Energía Eólica
Es la energía obtenida del viento, es
decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que
es transmutada en otras formas útiles de energía para las
actividades humanas.
La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y
ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar
termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la
convierte en un tipo de energía verde. Su principal inconveniente es la
intermitencia del
viento. Es utilizada, sobre todo, para mover aerogeneradores. En estos la
energía eólica mueve una hélice y mediante un sistema
mecanico se hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador,
que produce energía eléctrica. Para
que su instalación resulte rentable, suelen agruparse en concentraciones
denominadas parques eólicos.
Un molino es una maquina que transforma el viento en energía
aprovechable, que proviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas unidas
a un eje común. El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de
maquinaria para moler grano, bombear agua o generar electricidad. Cuando el eje
se conecta a una carga, como
una bomba, recibe el nombre de molino de viento. Si se usa para
producir electricidad se le denomina generador de turbina de viento. Los
molinos tienen un origen remoto.
La energía del
viento esta relacionada con el movimiento de las masas de aire que se
desplazan de areas de alta presión atmosférica hacia
areas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales
algradiente de presión. Los vientos son generados a causa del
calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de la
radiación solar, entre el 1 y 2 % de la energía proveniente
del sol se convierte en viento. De día, las masas de aire sobre los
océanos, los mares y los lagos
se mantienen frías con relación a las areas vecinas
situadas sobre las masas continentales. Actualmente, la energía
eólica es utilizada principalmente para producir energía
eléctrica mediante aerogeneradores. A finales de 2011, la capacidad
mundial de los generadores eólicos fue de 238 gigavatios. En ese mismo
año la eólica generó alrededor del
3% del
consumo de electricidad mundial.
Cómo se produce y se obtiene:
Los continentes absorben una menor cantidad de luz solar, por lo tanto el aire
que se encuentra sobre la tierra se expande, y se hace por lo tanto mas
liviana y se eleva. El aire mas frío y mas pesado que
proviene de los mares, océanos y grandes lagos se pone en movimiento para ocupar el
lugar dejado por el aire caliente.
Para poder aprovechar la Energía Eólica es importante conocer las
variaciones diurnas y nocturnas y estacionales de los vientos, la
variación de la velocidad del viento con la altura sobre el suelo, la
entidad de las rafagas en espacios de tiempo breves, y valores
maximos ocurridos en series históricas de datos con una
duración mínima de 20 años. Es también importante
conocer la velocidad maxima del
viento.
Para poder utilizar la energía del viento, es necesario que este alcance
una velocidad mínima que depende delaerogenerador que se vaya a utilizar
pero que suele empezar entre los 3 m/s (10 km/h) y los 4 m/s (14,4 km/h),
velocidad llamada 'cut-in speed', y que no supere los 25 m/s (90
km/h), velocidad llamada 'cut-out speed'.
La energía del viento es utilizada
mediante el uso de maquinas eólicas (o aeromotores) capaces de
transformar la energía eólica en energía mecanica
de rotación utilizable, ya sea para accionar directamente las
maquinas operatrices, como
para la producción de energía eléctrica. En este
último caso, el sistema de conversión, (que comprende un
generador eléctrico con sus sistemas de control y de conexión a
la red) es conocido como
aerogenerador.
Tipos de generadores eólicos y sus aplicaciones:
Generadores eólicos de eje horizontal:
Son los mas utilizados y de mayor potencia. Basicamente se
distinguen tres tipos:
1°- Molinos de viento convencionales: Son los clasicos molinos
usados antiguamente y que en la actualidad se conservan como recuerdo histórico pero sin
prestar servicio.
2°- Aerogeneradores lentos: Es un generador con un elevado número de
palas. Generalmente su sistema de orientación es mediante un
timón-veleta que hace que el plano de la
hélice se sitúe siempre perpendicular a la dirección del viento. Esquema de
un aerogenerador lento (18 palas) adecuado para el accionamiento directo de una
bomba hidraulica para la extracción de agua de pozo.
