Energía Eólica        Gabriel Ocaña Rebollo             Profesor E. S. de TecnologíaIngeniero Superior de Telecomunicacion...
Índice           El viento.           Conceptos básicos de aerogeneradores.           Parques eólicos.           Ventajas ...
Índice           El viento.           Conceptos básicos de aerogeneradores.           Parques eólicos.           Ventajas ...
El Viento           El origen del viento está en el calentamiento desigual de la Tierra:                    Vientos Geostr...
El Viento           Aplicaciones tradicionales            La humanidad lleva utilizando la energía del viento            d...
El Viento           Caracterización del viento            ¿Cuánta Potencia tiene el viento que incide en una superficie?  ...
El Viento           Caracterización del viento            Otra característica del viento es la dirección e intensidad     ...
El Viento           Caracterización del viento            Además, el viento al acercarse a la superficie y            depe...
Índice           El viento.           Conceptos básicos de aerogeneradores.           Parques eólicos.           Ventajas ...
Conceptos Básicos de Aerogeneradores        Partes de un aerogenerador            Su misión es transformar la energía eóli...
Conceptos Básicos de Aerogeneradores        Rotor            La fuerza sobre la pala de una aeroturbina es la            a...
Conceptos Básicos de Aerogeneradores        RotorPágina 12
Conceptos Básicos de Aerogeneradores        Sistema de Transmisión y Parada            El rotor gira a velocidades bajas (...
Conceptos Básicos de Aerogeneradores        Sistema Eléctrico            Existe una clara tendencia a la utilización de ge...
Conceptos Básicos de Aerogeneradores        Sistema de Regulación de Potencia            La velocidad de giro del rotor de...
Conceptos Básicos de Aerogeneradores        Sistema de Orientación            Todos los grandes aerogeneradores llevan    ...
Conceptos Básicos de Aerogeneradores        Torre            La altura a la que se encuentra el rotor condiciona la cantid...
Conceptos Básicos de Aerogeneradores        Generador Eólico “Tipo”            Los grandes aerogeneradores eólicos        ...
Índice            El viento.            Conceptos básicos de aerogeneradores.            Parques eólicos.            Venta...
Parques Eólicos        Aplicaciones de los generadores eólicos            Los generadores eólicos se utilizan básicamente ...
Parques Eólicos        Tamaño            La tendencia actual esa hacer aerogeneradores cada vez más grandes:              ...
Parques Eólicos        Instalaciones            Hoy en día es práctica habitual agrupar varios aerogeneradores en parques ...
Parques EólicosPágina 23
Parques Eólicos        Parques Eólicos Marinos            Los parques eólicos “offshore” presentan características muy int...
Parques EólicosPágina 25
Parques EólicosPágina 26
Parques Eólicos        FabricaciónPágina 27
Parques Eólicos        Construcción y MontajePágina 28
Parques Eólicos        Mantenimiento y ReparaciónPágina 29
Índice            El viento.            Conceptos básicos de aerogeneradores.            Parques eólicos.            Venta...
Ventajas e Inconvenientes      Ventajas             Es inagotable.             No contamina la atmósfera, evitando la lluv...
Ventajas e Inconvenientes        Inconvenientes            La energía Eólica también presenta una serie de inconvenientes ...
Ventajas e Inconvenientes        Inconvenientes            Como cualquier gran infraestructura humana, la instalación y op...
Ventajas e Inconvenientes        Impacto Visual:            A continuación se muestran comparaciones            de impacto...
Ventajas e Inconvenientes        Mortandad de aves:            Dada la envergadura y altura que tiene un generador eólico,...
Ventajas e Inconvenientes        Ruido            Las emisiones sonoras en aerogeneradores pueden tener dos orígenes difer...
Ventajas e Inconvenientes        Erosión del Suelo            La construcción de un parque eólico supone realizar         ...
Índice            El viento.            Conceptos básicos de aerogeneradores.            Parques eólicos.            Venta...
Tendencias y Perspectivas        Situación actual            Con la disminución de los costes en los últimos            añ...
Tendencias y Perspectivas        Situación actual            Sin embargo, las instalaciones eólicas en España están muy co...
Tendencias y Perspectivas        Futuras líneas de actuación            El futuro de la Energía Eólica es bastante promete...
