ENERGÍA EÓLICA

1. ENERGÍA EÓLICA

2. ENERGÍA EÓLICAOrigen (1) El viento es una consecuencia de la radiación solar. Debido, fundamentalmente, a la redondez de la Tierra se originan diferencias de insolación entre distintos puntos del planeta. Estas diferencias de insolación dan lugar a diferentes zonas térmicas que originan diferencias de presión. El aire que envuelve a la Tierra se mueve desde las zonas de mayor presión atmosférica a las de menor presión, produciendo el viento La energía eólica es la energía cinética del viento.

3. ENERGÍA EÓLICAOrigen (2) El viento ha tenido tal especial importancia en la vida cotidiana del hombre en la antigüedad que éste llegó a elevarlo, debido a la falta de conocimientos, a la categoría de Dios. En la Mitología griega el Dios padre de los vientos era Eolo, de ahí el nombre de Energía Eólica, que los tenía encerrados en un zurrón y los sacaba cuando le parecía oportuno, según cuenta Homero en uno de los cantos de su inmortal obra La odisea. Eolo era el intermediario entre Zeus y los pequeños dioses eólicos. Estos estaban divididos en dos grupos, los benefactores y los funestos. Entre los primeros se encontraban el viento del Norte (Bóreas), el del Sur (Austro o Noto), el del Sureste (Euros), y el del Oeste (Zefiros). Dentro de los segundos estaba Tyferus, dios del huracán.

4. ENERGÍA EÓLICAOrigen (3) Sin embargo, es necesario aclarar que la circulación global del aire sobre el planeta es mucho más compleja que la descrita, ya que en ella intervienen muchos factores. • La rotación de la Tierra sobre su eje • La composición de la Tierra en océanos y continentes. • El movimiento de translación de la Tierra en torno del Sol, que hace que la intensidad de la radiación solar recibida por las diferentes zonas de la Tierra sea distinta según las estaciones del año. • Las perturbaciones atmosféricas.

5. ENERGÍA EÓLICAOrigen (4) El movimiento de rotación de la Tierra da lugar a la aparición de las fuerzas de Coriolis, las cuales actúan sobre la masa de aire en movimiento desviándola hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur atmosféricas.

6. ENERGÍA EÓLICAOrigen (5) Los vientos generales que circundan el globo terrestre se llaman macro climáticos. Estos debido a la orografía del terreno y las diferencias de presión varían sus características, lo que origina los vientos llamados micro climáticos o locales. Estos últimos pueden ser clasificados en: • Vientos inducidos térmicamente • Vientos inducidos por la orografía • Vientos generales influenciados por los efectos climáticos locales.

7. ENERGÍA EÓLICAOrigen (6) Entre los vientos inducidos térmicamente pueden señalarse las brisas marinas y las corrientes valle-montaña. Brisa marina: Durante el día, la tierra se calienta más rápidamente que el mar, haciendo que el viento sople del mar a la tierra (mediodía y tarde).

8. ENERGÍA EÓLICAOrigen (7) Los vientos valle-montaña se producen por un proceso parecido. Unas laderas reciben más insolación que otras, en función de su pendiente y orientación. Estos vientos soplan durante toda la noche desde la montaña al valle y desde el valle a la montaña durante el día. Brisa marina: Por la noche y el amanecer el viento sopla hacia el mar, ya que la tierra se enfría más rápidamente que el mar.

9. ENERGÍA EÓLICAOrigen (8) Los vientos inducidos por la orografía dependen del obstáculo y su orientación. El aire que se desplaza en la proximidad de la superficie terrestre debe sortear los innumerables obstáculos que encuentra a su paso, cambiando en mayor o menor medida sus características

10. ENERGÍA EÓLICAPotencial (1) Sólo un 2% de la energía solar que llega a la Tierra se convierte en energía eólica. Solo una parte de la misma puede ser aprovechada, ya que se presenta en forma muy diluida.

11. ENERGÍA EÓLICAPotencial (2) Cuando se habla del potencial eólico de una región es necesario especificar la altura sobre el terreno a la que se refiere, ya que el viento varía su velocidad con la altura debido al rozamiento que genera la superficie terrestre. Existen varias expresiones que tratan de reflejar estas variaciones; una de ellas es la conocida con ley potencial. V y Vo son las velocidades del viento a las alturas H y Ho α un exponente que representa una forma de medida del rozamiento superficial encontrado por el viento. Para un terreno descubierto, un valor de α típico estimado es 0,14.