3°- Aerogeneradores rapidos: En este tipo de aerogeneradores el
número de palas es pequeño. Su ventaja respecto a las
eólicas lentas es que su potencia por unidad depeso es mucho mayor, por
lo que al ser mas ligeros pueden construirse generadores de un radio
mucho mayor, así como situar el buje o punto de giro central del rotor a
alturas mucho mayores y por consiguiente aprovechar el efecto de aumento de la
velocidad del viento con la altura. En la actualidad se construyen
eólicas con diametros de rotor que alcanzan los 90 m y con una
potencia nominal de 3 MW, lo que da una idea del
area de barrido del
rotor.
Se utilizan para la generación de energía eléctrica,
pudiendo ser en sistemas aislados o conectados a la red. Los generadores
utilizados en sistemas aislados generalmente son mas pequeños (de
3 a 50 KW) que los que se conectan a la red eléctrica (de 250 a 3000
KW).
Aerogenerador de eje horizontal tripala:
1°-Rotores monopala: Permite una mayor velocidad de rotación,
reducción de masas y costes de material, en las palas, en la caja
multiplicadora y en el generador. Tienen el inconveniente de necesitar un
equilibrado muy preciso con un contrapeso de compensación, y existe un
mayor riesgo de desequilibrio aerodinamico y vibraciones con la
aparición de cargas de fatiga. También aumenta la generación
de ruidos. Del orden del doble que un rotor tripala.
2°-Rotores bipala: Reduce el coste de material y equipos respecto del rotor tripala, pero
presenta también la desventaja respecto a éste último de
un mayor nivel de esfuerzos dinamicos. De forma similar a rotor monopala
se producen esfuerzos mecanicos originados por la variación del perfil de la velocidad del viento con la altura. Ademas
estosrotores presentan respecto a los tripalas un mayor nivel de vibraciones y
de ruido.
3°-Rotores tripala: presentan como
principal ventaja la de un giro mas suave y uniforme debido a las
propiedades de su momento de inercia, por lo que se minimiza la
inducción de esfuerzos sobre la estructura. Ademas gira a menor
velocidad que los rotores mono y bipala, disminuyéndose los esfuerzos de
la fuerza centrífuga, el nivel de vibraciones y la producción de
ruido. En la actualidad el rotor tripala es la configuración mas
usada en turbinas eólicas rapidas dedicadas a la generación
de electricidad.
Dispositivos De Almacenamiento
Dado que una característica esencial del viento es su discontinuidad en el
tiempo, se han realizado diversos estudios destinados a desarrollar sistemas
que permitan almacenar la energía producida por el viento y no utilizada
directamente durante los períodos de producción a fin de
restituir una parte, la mayor posible, durante los días de calma.
Este aspecto de la energía eólica es, aún hoy, uno de los
que mas frenan su desarrollo, ya que este almacenamiento, tanto
mas importante cuanto mas irregular sea el régimen de
vientos, constituye frecuentemente una parte importante (> 20%) del costo de una instalación de producción
de energía eléctrica a partir del viento.
En esta obra daremos, sólo a título informativo, una breve
descripción de los dispositivos de almacenamiento, exceptuando las
baterías de acumuladores clasicos, que trataremos con mas
detalle ya que siguen siendo el sistema mas facil y a menudo
mas económico(relativamente) para almacenar energía
eléctrica en pequeña cantidad.
Hay que remarcar que todos los dispositivos de almacenamiento, incluidas las
baterías de acumuladores, tienen rendimientos entre el 70 y el 80%.
El tipo de acumulador de plomo que conviene utilizar, fue puesto a punto de
1860 por planté. Desde entonces no ha sufrido mas modificaciones
que las destinan a mejorar sus prestaciones, pero el principio de
funcionamiento sigue siendo el mismo.
Ventajas de la energía eólica:
Es un tipo de energía renovable ya que tiene su origen en procesos
atmosféricos debidos a la energía que llega a la Tierra
procedente del Sol.
Es una energía limpia ya que no produce emisiones atmosféricas ni
residuos contaminantes.
No requiere una combustión que produzca dióxido de carbono (CO2),
por lo que no contribuye al incremento del
efecto invernadero ni al cambio climatico.