“No son las especies más fuertes las que sobreviven,            ni las más inteligentes, sino las que se adaptan          ...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Energía Eólica

4,369 views

Published on

Published in: Education
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
4,369
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
393
Actions
Shares
0
Downloads
158
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Energía Eólica

  1. 1. Energía Eólica Gabriel Ocaña Rebollo Profesor E. S. de TecnologíaIngeniero Superior de Telecomunicaciones CEP Almería Enero 2006
  2. 2. Índice El viento. Conceptos básicos de aerogeneradores. Parques eólicos. Ventajas e inconvenientes. Tendencias y perspectivas.Página 2
  3. 3. Índice El viento. Conceptos básicos de aerogeneradores. Parques eólicos. Ventajas e inconvenientes. Tendencias y perspectivas.Página 3
  4. 4. El Viento El origen del viento está en el calentamiento desigual de la Tierra: Vientos Geostróficos: Diferencias de latitud en Ecuador, Trópicos y Polos. Vientos Superficiales: Brisas costeras por diferente calentamiento de tierra y mar. Vientos Locales: provocado por la orografía, obstáculos, … Una de las características del viento es su variabilidad espacial y temporal. Vientos Brisa costera geostróficos Brisa montaña-vallePágina 4
  5. 5. El Viento Aplicaciones tradicionales La humanidad lleva utilizando la energía del viento desde la antigüedad, aunque su desarrollo a gran escala comenzó en la Edad Media.Página 5
  6. 6. El Viento Caracterización del viento ¿Cuánta Potencia tiene el viento que incide en una superficie? Para calcularla hay que tener en cuenta la energía cinética de la masa de aire en movimiento que llega a dicha superficie. Resulta: 1 Ec = m ⋅V 2 2 m m 1 ρ= = ⇒ Pviento = ρ ⋅ A ⋅V 3 Vol A ⋅ d 2 E Pviento = c t Teniendo en cuenta la conservación de la cantidad de movimiento (Teorema de Euler) y conservación de la energía (Teorema de Bernoulli), se deduce la llamada Ley de Betz: “La máxima potencia que se puede obtener, en teoría, de una corriente de aire con un aerogenerador ideal nunca puede superar el 59,26% del la potencia del viento incidente”.Página 6
  7. 7. El Viento Caracterización del viento Otra característica del viento es la dirección e intensidad desde la que viene. La representación gráfica de la frecuencia y velocidad para cada ángulo de dirección se denomina Rosa de los Vientos. Para realizar una valoración energética del viento en un emplazamiento dado, se debe conocer la distribución estadística de la velocidad del viento. Suele seguir una distribución de Weibull.Página 7
  8. 8. El Viento Caracterización del viento Además, el viento al acercarse a la superficie y dependiendo de la Rugosidad del terreno, va frenándose y aumentando su turbulencia. Sobre superficies lisas (hielo, agua, terrenos sin vegetación, …) la velocidad del viento será mayor que sobre superficies más rugosas (campos, bosques, edificios, …).Página 8
  9. 9. Índice El viento. Conceptos básicos de aerogeneradores. Parques eólicos. Ventajas e inconvenientes. Tendencias y perspectivas.Página 9
  10. 10. Conceptos Básicos de Aerogeneradores Partes de un aerogenerador Su misión es transformar la energía eólica en energía eléctrica.Página 10
  11. 11. Conceptos Básicos de Aerogeneradores Rotor La fuerza sobre la pala de una aeroturbina es la acción de la velocidad relativa del aire sobre ella. Se basa en el mismo principio aerodinámico que hace volar a un avión. Esta velocidad es la composición de la velocidad de viento y de la velocidad de giro de la propia pala. Los diseños modernos tienen las palas torsionadas para absorber el máximo de energía a lo largo de toda su longitud. El 90% de los grandes aerogeneradores son tripala a barlovento, ya que presentan la mejor relación coste-rendimiento. Diferentes ángulos de viento relativo Los materiales de fabricación más usuales son los plásticos compuestos: fibra de vidrio, fibra de carbono, epoxy, kevlar, …Página 11
  12. 12. Conceptos Básicos de Aerogeneradores RotorPágina 12
