejemploenlascolinas,quesondemuchointerésparaelaprovechamientodela energíaeólica.Losmeteorólogossuelendenominaralastresescalasanterioresdel movimientoatmosféricomacro‐escala,meso‐escalaymicro‐escala,respectivamente. Lamacro‐escalatípicaesdeunos1.000kmYeslaquesepuedeobservarenunmapa Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 12 deltiempocomoeldelafigura2.2.Lameso‐escalaesdeunos10a500kmy correspondeporejemploalasbrisasmarinas,oalosvientosasociadosacordilleraso valles.Lamicro‐escalaserefierealtamañodelaperturbacióndebidaaobstáculos talescomocolinasomontículos,olaspropiasestelasdelasaeroturbinas. 2.1.1.1.FuerzadeCoriolis: Coriolisfueunmatemáticofrancés(1795‐1843)queobservóqueunobjetode masamquesedesplazaconvelocidadangularconstantew,experimentauna velocidadtangencial(velocidadangular*radiodegiro)tantomayorcuantomayores sualejamientodelcentro.Sielobjetosevaalejandogradualmentedelcentro,la variacióndesuvelocidadcomportaráunaaceleración,laqueasuvezesdebidaala existenciadeunafuerzasobrelamasadelobjeto.Estassonrespectivamentela aceleraciónylafuerzadeCoriolis,quesonperpendicularesaldesplazamientodel objeto.Comodatocurioso,elfenómenodeCorioliseselresponsabledequealvaciar undepósitoseformeunremolinoconsentidoaderechasenelhemisferioNorteya izquierdasenelhemisferioSur.Asimismo,eslacausadequeloslechosdelosríossean másprofundosenunladoqueelotroyquelosraílesdelostrenessedesgastenmás enunladoqueenelotro.   Fig.2.3FuerzadeCoriolis Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 13 2.1.1.2.Cinturonesdepresión:  Laradiaciónsolarcalientamáselecuador,conloqueelaireasciende,seenfría ydescenderíaenelPoloNortesinofueraporlafuerzadeCoriolis.Debidoaella,el airedesciendehaciaelparalelo30°.Deformaanáloga,enlospoloselairefrío desciende,recogecaloryasciendenuevamentehaciaelparalelo60°.Seformanasí zonasdepresionesbajas(entre60°NY60°S),zonasdepresionesaltas(entre30°NY 30°S),yelcinturónecuatorialdebajaspresiones(figura2.4).Estoscinturonesde circulacióndecalorocinturonesdepresión,soninfluidosporlosvientosyporla rotacióndelaTierra.Anivelmundial,existenzonasconunaactividadatmosférica definidayconstantedurantemeses.Porejemplo,elanticiclóndelasAzores(1.025 milibares),losvientosdelOeste,losvientosalisiosenelhemisferioNorteylos monzonesylosalisiosenelEcuador.Loscinturonesdecirculacióndecalorpor conveccióncombinadosconlafuerzadeCoriolisestablecenladisposicióndelas corrientesenlaszonasmundialesdealtasybajaspresiones(vientosalisiosyvientos deloeste).   Fig.2.4Cinturónecuatorialdebajaspresiones   Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 14 2.1.1.3.Vientogeostrófico:  Unaseriedeisobarasrectilíneassituadasenelhemisferionortegeneranun vientoaceleradoenunadirecciónperpendicularalasisobaras,desdelaaltapresióna labaja.Estaaceleracióndelasmasasdeaire,combinadaconlaaceleracióndeCoriolis, resultaenunaaceleracióninclinada,perpendicularalatrayectoriadelamasadeaire. Amedidaqueestamasavacruzandolasisobaras,ylohacecadavezamayorvelocidad porserunmovimientoacelerado,seiráinclinandocadavezmás,yaque,entodo momento,laaceleracióndeCorioliscontinúasiendoperpendicularalmovimiento delamasadeaire.Elprocesocontinúahastaquelasdosaceleracionescitadasson opuestasyseanulanmutuamente,quedandocomoresultantelavelocidadfinal alcanzadaporlamasadeaire,ydesentidoparaleloalasisobaras,queeselviento geostrófico(figura2.5).Seencuentraaaltitudessobreelterrenodeunos1.000metros (3.300pies)ysuvelocidadsemidemedianteglobosmeteorológicos.   Fig.2.5Vientogeostrófico 2.1.1.4.Vientoslocales: a.‐Brisasdelacosta‐mar: Sonvientoslocalesflojosquesoplandesdeelmarhacialacosta.Duranteeldía latierrasecalientaporelsolmásrápidamentequeelmar,conloqueelairecaliente asciendeydejaunadepresión.Seestableceasíunacorrientedeairedesdeelmar (temperaturamásfría)alatierra(temperaturamáscaliente)quesellamavirazón.En cambiodurantelanochelatierraseenfríamásrápidamentequeelmarylacorriente Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 15 deaireesinversa,desdelatierrahaciaelmar.Estacorrientedeairesedenomina terral(figura2.6).     Fig.2.6Brisascosta‐mar b.‐Vientosdemontaña‐valle Deformaanálogasecreanlascorrientesentrelamontañayelvalle.Duranteel díasecalientanmáslasladerasdelamontañaqueelsuelodelvalle,porloqueelaire calientedelamontañaasciendecreándoseunapequeñabajapresiónrelativaenla ladera,mientrasqueelairecomparativamentemásfríoqueestáaltosobreelvalle desciendeycomprimeelairepegadoalvallehaciéndolosubirporlasladerasdela montañaparaocuparlabajapresióndelaladera,cerrándoseasíelsistemade circulacióndelaire(brisadevalle)(figura2.7).     Fig.2.7Brisasdemontaña‐valle  c.‐Alisiosymonzones Lossistemasdevientostropicalesysubtropicalesdominanlazonapróximaal ecuador. Tambiénconocidoscomoalisiosymonzones,estosvientosatraviesanel mardesdelaszonasdealtaspresionessubtropicales,situadasaunos30gradosde latitudalnorteysurdelecuador.LarotacióndelaTierradesvíalosvientosala derechaenelhemisferionorteyalaizquierdaenelhemisferiosur. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 22 Otraformaalternativaesutilizarunaleypotencialenlugardelaleylogarítmica;su fundamentoteóricoesmenosriguroso,perosuaplicaciónpuedesermássencilla:  󰇛󰇜. 󰇛.󰇜  Elexponenteαvaríaconlahoradeldía,laestación,eltipodeterreno,lavelocidaddel vientoylaestabilidadatmosférica.Porlasnochesconfuerteestabilidadycortadura puedellegaravaler0,5yporeldíabajarhasta0,1.Lomejoressiseconocela distribucióndelvientoconlaaltura¡calcularαdeformaquelasmedidasaproximenlo mejorposiblelafórmulaanterior.Sisequierepredecirsuvalorsepuedenusarlas siguientescorrelaciones,válidasparaatmosferaneutra.Engeneralexaumentaconla rugosidaddelterrenoydisminuyeconlavelocidadyconelgradodeestabilidad atmosférica.Enlareferenciasiguienteseproponelasiguientecorrelación: 󰇡 󰇢,󰇡,󰇛󰇜󰇢󰇛.󰇜  DondelaalturadereferenciaesZr=10m,z0seindicaenmyVez)enms/.En(2.4)en cambioseproponelasiguientecorrelación,enlaqueαsólodependedelarugosidad:     , ,(2.9)   ParaunvalordeV(z)entre5y8m/sambascorrelacionesdanresultadosparecidos. LanormaIEC61400‐1defineparaloscálculosdeseguridadunperfilnormalizadode velocidad(Normalwindprofilemodel,NWP),eindicaquelasaeroturbinasdebenestar calculadasconelexponenteα=0,2,quesegún(2.9)corresponderíaaunarugosidad zo=0,10m. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 23 2.2.1.Efectosorográficosydeestelas:  CuandosequiereinstalarbienunaaeroturbinaAisladaounparqueeólico,se buscafundamentalmentequelaenergíaobtenidaseamáximayquelascargas turbulentas,quedebensoportarlasmáquinasacortandosuvida,seanlomenores posibles.Esdeesperarqueendistanciasdelordendelameso‐escala,unos100km,y delamacro‐escala,unos1.000km,existaunsuficientenúmerodeestaciones meteorológicasparatenerenunaprimeraaproximación,datosgeneralesydemuchos añossobreelvientoenesaregión.Encambio,escasiseguroquenosvaafaltarel conocimientodetalladoenlamicro‐escaladistanciasdeunos10km,decómolos diferentesobstáculos,colinas,configuracionesorográficasolapropiapresenciade otrasaerogeneradoresafectaríanlocalmentealviento. Existenotrosfactoresdeinterésenlaseleccióndeemplazamientoseólicos,talescomo lafacilidaddeconexiónalaredeléctrica,laaccesibilidadparallevaracabolaobra civil,laproximidaddelosusuariosparapequeñasinstalaciones,etc.Haymodelosde simulaciónnuméricadelflujosobreterrenocomplejo,dediferentegradodedificultad yaplicabilidad,algunosdeusomuyextendido,yotrosmáscomplicados,sobrelosque seinvestigaactivamente.Tambiénserecurre,aunqueconmenosfrecuenciaala simulaciónfísica,queutilizamodelosaescalaeneltúnelaerodinámico.Tambiénhay otrosmétodosalternativosparahacerestaestimación,comoladeformacióndelas plantas,laconfiguracióngeomorfológicadelterreno,etc.Comoconsecuenciadeestos modelosyestudios,sellegageneralmentealanecesidaddelainstalaciónlocalde anemómetrosnuevosensitiosqueelmodelohaindicadocomomásidóneoso representativos.Elefectodelainterferenciaentreaeroturbinassueleserimportante, yaquelasutilizadasenlaactualidadtienenunapotencianominaltípicadeentre500y 1.500kW,condiámetrosdeentre40y80m,yparapoderproducirenergíadeforma significativaesnecesarioagruparlasmáquinasenparqueseólicos. Porello,hayquebuscardeformaadecuadaelemplazamientodelasmáquinas, demaneraqueseaprovechenaquelloslugaresconmáspotencialeólico,situandoen elloselmayornúmeroposibledeaerogeneradores,minimizandoalmismotiempolos Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 24 efectosnocivosasociadosalainterferencia.Dichosefectossondiversos.Lamáquina eólicaextraeenergíacinéticadelviento,porloqueésteesmenosintensoensuestela, dandolugaraquelaproducciónenergéticadeunamáquinasituadaasotaventode otradisminuya.Enlaestelaelniveldeturbulenciaesmayorqueenelvientolibre, dandolugaraqueaumentenlascargasnopermanentessobrelamáquinaasotavento, yaquesuvidaseacorte.Esademásposiblequeunamáquinaqueenausenciade estelascumpleconlanormativaexistente,dejedehacerlocuandoestésometidaala interferencia,debidoalamayorturbulenciaincidente. Otrofactorimportanteeslafaltadeuniformidaddelacorrienteenplanos verticales,ocortadura,quesevenotablementeafectada,nosóloporlaestelasino tambiénporlatopografíacompleja.Alaumentarlacortadura,porencimadela correspondienteaterrenollano,aumentantambiénlascargascíclicasaqueseven sometidaslaspalasensugiro.Enunaprimeraaproximaciónsepuedeestimarel efectodelasestelasmedianteelusodecorrelaciones,aunqueparasituaciones complicadascongrannúmerodeaeroturbinasyfuertesinterferenciasesnecesario recurrirasimulacionesnuméricas,quesecomentaránmásadelante. a.‐Orografíadelterreno:  Elviento,alsoplarsobrelosaccidentesorográficosdelterreno,producelos fenómenossiguientes(figura2.13): ‐Unacimaredondeadageneraascendenciassinturbulencias. ‐Unvientosuave,alchocarsobrearistasmontañosasasícomocon obstáculosabruptos(casasaltas,...)generavientosrotores(quegiransobresí mismos).Sielvientoesfuerteseproducenturbulencias.  ‐Enelfondodeunadepresiónmontañosalaturbulenciaesfuerte.  ‐Unvientolaminargeneraturbulenciasalchocarcontraterrenosdependiente pronunciada. ‐Elairecalientelaminarfluyendosobreunvalleconairefríoinmóvilpuede producircizallamiento. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 25 ‐Lossalientespuedengenerarturbulenciasfuertesenlacimayfuertes descendencias.   Fig.2.13Vientoorográfico Cuantomásaccidentadasealaorografíadelterreno,tantomássereducirála velocidaddelviento(bosquesygrandesciudades).UnmapadevientosdeEuropa (figura2.22)indicamediantecódigodecolores(tabla2.3)unaaproximaciónala velocidaddelvientoypermitetenerunaideadelaenergíaenw/m2quepodrá extraerse.   Tabla2.3Datosdelvientoa50msobreelterrenoycódigodecolores Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 26      Fig.2.14MapadevientosdeEuropa Paratenerencuentalaorografíaseconsideralallamadarugosidaddelterreno, términoquepermiteevaluarlascondicionesdelvientoenelcampo.Eltérmino longitudderugosidad(z0)eslaalturasobreelterrenodelpuntoenquelavelocidad teóricadelvientoes0.Laexpresiónenmetrosdelarugosidades:   . (2.10)  siendo:h=Altura S=Secciónfrentealvientodeloselementosderugosidaddelpaisaje. AH=Áreahorizontalmediacorrespondienteacadaelementodelpaisaje. Latablasiguienteindicaclasesylongitudesderugosidadtabla2.4 Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 27   Tabla2.4Clasesylongitudesderugosidad   Tabla2.5Potenciadelviento(W/m2)=0,5*1,225*v3   Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 28 b.‐Cizalladura Lacizalladura(windshear)consisteenuncambiorápidoenladirecciónyenla intensidaddelvientoquesepresentaverticalmenteyenmuypocoespacio.Puedeser provocadaporlaorografíadelterreno,poredificios,etc. Lavelocidaddelvientoaunaalturahsobreelniveldelterrenoes:   0 0 ln( ) ln( ) ref ref z z vv z z = (2.11)   siendo:v=velocidadalaalturaz z=alturasobreelterrenodelpuntoconelvientoalavelocidadv z0=Iongitudderugosidadenladirecciónnormaldelviento,enmetros Vref=velocidaddereferencia,esdecir,velocidadconocidaalaalturahref Zref=alturadereferencia,esdecir,alturapuntodevelocidadconocidaVref Porconsiguiente,alserlasvelocidadesdelvientodependientesdelaaltura,es necesarioproyectarelrotorparaquesoportelasfuerzasdistintasenlaspalas,yaque enunmomentodeterminado,lapalaqueestéarribaestarásometidaaunamayor fuerzaquelaqueestéabajo. Enelgráficodelafigura2.15,puedeverseestadistribucióndevelocidadespara unalongitudderugosidadde0,1m,deestemodo,siunanemómetromidela velocidadde6,8m/sa10mdealtura,unaturbinade40mdediámetroconsuejea60 mdelsuelotendráunasvelocidadesenlaspalasinferiorysuperioryenelejede7,7 m/s,10m/sy9,2m/srespectivamente. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 29   Fig.2.15Cizalladura                    Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 30 3. ‐Aerogeneradores 3.1.¿Queesunaerogenerador?   Unaerogeneradoresungeneradoreléctricomovidoporunaturbinaaccionada porelviento(turbinaeólica).Susprecedentesdirectossonlosmolinosdevientoque seempleabanparalamoliendayobtencióndeharina.Enestecaso,laenergíaeólica, enrealidadlaenergíacinéticadelaireenmovimiento,proporcionaenergíamecánicaa unrotorhéliceque,atravésdeunsistemadetransmisiónmecánico,hacegirarel rotordeungenerador,normalmenteunalternadortrifásico,queconviertelaenergía mecánicarotacionalenenergíaeléctrica.  Existenaerogeneradoresa28kilómetrosmaradentrocomoporejemploenla partebelgadelMardelNorte.Estetipodeaerogeneradores,selesdenomina aerogeneradoresoffshore. Existendiferentestiposdeaerogeneradores,dependiendodesupotencia,la disposicióndesuejederotación,eltipodegeneradoretc. Losaerogeneradorespuedentrabajardemaneraaisladaoagrupadosenparques eólicosoplantasdegeneracióneólica,distanciadosunosdeotros,enfuncióndel impactoambientalydelasturbulenciasgeneradasporelmovimientodelaspalas.  Paraaportarenergíaalaredeléctrica,losaerogeneradoresdebenestar dotadosdeunsistemadesincronizaciónparaquelafrecuenciadelacorriente generadasemantengaperfectamentesincronizadaconlafrecuenciadelared,(en España50Hz).  