Puede instalarse en espacios no aptos para otros fines, por ejemplo en zonas
desérticas, próximas a la costa, en laderas aridas y muy
empinadas para ser cultivables.
Puede convivir con otros usos del suelo, por
ejemplo prados para uso ganadero o cultivos bajos como trigo, maíz, patatas, remolacha,
etc.
Crea un elevado número de puestos de trabajo en las plantas de
ensamblaje y las zonas de instalación.
Su instalación es rapida, entre 4 meses y 9 meses
Su inclusión en un sistema ínter ligado permite, cuando las
condiciones del viento son adecuadas, ahorrar combustible en las centrales
térmicas y/o agua en los embalses de las centrales
hidroeléctricas.
Su utilizacióncombinada con otros tipos de energía, habitualmente
la energía solar fotovoltaica, permite la auto alimentación de
viviendas, terminando así con la necesidad de conectarse a redes de
suministro, pudiendo lograrse autonomías superiores a las 82 horas, sin
alimentación desde ninguno de los 2 sistemas.
Posibilidad de construir parques eólicos en el mar, donde el viento es
mas fuerte, mas constante y el impacto social es menor, aunque
aumentan los costes de instalación y mantenimiento.
Desventaja De La Energía Eólica:
La principal desventaja de la energía eólica es nuestra
incapacidad para controlar el viento. Al ser una energía menos
predecible no puede ser utilizada como única fuente de generación
eléctrica. Para salvar los momentos en los que no se dispone de viento
suficiente para la producción de energía eólica es
indispensable un respaldo de las energías convencionales y el resto de
renovables.
Esta situación no es la única desventaja a la que se enfrenta la
energía eólica. Hay varios factores de tipo técnico y
medioambiental, como los siguientes:
• Dificultad para la planificación. Como hemos indicado, existe
una dificultad intrínseca para poder planificar la energía
eólica disponible con antelación. Dado que los sistemas
eléctricos son operados calculando la generación con un
día de antelación en vista del consumo previsto, la aleatoriedad
del viento plantea serios problemas. Los últimos avances
meteorológicos para la previsión del viento han mejorado mucho la
situación, pero aún sigue siendo un problema.
• Plazo de desarrollo.Desde que un promotor empieza a construir un parque
eólico hasta que éste inicia su vertido de energía a la
red eléctrica pueden pasar 5 años.
• Variabilidad. Es necesario suplir las bajadas de tensión
eólicas de forma instantanea -aumentando la producción de
las centrales térmicas-, pues de no hacerse así se podrían
producir apagones.
• Almacenamiento imposible. La energía eléctrica producida
no es almacenable: es instantaneamente consumida o de lo contrario se
pierde.
• Necesidad de infraestructuras. Los parques eólicos suelen
situarse en zonas apartadas o en el mar, lejos de los puntos de consumo, y para
transportar la energía eléctrica se requieren torres de alta
tensión y cables de gran capacidad que pueden salvar importantes
distancias y causan impacto en el paisaje. En este proceso, ademas,
suele perderse energía.
• Vulnerabilidad a los huecos de tensión. Uno de los mayores
inconvenientes de los aerogeneradores es el llamado ‘hueco de
tensión' (reducción brusca de la tensión en una fase de la
red eléctrica, seguida de una vuelta a los valores normales, todo ello
en milisegundos). Las protecciones de los aerogeneradores con motores de jaula
de ardilla se desconectan de la red para evitar ser dañados y, por
tanto, provocan falta de suministro.
• Demasiado viento no ayuda. Si el viento supera las especificaciones del
aerogenerador, es obligatorio desconectar ese circuito de la red o cambiar la
inclinación de las aspas para que dejen de girar, puesto que con viento
de altas velocidades la estructura puede resultar dañado. La
produccióneléctrica desciende y afecta a la planificación
de producción eléctrica prevista.
• Impacto medioambiental. Los parques eólicos suelen ocupar
grandes espacios y se localizan en parajes naturales transformando el paisaje
original. Es necesario realizar estudios de impacto ambiental previos para
evitar que perjudiquen a las aves migratorias o al paisaje.