12. ENERGÍA EÓLICAPotencial. Medida (1) Para realizar la medida de las velocidades del viento se utilizan aparatos llamados anemómetros. El anemómetro más utilizado es el denominado de cazoletas Para la medida de la dirección se emplean, frecuentemente, dispositivos denominados veletas La Organización Meteorológica Mundial (OMM) recomienda que estos dispositivos se sitúen a 10 metros sobre el nivel del suelo.

13. ENERGÍA EÓLICAPotencial. Medida (2) La velocidad del viento es un vector, por tanto, viene definida por el módulo, la dirección y el sentido. El módulo indica la intensidad del viento y se suele expresar en m/s, km/h o en nudos (1nudo=0,514m/s). La dirección y el sentido se expresan en grados sexagesimales, es decir, según un círculo graduado en 360º, significando “de donde viene” el viento. Por ejemplo, si se señala que el viento es del Noreste se está especificando que la dirección del viento se encuentra en la recta que une el Noreste con el Suroeste y que el sentido es de Noreste a Suroeste.

14. ENERGÍA EÓLICAPotencial. Estimación Teóricamente la potencia que existe en una corriente de aire a su paso a través de un área A viene dada por: Siendo: P Potencia en W ρ Densidad del aire en kg/m3 A Superficie en m2 V Velocidad del viento en m/s

15. ENERGÍA EÓLICATecnología (1) Para aprovechar la energía cinética del viento se emplean turbinas eólicas. El primer molino de viento que se conoce con cierto detalle es el molino persa de eje vertical. Este molino se utilizaba para moler grano y fue de uso corriente en la antigua Persia, posiblemente varios siglos antes de nuestra era

16. ENERGÍA EÓLICATecnología (2) Las máquinas eólicas han experimentado una considerable y larga evolución durante un periodo de más de 2000 años. Desde las primeras máquinas conocidas hasta el siglo XV la evolución es lenta y de escaso desarrollo técnico.

17. ENERGÍA EÓLICATecnología (3) En el periodo comprendido entre el comienzo del Renacimiento y el comienzo de la Revolución Industrial se multiplican las invenciones que utilizan las ruedas hidráulicas o los molinos de viento como fuerza impulsora.

18. ENERGÍA EÓLICATecnología (4) Desde mediados del siglo XIX hasta mediados del siglo XX se desarrolla la teoría aerodinámica y otras ciencias de carácter técnico, lo que origina que las máquinas eólicas sufran una completa transformación. A partir de la segunda mitad del siglo XX hasta nuestros días se producen importantes modificaciones de carácter técnico, que se traducen en la utilización de materiales más ligeros y resistentes, y el empleo de sistemas electrónicos de regulación y control.

19. ENERGÍA EÓLICATecnología (5) Las turbinas eólicas destinadas a la producción de electricidad se denominan aerogeneradores. De forma general pueden señalarse los siguientes subsistemas componentes de los aerogeneradores: • Subsistema de captación. • Subsistema de transmisión mecánica • Subsistema de generación eléctrica. • Subsistema de orientación • Subsistema de regulación • Subsistema soporte.

20. ENERGÍA EÓLICATecnología (6) El subsistema de captación es el encargado de transformar la energía cinética del viento en energía mecánica de rotación. Está integrado por el rotor, el cual se compone de las palas y del buje.

21. ENERGÍA EÓLICATecnología (7) Las palas Aunque históricamente se han utilizado una gran variedad de materiales para la fabricación de las palas (telas, maderas, chapas metálicas, aluminio), los materiales más utilizados actualmente son las resinas de poliéster reforzadas con fibras de vidrio, los cuales proporcionan ligereza, resistencia mecánica y una cierta resistencia a la agresión del medio ambiente

22. ENERGÍA EÓLICATecnología (8) El buje es el elemento soporte de las palas y está montado en un extremo del árbol principal de transmisión. En función de la rigidez de movimiento de la unión de las palas al buje en la dirección perpendicular al plano del rotor, los bujes se clasifican en: • Rígidos: Las palas se atornillan al buje y este se une rígidamente al árbol principal de transmisión. • Basculantes (usados principalmente en rotores bipalas). El buje admite pequeños movimientos de pivote con el objeto de equilibrar las cargas aerodinámicas.

23. ENERGÍA EÓLICATecnología (9) En función de la posición del eje de giro del rotor las máquinas eólicas se clasifican en: Máquinas de eje horizontal. Máquinas de eje vertical Las de eje vertical, debido a su bajo rendimiento, prácticamente han desaparecido del mercado actual.

24. ENERGÍA EÓLICATecnología (10) Dependiendo del número de palas de los rotores éstos se clasifican en: • Rotores multipala (o rotores lentos), con un número de palas comprendido entre 6 y 24. • Los rotores multipala giran a baja velocidad y se han destinado tradicionalmente al bombeo de agua.