  13. 13. Conceptos Básicos de Aerogeneradores Sistema de Transmisión y Parada El rotor gira a velocidades bajas (10-20 rpm) por varios motivos: Para evitar sobreesfuerzos en la torre y cimentaciones. Para minimizar el ruido de las palas. Para evitar velocidades en punta de pala muy elevadas. Sin embargo, los generadores eléctricos más usuales necesitan girar a miles de rpm, Caja Multiplicadora dependiendo del nº de polos. Esto obliga a la interconexión de los ejes del rotor y el generador mediante una caja Freno de disco multiplicadora. Además, hay situaciones en los que es necesario bloquear el aerogenerador: Operaciones de reparación y mantenimiento. Vientos muy fuertes Para ello se utilizan dos mecanismos: Frenos de disco en el eje del generador Aerofrenos en la punta de las pala.Página 13
  14. 14. Conceptos Básicos de Aerogeneradores Sistema Eléctrico Existe una clara tendencia a la utilización de generadores de inducción de jaula de ardilla, por su sencillez, bajo mantenimiento, robustez y menor coste. Sin embargo, para mejorar el control de la corriente eléctrica vertida a la red de distribución se están empezando a utilizar cada vez más motores asíncronos con rotor bobinado. Mejor control de la potencia reactiva. Mejor calidad de enganche. Mejor adaptación a las condiciones de la red eléctrica. Algunos hacen uso de generadores síncronos multipolo, de manera que al disminuir la velocidad de giro del generador se Generadores síncronos puedan acoplar directamente el rotor y el generador eléctricoPágina 14 sin necesidad de caja de multiplicadora.
  15. 15. Conceptos Básicos de Aerogeneradores Sistema de Regulación de Potencia La velocidad de giro del rotor debe ser prácticamente constante para no producir distorsiones en la frecuencia de salida de la corriente eléctrica. Para evitar que el rotor varíe su velocidad de giro al variar la velocidad del viento, existen dos soluciones: Control por pérdida aerodinámica, el diseño de las palas aprovecha los distintos ángulos de ataque para producir pérdidas aerodinámicas. Pérdida aerodinámica Control por cambio de paso, las palas giran sobre sí mismas para controlar el ángulo de ataque y la Mecanismo de cambio de paso velocidad de giro.Página 15
  16. 16. Conceptos Básicos de Aerogeneradores Sistema de Orientación Todos los grandes aerogeneradores llevan incorporado un sistema de orientación que permita aprovechar el máximo la energía incidente del viento. Está gobernado por un sistema de control y se acciona mediante un servomotor en la base de la góndola. Los pequeños aerogeneradores utilizan sistemas de orientación pasivos, más simples y económicos pero con menor rendimiento.Página 16
  17. 17. Conceptos Básicos de Aerogeneradores Torre La altura a la que se encuentra el rotor condiciona la cantidad de energía capturada. Pero por otro lado, una torre excesivamente alta elevaría el coste de la estructura. Existen tres tipos de torres, en función de la altura y peso a soportar: Mástil con tensores: para pequeños aerogeneradores, normalmente aislados. Celosía: torres de tamaño medio, es muy económica y resistente aunque parece ser la que ocasiona un mayor impacto visual. Tubular troncocónica: la más utilizada en los grandes aerogeneradores de los parques eólicos. Se suele fabricar de acero.Página 17
  18. 18. Conceptos Básicos de Aerogeneradores Generador Eólico “Tipo” Los grandes aerogeneradores eólicos actuales suelen reunir las siguientes características: Rotor tripala a barlovento. Caja multiplicadora de 2 ó 3 etapas, con freno de disco en eje secundario. Generador eléctrico de inducción. Sistema de regulación de potencia: ½ Control por pérdida aerodinámica ½ Control por cambio de paso. Sistema de orientación electromecánico. Torre tubular troncocónica.Página 18
  19. 19. Índice El viento. Conceptos básicos de aerogeneradores. Parques eólicos. Ventajas e inconvenientes. Tendencias y perspectivas.Página 19
  20. 20. Parques Eólicos Aplicaciones de los generadores eólicos Los generadores eólicos se utilizan básicamente para dos cosas: Generación de electricidad: ½ Instalaciones autónomas ½ Instalaciones con conexión a red. Bombeo de agua.Página 20