YaenlaprimeramitaddelsigloXX,lageneracióndeenergíaeléctricacon rotoreseólicosfuebastantepopularencasasaisladassituadasenzonasrurales. EnEuropasedistingueclaramenteunmodelocentro‐europeo,dondelos aerogeneradoreslleganaubicarseenpequeñasagrupacionesenlascercaníasdelas Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 31 ciudadesalemanas,danesas,neerlandesas,yunmodeloespañol,dondelos aerogeneradoresformanagrupaciones(avecesdegrantamaño)enlaszonas montañosasdondeelvientoesfrecuente,normalmentealejadasdelosnúcleosde población. Laenergíaeólicaseestávolviendomáspopularenlaactualidad,alhaber demostradolaviabilidadindustrial,ynaciócomobúsquedadeunadiversificaciónenel abanicodegeneracióneléctricaanteuncrecimientodelademandayunasituación geopolíticacadavezmáscomplicadaenelámbitodeloscombustiblestradicionales.  Latecnologíaeólicahaevolucionadoavelocidadcrecienteenlasúltimasdos décadas,loquehapermitidopasardelosaerogeneradoresdeapenasvariasdecenas dekilovatiosdepotenciadelosañosochentaalosactualesturbinas,depotencia nominalsuperioralmegavatio(algunaslleganalos5MW).Además,elpesodelos aerogeneradoressehareducidoalamitad,asícomoelnivelderuido,ylaproducción deenergíaanualhaaumentado100vecesen15años. Losmodelosqueseinstalanenlaactualidadson,porlogeneral,tripaladepaso variable(estesistemapermiteunaproducciónóptimaconvientosbajosyuna reduccióndecargasconvientosaltos),altacalidadenelsuministroeléctricoybajo mantenimiento.Preparadasparaoptimizarlosrecursoseólicosdeunemplazamiento determinado,lavidaútildeestasmáquinases,comomínimo,de20años(sise comparaconunmotordeautomóvilordinario,estesolofuncionaraduranteunas 5.000horasalolargodesuvidaútil).Otraventajadelasactualesturbinaseólicases quetienenunfactordedisponibilidaddealrededordel98%.Esdecir,estánoperativas ypreparadasparafuncionarduranteunamediasuperioral98%delashorasdelaño,y sólonecesitanunarevisióndemantenimientocadaseismeses.  Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 38 sigloXIX.Posteriormente,investigadorescomoPouldelaCour,F.L.SmidthoJohannes Juul,entreotros,fueronlosprotagonistasdeldesarrolloexperimentadoporlos generadoreseólicosenlaprimeramitaddelsigloXX,ycuyainvestigaciónfue nuevamenteimpulsadaenladécadadelossetentatraslaprimeracrisisenergética. Dejandoapartealgunospequeñosaerogeneradoresdomésticosquefuncionande formaaisladadelaredydondeseutilizangeneradorescorrientecontinuaconectados abateríasatratadeunreguladordecarga;engeneral,losaerogeneradoresestán conectadosaredeseléctricasdistribuciónyutilizangeneradorestrifásicoscorriente alterna.Másadelanteseanalizaránlasdiferentestecnologíasqueseaplican actualmentecomosistemasdegeneracióneléctricadeaerogeneradorSegúnel sistemaempleado,lamáquinaeléctricautilizadacomogeneradorpuedetratarsede: •GeneradorasíncronodeJauladeArdilla,derotorbobinado.  •Generadorsíncronoconbobinadodeexcitación,odeimanes permanentes. 3.3.1.Generadoresasíncronosodeinducción:  Enlafigura3.7(a)sepresentaunesquemadeprincipiodeesterobusto generadorqueescompuestoporunbobinadotrifásicoinductorconectadoalared eléctricayubicadoenelnúcleomagnéticodelestator,ydeunsencillobobinadode inducido,cortocircuitado,yubicadoenelrotordelamáquina.Generalmenteeste bobinadocortocircuitadoestáconstituidoporbarrasdealuminiosinconexión exterior,enesecaso,sedenomina“generadorasíncronodejauladeardilla.”Aveces, porelcontrario,yconobjetodepoderaccedereléctricamenteadichobobinadode inducido,sebobinaelrotarconespiras,laconexióndecortocircuitoseestablece externamenteatravésdeunsistemadeanillosyescobillas.Estamáquinaseconoce como“generadorasíncronoderotarbobinado”. Laformapeculiardelacaracterísticadepar‐velocidaddeestegenerador,que presentaunligerodeslizamientodevelocidadproporcionalalparelectromagnético Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 39 transmitido,hacequepresentealgunasventajasensuutilizaciónenaerogeneradores, comoson: •Noprecisaunsistemadesincronismoconlafrecuenciaderedenel arranque.Estosignificaque,encasonecesario,permitiríaarrancarelsistema desdeelpropiogeneradoreléctricohaciéndolotrabajarenmodomotor arrastrandolaturbina.  •Estableceunacoplamientoamortiguadoentreelsistema aerodinámico,latransmisiónmecánicaylaredeléctrica,loquepermitereducir elimpactoenlapotenciageneradaquepuedenprovocaroscilacionesdel viento.  •Tieneunarespuestarápidayestablefrenteasobrecargastransitorias yfortuitasprovocadas,porejemplo,porráfagasdeviento,loquepermiteel usodeturbinassencillasdeentradaenpérdidasinnecesidadderegulaciónde pasodepala.  •Lascaracterísticasconstructivasdeestegenerador,hacenqueseauna máquinamuyrobustayexentaprácticamentedemantenimiento, especialmenteenelcasode"rotordejauladeardilla".  •Laconexiónnecesariamentedecortocircuitoenelrotor,haceque estesistemaadmitatrabajaradosvelocidadesdistintasdeleje,en dependenciadelavelocidaddelviento,precisandoparaello,únicamente unsencillosistemadeconmutacióndelospolosdeldevanadodelinducido delestator.  Noobstante,elempleodeestamáquinacomogeneradortieneungrave inconveniente.Nodisponedeunbobinadoquepermitaniproducirnicontrolarla potenciareactivaque,enfuncióndelgradodecarga,precisalamáquinapara Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 40 mantenersemagnetizada.Muyalcontrario,esapotenciareactivarequeridaporla máquina,laabsorbedelapropiaredeléctricaalaqueestáconectada.Estoasí planteadoimpediríasuutilizacióncomosistemasdegeneraciónyaque,entreotras cosas,seleexigemantenerunfactordepotenciadeterminado,próximoalaunidad, independientementedelaenergíaproducida.Parasolucionaresteproblemaestos generadoresprecisanuncostososistemaadicionaldeaporteycontroldereactiva, compuestoporbateríasregulablesdecondensadores. Noobstante,esteinconveniente,ydebidoalasmúltiplesventajasquepresenta elgeneradorasíncrono,eslamáquinaqueseutilizaenexclusivaenlossistemasque tecnológicamente,seagrupandentrodeltipo“aerogeneradoresdevelocidadfija, directamenteacopladosalafrecuenciadered”.    Fig.3.7EsquemadegeneradoreseléctricosdeC.A 3.3.2.Generadoressíncronos:  Enlafigura3.7(b)sepresentaunesquemadeprincipiodeesteotrotipode generador,dondeelbobinadotrifásicoconectadoalaredeléctricayubicadoenel núcleomagnéticodelestatorconstituyeelinducidodelamáquina,contrariamentea loqueocurríaenungeneradorasíncrono.Porelcontrario,elrotordisponedeun bobinadodecorrientecontinua,que,medianteuncircuitodeautoexcitación,puede serreguladodesdeelexterior,queconstituyeelsistemainductordelamáquinay,por Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 41 tanto,desdedondesepuederegularelniveldemagnetizaciónenfuncióndelgradode carga.Lamáquina,asíconstituida,recibeelnombrede"generadorsíncronocon bobinadodeexcitación':Aveces,sesustituyeestebobinadodeexcitaciónporimanes permanentes.Enestecaso,lacaracterísticapar‐velocidadesabsolutamenterígida,su velocidadesinamovibleyestáimpuestaporelvalordelafrecuenciadelaredalaque estáconectado.Estohacequepuedapresentarciertosinconvenientesensuutilización enaerogeneradores,comoson:  •Seestableceunacoplamientoabsolutamenterígidoentreelsistema aerodinámico,ylatransmisiónmecánicaylaredeléctrica,loqueexigiría introducireneltrendetransmisiónsistemasdeacoplamientoselásticose inclusoamortiguadoresviscosaparareduciravalorestolerables,elimpactoen lapotenciageneradaquepuedenprovocaroscilacionesdelviento.  •Laelevadaconstantedetiempoque,obligatoriamente,tieneel bobinadodeexcitación,hacequeestesistematengaunarespuestalentay oscilantefrenteasobrecargastransitoriasyfortuitasprovocadas,porejemplo, porráfagasdeviento,loquenecesariamenteexigeelusodeturbinascon sistemaderegulacióndepasodepala.  Sinembargo,haydoscaracterísticasmuypositivasquehacenquesecontemplesu empleoenciertotipodeaerogeneradores:  •Estamáquinasídisponedeunbobinadodeexcitacióndondese puede,yanosóloaportarlapotenciareactivademagnetizacióndelamáquina encadacircunstanciadeoperación,sinoqueinclusosepuederegularelnivel delareactivaaportadaporellamismaalsistema.  •Porotraparte,laconstitucióndeestamáquinahacequepresenteun rendimientosensiblementemayoraldelgeneradorasíncrono,y,enelcasoque Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 42 seprecise,requieredimensionesmenores,enespecialenmáquinasdealtopar ybajavelocidad.  Estasúltimasventajashacenqueelgeneradorsíncronoseutilice,tantocomoel asíncrono,enlossistemaspertenecientesalaclasede“aerogeneradoresdevelocidad variable,desacopladosdelafrecuenciaderedmedianteconvertidorelectrónico”. 3.4.Diferentespartesdeunaerogenerador: 3.4.1.Descripcióngeneralycomponentes: 3.4.1.1.Lagóndola:  Contieneloscomponentesclavedelaerogenerador,incluyendoelmultiplicador yelgeneradoreléctrico.Elpersonaldeserviciopuedeentrarenlagóndoladesdela torredelaturbina.Alaizquierdadelagóndolatenemoselrotordelaerogenerador,es decirlaspalasyelbuje.   Fig.3.8Góndolaconloselementosmássignificativos.ModelodeGAMESA Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 43  Fig.3.9Componentesturbina 3.4.1.2.Elrotor: Seentiendeporrotoreólicoelconjuntodecomponentesdelaerogenerador quegiranfueradelagóndola.Estoscomponentessonlaspalas,bujeyelmecanismo decambiodepasodelapala.Desdeunpuntodevistadediseñoyfabricación,cada unodeestoscomponentessepuedenconsiderarcomoelementosindependientes.Sin embargo,cuandoseestudiasufuncionamiento,esmuyadecuadoincluirlos,como partesdelrotoreólicoobiencomocomponentesdeltrendepotencia.Laspalas, claramentepertenecenalrotoreólico,sinembargo,encuantoalbujeyalmecanismo decambiodepasoestapertenencianoestanclara. Eltipoderotoreólicomásadecuadoenturbinaseólicasdiseñadasparaproducir energíaeléctricaeselrotortipohélice.Estadenominaciónsebasaenqueelprincipio defuncionamientoaerodinámicoyestructuraldelashélicesutilizadasenlatecnología aeronáuticasepuedenaplicaralosrotoreseólicosdelosaerogeneradoresdeeje horizontal,aunqueconalgunasrestricciones. Elrotorpuedeserdevelocidadfijaovelocidadvariable. Enelrotordevelocidadfijafigurainferiorelgeneradorasíncronoseconecta directamentealaredprincipaldesuministroeléctrico,porloquesuconstrucciónes simpleybarata.Porcontra,presentaunasaltascorrientesdearranqueyunaalta Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 44 demandadepotenciareactiva.Ungeneradormultipoloconimanespermanentesenel rotorydevanadosenelestator,degrandiámetro,nonecesitacajamultiplicadora.La energíaqueseobtieneesdefrecuenciavariableynecesariamentehayqueañadirun rectificadoryunonduladorparatenerlos50ciclosdelacorrientedered.   Fig.3.10Rotordevelocidadfija Enelrotardevelocidadvariablefigurainferior,elrotoryelgeneradorse desacoplandelafrecuenciadelared.Deestemodo,elrotorpuedeoperarcon velocidadvariableajustadaalavelocidaddevientoreal.Comoconsecuencia,los componentesmecánicostienenmejorcomportamientoalafatigayestopermiteun alargamientodelavidadelamáquina. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 45   Fig.3.11Rotordevelocidadvariable Elgeneradorseconectaalaredmedianteunsistemainversorelectrónicoo bien,losarrollamientosdeexcitacióndelgeneradorsonalimentadosporuna frecuenciaexternadesdeuninversor.Elsistemaeléctricoestácompuestoporun generadorasíncronoconanillosenelrotordondesepuedeconectaruncortocircuito, unjuegoderesistenciasounacascadahipersíncrona. Elcircuitodecascadahipersíncronaestáformadoporunrectificadortrifásico,una reactanciaalisadora,unaproteccióndesobreintensidad,unonduladortrifásico,un filtrodearmónicosyuntransformador,paraadaptarlasalidadelacascada hipersíncronaalasalidadelestator. Lapotenciadesalidasepuedecontrolarconelmecanismodecambiodepaso (respuestaen0,2segundos)yconeldisparodelostiristores(respuestaen20ms). Elcontroldelostiristoresactúasobrelacorrienterotoricacontrolandoelparenel rotor.Estaactuacióntanrápidapermitealmecanismodecambiodepasoadaptarla máquinaalascondicionesvariablesdelviento,conunamayorelasticidad. Elexcesodeenergíaprovocadoporunaráfagadevientosetraduceinstantáneamente enunaaceleracióndelrotorque,alpasarlaráfaga,devuelvelaenergíacinética adquiridaalsistema,enformadeenergíaeléctrica. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 46 Enresumen,elrotordevelocidadvariabletienelaventajadereducirlasfluctuaciones mecánicasyconsigueelmejorajustedelavelocidaddelrotorparaoperaralmáximo depotencia. 3.4.1.2.1.‐Parámetrosdediseñoderotoreseólicos:  Elprocesodediseñodeunrotareólicoconsisteendefinirlageometríamás adecuadadelaspalasparaconseguirquelasactuacionesdelaturbinaseanlas esperadas.Seentiendeporactuacióndelaturbinalapotenciaqueescapazde desarrollarantevariacionesenlavelocidaddelviento,lavelocidaddegiroyelángulo depasodepala. Elcriteriodeoptimizarlasactuacionesdelaturbinanosedebeconsiderarcomoel único,yaqueeldiseñodelrotardebetenerencuentaquelaspalasseandefácil fabricaciónytenganunaadecuadaresistenciaestructural. Lasactuacionesdelrotarestánligadasfundamentalmentealaformadelcoeficiente depotenciadelrotareólico.Ladependenciadeestecoeficientesepuedeexpresaren funcióndeparámetrosadimensionalesenlosqueintervienenlaformageométricadel rotar,laoperacióndelamáquinaylascaracterísticasdelviento. Losparámetrosrelacionadosconlageometríadelrotarson:  ‐Diámetrodelrotar,O ‐Númerodepalas,N ‐Tipodeperfilaerodinámico(L/D)máx. ‐Formaenplanta,cuerdadelperfil,c ‐Espesorrelativod/c ‐Ángulodetorsión,θ Loscorrespondientesalaoperacióndelamáquinason:  ‐Velocidaddegirodelaturbinan(rpm) ‐Ángulodepasodepala,βylascaracterísticasdelviento ‐Densidadρ Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 47 ‐Viscosidadμ. ‐Velocidaddelvientov  Apartirdelosparámetrosanterioressepuedeexpresarelcoeficientedepotenciadel rotareólicoenfuncióndelossiguientesnúmerosadimensionales    , 󰇡, , ,,,,,󰇢(3.5)  L/Deselcocienteentrelafuerzadesustentaciónylafuerzadearrastreenelperfil. AFsedefinecomoelfactordeactividad.Estefactorjuntoconelnúmerodepalas,N, permiteobtenerunamedidadelasolidezdelrotar.Seobtieneapartirdelasiguiente expresión      .󰇛󰇜.   (3.6)  Dondex=r/Reselcocienteentreladistanciadeundeterminadoperfilalcentrodegiro delamáquinaconrespectoalradiototalR.xresladistancianormalizadadelaraízde lapala.ReeselnúmerodeReynoldsquemidelarelaciónentrelasfuerzasconvectivas ylasfuerzasviscosas.  3.4.1.2.2.