25. Dependiendo del número de palas de los rotores éstos se clasifican: Rotores tipo hélice (o rotores rápidos), que pueden ser: Tripala (el más utilizado), bipala y monopala. Los rotores tipo hélice giran a mayores velocidades y presentan mejores rendimientos aerodinámicos que los rotores multipala, por lo que se suelen destinar a la generación de electricidad. ENERGÍA EÓLICATecnología (11) Tripala Bipala Monopala.

26. ENERGÍA EÓLICATecnología (12) En función de la disposición del rotor frente a la velocidad del viento estos pueden clasificarse en: • Rotores de barlovento (los más frecuentes) • Rotores de sotavento o autoorientables, cuyas palas presentan una cierta inclinación respecto del plano de giro de tal manera que el rotor al girar describe un cono.

27. ENERGÍA EÓLICATecnología (13) Dependiendo que el rotor permita que cada pala pueda girar o no respecto a su respectivo eje longitudinal los rotores se clasifican en: • Rotores con palas de paso variable. Éstos permiten regular más adecuadamente la potencia generada por la máquina eólica y es utilizado en prácticamente todos los aerogeneradores de mediana y alta potencia. • Rotores de paso fijo.

28. ENERGÍA EÓLICATecnología (14) La potencia mecánica que una turbina eólica es capaz de extraer de la energía cinética del viento depende fundamentalmente del diámetro del circulo barrido por las palas y del rendimiento aerodinámico del rotor (que depende de la forma aerodinámica de la pala). El número de palas prácticamente no tiene influencia en el rendimiento cuando se utilizan más de tres palas (especialmente cuando se trata de rotores rápidos)

29. ENERGÍA EÓLICATecnología (15) El subsistema de transmisión mecánica se sitúa entre el subsistema de captación y el subsistema de generación. En la mayoría de los diseños de aerogeneradores la velocidad de giro del subsistema de captación es menor que la velocidad a la que debe girar el generador eléctrico. Por este motivo es necesario incluir una caja multiplicadora de la velocidad y un árbol de transmisión secundario que una dicha caja al generador.

30. ENERGÍA EÓLICATecnología (16) El subsistema de generación eléctrica está constituido básicamente por el aerogenerador. Este está formado por una máquina eléctrica encargada de transformar la energía mecánica de rotación en energía eléctrica.

31. ENERGÍA EÓLICATecnología (17) Para transformar la energía mecánica de rotación de la turbina en energía eléctrica se utilizan generadores eléctricos. El generador puede ser de corriente continua (dinamo) o de corriente alterna (alternador). Estos últimos son los únicos que actualmente se utilizan en los aerogeneradores de mediana y alta potencia. El generador puede ser de: • Corriente continua (dinamo) no suelen usarse • Corriente alterna (alternador) pueden ser: • Síncronos (más frecuentes) • Asíncronos

32. ENERGÍA EÓLICATecnología (18) El alternador está compuesto de dos partes fundamentales: El rotor o inductor móvil, encargado de generar un campo magnético variable al girar arrastrado por la turbina El estator o inducido fijo, en el que se genera la corriente eléctrica. Corriente de excitación en forma de corriente continua

33. ENERGÍA EÓLICATecnología (19) El subsistema de orientación es el encargado de detectar la dirección del viento y situar el plano del rotor perpendicular en esa dirección. Prácticamente todas las máquinas eólicas de eje horizontal necesitan de un subsistema de orientación. Entre los subsistemas de orientación más utilizados actualmente se encuentran las veletas o colas de orientación, utilizadas en máquinas de pequeña potencia,

34. ENERGÍA EÓLICATecnología (20) Los servomotores que detectan la dirección del viento mediante una veleta y orientan a la máquina mediante motores de orientación situados en la base de la góndola.

35. ENERGÍA EÓLICATecnología (21) Las máquinas que disponen de rotor a sotavento no necesitan subsistema de orientación, ya que el propio viento puede orientarlas debido a las fuerzas aerodinámicas que origina la conicidad del rotor. Viento

36. ENERGÍA EÓLICATecnología (22) El subsistema de sustentación está constituido por la góndola y la torre. La góndola está formada por el bastidor, en el que se montan los distintos subsistemas de la máquina eólica, y la carcasa que, diseñada de forma aerodinámica, los protege de los agentes atmosféricos.

37. ENERGÍA EÓLICATecnología (23) La torre es el elemento encargado de elevar el rotor de la máquina respecto del nivel del suelo. La altura mínima de la torre está condicionada por el diámetro del rotor del subsistema de captación y la altura máxima por el coste y la dificultad de instalación. Aunque las primeras torres de sustentación que se utilizaron en los aerogeneradores eran de estructura de celosía actualmente es más frecuente el uso de torres tubulares cilíndricas o troncocónicas de acero (fundamentalmente) u hormigón.