  21. 21. Parques Eólicos Tamaño La tendencia actual esa hacer aerogeneradores cada vez más grandes: Aumentar el área de barrido. Aumentar la altura del generador. Disminuir el impacto visual. Actualmente los generadores de mayor potencia son del orden: Potencia nominal > 1 MW Altura de la torre > 100 metros Rotor con diámetro > 90 metros Fotomontaje: Pala del mayor prototipo del mundo (de 5 MW)Página 21
  22. 22. Parques Eólicos Instalaciones Hoy en día es práctica habitual agrupar varios aerogeneradores en parques eólicos para poder producir energía de forma significativa.Página 22
  23. 23. Parques EólicosPágina 23
  24. 24. Parques Eólicos Parques Eólicos Marinos Los parques eólicos “offshore” presentan características muy interesantes: Régimen de vientos superior al terrestre. Vientos más constantes. La baja rugosidad de la superficie del mar hace que los vientos sean menos turbulentos. Sin embargo, actualmente tienen los siguientes inconvenientes: El coste de las cimentaciones es mayor. Utiliza cableado de alta tensión submarino. Operaciones de mantenimiento y reparación más dificultosas.Página 24
  25. 25. Parques EólicosPágina 25
  26. 26. Parques EólicosPágina 26
  27. 27. Parques Eólicos FabricaciónPágina 27
  28. 28. Parques Eólicos Construcción y MontajePágina 28
  29. 29. Parques Eólicos Mantenimiento y ReparaciónPágina 29
  30. 30. Índice El viento. Conceptos básicos de aerogeneradores. Parques eólicos. Ventajas e inconvenientes. Tendencias y perspectivas.Página 30
  31. 31. Ventajas e Inconvenientes Ventajas Es inagotable. No contamina la atmósfera, evitando la lluvia ácida, el efecto invernadero, el agujero en la capa de Ozono, … Contribuye a la independencia energética, en un país deficitario como España. Reduciría las importaciones energéticas (balanza comercial) y se conseguirían precios estables en la generación de energía (estabilidad económica). Es una inversión para generar puestos de trabajo, además de fomentar economías locales (empleo, impuestos municipales, alquiler terrenos, …). El terreno ocupado puede usarse para otras actividades: agricultura, ganadería, … Es una fuente de energía modular y escalable, permitiendo instalaciones de muchos tamaños adaptados a las diferentes necesidades. No necesita suministros de agua en las instalaciones. Su recuperación energética es la más alta: 23 veces (recupera toda la energía invertida en solo unos meses).Página 31
  32. 32. Ventajas e Inconvenientes Inconvenientes La energía Eólica también presenta una serie de inconvenientes que es necesario conocer para minimizar sus posibles consecuencias: Inadecuación del suministro y la demanda: para evitarlo se están desarrollando sistemas de predicción eólica de 24 h. de mayor exactitud, de modo que se pueda reorganizar el resto del sistema de generación eléctrica. Carácter distribuido: con el sistema de generación y distribución actual, una generación eólica superior al 30% obligaría a adaptar las redes de distribución actuales.Página 32
  33. 33. Ventajas e Inconvenientes Inconvenientes Como cualquier gran infraestructura humana, la instalación y operación de un campo de generadores eólicos tiene repercusión en el entorno que lo rodea. A continuación se describen los distintos factores medioambientales que pueden resultar afectados. Impacto Visual: Los aerogeneradores son siempre elementos altamente visibles en el paisaje. De lo contrario, no están situados adecuadamente desde un punto de vista meteorológico y empeoran su rendimiento eléctrico. Las solución que se adoptan son: Seguir distribuciones geométricas o contornos del paisaje. Al utilizar de grandes generadores, se tienen menos rotores girando más despacio. Utilización de torres troncocónicas, y con colores “camuflados”. Impacto visual suavizado Gran impacto visualPágina 33
  34. 34. Ventajas e Inconvenientes Impacto Visual: A continuación se muestran comparaciones de impacto visual: Con central de gas natural Con central térmica Parque eólico off-shore desde la costaPágina 34