Al margen de estas desventajas de la energía eólica, hay que
tener en cuenta que ninguna forma de producción de energía tiene
el potencial de cubrir toda la demanda y la producción energética
basada en renovables es menos contaminante, por lo que su aportación a
la red eléctrica es positiva.
• Vulnerabilidad a los huecos de tensión. Uno de los mayores
inconvenientes de los aerogeneradores es el llamado ‘hueco de
tensión' (reducción brusca de la tensión en una fase de la
red eléctrica, seguida de una vuelta a los valores normales, todo ello
en milisegundos). Las protecciones de los aerogeneradores con motores de jaula
de ardilla se desconectan de la red para evitar ser dañados y, por
tanto, provocan falta de suministro.
• Demasiado viento no ayuda. Si el viento supera las especificaciones del
aerogenerador, es obligatorio desconectar ese circuito de la red o cambiar la
inclinación de las aspas para que dejen de girar, puesto que con viento
de altas velocidades la estructura puede resultar dañada. La
producción eléctrica desciende y afecta a la planificación
de producción eléctrica prevista.
• Impacto medioambiental. Los parques eólicos suelen ocupar
grandes espacios y se localizan enparajes naturales transformando el paisaje
original. Es necesario realizar estudios de impacto ambiental previos para
evitar que perjudiquen a las aves migratorias o al paisaje.
Al margen de estas desventajas de la energía eólica, hay que
tener en cuenta que ninguna forma de producción de energía tiene
el potencial de cubrir toda la demanda y la producción energética
basada en renovables es menos contaminante, por lo que su aportación a
la red eléctrica es positiva.
INTRODUCCIÓN
El perfeccionamiento del tradicional molino de viento ha dado lugar a modernos
aeromotores que aprovechan la energía eólica para generar
electricidad. Estos aeromotores pueden instalarse aislados o bien en
agrupaciones que aportan energía a las redes de distribución. Sin
embargo, el viento tiene dos características que lo diferencia de otras
fuentes energéticas: su imprevisible variabilidad y su
dispersión. Ello obliga a sutiles perfeccionamientos en el diseño
de las palas y el sistema de control que regula las revoluciones por minuto,
para evitar velocidades, excesivas durante los vendavales y orientar el rotor
hacia la posición mas favorable. La fuente de energía
eólica es el viento, o mejor dicho, la energía mecanica
que, en forma de energía cinética transporta el aire en movimiento.
El viento es originado por el desigual calentamiento de la superficie de
nuestro planeta, originando movimientos conectivos de la masa
atmosférica. La Tierra recibe una gran cantidad de energía
procedente del Sol. Esta energía, en lugares favorables,puede ser del
orden de 2.000 Kwh/m2 anuales. El 2 por ciento de ella se transforma en
energía eólica con un valor capaz de dar una potencia de 10E+11
Gigavatios. En la antigüedad no se conocían estos datos, pero lo
que sí es cierto, es que intuitivamente conocían el gran
potencial de esta energía. Las formas de mayor utilización son
las de producir energía eléctrica y mecanica, bien sea
para autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua. Siendo un aerogenerador
los que accionan un generador eléctrico y un aeromotor los que accionan
dispositivos, para realizar un trabajo mecanico.
CONCLUSION
A pesar de los inconvenientes que presenta, en particular la necesidad de no
sobrecargarlo ni descargarlo en exceso, el acumulador de plomo de tipo semifijo
es actualmente el mejor adaptado y mas económico para su empleo
con aerogeneradores. Para minimizar las pérdidas de rendimiento debidas
al paso por el sistema de almacenamiento, el usuario de energía
eólica debe realizar la instalación y adaptar su funcionamiento
de manera que puede utilizar el maximo de energía de salida del
aerogenerador.
Republica Bolivariana De Venezuela
Ministerio Del Poder Popular Para La Educación Superior
Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José
de Sucre”
Vice-Rectorado Luis Caballero Mejías
Núcleo Guarenas
Energía Eólica
INTEGRANTES: EDISON, VILLAMIIZAR
ROBERTO TOVAR
GUARENAS, OCTUBRE DE 2013
ANEXSOS