38. ENERGÍA EÓLICATecnología (24) El subsistema de control y regulación tiene la misión incrementar la captación de energía cinética del viento, mejorar la potencia eléctrica generada y garantizar un funcionamiento seguro de la máquina. Para ello el subsistema de control supervisa el funcionamiento de la máquina eólica y gestiona las secuencias de arranque, parada, etc., además de controlar al subsistema de orientación, regular la potencia captada del viento y producida por el aerogenerador. La mayoría de las máquinas eólicas modernas disponen de rotor de paso variable, por lo que disponen de dispositivos que permiten girar la pala alrededor de su eje longitudinal con el propósito de controlar la potencia y velocidad de giro del rotor y frenar aerodinámicamente el subsistema de captación en caso de avería. Asimismo, las máquinas eólicas están equipadas con frenos mecánicos con el objetivo de mantener bloqueado el árbol de transmisión durante la operaciones de puesta en marcha y mantenimiento, además de ayudar al frenado dinámico durante los procesos de parada de emergencia.

39. ENERGÍA EÓLICATecnología (25)

40. ENERGÍA EÓLICATecnología (26) Las aplicaciones de los aerogeneradores pueden clasificarse en dos grupos: • Aerogeneradores conectados a la red eléctrica de distribución general: • Instalaciones de un único aerogenerador • Instalaciones que cuentan con una agrupación de varios aerogeneradores a la cual se le denomina parque eólico. • Aerogeneradores aislados, es decir, no conectados a la red eléctrica general.

41. ENERGÍA EÓLICATecnología (27) En los parques eólicos los aerogeneradores deben distanciarse unos de otros, de tal manera que no sean un obstáculo a la captación del viento por la máquinas ubicadas detrás de ellos.

42. ENERGÍA EÓLICATecnología (28) Las instalaciones aisladas suelen realizarse en zonas muy alejadas del trazado de la red eléctrica. Normalmente estas instalaciones se dimensionan para satisfacer un determinado consumo, se ubican en la proximidad del lugar de consumo y precisan de sistemas de almacenamiento (baterías, depósitos de agua, etc.) donde guardar la energía eléctrica generada, en el caso de aerogeneradores, o de agua impulsada, en el caso de que la energía generada sea mecánica. En el caso que la instalación aislada deba satisfacer un consumo importante de energía eléctrica y de forma permanente se recurre, normalmente, a las instalaciones híbridas eólico-diesel, las cuales constan de aerogeneradores interconectados a grupos diesel.

43. ENERGÍA EÓLICACostes (1) En el caso de los países de mayor potencia instalada en Europa (Alemania, España y Dinamarca) el coste del kW instalado puede estimarse entre 1.000 y 1.200 euros. Para los parque de potencia media que se instalan en España los costes de explotación pueden estimarse alrededor 3,3 % de la inversión. Estos costes se desglosan en:

44. ENERGÍA EÓLICACostes (2) En lo que respecta al coste de los distintos componentes que integran un aerogenerador pueden indicarse los porcentajes estimativos siguientes:

45. ENERGÍA EÓLICACostes (3) La inversión necesaria para llevar a cabo una instalación eólica conectada a la red puede estimarse descompuesta en cuatro grandes partidas:

46. ENERGÍA EÓLICAImpacto ambiental (1) Las posibles alteraciones del medio físico que las instalaciones eólicas pueden generar se centran en cuatro apartados: • Impacto sobre las aves • Impacto visual • Ruido • Erosión

47. ENERGÍA EÓLICAImpacto ambiental (2) Impacto sobre las aves Los estudios que se han realizado llegan a la conclusión que las líneas eléctricas suele presentarse como la causa más importante de accidentes de aves, pero que pueden evitarse utilizando líneas subterráneas. De la experiencia española se concluye que dicho impacto ha sido nulo.

48. ENERGÍA EÓLICAImpacto ambiental (3) El impacto visual es muy subjetivo. Un parque adecuadamente diseñado puede llegar a ser incluso objeto de atracción.

49. ENERGÍA EÓLICAImpacto ambiental (4) Ruido (1) El origen del ruido en los aerogeneradores se debe a factores mecánicos y aerodinámicos. La influencia de dicho impacto depende de la distancia En las poblaciones cercanas a dichas instalaciones es más importante el ruido producido por el propio viento

50. ENERGÍA EÓLICAImpacto ambiental (5) Ruido (2)