  35. 35. Ventajas e Inconvenientes Mortandad de aves: Dada la envergadura y altura que tiene un generador eólico, existe la posibilidad de que las aves y otros animales como los murciélagos puedan sufrir daños por la instalación de un parque eólico. En la práctica rara vez se ven molestadas las aves por los aerogeneradores. Hay multitud de estudios que muestran que las aves (bien sea de día o de noche) tienden a cambiar su ruta de vuelo antes de llegar a la turbina. Estos estudios indican que las líneas alta tensión, ventanas de edificios, vehículos e incluso gatos, representan para las aves un peligro mucho mayor que los aerogeneradores. Aunque sea de manera infrecuente existen colisiones de aves con generadores eólicos, resultando especialmente nocivo en el caso de especies protegidas o determinadas rutas migratorias.Página 35
  36. 36. Ventajas e Inconvenientes Ruido Las emisiones sonoras en aerogeneradores pueden tener dos orígenes diferentes: Ruido mecánico: provocado por componentes metálicos moviéndose o chocando unos contra otros, puede originarse en el multiplicador, en la transmisión (los ejes) y en el generador de una turbina eólica. En la actualidad, con la utilización de componentes específicos de la industria eólica, este tipo de niveles sonoros se ha reducido en más de la mitad. Ruido aerodinámico: las palas del rotor producen un sonido silbante que puede oírse si se está cerca de un aerogenerador a velocidades de viento relativamente bajas. El diseño de palas cada vez más eficientes desde el punto de vista aerodinámico conlleva una reducción global de pérdidas, incluidas las acústicas. Aún así, la reglamentación existente obliga a la construcción de parques eólicos a una distancia mínima de las viviendas más cercanas. La energía de las ondas sonoras disminuye con el cuadrado de la distancia a la fuente sonora. Así, para un rotor que emitiese 100 dB se tendría: A 1 diámetro de rotor del aerogenerador, un nivel de sonido de 55-60 dB (como el de una lavadora). A 4 diámetros de rotor del aerogenerador, un nivel de sonido de 40 dB (como el de una sala de estar).Página 36
  37. 37. Ventajas e Inconvenientes Erosión del Suelo La construcción de un parque eólico supone realizar movimiento de tierras y desbrozamiento de vegetación para la realización de carreteras de acceso, cimentaciones de las torres, canalizaciones de conexiones eléctricas y comunicaciones, subestaciones, etc. Con las medidas que se adoptan normalmente, el impacto de la erosión del suelo no suele resultar un problema grave.Página 37
  38. 38. Índice El viento. Conceptos básicos de aerogeneradores. Parques eólicos. Ventajas e inconvenientes. Tendencias y perspectivas.Página 38
  39. 39. Tendencias y Perspectivas Situación actual Con la disminución de los costes en los últimos años, el coste de la producción eléctrica eólica es solo algo mayor que con combustibles tradicionales. El 90% de la potencia eólica total europea está en Alemania, España y Dinamarca. España es una potencia mundial a todos los niveles: Fabricación de componentes Capacidad de instalación Potencia eólica instalada. En el año 2004, España fue por primera vez el país que más potencia eólica instaló en un solo año. De hecho, es la única energía renovable que tiene posibilidades de alcanzar los niveles establecidos para el año 2010.Página 39
  40. 40. Tendencias y Perspectivas Situación actual Sin embargo, las instalaciones eólicas en España están muy concentradas en unas pocas Comunidades Autónomas:Página 40
  41. 41. Tendencias y Perspectivas Futuras líneas de actuación El futuro de la Energía Eólica es bastante prometedor, y es la energía renovable por la que más se ha apostado a nivel europeo. Los asuntos en los que más se está trabajando para aumentar su desarrollo e implantación son las siguientes: Desarrollo estandarizado de turbinas multi- megavatios. Disminución de los costes de fabricación y construcción, especialmente en el caso de parque eólicos marinos. Desarrollo de sistemas de predicción eólica horaria de mayor exactitud. Crecimiento de las líneas de distribución eléctrica actuales teniendo en cuenta la generación distribuida de electricidad. Regulación de los mercados eléctricos para que las energías renovables no se vean perjudicadas.Página 41
  42. 42. “No son las especies más fuertes las que sobreviven, ni las más inteligentes, sino las que se adaptan más rápido a los cambios.” Charles DarwinPágina 42

×