‐Influenciadelnúmerodepalas:  Enlasaeroturbinasrápidasunaumentodelnúmerodelaspalassuponeun incrementodelcoeficientedepotenciamáximocomosemuestraenlaFigura3.12. Estadependencianosepuedeextrapolaralosrotoresmultipala,yaqueaunque disponendemayornúmerodepalaselcoeficientedepotenciamáximoesinferioral delasaeroturbinasrápidas.Enlafigurainferiorseobservacomoelcoeficientede potenciamáximoseincrementacuandoaumentaelnúmerodepalas.Elpasode1a2 palassuponeunincrementodeI10%,de2a3palasun3‐4%yde3a4sóloun1%.Esto explicalarazónporlaquenoesrentableemplearaeroturbinasde4palasenvezde3, Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 54 avelocidadvariableyporlotantolavelocidaddegirodelaturbina.Larelaciónde multiplicacióndelacaja,enelcasodequeexista,permanececonstante.Lasegunda formadeproporcionarunavariaciónenlavelocidaddegirodelaturbinaesutilizando cajasdetransmisiónvariableygeneradoreseléctricosdirectamenteconectadosared evitandoasíelusodeconvertidoreselectrónicos.Estapráctica,quecondicionaengran medidaeldiseñodeltrendepotencia,sehaempleadoenalgunosprototipos,sin embargolaexperiencianohasidodemasiadosatisfactoria. 3.4.1.3.2.‐Configuracióndelsistemadetransmisión:  Laconfiguracióndelsistemadetransmisiónenlasturbinasdeejehorizontal estácondicionadaporlaposicióndelrotareólico.Esteelementoseencuentrasituado enlapartesuperiordelatorreaunaalturaquedebeserencualquiercasosuperiora lamitaddeldiámetrodelaturbina.Laconfiguraciónmáshabitualdeltrendepotencia consisteenubicartodosloselementosquelocomponendentrodelagóndolay alineadossegúnelejedegirodetrásdelrotareólico.Sinembargo,históricamentese hanrealizadodiseñosdeltrendepotenciadondepartedesuscomponentessehan ubicadofueradelagóndola.Acontinuaciónseindicanlasventajaseinconvenientes decadaunodeestosdiseños. a) Diseñoestándar:  Eldiseñomáshabitualdeltrendepotenciaconsisteenubicarlacajamultiplicadoray elgeneradoreléctricodetrásdelrotareólicoydentrolagóndolaOtroscomponentes auxiliarescomolosmotoresdeorientaciónoelgrupohidráulicoseubicantambiénen lagóndola.Laprincipalventajadeestaconfiguraciónesquesepuedeconsiderarcomo lamáscompactaposible.Sinembargo,presentaalgunosinconvenientes:enprimer lugar,elpesototaldeltrendepotenciaseconcentraenlapartesuperiordelatorrelo quecondicionadeformadefinitivaeldiseñoestructuraldetodalaturbina.Porotra parte,losaspectosrelativosaaccesibilidadymantenimientodecomponentesse hacenmáscomplejos.  Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 55 a.‐ Generadordeejeverticalenlazonasuperiordelatorre:  Unaformadereducirpesoenlagóndolaesutilizarungeneradoreléctricocon ejeverticalenlazonasuperiordelatorre.Conestaconfiguraciónseevitaelproblema deretorcimientodeloscablesdepotenciadurantelosprocesosdeorientación,sin embargolasdesventajasdeestaconfiguraciónsonnumerosas,yaqueesnecesario utilizarunacajamultiplicadoramáscomplejaconengranajescrónicos.Además,elpar queoponeelgeneradorpresentaunacomponenteverticalquepuedeafectaralrotar duranteparadasdeemergencia.Elprototipogermano‐suecoAEOLUSII,presentaesta disposicióndeltrendepotencia,figurainferior.  Fig.3.17TrendepotenciadelaturbinaAEOLUSIIcongeneradordeejevertical b.‐ Generadorenlabasedelatorre:  Lasoluciónmásradicalparasolucionarelproblemadepesoexcesivoenla góndolaesubicarloscomponentesdeltrendepotenciaenlabasedelatorre.Esta opciónimplicaqueelejelentodelacajamultiplicadoradebetenerunalongitud similaralaalturadelatorre.Unaalternativaaestediseñoesmantenerlacaja multiplicadoraenlagóndolayelgeneradorenlaparteinferiordelatorre.En cualquiercaso,laexcesivalongituddealgunosdelosejesdeacoplamientohaceque hayanaparecidoproblemasdevibracionesenlosescasosprototiposdeestas características,WEC‐520.  Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 56 c.‐ Generadordirectamenteacoplado:  Losdiseñosbasadosengeneradoresmultipolaresdirectamenteacopladosal rotareólicoquenoutilizancajamultiplicadorasonhoydíaunadelasopcionesmás utilizadasenlossistemaseólicosdeproduccióndeenergíaeléctrica.Losprimeros diseñoscomercialesbasadosenesteconceptosondelfabricantealemánENERCONN ensusmodelosE‐30,E‐40yE58YE66,figurainferior.Estetipodediseñosebasaen utilizargeneradoressíncronosdeexcitaciónindependienteconunnúmeroelevadode polosygobernadosmedianteunconvertidorelectrónicoquedesacoplalafrecuencia defuncionamientodelgeneradorconlafrecuenciadelared.Enlaactualidad,otros fabricantescomoLagerwey,Mtorres,JoumontoWindFormerutilizanestetipode sistemas.Ladesventajafundamentalquepresentaestamáquinaessuelevadopesoy sudiseñopococonvencional.Enlafigurainferiorsemuestranlasdiferentes configuracionesdeltrendepotenciaindicadasanteriormente.  Fig.3.18GeneradorsíncronodirectamenteacopladoalaturbinaE‐40 3.4.1.3.3.‐Apoyodelsistemadetransmisión:  Eldiseñodelosapoyossobrelosquesesustentaráelejedegirodelrotareólicoysu integracióneneltrendepotenciayenlaestructuradelagóndolaesunodelospuntos fundamentalesdeldiseñomecánicodelaturbina,yaqueesteelementosoportabuena partedelascargasqueposteriormentesetransmitenalatorre.Acontinuaciónse indicandiferentesconfiguracionesrelativasalosapoyosdeltrendepotencia.   Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 57 a.‐Ejedelrotarconapoyosseparado:  Enestetipodediseñoelejedelrotarsemontasobredoscojinetesunidosauna estructuraobancadasolidariaalatorremedianteapoyoslongitudinales transversales.Todaslascargasdelrotarsetransmitenalatorreatravésdeeste elemento.Conestadisposiciónlacajamultiplicadoranosoportaningunacarga exceptoelpartransmitidoporelejederotación.Laventajafundamentaldeeste diseñoesqueempleacojinetesycajasmultiplicadorasconvencionales,sinembargo presentaelinconvenientedeserunaconfiguracióndemasiadopesada.Unaalternativa aestediseñoesintegrarelcojineteposteriorenlaestructuradelacajamultiplicadora. Conestavarianteladistanciaentrecojinetessereduce,loqueimplicaunareducción enlascargastransmitidasalabancadeuniónconlatorre.Enestaconfiguraciónel multiplicadordevelocidadesmontacondosapoyosadicionalessobrelabancada,de talformaqueeltrendepotenciaseapoyasobretrespuntosdesuspensión.Laventaja fundamentaldeestaconfiguraciónesquesereducenotablementeelpesodela bancadaymejorasumontajeenlagóndola. b.‐ Ejedelrotorintegradoenlacajamultiplicadora  Enestediseñoelrotoreólicoseapoyacompletamentesobrelaestructuradelacaja multiplicadora.Eldiseñodeestetipodecajasmultiplicadorasdejadeserconvencional yseempleasólo,exclusivamente,enaplicacionesdeenergíaeólica.Elcostedeeste componenteevidentementeseincrementa,sinembargoestetipodecajasde multiplicaciónsejustificasiseproduceenserie.Estediseñodebegarantizarquelas cargasquerecibesuestructuranoafectanalafuncióndetransmisión.Labancadade unióndelatransmisiónconlatorresereducesignificativamenteconestaopciónde diseño.Enalgunoscasos,lacarcasadelacajamultiplicadorahacelasfuncionesde bancadayatravésdeellasetransmitenlascargasdelrotoreólicoalatorre.   Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 58 c.‐ Ejedelrotarconectadoaunsoportefijo:  Enlasconfiguracionesanterioreselejedelrotorestásometidoamomentos flectoresmuyacentuadosqueimplicandiseñosmuyrobustosdetodoslos componentesdeltrendepotencia.Paraevitaresteproblema,enalgunosdiseños,el rotorseuneaunejesoportefijoconectadoalatorreatravésdeunabridacuya funciónesabsorberlosmomentosflectorestransmitidosporelrotoreólico.Este diseñohasidoadoptadoenalgunosdiseños(ENERCONE‐40yBONUS500kW), Existennumerosasvariantessobrelosconceptosbásicosindicadosanteriormente,en concretoalgunosdiseñostienenelcojinetefrontaldeapoyodelejedelrotor integradoenlaestructuradelagóndola.Enlafigurainferiorsemuestraunesquema detodasestasconfiguraciones.  Fig.3.19Esquemadeapoyosdeltrendepotenciaenaeroturbinas 3.4.1.4.Frenomecánico:  Lafunciónprincipaldelfrenomecánicoesmantenerbloqueadoelejedegiro durantelasoperacionesdepuestaenmarchaymantenimientodelaerogenerador. Ademásdelfrenomecánico,esprácticahabitualdurantelosperíodosdereparación impedirelgirodelrotareólicomedianteunospernoscolocadosentreesteelementoy lagóndola.Cuandoelfrenomecánicosediseñaúnicamenteparabloquearelrotar,el parquedebesoportar,eseltransmitidoporelrotareólicopuestoenbanderaen condicionesdevientoextremoyconelejedegirobloqueado. Ademásdelafuncióndebloqueo,algunosdiseñosdefrenosmecánicosse puedenempleanparacontribuiralfrenadodinámicodelrotareólicoduranteprocesos Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 59 deparadadeemergencia.Elfrenomecánicosepuedeutilizarcomofrenosecundario deapoyoalfrenoaerodinámicoqueincorporantodaslasturbinasdeciertapotencia. Lafuncióndeparadaaerodinámicaserealiza,obienactuandosobreelcontroldepaso girandolapalaunángulocercanoa90°sobresuejedegiro(condicionesdepuestaen bandera)cuandolaturbinallevaincorporadounsistemadecontroldepasodepala,o bienactivandolosaerofrenosenelcasoqueelcontrolaerodinámicodelaturbinasea pasivo. Elempleodelfrenomecánicoparacontribuiralosprocesosdeparada dinámicasóloestájustificadoenturbinasdereducidaomedianapotencia.Para máquinasdeelevadapotencia(cercanasalMW),elfrenomecánicoseutilizasólopara funcionesdebloqueoyaqueundiseñodeestecomponenteduranteprocesosde paradasupondríaunasdimensionesdeldiscodefrenadoexcesivamentegrandes. Laconstituciónfísicadeestecomponenteconsisteenundiscoquegirasolidarioaleje detransmisiónyunaszapatasdefrenadoquerozanconeldiscocuandoseactivanya seaporvíaeléctrica,hidráulicaoneumática.Enlafiguracontiguasemuestraelfreno mecánicodeunaturbinaalojadoenelejedealtavelocidad.   Fig.3.20Frenomecánicodeunaturbinaalojadoenelejedealtavelocidad Unodelosaspectosmásrelevanteseneldiseñodelfrenomecánicoessuubicaciónen eltrendepotencia.Estecomponentesepuedecolocartantoenelejelentocomoen elejerápido.Enlamayoríadelosdiseñoselfrenomecánicoestácolocadoeneleje queacoplalacajamultiplicadoraconelgeneradoreléctrico,yaqueenesteejela potenciamecánicageneradaporelrotarsetransmiteconunaelevadavelocidadde giroyunparreducido,loqueimplicadiámetrosdeldiscodefrenadoreducidos.Sin embargo,estediseñopresentaciertosinconvenientes:  Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 60 ‐Porunladonosegarantizaelbloqueodelrotareólicocuandoporaccidentese desacopladeltrendepotenciaelejelentooelcuerpodebajavelocidaddelacaja multiplicadora. ‐Porotraparte,enelcasodebloqueodelrotarlosdientesdelacaja multiplicadoraestánsometidosaesfuerzosproducidosporlavariabilidaddelviento, aúncuandoelgiroseimpidedesdeelejedealtavelocidad. Esteproblemadalugaradesgastedelosengranajesdelacajamultiplicadora.Para solucionarestosproblemas,algunosfabricanteshanoptadopornobloquear completamenteeltrendepotencia,inclusodurantelosperiodosdemantenimiento. Otrasoluciónalosinconvenientesanterioresescolocarelfrenomecánicoenelejede bajavelocidad.Estaubicaciónesmuyapropiadaenturbinasdereducidapotencia,sin embargoparamáquinasdeelevadapotenciaeltamañodelfrenoenestaposiciónes excesivamentegrande,inclusoenelcasoqueestuvieradiseñadoparafuncionesde bloqueo.Porrazoneseconómicas,estecomponenteraravezsedisponeenelejelento delosgrandesaerogeneradores. 3.4.1.5.Cajamultiplicadora:  Lacajamultiplicadoracomoelementodeltrendepotenciaaparececomouna opcióndediseñohabitualyadesdelasprimerasturbinaseólicasconcebidaspara producirenergíaeléctrica.Lanecesidaddeesteelementosejustificaporeldiferente régimendegiroquerequiereunrotoreólicoyungeneradoreléctricodediseño convencional. Porunaparte,lavelocidaddegirodelaturbinadependeengranmedidadeldiseño aerodinámicodelaspalas.Losmodernosrotoreseólicos,yaseandevelocidadfijao variable,sediseñanconvelocidadeslinealesenlapuntadelapalaquepuedenvariar entre70y80m/s.Considerandoconstanteesteparámetro,esinmediatoconcluirque cuantomayorseaeldiámetrodelamáquinayporlotantosupotenciaasignada, menorhadeserlavelocidaddegirodelrotoreólico. Porotraparte,considerandoungeneradoreléctricoconectadodirectamenteauna reddefrecuenciaconstante,porejemplo50Hz,suvelocidaddesincronismodepende Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 61 exclusivamentedelnúmerodeparesdepolos.Elempleodegeneradoresmultipolares queseadaptenalrégimendegirodelrotareólicosinnecesidaddecajas multiplicadorasesunaopcióndediseñoquenosehaconsideradohastahacepocos añosporlossiguientesmotivos:  ‐ Paraqueelnúmerodepolosnoseaexcesivamenteelevadolafrecuencia eléctricadelgeneradorhadesermásreducidaquelafrecuenciadelared,yaque diseñarungeneradordirectamenteacopladoaunaturbinaquegire,porejemplo,a20 r.p.m.conunafrecuenciadealimentaciónde50Hz,supondríaubicar300polosenel inductordelamáquina,locualnoesenlamayoríadeloscasosviable económicamenteysupondría,además,seriosproblemasestructuralesydemontaje delaerogenerador.  ‐Gobernarungeneradoreléctricoconunafrecuenciadistintadelafrecuencia delaredrequiereutilizarconvertidoreselectrónicosconunafiabilidadsuficientede suscomponentes.Estamadureztecnológicadelosconvertidoreselectrónicospara unagamadepotenciasentre500y1000kWsehaalcanzadorecientemente. Comoseveráposteriormente,unodelosparámetrosdediseñodelascajas multiplicadoraseslarelacióndetransformación(cocienteentrelavelocidaddegiro rápidoyelejedegirolento).Parececlaroque,cuantomenorseaestarelaciónmenor seráeltamañodeesteelementoyporlotantosucoste.Lasdosúnicasformasde reducirlarelacióndetransmisiónson:disminuirlavelocidaddelgenerador aumentandoelnúmerodepolosyparaunaturbinaenlaqueeldiámetroestáfijado aumentarlavelocidaddegirodelaturbina.Estaúltimaformadereducirlarelaciónde transmisiónimplicaaumentarlosesfuerzoscentrífugosyllevaasociadounaumento delascargasaerodinámicassobrelaestructuradelamáquina.Apesardeesto,los diseñadoressiguenrealizandoesfuerzosconsiderablesparaaumentarlavelocidadde girodelrotoreólico.Estanecesidadinicialdereducirlarelacióndetransmisiónnose percibeenlaactualidadcomounproblemadediseñocrítico.Hoydíaesposible encontrarenelmercadocajasmultiplicadorasdeelevadapotencia(hasta2MW)y Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 62 relacióndetransmisión(1:100)conrendimientosyfiabilidadmuyaltosdurantetodo superíododefuncionamiento. Estegradodemadurezactualsehaalcanzadograciasalaexperienciaadquirida duranteañosenlosquelascajasdemultiplicaciónfueroncausacontinuadadeavería, sobretodoenlosprimerosdiseños.Lascausasdefalloenesteelementonosedebían aldiseñodelacajamultiplicadoraensí,sinoalascondicionesdetrabajotan especialesalasquesevesometida.Elparquetransmiteunacajamultiplicadoraylos esfuerzosquesoportasuestructurapresentanunacomponenteoscilatoriamuy marcadaqueprovocafatigayporlotantoaumentodelaprobabilidaddefallo. Actualmente,losdiseñosdecajasmultiplicadorasserealizanconunoscoeficientesde seguridadmuyelevadosenlosqueseconsideraelestadorealdecargasconlosque trabajaestecomponente.Latendenciaencuantoalnúmerodeaveríasdecajas multiplicadorassehareducidoconsiderablementeenlosúltimosaños. a.‐ Tiposdecajasmultiplicadoras:  Losengranajesdelascajasmultiplicadoraspuedenserdedostipos:engranajes rectosohelicoidales.Losprimerosseutilizanencajasmultiplicadorasdeejesparalelos ypresentanunarelacióndemultiplicaciónmáximaencadaetapade1:5.Los engranajeshelicoidalestienenundiseñomássofisticadoquelosengranajesrectosyse empleanencajasmultiplicadorasdetipoplanetario.Larelacióndemultiplicaciónen cadaetapapuedesercomomáximode1:12. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 63   Fig.3.21Diferentesconfiguracionesdecajasmultiplicadoras Lasnecesidadesdetransmisióndelasturbinasactualesrequierenelempleode almenosdosotresetapasdemultiplicación.Enlafigura3.21,semuestrandiferentes configuracionesdecajasmultiplicadoras. Engeneral,lascajasmultiplicadorasdeejesparalelossonmássencillasdediseñoypor lotantomásbaratasquelosdiseñosplanetarios.Sinembargo,anteigualdadenla relacióndetransmisiónyenlapotenciatransferidalosdiseñosconejesplanetarios sonmásrobustosymenospesados,loquehacequeéstaopciónsealamásutilizada enmáquinasdegranpotencia. Enlaactualidadlosdiseñosdecajasmultiplicadorasqueincorporanlos aerogeneradoresserealizandeformaespecíficaparaestaaplicación.Losnuevos diseñosdeestecomponenteincluyenpartedelosapoyosdelejedebajavelocidaden supropiaestructura.Lasventajasquepresentaestediseñosonporunapartesu reducidopesoysufacilidaddeensamblajeconotroselementosdeltrendepotencia duranteelperíododemontaje.Otrosdiseñosutilizan,almenosunaetapade engranajesrectosparaconseguirquelosejesdelacajamultiplicadoranoestén Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 70 pues,laeleccióndelaalturadelatorrerespondeaunasolucióndecompromisoentre lasventajaseinconvenientesquesuponeaumentaresteparámetrodediseño. Porotraparte,latorredebepresentarunarigidezsuficienteparasoportarlascargas deempujetransmitidasporelrotoreólico.Además,eldiseñoestructuraldelatorre debefijarsufrecuencianaturaldeflexióndetalformaqueenningunacondiciónde funcionamientoestableseexciteestafrecuenciapropia.Comoseindicará posteriormente,eldiseñoestructuraldelatorredependeenbuenamedidadelos materialesutilizadosensufabricación.Otrosaspectosrelativosalimpactovisualola accesibilidaddelatorresetrataránacontinuación. 3.4.1.7.1.‐Tiposdetorre:  Lasprimerasmáquinasdiseñadasparaproducirenergíaeléctricautilizaron torresconestructurasmetálicasoconfiguraciónencelosía,posteriormentepara máquinasdepotenciasuperiorlatecnologíahaevolucionadohaciatorrestubularesde acerouhormigón.Acontinuaciónseindicanlasparticularidadesdecadatipodetorre. a.‐ Torredecelosía  Estetipodetorreconsisteenunaestructurametálicaenlaquesesustentael rotoreólicoyloscomponentesmecánicosdelatransmisión.Estetipodediseñosfueel másempleadoenlasprimerasgeneracionesdeaeroturbinas.Presentanlaventajade teneruncostereducido,perotienenunaaccesibilidadcomplejaquedificultalastareas demantenimiento.Elimpactovisualdelastorresdecelosíaeselevadoadistancias cercanasalatorre,sinembargoestetipodetorreseconfundeconelhorizonte cuandolamáquinaseobservaaunadistanciasuficientementelejana. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 71   Fig.3.27Aerogeneradorcontorredecelosía   b.‐ Torretubulardeacero:  Estetipodetorreeselmásutilizadoenlaactualidad.Lasprimerastorres tubularesdeaceropresentabanunagranrigidezestructural,sediseñabandetalforma quelafrecuencianaturaldeflexióndelatorrefuerasuperioralafrecuenciadegirode lapala(1P).Elmotivodeestaelecciónserealizabaparareducirlaposibilidadde excitarestafrecuencianaturaldelsistema.Estediseñorígidodalugaratorres excesivamentepesadasycaras,enespecialcuandoaumentasualtura.Lasnuevas torrestubularesdeacerosediseñandetalformaquelafrecuencianaturaldeflexión esinferiora1P.Elcriteriodefabricaciónmássencillodelastorrestubulareses mediantelaunióndevariostramoscilíndricos.Elnúmerodetramoshabitualsueleser dosotres,paraalturasdetorresuperioresa60m.Enlastorresdealturaelevadael diseñosuelesertronco‐cónicoconchapadeacerodeespesordecrecienteconla alturaparareducirpeso. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 72   Fig.3.28Aerogeneradorcontorretronco‐cónica c.‐ Torretubulardehormigón:  Laconfiguracióndelaestructuradelatorreconhormigónsepuederealizaro bienconhormigónarmadouhormigónpretensado.Algunosdiseñosactuales,en concretolosprototipos:Tjaereborg<Dinamarca),LS‐l(GranBretaña)yWTS‐75 (Suecia),empleantorretubulardehormigón. Elhormigónpretensadopresentamejorescaracterísticasparalosdiseñosdetorresde elevadarigidezqueloshormigonesarmadosyesunaopcióneconómicamente competitivaconlastorrestubularesdeacerocuandoéstassehandediseñarcon elevadarigidez. Lastorresdehormigónsepuedenconstruirenelpropioemplazamientoosepueden transportarenvariostramosprefabricados. Existenotrasconfiguracionesbasadasenlautilizacióndetensoresancladosatierra paraaportarrigidezalatorre,otorresmixtasformadasporuntramosuperiorde aceromontadosobreunabasedehormigón.Encualquiercaso,ambasconfiguraciones sondiseñosmuyparticularesquenoseutilizanactualmente. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 73   Fig.3.29Aerogeneradorcontorredehormigón d.‐ Accesibilidad:  Loscriteriosdeaccesibilidadtantoalrotoreólicocomoalosequipos embarcadosenlagóndolasonmuyimportantesenlosdiseñosactuales.Paraturbinas pequeñas,contorresdealturainferiora15m,existenescalerasexteriorespara accederalamaquinaria.Cuandolaalturadelatorreesmayor,escomúnutilizar escalerasinterioresconplataformasintermediascuandolaalturaessuperiora30m. Lasturbinasactualesdegranpotenciaconalturassuperioresa60mdisponen,en algunoscasos,deascensorparaaccederalagóndola. Evidentemente,esteaccesorio,casiimprescindibleparatareasdemantenimiento, suponeuncosteadicionaldelaerogenerador.Elaccesoalagóndolasepuederealizar obien,porelinteriordelatorre,cuandoeldiseñoestubularoatravésdeunacceso exteriorcuandolatorreesdehormigón.Dependiendodeltipodegóndolaesposible realizartodoslostrabajosdemantenimientodentrodeella,oendiseñosmás compactos,esnecesariodescubrirlacapotaquecubrelagóndolaparaaccederala maquinaria. Latorrenosólodisponedelasescalerasyplataformasparaaccederalaparte superiordelamáquina,enellaseubicanlascanalizacionesdeloscablesdepotencia quebajanhastalazonainferior,dondecadavezesmásfrecuentequeseubiqueun transformadordepotenciaylasceldasdemediatensióndondeserealizanlas conexionesexterioresysecolocandeterminadasprotecciones. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 74    Fig.3.30Componentedeunatorretubularactual e.‐ Diseñoestructural:  Eldiseñodelatorresehaderealizarconunoscriteriosderesistenciayrigidez talesquelaestructurasoportelosesfuerzosdebidosaloscasosdecargaque establecelanormaIEC61400/1.Enconcretosedebecalcular:lamáximaresistenciade latorreantevientoextremo,resistenciaafatigadelosmaterialesdelatorreparauna vidaútildediseñode20a30añosylarigidezdelatorre(frecuencianaturalde flexión)paraevitarproblemasdevibracionesmecánicas.Acontinuaciónsecomentan cadaunodeestoscriteriosdediseño.  - Resistenciamáxima: Lamáximaresistenciadelatorresedeterminamedianteuncálculodecargasestáticas debidasalpesodelapropiatorreydetodosloselementossituadosensuparte superior(rotareólicoygóndola).Ademássedebeconsiderarelmomentoflectorque Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 75 soportalabasedelatorredebidoalasfuerzasaerodinámicasdeempujesobreel rotar.Lascondicionesdeempujemásdesfavorablesseproducen,enlasturbinascon controldepasodepala,cuandosealcanzalavelocidaddegiromáximaylavelocidad delvientoeslanominal.Porelcontrario,lasmayoresfuerzasdeempujeenturbinas concontrolaerodinámicopasivosepresentanparavelocidadesdelvientosuperioresa lanominal.Otrocasodecargaquesedebeconsiderareneldiseñodelatorreesla situacióndevientoextremoconlamáquinaparada.  - Resistenciaafatiga: Lascargasdinámicassobrelatorresonmuysignificativascuandosecalculasu resistenciaafatiga.Uncálculoestáticonoessuficienteparadeterminarel comportamientoestructuraldelcomponentealargoplazo.Además,enlosestudios dinámicosesnecesarioincluirsucomportamientoenelcasoqueseexcitela frecuencianaturaldeflexión.  - Rigidez: Losrequisitosderigidezestructuraldependendelcomportamientogeneraldela turbinaantevibraciones.Losmodosdevibraciónmásimportantesdelatorresonello Y2°mododevibracióndeflexiónlateral.Lafrecuencianaturalcorrespondienteaeste 1°mododevibraciónparaunatorrede50mdealturapuedevariarenelentornode 0,5a1Hz.Otromododevibraciónimportanteeselcorrespondientealafrecuenciade torsióndelatorre,queenlamayoríadeloscasospuedeser3o4vecessuperiorala frecuencianaturaldeflexión.  - Flexiónlateral.Pandeo: Unodelosproblemasdediseñomásimportantesquesedebenconsiderar,enespecial enlastorresdealturaelevadadiseñadasconrigidecesreducidas(torresmuyesbeltas), eselfenómenodelpandeoolaflexiónlateralquepuedesufrirlaestructura.Para evitarlaaparicióndeestefenómeno,esnecesarioaumentarlarigidezdelaestructura aumentandoelgrosordelachapadeacero. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 76 3.4.1.8.Mecanismodecambiodepala:  Lamayoríadelasmodernasaeroturbinasincorporanensusdiseños dispositivoscapacesdehacergirarlapalaalrededordesuejelongitudinal.Lafunción delcambiodepasodelaspalasesdoble:porunapartepermitecontrolarlapotenciay lavelocidaddegirodelrotoreólicoyporotraparteescapazdefrenar aerodinámicamenteelsistemaencasodeavería. Noeselpropósitodeesteapartadoindicarlasfuncionesdelcambiodepasodepala durantelosdistintosmodosdefuncionamientodelaerogenerador,nitampoco describirsusdiferentesesquemasdecontrol,todasestascuestionessetratancon detalleenelcapítulo4.Acontinuaciónseestudiaelmecanismodecambiodepaso,es decirlosdispositivosqueseutilizanparaconseguirgirarlapala. 3.4.1.8.1.‐Componentesbásicos:  Loscomponentesbásicosdeunmecanismodecambiodepasodepalasonlos siguientes: a.‐Elementodeconexiónconelbuje:  Enelmecanismodecambiodepasoelelementoqueconectalapalaconelbuje debepermitirelgirodeéstaalrededordesuejelongitudinal.Debidoaquelosángulos ylavelocidaddegirodelapalasonreducidos,lossistemasdesoporteson habitualmenterodamientosdebolas(rollerbearing),queestánsometidosacargas elevadasproducidaspormomentosdeflexiónytorsión,inclusocuandolos movimientosdegirosonreducidos. Cuandoelsistemadecambiodepasonogiratodalapala,sinosolamentelapunta,el rodamientoyelaccionamientoseencuentransituadosaciertadistanciadelaraízde lapala.Estediseñopresentacomoproblemasañadidos:laubicacióndeestos elementosenunespacioreducido,elaumentodelpesodelapalayeldesplazamiento desucentrodegravedadhaciaposicionesmásalejadasdelaraíz. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 77 b.‐ Accionamientodelsistemadegiro:  Elaccionamientodelsistemadegiroconstadeunactuador,eléctricoohidráulico, quetransmiteelmovimientodegiroalapaladirectamenteoatravésdeunelemento adicionalcomoruedasdentadas,barradedesplazamientoetc. Lossistemasdecambiodepasoconvencionalesdelasgrandesturbinasconstandeun actuadorsituadoenelbujequeseconectaaungrupodepresiónhidráulicoubicado enlagóndola.Laconexiónentreamboselementosserealizaatravésdeuncircuito hidráulicoqueatraviesalacajamultiplicadorayelejeprincipalquedebeserhueco.La uniónentrelaspartesfijasygiratoriasdelcircuitohidráulicoserealizanenun elementodetransmisióngiratorioconvenientementeselladoparaimpedirfugasde aceite.Esteelementotieneunabuenaaccesibilidadyaquesesitúaenlaparte posteriordelacajamultiplicadoracomoseindicaenlafigurainferior.   Fig.3.31Mecanismodecambiodepasohidráulicoconelaccionamientodegiroenelbuje Loselementosdelaccionamientohidráulicopuedenestarubicadosenlagóndola comoseindicaenlafigurainferior.Estesistemanoutilizaelementosdetransmisión giratoriosysumododefuncionamientoescomosigue;elgrupohidráulicocontrolala presióndeunpistónqueaccionaunvástagoencuyoextremoseconectanunasbarras queconvierteneldesplazamientoaxialdelvástagoenmovimientodegirodelaspalas. Elpistónejercesupresióncontraunresortedetalformaquesielpistónpierde presiónelresorteaccionalaspalasponiéndolasenposicióndebanderayparandoasí Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 78 laaeroturbina.Esteconceptodeseguridadpasivaesmuyimportanteyaquegarantiza laparadadelamáquinaencasodeaveríadelgrupohidráulico.Unaspectoimportante deestesistemaesquelosejesdegiroprimarioysecundariodebenestar necesariamentedesalineadosparapermitirlaubicacióndelaccionamientodelas palas.  Fig.3.32Mecanismodecambiodepasohidráulicoconelaccionamientodegiroenlagóndola 3.4.1.8.2.Sistemaselectrónicosdecambiodepaso:  Enelapartadoanteriorsehadescritoelfuncionamientodelosmecanismosde cambiodepasohidráulicosmásutilizadosqueaccionandeformaconjuntatodaslas palasdelrotareólico.Recientementeseestánutilizandomotoreseléctricospara gobernarelgirodelaspalas,peroadiferenciadelossistemaspresentadosenel apartadoanteriorlossistemaseléctricosdecambiodepasosuelenserindividuales,ya queunsistemacolectivodeestascaracterísticasesmáscomplicadoycostosoqueun sistemahidráulico.Lasventajasdeutilizarunmotoreléctricocontroladoparagirarla palasonentreotrasquepermiteunagranprecisión,presentaunarigidezmayorque lossistemashidráulicosyevitalaspérdidasdeestanqueidadquepuedenapareceren ellos,ademásestossistemassonmuycompactos,yaquetodoelaccionamiento eléctricoseencuentrasituadoenelbujeynonecesitaelementosmecánicos adicionalesparagirarlapala.EnlaFigurainferiorsemuestraunmecanismodecambio depasodeestascaracterísticas. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 79   Fig.3.33Mecanismodecambiodepasoeléctrico 3.4.1.8.3.Sistemasindividualesdecambiodepaso:  Lossistemasindividualesdecambiodepasodepalapresentanlaventaja fundamentaldeaportarmayorfiabilidad,yaqueponiendounaodospalasenposición debanderaesposiblepararelrotareólicoencasodeavería.Esteaspectodela redundanciaenlaseguridaddelossistemasdeparadaesunacuestiónenlaquelos fabricantesestánprestandoespecialatención.Enconcretolosdiferentessistemasen losquesedebeincorporarredundanciaparagarantizarlaparadadelaturbinason: sensores,sistemasdealimentación,yaccionamientodelsistemadegiro.Enlafigura inferior,semuestraunsistemaredundantedecambiodepasohidráulicodeuna turbinadetrespalas. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 86 d.‐ Elanemómetroylaveleta Lasseñaleselectrónicasdeanemómetrosonutilizadasporelcontrolador electrónicodelaerogeneradorparaconectarlocuandoelvientoalcanza aproximadamente5m/s.Elordenadorpararáelaerogeneradorautomáticamentesila velocidaddelvientoexcedede25m/s,conelfindeprotegeralaturbinaysus alrededores.Lasseñalesdelaveletasonutilizadasporelcontroladorelectrónicopara girarelaerogeneradorencontradelviento,utilizandoelmecanismodeorientación. e.‐ Launidadderefrigeración Contieneunventiladoreléctricoutilizadoparaenfriarelgeneradoreléctrico. Ademáscontieneunaunidadrefrigeranteporaceiteempleadaparaenfriarelaceite delmultiplicador.Algunasturbinastienengeneradoresrefrigeradosporagua. f.‐ Turbina  Laenergíadelvientoconvertidaporlaturbinadependedeladensidaddelaire,del áreadelrotorydelavelocidaddelviento.Laspalasdelaturbinasecomportancomo lasalasdeunavión,extrayendolaenergíadelviento.Lapotenciadelviento transferidaalaspalasdelaturbina,vieneexpresadapor:  . .󰇛󰇜 .󰇛.󰇜  .... ...(3.7)  yaqueelvolumendeairequepasaporunidaddetiempo(segundo)eslaseccióndel rotor()multiplicadaporlavelocidad(v). Siendo: P=potenciaenW p=densidaddelaireseco,enKg/m3alapresiónatmosféricaestándar (1013,2mb)yalatemperaturade15°C=1,225Kg/m3 R=Radiodelrotorenmetros(D=Diámetrodelrotorenmetros) v=velocidaddelvientoenm/s Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 87  Ladensidaddelairevaríaconlaaltituddellugaryconlapresiónytemperatura atmosférica.Enfuncióndelaaltitudhenmetros,yparaalturasmenoresde6.000 metros,ladensidades: .󰇡,.  󰇢,󰇡,.󰇛󰇜  󰇢(3.8)  yenfuncióndelapresiónatmosféricaP(kPa)ylatemperaturaambientet(ºC)es:  ,  (3.9)  Latemperaturadelairedisminuyelinealmenteconlaaltitudh(metros),segúnla fórmula:  ,  ,(3.10) Aseñalarqueladensidaddelairevaríapocoenellugardeemplazamientodel aerogenerador,porloquesededucequelapotenciadependebásicamentedel cuadradodeldiámetrodelrotorydelcubodelavelocidaddelviento.Esdecir, doblandoeldiámetroseconsigueaumentaren4(22=4)lapotencia,mientrasque doblandolavelocidadselograaumentarésta8veces(23=8)figurainferior    Fig.3.37Curvadepotencia ElcoeficientedepotenciaCporendimientodelaturbina(figurasinferiores), proporcionaelvalordelacapacidadquetieneunrotarparacaptarlaenergíadel Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 88 viento.Seobtienedividiendolapotenciadisponibleenelejeporlapotenciaeólicade entrada.Delafórmulainicialdepotencia:   ...(3.11)  Fig.3.38Curvacoeficienteypalasdeturbina Evidentementenopuedeextraersetodalapotenciaindicadaporlafórmulaya queentonceslavelocidaddelvientoalasalidadelaturbinaseríaceroyelaireno penetraríaenelcírculobarridoporlaturbina.Laturbinaidealreduciríalavelocidad delvientoen2/3segúnlaleydeBetz,queindicaquesólopuedeconvertirseel59% (16/27)delaenergíacinéticadelvientoenenergíamecánicaparamoverlaturbina.En efecto: SiV1yV2sonlasvelocidadesantesydespuésdepasarporelcírculobarridoporla turbina,lavelocidadmediadelvientoes(V1+V2)/2,ylamasadeairequepenetraenel rotorcadasegundoes: . .󰇡 󰇢(3.12)  Ylapotenciaextraídadelrotores:   ..  ..  . .󰇡 󰇢  (3.13) ComparadaestapotenciaconlapotenciateóricaPotransportadaporlamasadeaire sinestarperturbadaporlaturbinaresulta:ylapotenciaextraídadelrotores: Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 89   .  (3.14) porlotanto,   󰇡 󰇢     󰇡 󰇢.󰇡 󰇢(3.15)  Elvalormáximodeestaexpresiónseencuentraigualandoladerivadaacero Derivadade    .󰇡 󰇢󰇡 󰇢 (3.16)  Resultando: 󰇡 󰇢 (3.17) Ylarepresentacióngráficadelarelacióndepotenciaylarelacióndevelocidadesfigura inferiores:   Fig.3.39Relacióndepotenciayrelacióndevelocidades Ylamáximapotenciaextraídadelvientoporlaturbinaes:    󰇡 󰇢.󰇡 󰇢   ,(3.18)  El59,3%espueselmáximorendimientoteóricodeunaturbinaquenotuviera pérdidasporrozamiento,yenlaquelaeficaciadelaspalasfueradel100%.El rendimientoprácticodependedeltipoderotar,ydelosdiversosmecanismosque componenelaerogenerador,porloquedesglosandolosrendimientos: Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 90  RendimientodeBetz59,3%  Rendimientodelahélice85%  Rendimientodelmultiplicador.98%  Rendimientodelalternador95%  Rendimientodeltransformador.98%  Resultaunrendimientoglobaldelainstalacióndelordendel45,9%.Enlaprácticael rendimientodelaerogeneradorseráaúnmenor,obteniéndoseenlasmodernas turbinasunrendimientodel35%(coeficientedepotenciadelaturbina),mientrasque enlasqueseutilizabanenelaño1900,elrendimientonopasabadel5%.Porotro lado,lafiabilidadesmuyaltasiendodelordendel96%.Enlafigurasiguientepuede verselapotenciaquepuedeextraersedelaturbina.   Fig.3.40Potenciaextraídaporlaturbina  Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 91   Fig.3.41Coeficientedepotencia 3.5.TipologíadelosAerogeneradores: Enlaactualidadexistetodaunaenormevariedaddemodelosde aerogeneradores,diferentesentresítantoporlapotenciaproporcionada,comoporel númerodepalasoinclusoporlamaneradeproducirenergíaeléctrica(aisladamenteo enconexióndirectaconlareddedistribuciónconvencional).Puedenclasificarse,pues, atendiendoadistintoscriterios: 3.5.1.Porlaposicióndelaerogenerador: 3.5.1.1.EjeVertical: Sucaracterísticaprincipalesqueelejederotaciónseencuentraenposición perpendicularalsuelo.Sontambiénllamados"VAWTs",quecorrespondealassiglas deladenominacióninglesa"verticalaxiswindturbines".Existentrestiposdeestos aerogeneradores: a.‐ Darrieus: Consistenendosotresarcosquegiranalrededordeleje.   b Cuat c Dos o   S últi m den o aero •   b .‐ Panem o roomáss e c .‐ Savoni u o másfilas d   S onlosmás m osaños.S o minación i generador d Rotor: compue s momen t teneru n varios M T P   o nas e micírculos u s: d esemicili n   3.5. 1 habituales elosdeno m i nglesa"h o d eejehori z laspalas s tos,sedi s t otorsore n n diámetro M W.Lav e T ítulo P royecto  Fig.3.42 A unidosale j n droscoloc a   Fig.3.43A e 1 .2.Ejeh o yenellos s m inatamb o rizontala x z ontalson: delrotor s eñanpara n elejede de42a 8 e locidadd e Ener gí A erogenerad o j ecentral. S a dosopue s  e rogenerado r o rizontal: s ehacentr a ién"HAW T x iswindtu ,construi d transform a lequipo.L 8 0metros y e rotación í a Eólica t e  o rtipoDarrie u S urendimi e s tamente. r tipoSavoni u a doelmay o T s",queco r rbines".La d asprinci p a rlaenergí osrotores y producir estánor m e rrestre y u s e ntoesbaj o u s o resfuerzo r responde a spartesp r p almente acinética d modernos potencias m almente marítim a o . dediseño e a lassiglas r incipales d conmate d elviento e puedenll e equivalent e limitadap a 92 e nlos dela d eun riales e nun e gara e sde orla Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 93 velocidaddepuntadepala,cuyolímiteactualseestableceporcriterios acústicos. • Cajadeengranajesomultiplicadora:puedeestarpresenteonodependiendo delmodelo.Transformanlabajavelocidaddelejedelrotorenaltavelocidadde rotaciónenelejedelgeneradoreléctrico. • Generador:existendiferentetiposdependiendodeldiseñodelaerogenerador. Puedensersíncronosoasíncronos,jauladeardillaodoblementealimentados, conexcitaciónoconimanespermanentes. • Latorre:sitúaelgeneradoraunamayoraltura,dondelosvientossondemayor intensidadyparapermitirelgirodelaspalasytransmitelascargasdelequipo alsuelo. • Sistemadecontrol:sehacecargodelfuncionamientoseguroyeficientedel equipo,controlalaorientacióndelagóndola,laposicióndelaspalasyla potenciatotalentregadaporelequipo. Todoslosaerogeneradoresdeejehorizontaltienensuejederotaciónprincipalenla partesuperiordelatorre,quetienequeorientarsehaciaelvientodealgunamanera. Losaerogeneradorespequeñosseorientanmedianteunaveleta,mientrasquelosmás grandesutilizanunsensordedirecciónyseorientanporservomotores.Dadoquela velocidadderotacióndelasaspasesbaja,lamayoríahacenusodeunacajareductora paraaumentarlavelocidadderotacióndelgeneradoreléctrico. Engeneral,lahéliceestáemplazadadetalmaneraqueelviento,ensudirecciónde flujo,laencuentreantesquealatorre(rotorabarlovento).Estodisminuyelascargas adicionalesquegeneralaturbulenciadelatorreenelcasoenqueelrotorseubique detrásdelamisma(rotorasotavento).Laspalasdelahélicesemontanaunadistancia razonabledelatorreytienenaltarigidez,detalmaneraquealrotaryvibrar naturalmentenochoquenconlatorreencasodevientosfuertes. Apesardeladesventajaenelincrementodelaturbulencia,sehanconstruido aerogeneradoresconhéliceslocalizadasenlaparteposteriordelatorre,debidoaque Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 94 seorientanencontradelvientodemaneranatural,sinnecesidaddeusarun mecanismodecontrol.Sinembargo,laexperienciahademostradolanecesidaddeun sistemadeorientaciónparalahélicequelaubiquedelantedelatorre.Estetipode montajesejustificadebidoalagraninfluenciaquetienelaturbulenciaeneldesgaste delasaspasporfatiga.Lamayoríadelosaerogeneradoresactualessondeesteúltimo tipo. 3.5.2.Porlaposicióndelequipoconrespectoalviento: a.‐Abarlovento: Lasmáquinas,corrientearribatienenelrotordecaraalviento.Laprincipal ventajadelosdiseñoscorrientearribaesqueseevitaelabrigodelvientotraslatorre. Conmucholamayoríadelosaerogeneradorestienenestediseño. Porotrolado,tambiénhayalgodeabrigoenfrentedelatorre,esdecir,elviento empiezaadesviarsedelatorreantesdealcanzarla,inclusosilatorreesredondaylisa. Asípues,cadavezqueelrotorpasaporlatorre,lapotenciadelaerogeneradorcae ligeramente. Elprincipalinconvenientedelosdiseñoscorrientearribaesqueelrotornecesitaser bastanteinflexible,yestarsituadoaunaciertadistanciadelatorre.Ademásuna máquinacorrientearribanecesitaunmecanismodeorientaciónparamantenerel rotordecaraalviento. b.‐Asotavento: Lasmáquinas,corrienteabajotienenelrotorsituadoenlacaraasotaventode latorre.Laventajateóricaquetienenesquepuedenserconstruidossinun mecanismodeorientación,sielrotorylagóndolatienenundiseñoapropiadoque hacequelagóndolasigaalvientopasivamente. Sinembargo,engrandesmáquinaséstaesunaventajaalgodudosa,puessenecesitan cablesparaconducirlacorrientefueradelgenerador.Silamáquinahaestado Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 95 orientándosedeformapasivaenlamismadirecciónduranteunlargoperiodode tiempoynodisponedeunmecanismodeorientación,loscablespuedenllegarasufrir unatorsiónexcesiva. Unaspectomásimportanteesqueelrotorpuedehacersemásflexible.Estosupone unaventajatantoencuestióndepesocomodedinámicadepotenciadelamáquina, esdecir,laspalassecurvaránaaltasvelocidadesdelviento,conloquequitaránparte delacargaalatorre. Elinconvenienteprincipaleslafluctuacióndelapotenciaeólica,debidaalpasodel rotoratravésdelabrigodelatorre.Estopuedecrearmáscargasdefatigaenla turbinaqueconundiseñocorrientearriba. 3.5.3.Porelnúmerodepalas: a.‐Unapala Altenersólounapalaestosaerogeneradoresprecisanuncontrapesoenelotro extremoparaequilibrar.Lavelocidaddegiroesmuyelevada.Sugraninconvenientees queintroducenenelejeunosesfuerzosmuyvariables,loqueacortalavidadela instalación.Unaaplicacióndeestetipodemáquinaspuedeverseenlafotosituadaal lado. b.- Dos palas Losdiseñosbipaladeaerogeneradorestienenlaventajadeahorrarelcostede unapalay,porsupuesto,supeso.Sinembargo,suelentenerdificultadesparapenetrar enelmercado,enparteporquenecesitanunamayorvelocidaddegiroparaproducir lamismaenergíadesalida.Estosuponeunadesventajatantoenloquerespectaal ruidocomoalaspectovisual.   Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 102   Fig.3.48Fuerzasaerodinámicas.(a)FuerzasdesustentaciónLyarrastreDsobreunelementodepala, yvelocidaddelvientoVPdegiroω,r,yrelativaW.LafuerzaLtieneunacomponentemotriz,Lcosφ, enladireccióndegiro.(b)Elementodeaeroturbinaquesemueveporfuerzadearrastre. Sinembargo,lamayorpartedelasaeroturbinasmodernas,deamplia utilización,sebasanenelprincipiodesustentaciónaerodinámica,similaraldelasalas deunavión,laspalasdeunahélice,omuchosdelossistemasdenavegaciónavela, (figurasuperiora).Unaaeroturbinaquesemueveporarrastresiempregirarámás despacioqueunaquesemuevaporsustentación;elelementodeunamáquinaquees arrastradaporelviento,nuncapodrámoverseamayorvelocidadqueladelpropio viento.  Otraventajaadicionaldelasaeroturbinasquefuncionanporsustentación aerodinámica,ademásdelamayorpotenciaymayorvelocidaddegiro,eselmenor empujeofuerzadetumbado,conloquelascargasylosefectosdeestelason menores.LasaeroturbinasdeejeverticaltipoDarrieustambiénsemuevenporel principiodesustentaciónaerodinámica,perocomoseveráluego,tienenotras desventajas,fundamentalmentequesufuncionamientoesintrínsecamenteno estacionario,conloquelascargasdinámicasydefatigasonmásimportantes.    Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 103 3.7.Sistemasdealmacenamiento:  Enlosperiodosenquenosoplaelviento,esnecesarioutilizaralgúnsistema quealmacenelaenergíaproducidaylaliberecuandoseaconveniente.Unsistema estándarestáformadoporlossiguienteselementos: ‐Baterías ‐Controladoresdecargadelabatería. ‐Inversoresparaconvertirc.c.enc.a.paraalimentarlared(domésticao general). ‐Controladoresdelsistemaquedirigenlaoperacióndelsistemadeenergía renovable,losgeneradoresdiesel,ylossistemasdealmacenamientodeenergía.  Lasturbinasdisponendeequiposdecontrolsofisticadosparacontrolarsuoperacióne interaccionarconlared. Enparqueseólicosconectadosconlaredeléctrica,yalimentadosconcentrales eléctricasdiesel,esprimordialevitarfluctuacionesyaqueperjudicanalequipo eléctricodeconsumoyalaoperacióndelacentraleléctrica.Latecnologíaclásica limitalaenergíaeólicaquealimentaelsistema. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 104 4. ‐Usosdelosaerogeneradores 4.1.Pequeñapotencia: 4.1.1.Generalidades:  Elbombeodeaguaconenergíaeólicatienemilesdeañosdeantigüedad.En todaslasnacionesseencuentranvestigiosdeestosmolinos,enparticularenHolanda yenCreta.EnlosEstadosUnidosseutilizabanlosmolinosdeaguamultipalasdeeje horizontal.Todavíahoyendíaseinstalanmilesdeestetipodemolinos.Puede afirmarsequesudiseñonohacambiadoencientosdeañosdebidoaquefueronbien proyectadosdesdeelprimermodelo. Enlosprimerosdiseñoselejedepotenciadelmolinoseconectabadirectamenteala bombadeaguaperoactualmente,ydesde1980,estípicoelmolinodevientoque empleaunaerogeneradorqueproporcionaelectricidadyalimentabombasdeagua eléctricassumergibles. Elmotivodeestecambioesquelosmolinosdevientotrabajanmuybienabajas velocidades,perolosaerogeneradoressonmáseficientesenuncampomásampliode lasvelocidadesdeviento,conloquepuedenbombearmayoresvolúmenesdeaguay además,elaerogeneradorpuedeinstalarsemáslejosdelpozoyrequiereunmenor mantenimiento. Porconsiguientelosmolinosdevientomecánicosseeligenparapequeñascantidades deaguayalturasbajasdebombeo,mientrasquelosaerogeneradoressonelsistema deelecciónparabombeargrandescantidadesdeagua,enirrigacionesdecamposde cultivos,enelsuministrodeaguaapequeñasaldeasyenlaalimentacióndeenergíaa unaviviendaaislada.Enelprimercasolapotenciarequeridaalcanza1kW(costeunos 5000€)Yenelsegundode1,5a10kW(costede8000a25000€). Porotrolado,lasmicropotenciasutilizadasenseñalizaciónyenpequeñasviviendas aisladasllegana1kW,mientrasquelasbajaspotenciasabarcande1a100kWyson usadasenpequeñasgranjasyencasasaisladas. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 105 4.1.2.Molinosdebombeodeagua:  Sonmolinosmultipalaqueconstandelatorre,elrotar,labombayeldepósito regulador.Sumantenimientoesmínimo.Unavezalañosecambiaelaceiteyse efectúaunarápidaverificacióndelamaquinaria. Latorreestáconstruidaconperfilesdeacerogalvanizadoencaliente,ysualtura puedevariarentre4y12m,semontanenelsueloyseelevanmedianteunagrúao bienpuedenserarmadassecciónasección,desdeelterreno. Elrotorconstadeunconjuntodepalasdeacerogalvanizadas,conelperfiladecuadoy sudiámetropuedevariarentre1,80y5m. Tieneunapequeñavelocidadderotación,yungranpardearranqueporloquese adaptaperfectamentealascaracterísticasdelasbombasdeémbolo.Debeestar situadoa3mcomomínimo,decualquierobstáculoexistenteenunradiode100m. Elmolinopuedearrancaraunavelocidaddelvientodeunos4km/hyvaaumentando suvelocidadderotaciónhastaunos30km/h,bombeandoapartirdeestelímiteel mismocaudaldeagua. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 106      Fig4.1Molinosdebombeodeagua Labomba,queesaccionadadirectamenteporelrotor,consisteenunsistemabielamanivela,queactúasobreelémbolodelabomba,dándoleunmovimientodevaivén. Eldepósitoreguladordeaguatienelacapacidadsuficienteparacubrireventuales puntasdeconsumoyposiblesperíodosdecalmadelviento.Estasinstalaciones requierenunaseriedemedidasdelvientoparadeterminarelpotencialenergéticoque puedeobtenerseenlazona. Elparámetromásimportanteeslavelocidadmediadelvientoquepuede determinarsemedianteanemómetrosoutilizandolainformaciónmeteorológicadel lugar,obienmediantelaescaladeBeaufort. LaescaladeBeaufort,queeselnombredelalmiranteinglésquelacreóalrededorde 1805,sebasaenlaobservacióndelosefectosdelvientoentierraoenelaspectodel mar.Lafórmulaquepermitecalcularlavelocidaddelvientoes: Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 107 ,.//(4.1) Deestemodo,sientierrasevequeselevantapolvoypapelesyseagitanlascopasde losárboles,laescalaesBeaufort4(bonancible)ylavelocidad:  ,./ ,., , , (4.2)   Tabla4.1EscaladeBeautfort Lasnecesidadesdeaguaenlasgranjaspuedendeterminarseaproximadamente mediantelasiguientetabla: Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 108  Tabla4.2Consumomediodiariodeaguaenunagranja Asíunagranjallevadapor4personasquetenga2caballos,4vacaslecheras,10 conejos,4gallinasy2pavostendráunconsumomediode: 4.50+4.100+10.2+4.0,25+2.0,9=622,8l/día Porotrolado,elaguaconsumidaenlimpiezayduchasdelosanimaleses aproximadamentelasextapartedelconsumodiario:     422,8/6=70,4l/día Loquerepresentauntotalde622,8+70,4=693,2l/día Añadiendoaestevalorelaguaderiegodeunterrenodeextensión5Ha=50000m2 queconsumeunos7000m3/año,quea1horadepromedio/díason19,4m3/día, resultan: 693,2+19400=20093,2l/día Lacapacidaddebombeonecesariasedeterminaconsiderandoqueencincohorasse obtendrátodoelcaudalestimadoenundía.Esdecir,labombadeberíadar:   , 4018,64 4000/ ylaalturadebombeosería: Profundidaddelpozo(15m)+desnivelsueloytanquedeagua(10m)=25m Enelcatálogodelfabricanteseseleccionaunabombade5000I/hconunaelevación totaldebombeode25myunrotorde3mdediámetro. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 109      Tabla4.3Dimensionadodelmolinodebombeo Lapotenciarequeridaespues: 󰇟󰇛.,󰇜.󰇠  272,5(4.3) Lapotenciadelvientotransferidaalaspalasdelaturbina,vieneexpresadapor:   󰇛.󰇜 󰇛..󰇜 .. (4.4) yaqueelvolumendeairequepasaporunidaddetiempo(segundo)eslaseccióndel rotor(Π.R2)multiplicadaporlavelocidad(v). Siendo: ‐P;potenciaenW ‐p;densidaddelaireseco,enkg/m3alapresiónatmosféricaestándar(1013,2 mb)yalatemperaturade150C=1,225kg/m3 ‐R;radiodelrotorenmetros(D=diámetrodelrotorenmetros) ‐v;velocidaddelvientoenm/s Considerandounavelocidadmediade7m/slapotenciateóricaes:   1,293.371567(4.5) Evidentementenopuedeextraersetodalapotenciaindicadaporlafórmulayaque entonceslavelocidaddelvientoalasalidadelaturbinaseríaceroyelaireno penetraríaenelcírculobarridoporlaturbina.LaleydeBetzindicaquelavelocidaddel vientosereduceen2/3alasalidadelaturbina,porloquesolopuedeconvertirseel 59,3%delaenergíacinéticadelvientoaenergíamecánicaparamoverlaturbina.Por otrolado,influyeelrendimientodelosengranajesydelabomba,conloqueel rendimientoglobalesdel35%. Luego,lapotenciarealdesalidaseráde: 1567.0,35=548,45=550W272,5W(potenciarequerida)(4.6) Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 110       Fig4.2Componentesdelmolino  Loscomponentesdelmolino(fig.4.2)son: ‐Aerogeneradorcompuestode:eje,rueda,cabezal,colaorientadoraalviento, coladesorientadoradelaruedaencasodevientosexcesivosocuandosequiereparar elmolinodevientoyMástiloTorre. ‐Cuadrodecontrolquefijalasvelocidadesdetrabajodelvientodel aerogenerador. ‐Sistemadefrenadoautomáticoqueactúaencasodevelocidadexcesiva‐ TuberíayBomba ‐Sistemadeengrase Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 111  Fig4.3Instalacióndeunmolinodevientodebombeo Elprecioestimadodelsistemaesdeunos5000euros.Elmontajeeinstalación esun40%delcostedelsistema=2000euros.Lasubvenciónsobreelaprovechamiento delaenergíaeólica,cofinanciadaporelFondoEuropeodeDesarrolloRegional,parala promocióndelasenergíasrenovablesparaelaño2007consideraunasubvencióndel 40%sobrelainversión,tomandocomoejemplo,lasayudassubvencionablesde Asturiasdel25dejuniode2007.   Tabla4.4Precioaproximadodeunmolinodebombeodeaguade5000l/h Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 118 generadoresunalternadorconrotordeimanespermanentes,conloquesesuprimen escobillasycolectoresquepuedensercausadeaverías. Nosehaconsideradolaadquisicióndebateríasdeacumuladorespara3díassin viento,soloelsupuestodequelasbateríasestuvieran3díassincargarse,peroel vientosoplando11horascadadía.   Tabla4.7Presupuestosdeunaerogeneradorde800W ElcostedelkWinstaladoes:2547/0,8035=3170€/kW Elconsumoanualdelacasaes:8035Wh/día.360días=2892kWh/año Lavidaútildeungrupoelectrógenodieselesde25añosyseestimaquela amortizaciónymantenimientoesde380€/año. Silacasaobtuvierasuelectricidadconungeneradordieselderendimiento0,4,como1 kWhequivalealaenergíade0,09524litrosdegasoil,elcosteseríade:  0,09524,€/ , .2892kWh+380€(amortizacionymantenimiento)=1064€/año Queeselahorroobtenidoporañoalnoutilizarelgeneradordieselparaelconsumo delacasaaislada. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 119   Tabla4.8Amortizacióndeunaerogeneradorde800W Latasainternaderentabilidad(TIR)queindicalaviabilidaddelProyecto, dependetipodeinterésaplicado(r=0,07)Ydelosañosdevidaútildelaplanta(n= 20).   󰇡  󰇛󰇜󰇢, 󰇡  󰇛,󰇜󰇢0,0944(4.13) 4.1.3.2.Aerogeneradorde1,5kW:  Sielpropietariodecidieracomprarelaerogeneradordirectamenteaunacasa comercial,elcostedependedeltipodetorre,delgenerador,delasbateríasydel sistemadecarga.Noseincluyelainstalaciónenelterrenonilapuestaenmarcha. Aerogeneradorde750W12Vc.c.contorrede12m=4600euros Aerogeneradorde1500W12Vc.c.contorrede12m=3500euros Seleccionamoselgeneradorde1,5kW12Vc.c. Enlastablas,4.9y4.10,seencuentranloscálculosdecostedelaerogeneradorydela amortizacióndelainversión. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 120  Tabla4.9Costedelaerogeneradorde1,5kW CostedelkWinstalado=10682/1,5=7121€/kW     Tabla4.10Amortizacióndelainversióndeunaerogeneradorde1,5kW Procediendodeformaanálogaaladelaerogeneradorde800W,elcostedel kWhsería: ‐Interésaplicador=0,07 ‐Añosdevidaútildelaplantan=20 ‐TIR=0,0944 ‐Factordecompatibilidad(Fe)=0,4583 Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 121    ó 󰇛󰇜. .876010682 1,5 .0,0944 0,4583.8760 0,16744 € 󰇛4.14󰇜  Costesanualesdeoperaciónymantenimiento=2%inversióninicial Costesoperación+mantenimiento=,. ,.,. 0,05097€/  Luego:precio/kWh=0,16744+0,05097=0,21841€/kWh Porlotantoseríapreferibleconsiderarelaerogeneradorde800Wobienescogerel aerogeneradorcomercialde750Wycolocarunaodosbateríasmásdereservaenla planta. EnEuropa,afinalesdelaño2006,elcostodeunmicrogeneradoreólicode1kW,sin incluirelmontajeylapuestaenmarcha,erade2000€.Laconclusiónespuesquesiel usuarionoesmecánicoynodisponedetiempolibre,esmejorqueencargueel aerogeneradoraunaempresa,laqueasuvezseencargaráde tramitarlassubvencionespertinentes. Laenergíaeólicanoproduceningúncontaminantequeincidasobreelmedio ambiente.Elgenerarenergíaeléctricasinqueexistaunprocesodecombustiónouna etapadetransformacióntérmicasuponeunprocedimientomuyfavorableporser limpio.DecadakWhgeneradomedianteenergíaeólicaenlugardecarbónseevita generar: ‐0,60kgdeCO2,‐1,33gdeSO2 Porconsiguiente,enelcasodelacasaaisladasedejarándegeneraranualmente: 12960kWh/año.0,6=7776kgdeCO2, 12960kWh/año.1,33=17,237kgdeSO2  Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 122 4.2.Mediapotencia: 4.2.1.Generalidades:  Losgeneradoresdemediapotenciaabarcandesde100a1000kW.Seaplican típicamenteenpueblossituadosenáreasremotasyenislas.Lamayorpotenciaque aportanestosgeneradoresobligaaunamayorrobustezdelamáquina,enparticular enlaestructuradelatorre,labarquillaogóndola,laspalas,elsistemadefrenado,el cableado,laelectrónicadepotenciaylaunidaddecontrol.  Elpasodesdepequeñaspotencias(hasta100kW)apotenciasmediasde100a1000 kWtraeconsigolassiguientesmejoras,quesonprácticamenteobligadasdebidoala mayorpotencia: ‐Mejorregulacióndelamáximapotenciadesalida ‐Acoplamientomássuavedelgenerador. ‐Arranquesinmotor. ‐Menorescargassobrelaestructura. ‐Frenadorealizadosinlautilizacióndelfrenomecánico. ‐Optimizacióndelaproducciónbajotodaslascondicionesdeviento.  Porotrolado,asícomoantesenpequeñaspotencias,bastabaunaestimación aproximadadelavelocidadmediadelviento,enpotenciasmediasesnecesariala tomadedatosdelvientoparalaevaluacióndelpotencialeólicodelsitio.Asimismo, sonimportanteslossistemasdeproteccióndelaerogenerador,entrelosquese encuentralaproteccióndelasestructurascontraelrayo.  Merecenunamenciónespeciallasnormasdeseguridadorientadasaevitardañosalas personasyalosbienesrelacionados. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 123 4.2.2.Costedeunaerogeneradordestinadoaunpuebloo unaisla: 4.2.2.1.Introducción:  Tratándosedeunaerogeneradorúnicodestinadoaunpueblooaunaislacon pocoshabitantes,loscostesdeinstalacióndelaerogeneradorincluyenlaobracivil,en particularlacimentaciónenhormigónarmadodelabasedelatorre,lapreparación delterrenoyelcaminoparatransportarelequipo,unaconexióntelefónicaparael controlremotoylavigilanciadelaturbina,yenelcasodequelainstalaciónceda energíaalaredeléctrica,loscostesdelcableadodesdelaturbinahastalalíneadealta tensiónde10‐30kV. Elcontrolremotosueleincluirseenlainstalacióndelaturbina. Elcostedeunaerogeneradordeunparqueeólicoesaproximadamentede800a1000 €/kWdepotenciainstalada. Elgastodeoperaciónrepresentael3%anualdelainversión. LoskWhproducidos,considerandounpromediode8hdevientoaunamediade8 m/sdandoelgeneradorlapotenciamáximade250kW,son: 250kW.8h.360días=720000kWh/año Lamayoríadecostesdemantenimientoasciendenal1%delkWhdesalida,conun aumentodel5%anualodel1,5al2%delainversióninicialdelaturbina.Elprimer sistematienesujustificaciónenelhechodequeeldesgastedelaturbinaaumenta generalmenteconelcrecimientodelaproduccióndeenergía.  Dentrodeloscostesdemantenimientoseenglobanelmantenimientopreventivo,el alquilerdeunagrúa,losrepuestos,lalíneadeinterconexiónylossistemasdecontroly elsoftware.Sielgeneradorseencuentraalladodelmaresnecesariountratamiento anticorrosivodeloscomponentesysucorrespondientemantenimiento.  Elpreciodeunjuegonuevodepalas,unmultiplicadoroungeneradorsueleserdel ordendel15%al20%delpreciodelaturbina. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 124  Losaerogeneradoresestándiseñadosparatrabajaralrededorde120000horasde operaciónalolargodesutiempodevidadediseñode20años.  Tratándosedeunaerogeneradordemediapotencia,enprincipionodisponedela subvencióncofinanciadaporelFondoEuropeodeDesarrolloRegional,parala promocióndelasenergíasrenovables,comoocurríaenlosaerogeneradoresde pequeñapotenciaadecuadosparacasasaisladas.  Losdatosdebasequesehanutilizadoenelcálculoson:  Inversióntotal=860€/kW=860.250=215000€  Precioturbina250kW(palas27m.Ф)ytorre=80%inversióntotal=172000€  Costedelmantenimiento=1%delkWhdesalida(aumento5%anual)o1,5al2%dela inversióninicialdelaturbina.Para1%de720000kWhesde7200€  Costesdeoperación=3%inversióntotal/año=0,03.266800=8004€(aumento3% anual).  Interésdelcapital=8,75%.Tasadeamortización5%  PreciodelkWh=0,065€/kWh(aumentodel1,4%/año)  Ingresosiniciales=0,065€/kWh.720000=3500000kWh/año=227500€/año  Seconsideraelpreciodelaerogeneradorinstaladoyapuntodegenerarenergía eléctricade1364160€paraunaproduccióndeenergíade3500MWh. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 125 Puedenpresentarsedoscasos:Alimentaciónexclusivadeunpuebloodeunaislasin conectaralaredeléctricayconlaconexiónalaredeléctricavendiendolaenergíaala compañíaeléctrica. 4.2.2.2.Alimentaciónexclusivadeunpuebloodeunaislasin conectaralaredeléctrica(aerogenerador250kW):  Enestecasonohayconexiónalaredeléctricadesuministrodeenergía,el costeahorradoseestimaen35000euros,ylainversióntotalen: 250000‐35000=215000€ Laenergíageneradaenunaño,considerandounamediadiariade8horasdevientoes de: 250kW.8h.360días=720000kWh/año Unaviviendatipoconsume8,035kWh/día.Elnúmerodeviviendasquepueden alimentarsees: 720000 8,035.360250 Seránecesariopuesunapoyodebateríasparalashorassinviento.Elconsumopordía delaviviendatipoenlashorassinvientoesde1525Wh/día. Porconsiguiente,cuandonohayviento,losAhdelabateríaparahacerfrentealas necesidadesdeunaviviendaen1día,siendoelnúmerodehorasestimadosinviento de13,esde: 1525/í 12 127/í Silasbateríassedescarganel70%,sucapacidaddebeser: 127 0,7 181 Síhubieratresdíasdecalmasinviento, 8035󰇡 í󰇢.3í 12 2009 Ysisedescarganel70%,sucapacidaddebeser: 2009 0,7 2870 Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 126 Enesteúltimosupuesto,seleccionaríamos: 20bateríastipoPlantéestacionariastubulares7BTX120,140Ahde12V.  Elcosteaproximadodelgrupodebateríasycomponentes(inversoryrectificador) seríade:  20bateríasde12V(140Ahen20horas)=20.630€=12600€ Inversor12Vcc/220Vca800W=700€ Rectificadorreguladordecargadelabatería,12V,30A=190€ Totalporvivienda=12600+700+190=13490€ Totalporlas250viviendas=13490.250=3372500€  Loqueesinviabledesdeelpuntodevistaeconómico,anoserquecadavivienda asumaestecoste,loquetambiénesimprobable. Lamejorsoluciónesinstalarungrupoelectrógenodegasoileneledificiodelatorre quepuedasustituiralaerogeneradorde250kWcuandonohayavientooésteno tengalavelocidadsuficiente. Consumoanualdecadavivienda:8035Wh/día.360días=2892kWh/año  Elcostedelgrupoelectrógenoesdeunos15000€.Siendoelrendimientode0,4,como 1kWhequivalealaenergíade0,09524litrosdegasoil,elcosteseríade: 0,09524,0,993€/ 0,4 .2892684€/ñ Yparalas250viviendassería:684.250=171000€ Dentrodelasactividadesdemantenimientodelascentralesdegeneracióndiesel,hay lassiguientes:  ‐Inspeccióndelniveldeagua ‐Verificacióndesensoresdetemperatura. ‐Verificacióndeconexionesybornesdebaterías. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 127 ‐CambiodeAceitelubricanteyfiltrodeaceite. ‐Drenajedeltanqueycambiodelfiltrodecombustible. ‐Cambiodelfiltrodeaire ‐Limpiezayajustedebornerasytarjetas ‐Revisiónypruebasdeseñalización  Elcosteanualdelmantenimientoyoperacióndelgrupoelectrógenoesdel3%desu coste:0,03.15000=450€ Yparacadaviviendarepresentaría: =1,8€ Costetotalanualporvivienda(gasoil+mantenimiento)=684+1,8=685,8€ Costetotalanualdelgrupoelectrógeno=171000+450=171450€ Estevalorrepresentaelahorroobtenidoporañoalutilizarelaerogeneradorenlugar delgrupoelectrógenoparaelconsumodelas250casas. Porotrolado,dentrodelcostedefuncionamientodelsistemadebeconsiderarseeldel grupoelectrógenoenlashorassinvientoyenlosdíassinviento. Consumoanual250viviendas(horassinviento) 1,525kWh/día.360días∙250viviendas=137250kWh/año Consumoen1semanasinviento/año:8,035∙7∙250=14061kWh/año Totalsuministroanualgrupoelectrógeno:137250+14061=151311kWh/año PreciokWhgrupoelectrógeno:628859,28=0,2371€/kWh Costeanualgrupoelectrógeno(sologasoil):151311.0,2371=35876€/año Fracciónmantenimiento:  8,6€ Costeanualgrupoelectrógeno(gasoil+mto):35876+8,6=35885€/año Elpresupuestoaproximadodelaerogeneradorsinconexiónalaredes: Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 134 4.3.Potenciaalta: 4.3.1.Generalidades:  Elmercadodelosaerogeneradoresesunmercadodinámicoenelquecadaaño aumentanlasdimensionesylapotenciadelosgruposeólicos, UnadelasturbinasmásgrandesdelmundoeslaENERCONE112capazdeproducir6 MWdeelectricidad,eldiámetrodelaspalasesde114mycuandounapalaalcanzael puntomásalto,supuntasehallaaunaalturadeunos180m,loqueequivaleaun edificiodeunas60plantas. Enlafigura4.10puedenversemodelosdeaerogeneradoresdegranpotencia.Los aerogeneradoresdegranpotenciautilizanlastecnologíasmásactualesparala construccióndesusdiversoscomponentes.Aliraumentandoeltamañodelrotor,la tendenciaesconseguirmaterialesconunaaltaresistenciaalaflexiónyalafatigay resistentesalosagentesmedioambientales,yqueenconjuntoseanmásligerosyde fácilfabricación. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 135 Fig4.620modelosdeaerogeneradoresdegranpotencia  Enlafigura4.7puedeverselatendenciaenelusodematerialesendos periodosdetiempodistintosde2001a2005yde2006a2010.  Fig4.7Tendenciaenelusodemateriales(añosde2001a2005yde2006a2010) Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 136  Otrotemadeinteréseselrendimientoglobaldelaerogenerador,quecomose sabe,vieneafectadoporlaleydeBetzconelcoeficientemáximodeconversión,del 59,3%delaenergíacinéticadelvientoaenergíamecánicaparamoverlaturbina. Losotroscomponentesconsurendimientoaproximadoson:  ‐Elrotor:0,20<rendimiento>0,85.Seleccionamos0,81 ‐Elmultiplicador/reductor:0,7<rendimiento<0,98.Seleccionamos0,9 ‐Elgeneradoreléctrico:0,80<rendimiento<0,98.Seleccionamos0,9 ‐Eltransformador:0,85<rendimiento<0,98.Seleccionamos0,9 .Noseconsideranlaspérdidasenlalíneadeconducción(0,9< rendimiento<0,99).  Porconsiguienteelrendimientoglobaldelaerogenerador,conlosvaloressupuestos, esde: 0,593.0,81.0,9.0,9.0,9=0,35 Lascondicionesdevientoquesoportanestetipodeturbinascorrespondenalanorma lEC61400Yson: ‐ClaseI   Vref=50,0m/s  Vmedia=10,0m/s  T.I.=0,18 ‐ClaseIIVref=42,5m/s  Vmedia=8,5m/s  T.I.=0,18 ‐ClaseIIIVref=37,5m/s  Vmedia=7,5m/s  T.I.=0,18 ‐ClaseIVVref=30,0m/s  Vmedia=6,0m/s  T.I.=0,18 Porconsiguiente,losmejoresaerogeneradoresseconstruyenparalaClaseldeviento, yaquepuedendarmáspotencia. OtrosdocumentosdeinterésdelanormalEC61400son: ‐lEC61400‐1SAFETYREQUERlMENTS. ‐lEC61400‐12POWERCURVEMEASUREMENT. ‐lEC61400‐13MECHANICALLOADS. ‐lEC61400‐22CERTlFlCATlONPROCEDURE. ‐lEC61400‐21POWERQUALITY. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 137 ‐lEC61400‐11ACOUSTlCNOISEMEASUREMENT.  Elfactordedisponibilidades: Factordedisponibilidad(AF)=󰇛󰇜 º󰇛ynodebeser menordel95%.  Losfactoresprincipalesqueinfluyenenlaseleccióndelaerogeneradorson: ‐Coste. ‐Produccióndeenergíalocal. ‐Garantías. ‐Experienciaoperacionalenmodelossimilares. ‐Éxitodeunparqueeólico(esunabuenapruebadelabondadde lasturbinas). Comolapotenciasuministradaporunaeromotoresproporcionalalcuadradodel diámetrooradiodelrotaryalcubodelavelocidaddelviento,cuantomayordiámetro tengaelrotor,mayorpotenciagenerará. Porejemplo,considerandolavelocidadmedianominaldelvientode12m/s,la potenciaquepuedeentregarunaerogeneradorconpalasde100mdediámetroes:  0,351 20,35 80,35 8.1,293.100.123069375 3,069󰇛4.17󰇜 Lascaracterísticasgeneralesquereúnenestetipodegeneradores,porejemploel Ecotecnia100,son: ‐Potencianominal3MW. ‐Rotor100mdediámetro. ‐Torredesustentaciónde90mtubulartroncocónicamixtade aceroyhormigón. ‐Generadorasíncronodoblementealimentadode3200kW. ‐Energíaeléctricageneradaa1000V. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 138 ‐Generadorsituadodentrodelagóndolageneratípicamenteuna tensiónalternatrifásicade690VAC. ‐Transformadorde3600kVAdepotencia,relaciónde transformación20/1kV,Ytransformalacorrientedelgeneradora10‐35 kVdependiendodelaredlocal. ‐Líneasubterránea20kVconcabletipoRHZ1detripleextrusión, conconductorunipolardealuminio,150mm2deAlypantalladecobre de16mmconrecorridoparaleloalcaminodeaccesodelaerogenerador hastaelcentrodeinterconexión. 4.3.2.Costeaproximadodeunaerogeneradorde3MW:  Elcostomedioaproximadodeunacentraleólicaesde1000EurosporkWde potenciainstalada,quepuedevariardesdeunmáximode1250€/kWparamáquinas depocapotencia(150kW)hastaunos860€/kWparamáquinasdemásde1MW. Elcosteglobalaproximadodeungeneradorde3MWes: 3000kW.860€/W=2580000€ Enlasiguientetabla,puedeverseeldesglosedelcosteyelcostefinaldeun aerogeneradorde3MW.   Tabla4.16Costeysudesglosedeunaerogeneradorde3MW LoskWhproducidos,considerandounpromediode8hdevientoaunamedia de8m/sdandoelgeneradorlapotenciamáxima,son: 3000kW.8h.360días=8640000kWh/año Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 139 Suponiendoquelasinstalacionessituadasalladodelatorreconsumanelequivalente aunaviviendatipo: 8,035kWh/día.360=2893kWh/año Sepuedepuestransferiralared:640000‐2893=8637107kWh/año Silacentralaerogeneradorvendesuenergíaaalgunacompañíadistribuidora,elBOE 67de18‐03‐2008(RD222/2008de15defebrero),indicaque,enlacategoríab.2.1 (Instalacióneólicaentierra),latarifaeléctricareguladaesde0,075681€/kWhlos primeros20añosyquedespuéssuvaloresde0,063250€/kWh.Losingresosserían:  1‐Tarifaregulada‐IngresosportransferenciadeelectricidadalaRed 0,075681(/kWh.8637107kWh/año=653665(/año  Eligiendolaopcióndetarifareguladadurantelos20añosdevidaútildelainstalación, seestimaunincrementomedioanualdel1,4%. Lamayoríadecostesdemantenimientoasciendenal1%delkWhdesalida,conun aumentodel5%anualodel1,5al2%delainversióninicialdelaturbina.Elprimer sistematienesujustificaciónenelhechodequeeldesgastedelaturbinaaumenta generalmenteconelcrecimientodelaproduccióndeenergía. Dentrodeloscostesdemantenimientoseenglobanelmantenimientopreventivo,el alquilerdeunagrúa,losrepuestos,lalíneadeinterconexiónylossistemasdecontroly elsoftware.Sielgeneradorseencuentraalladodelmaresnecesariountratamiento anticorrosivodeloscomponentesysucorrespondientemantenimiento. Costedelmantenimientodelaerogenerador=1%delkWhdesalida(aumento 5%anual)o1al2%delainversióninicialdelaturbina. Parael1%delkWhdesalidade8640000kWh/añoes:86400(/año.Parael2% delainversióninicial2992800€esde59856€. Seleccionamos86400(/añocomocostedelmantenimiento(5%aumentoanual). Costesdeoperacióndelaerogenerador=3%inversióntotal/año=0,03.2992800= 89784((3%aumentoanual).Elbalanceeconómicoparalatarifareguladaes: Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 140  Tabla4.17Balanceeconómicodelaerogeneradorde3MWTarifaregulada0,075681€/kWh Luego:Precio/kWh=0,02345+0,004969=0,02842€/kWh Yenelcasodequeelparticularolaempresapropietariadelaerogenerador optasealmercadolibredeproduccióndeenergíaeléctrica,atravésdelsistemade ofertasgestionadoporeloperadordelmercado,laprimadereferenciaesde0,030272 €/kWhenlosprimeros20años,ellímitesuperiordelatarifaes0,087790yellímite inferior0,073663,mientrasquedespuésdeestetiemposuvaloresnulo.Enestecaso, losingresosserían: 2‐Preciofinalventalibrealmercado=Precionegociado(0,0519€/kWh)+ Prima(0,030272€/kWh)=0,082172€/kWhvalorqueseencuentraentreellímite inferior(0,073663€/kWh)yelsuperior(0,087790€/kWh)delRD222/2008. 0,082172€/kWh.8637107kWh/año709728€/año Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 141  Tabla4.18Balanceeconómicodelaerogeneradorde3MW.Tarifamínimadeventaalmercado (0,082172€/kWh) 4.4.Otrosusos: 4.4.1.Desalacióndeaguamarina:  Laenergíaeólicapuedeserutilizada,también,paraaportarlaenergíaque necesitanlasplantasencargadasdepotabilizarelaguadelmar.Dehecho,yaseestá haciendoenCanarasyenotraszonasdelAtlánticoydelMediterráneo,dondela escasezdeaguadulceesunproblemaque,ademásdeafectaralapoblación,provoca sobreexplotacióndelosacuíferosylaproliferacióndeplantasdesaladorasqueutilizan tecnologíasindustrialesmuchomáscontaminantesquelaeólica. Hastaelmomentolosparqueseólicosconestosfinessehaninstaladojuntoalacosta, peroexistelaposibilidaddesituarlosenelmar,loquepermitiríaaprovecharelrecurso eólicoenmayorcantidadycalidadyfacilitaríaladispersióndelasal(lallamada salmuera)deunaformamenosimpactanteparaelmedionatural. Enestosmomentosseestáconstruyendo,precisamente,elprimerproyecto demostrativodeestascaracterísticasenEspaña.SevaaubicarenaguasdeMurciay Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 142 constaenunaplataformaeólicaflotanteyancladaalfondomarino,diseñadaporel gruponavarroMTorres.Laplataformaalbergarálosequiposdedesalacióndeaguapor ósmosisinversasobrelosqueiránubicadosvariosaerogeneradoreseólicosdeuna potenciade2,5megavatios,capacesdeproduciranualmente2,5hectómetroscúbicos deaguaenelMediterráneoyhasta4,5enlasaguasatlánticasdeCanarias,dondela intensidadyfrecuenciadelosvientosenmuchomayor.Unaproducciónde2,5 hectómetroscúbicosanualesessuficienteparaabasteceraunapoblaciónde30.000 habitantes.  4.4.2.ProduccióndeHidrogeno: Otraposibilidadqueofrecenlosaerogeneradoresesutilizarlaenergíaque generanparaobtenerhidrogenodeformalimpiayluegoutilizaresteelementoen pilasdecombustibleoconotrosfines.Sirvancomoreferenciaestosdosejemplo:En Galicia,laXuntatieneenmarchaunproyectoenelqueseestáanalizandolacapacidad delhidrogenoparaadaptarlaproduccióneléctricadeunparqueeólicoaperiodosde máximademanda. EnNavarraestáenmarchaotroproyecto,lideradoparalaempresaEHN(delgrupo Acciona),queconsisteensimularenlaboratoriolascondicionesdegeneración eléctricapropiosdeunparqueeólicoyanalizarsusefectosenunelectrolizador, dispositivoquegenerahidrogenoyoxigenoapartirdelaguamediantelaaplicaciónde electricidad.Losdatosqueseobtenganpermitirándiseñaraerogeneradoresy electrolizadoresespecíficamentedestinadosalaproduccióndehidrogenoconla máximaeficiencia.    Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 143 4.5.Perspectivasfuturas: 4.5.1.Tornadolike: TornadoLike',eselprimerejemplode'turbinaeólicasinpalas',esunproyecto italianobasadoenunnuevoconceptodeextracciónenergéticaqueprometereducir significativamenteelimpactoambiental,revitalizandolaesperanzaenunusomasivo deestetipodeenergía. Lafaltadeaspasdeesteprototipo,susugestivaformacónicaylasdimensiones reducidas(solotresmetrosdealturafrentealos70metrosdelasactualesturbinas), permitiránunaperfectaintegraciónentrenaturalezaytecnología,ofreciendoademás unasoluciónalamortandaddelasaves. Fig4.8Tornadolike Elaireentraeneldispositivoygeneraunvórticeinterior,creandounanueva clasedecorrientescontinuas(tambiénenausenciadeviento).Serásuficienteuna velocidaddevientodetresocuatrometrosporsegundoparaasegurarunapotencia de100/200vatios.Convientomasfuertepodrállegaralamismapotenciadeun aerogeneradortradicional. ElproyectollevadoacaboporWesternCo,sociedaditalianadeSanBenedettodel Tronto,especializadaenenergíasrenovables,nacedesdeeldesarrollodelosestudios sobrelaenergíacinéticadela'RussianHouseforInternationalScientific& technologicalCooperation'. ElprimerparqueeólicoexperimentalseráconstruidoenelParquedelosMontes Sibilliniycuentaconelapoyodelpartido'VerdesdeToscana'.Lacompañíaitaliana subrayaquetodavíaeldispositivonoseencuentraenelmercadoaunqueprevéiniciar suproducciónduranteelsegundosemestrede2010. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 246 unáreadeterminadatambiénformanpartedelhábitatquecontieneloscomponentes físicosybiológicosquesustentanalascomunidadesvivasdelacadenaalimentaria.Un parqueeólicopuedetenerefectosdirectospordestruccióndelhábitatyefectos indirectosporlaproduccióndecontaminantesqueafectenlasaluddeestos organismos. 7.11.Aviación:  EnEuropayentodoelmundo,lasAutoridadesdeAviaciónCivilson responsablesdelaregulacióndelasactividadesaeronáuticas,atravésdeICAO (InternationalCivilAviationOrganization). Laconstruccióndeunaerogeneradorounparqueeólicopuedeafectarlasoperaciones deaviación:  1.La'estructuraaltaconsideradacomounaobstrucciónverticalenlos vuelosabajacota.Loscamposdeaviacióncontroladosdisponendeuncírculo de5millasomásdondeserealizanlasaproximacionesalcampoyelcircuitode tráfico.Losmapasdelosaeropuertosincluyenlaszonasmásaltasconlos valoresdelasalturasylaszonasprotegidas. 2.Laspalasenrotaciónpuedenafectaralosaparatosdenavegacióny otrosequipos.Laalturadelasturbinaspuedeafectaralasoperacionesde radardelcampo,lasmilitares,lasderutaometeorológicas,lasmicroondas asociadasalosradaresprimarioysecundarioylasayudasalanavegación.Por estemotivo,cualquierinstalacióneólicaquesedeseesituaramenosde30km delosserviciosderadardeunaeropuerto,debecontarconlaaprobacióndela autoridadaeronáutica.Elcolorblancoeselmásefectivo.Loscoloresgrisligero oazulsonmenosefectivosparaservisiblesporlospilotosduranteeldía.  Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 247   Fig7.6Marcajeyseñalizacióndeunaeropuerto LanormaAC70/7460‐1KdelaFAA(FederalAviationAdministration)requiereque losobjetosmásaltosde61m(200pies)siganlossiguientespuntos:  ‐ Señalizacióndedía:  Elcolorblancoeselmásefectivo.Loscoloresgrisligerooazulsonmenosefectivos paraservisibleporlospilotosduranteeldía. Sisepintalaturbinaconpinturaoscuradebeincorporarseunaluzdedía. Luzcentelleante(flash)decolorblancodealtaintensidad,muyvisibleaunqueelsol estédecaraalavión,obien Luzcentelleante(flash)decolorblancodemediaintensidad  ‐ Señalizacióndenoche:  Noesnecesarioseñalizartodaslasturbinas,bastamarcarelcontornodelparquecon lucesseparadas800m(2640pieso0,5statutemile).Laslucesmáseficacessonflash roja(L‐864)oblanca(L‐865). Laslucesdeobstruccióndebenfuncionarsimultáneamenteydebencolocarseenel puntomásaltoposibleparaserclaramentevisiblesentodoelhorizonte(360°).Enla figuradealladopuedenverseelmarcajeylaposicióndelaslucessegúnlaFAA (FederalAviationAdministration)americana. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 248 Enlatabladeabajopuedeverselavisibilidadydistanciadealcancedevarias intensidadesdeluzquegarantizanalpilotolavisióndelparqueeólicoaunadistancia suficienteparaevitarlo.    Tabla7.11Distancia/Intensidaddedía,crepúsculoynoche MientrasqueenAlemaniaestablecenunadistanciade5kmentrelas estacionesderadaryelparqueeólico,enInglaterramantienenunradiode73kmcon relaciónacualquieradelassubestacionesdelosradaresdedefensa. EnAustralia,cualquierestructuraquesobrepaselos110msobreelterrenodebepedir autorizaciónaCASA(CivilAviationSafetyAuthority)quedeterminaelefectodela estructurasobrelasoperacionesdeaviaciónyestablecelanecesidaddecolocar marcajesolucesdeseñalizacióndeobstáculos.CASAindicaquelosparqueseólicos debenestaralejadosdecualquieraeropuertounos30kmcomomínimo. EnDinamarcalasnormasdemarcajeyseñalizaciónson:  Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 249   Tabla7.12MedidasdemarcajeeiluminaciónenDinamarca EnEuropa,lasrecomendacionesmínimasentérminosdebalizamientode obstáculossepuedenencontrarenelAnexo14,Vol.I,Capítulo6delaOrganizaciónde AviaciónCivilInternacional(OACI).Definenlostiposdebalizasnecesariasparala señalización,indicandolaintensidadmínimayladisposición:delasbalizascon respectoalaalturaylaextensióndelosobstáculos.  Tabla7.13Recomendacionesmínimasdebalizamientodeobstáculos Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 250  Tabla7.14Balizamientodeobstáculos‐Zonas,alturaseintensidadesluminosas 7.12.Desmontaje:  Cuandoterminalavidaútildelaerogeneradorodelparqueeólicodeben desmontarselosequipos.Lasbasesdehormigónpuedensacarseperopuedesermejor dejarlasenellugaryaquecausaránmenosproblemas.Duranteeltiempoel funcionamientodelparque(unos20años)habránsidocubiertaspor vegetaciónylacampiñahabrávueltoalestadooriginalqueteníaantesdela instalacióndelosaerogeneradores.::desmontajedelasturbinasesdeinterésyaque siemprehayunmercadodes..segundamanodondepodráncolocarse.Sinembargo debetenerseencuentaqueelpreciodeventaseasuperioralcostedeldesmontaje. 7.13.Emisiones:  CadakWheléctricogeneradoporenergíaeólicaenlugardecarbónevitala 211isiónde0,6kgdeCO2,ahorra1,33gdedióxidodeazufrey1,67gdeóxidode nitrógeno.Latablainferiorseindicanlasemisionesentoneladas/GWhdeunaturbina eólica,delascentralesqueutilizancarbónygasnatural(ciclocombinado)como Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 251 combustibleydeunacentralnuclear.Enlatablaseincluyenlasemisionesproducidas duranteelperíododeconstruccióndelascentrales.    Tabla7.15EmisionesdeproduccióndeelectricidadenToneladasporGWh 7.14.Empleo:  Sinconsiderarlamanodeobranecesariaenlaconstruccióneinstalacióndeun aerogeneradorodeunparqueeólico,laindustriaeólicageneraempleoenla operaciónymantenimiento,estimándose450personasporTWh/año,o6personas porMWdepotenciaenlasnuevasturbinas.Enlafiguradeabajopuedeverseel porcentajeglobaldegeneracióndeempleo    Fig7.7Generacióndeempleoenporcentajedelaindustriaeólica Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 252 7.15.Recursosarqueológicosypaleontológicos:  Cualquiertipodeproyectoqueincluyalimpiezadelavegetación,disturbiodela superficiedelatierraoexcavacionesenésta,tieneenpotencialaposibilidadde afectarrecursosarqueológicosopaleontológicosquepuedenestarpresentesenel área. Losrecursosarqueológicosoculturalessonlaevidenciaestructuraldelahistoriadel desarrollohumano.Incluyerecursosprehistóricosehistóricos,asícomorecursos etnográficosqueconstituyenlaherenciadeungrupoculturalparticular.También estánasociadosalosrecursosculturalesciertosrasgosnaturalesdeunlugar,asícomo plantasoespeciesempleadasconpropósitostradicionales,oparatrazarelmarco físicodelentorno.Losrecursospaleontológicossonlosrestosfosilizadosotrazasdela evidenciadeplantasyanimalesprehistóricosoaúnrestoshumanosmuyantiguos preservadosensuelosorocas. Lainstalacióndeunagranjaeólica,porsuextensiónyrequerimientos,puedeafectar estos recursosyesnecesariorealizarunestudiomuyprofundoantesdeiniciarcualquier trabajoenlazonaafindeidentificarlosynointerferirconlosmismos. 7.16.Anivelmarítimo:  Lasturbinasinstaladascostaafuerarepresentanunestudiocomplejodelos efectosquetendrásobrelanaturalezaestatécnica.Muchosdelosproblemasquese hanplanteadosepudieronreducircomparandoesanuevasituaciónconlosparques devientoqueexistenactualmentetierraadentroyenregionescostaafueraen Dinamarca.Losproblemaspresentadostienenqueverconlosrotores,lastorres,los fundamentos,lasconexioneseléctricas,lasactividadesfrentealaconstruccióndel parqué,losimpactosfrentealafaunayflora,corrientes,erosióncosteraetc. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 253 Todosestospuntosenglobanuncomplejoimpactodeelementosindividualesquese deberántenerencuentafrentealecosistemamarinoparaevaluarestosparques (ManejoIntegradoCostero). ActualmenteestetipodegranjasenEuropaseencuentranenDinamarcaconunpar deturbinascadauno.Enestepaísexisteunprogramaambiciosodondeseconcentrara masivamentelaproduccióndeenergíaeólicaafueraenlacostas.LesiguenelReino UnidoylospaísesBajosconotrosproyectosenelsistemacostero. Elimpactoambientalquetieneestasgranjasconsusturbinasenelsistemacosterose comenzaronaestudiarprimeramentehipotéticamente,pueshastarecientementeno sehabíanrealizadoinvestigaciónalrespectoenelmundo.ElConveniodeOslo‐Paris‐ Convention(OSPAR,1992)yeldeHelsinki‐Convention(HELCOM,1992)parala protecciónMarinadelNordestedelAtlánticoyelMarBálticorespectivamentese obligadefenderyevaluarlosposiblesimpactosyefectosdelasturbinascostaafuera sobrelanaturalezayelpaisajemarino. 7.17.Ventajasdelaenergíaeólica: Unodelosmayoresconsumoseléctricosqueserealizanenlospaíses desarrolladoseseldestinadoalailuminaciónpúblicadelascallesycarreteras. Ademásdesdehaceunosaños,existenunaseriedecampañasdestinadasareducirla contaminaciónlumínicaquemuchasdelasfarolasyfuentesdeluzinstaladas provocaban,loquellevóacolocarnuevosmodelosmáseficientesenergéticamentey queademásenfocabanmejorhacialaszonasnecesariasevitandocontaminar lumínicamentelaszonasinnecesarias. Investigandoporinternetnoshemosencontradocondoscasosdeéxitoenla utilizacióndeiluminaciónpúblicanosóloeficienteynocontaminantes,sinoademás basadaenenergíasrenovables. Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 254 ElprimerodeellosesunsistemadeiluminaciónhíbridoinstaladoenCanadá.Las farolasllamadas“KazekamomeRemoteHybrid”poseenunsistemadealimentación eléctricaqueprovienetantodelsolcomodelviento.    Fig7.8SistemadeiluminaciónhíbridoinstaladoenCanadá  .         Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 255 8. ‐Legislación 8.1.‐Internacional • AplicaciónprovisionaldelConvenioInternacional,porelqueseacuerdala constitucióndeunMercadoIbéricodelaEnergíaEléctricaentreelReinode EspañaylaRepúblicaPortuguesa,hechoenLisboael20deenerode2004.BOE 132,de01‐06‐04. • DecisióndelConsejode17deoctubrede2005,sobrelafirmaporla ComunidadEuropeadelTratadoporelqueseestablecelacomunidaddela energía.DOCE329,de16‐12‐2005. 8.2.‐UniónEuropea LaUniónEuropeahadesarrolladounaseriededirectivasylegislacionesanivel europeoparafavorecerycontribuiraundesarrollomáseficientedelasenergías renovables,comoson:  • Directiva2001/77/CEdelParlamentoEuropeoydelConsejode27/10/01, relativaalapromocióndelaelectricidadgeneradaapartirdefuentesde energíarenovables. • Directiva93/76/CEEdelConsejode13deseptiembrede1993relativaala limitacióndelasemisionesdedióxidodecarbonomediantelamejoradela eficaciaenergética(SAVE). • Directiva96/92/CEdelParlamentoEuropeoydelConsejode19dediciembre de1996sobrenormascomunesparaelmercadointeriordelaelectricidad.  LibroBlancodelaComisiónEuropeasobrePolíticaenergéticade1995,queincideen lanecesidaddeasegurarlamejoradelaeficienciaenergéticaenelnuevocontextode liberalizacióndelosmercados.IdeadoparaunaEstrategiayunPlandeAcción Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 262 8.4.13.‐ Islascanarias • Ordende14demarzode1996,porlaqueseregulanlascondicionesdeacceso delosgeneradoreseólicosalasredeseléctricasdeCanarias.BOCde15‐4‐ 1996. • Ley11/1997,de2dediciembre,deregulacióndelSector EléctricoCanario BOCde8‐12‐1997.ModificadaporlaLey8/2005. • Ordende6deoctubrede2004,porlaqueseestablecenlascondiciones técnicoadministrativasparalarepotenciacióndeparqueseólicosexistentes. BOC200,de15‐10‐2004 8.4.14.‐ LaRioja • Decreto48/1998,de24dejulio,porelqueseregulaelprocedimientoparala autorizacióndelasinstalacionesdeproduccióndeenergíaeléctricaapartirde laenergíaeólica,enelámbitodelaComunidadAutónomadeLaRioja.BOLRde 28‐07‐98.C.eBOLRde4‐8‐1998. 8.4.15.‐ Madrid • Orden9613/1999,de30dediciembre,delaConsejeríadeEconomíayEmpleo, porlaqueseregulalaconcesióndeayudasparalapromocióndeenergías renovablesyelahorroyeficienciaenergéticaparaelperíodo 2000‐2001. BOCMde10‐01‐00. • Orden547/2002,de14defebrero,delaConsejeríadeEconomíaeInnovación Tecnológica,porlaqueseregulalaconcesióndeayudas,cofinanciadasporel FondoEuropeodeDesarrolloRegional,paralapromocióndelasenergías renovablesydelahorroylaeficienciaenergéticaparaelperíodo2002‐2003. BOCAM42,de19‐02‐02.  Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 263 8.4.16.‐ Murcia • Acuerdode4deabrilde2005,dedeclaracióndeimpactoambientaldela DirecciónGeneraldeCalidadAmbientalrelativaaunproyectodeampliación delparqueeólico'SierradelosGavilanes',enlosTMdeJumillayYecla,a solicituddeEnergíasrenovablesdelaRegióndeMurcia,SA.BORM180,de6‐ 8‐2005. • Acuerdode12dejuliode2005,dedeclaracióndeimpactoambientaldela DirecciónGeneraldeCalidadAmbiental,relativaaunproyectodelparque eólicoPedrera,enelTMdeJumilla,asolicituddeGeWindEnergy,SL.BORM 198,de29‐8‐2005. 8.4.17.‐ PaísVasco • Ordende23dediciembrede1998,porlaqueseapruebadefinitivamenteel PlanEspecialdelParqueEólicodeElguea.BOPVde3‐2‐1999 Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 264 9. ‐Bibliografía: - http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_e%C3%B3lica  - http://erenovable.com/energia‐eolica/  - http://www.infoeolica.com/  - http://www.enbuenasmanos.com/articulos/muestra.asp?art=409  - http://elblogverde.com/energia‐eolica/  - http://www.windpower.org/  - http://www.ewea.org/  - http://www.ieawind.org/  - http://www.aeeolica.org  - http://www.risoe.dk/  - http://www.chalmers.se/  - http://www.ncar.ucar.edu/  - http://anemos.cma.fr/  - http://www.inm.es  - http://redibericamm5.uib.es/  - http://www.ciemat.es/sweb/superconductividad/seducot.html  - http://www.ciemat.es/sweb/superconductividad/  - http://www.theflywheel.com/  - http://www.iea‐eces.org/  - Ley54/1997,de27denoviembre,delSectorEléctrico.  Título Proyecto Energía Eólica terrestre y marítima 265 - Guíadelinstaladordeenergíasrenovables:energíafotovoltaica;energía térmica;energíaeólica;climatización‐PERALESBENITO,TOMAS‐2006‐Limusa  - ENERGIAEOLICAdeVILLARRUBIA,MIGUEL‐GRUPOEDITORIALCEAC‐2004.  - ENERGÍASRENOVABLESPARAELDESARROLLO:ANTONIOCRESPOMARTÍNEZ; ADOLFODEFRANCISCO;JESÚSFERNÁNDEZGONZÁLEZ;MIGUELÁNGEL HERREROGARCÍA;JOSÉMARÍADEJUANASARDÓN;FLORENTINOSANTOS GARCÍA‐Paraninfo‐2007