Palas
La estructura más utilizada—y la escogida por Iberdrola— es aquella que cuenta con tres palas moviéndose respecto a un eje horizontal. Estas giran al recibir el empuje del viento, transformando la energía cinética en energía mecánica.
Aerogeneradores
¿Qué es un aerogenerador?
Eólica terrestre Eólica marina
Los aerogeneradores son inmensos aparatos con forma de molinos que hacen posible aprovechar la energía del viento a gran escala, multiplicando su fuerza y convirtiéndola en energía eléctrica que pueda transportarse a la red y distribuirse a los usuarios. Instalados en parques eólicos terrestres o marinos, los aerogeneradores son el elemento central en la generación de energía eólica: limpia y renovable.
Aerogeneradores de la planta híbrida eólico-solar de Port Augusta, en Australia.
Las máquinas que convierten la energía eólica contenida en el viento en energía eléctrica se denominan aerogeneradores o turbinas eólicas. Existen varios tipos, por su tamaño y forma, si bien los más extendidos y eficientes son los aerogeneradores de tres palas con eje horizontal, que es fácil que hayas observado en alguna ocasión formando parte del horizonte de una zona rural.
Lo habitual es verlos agrupados dentro de parques eólicos más grandes, idealmente ubicados en zonas con altura, donde el viento sople fuerte, y lejos de obstáculos como edificios, laderas o árboles que puedan causar turbulencias en el viento.
¿Cómo funcionan los aerogeneradores?
Los aerogeneradores –que podríamos definir como “los molinos del S.XXI”– son máquinas fascinantes que aprovechan la fuerza del viento para mover sus palas, que a su vez hacen girar el generador que produce la electricidad. Explicamos en cinco sencillos pasos el proceso con el que convierten este recurso natural en energía renovable, limpia y accesible.
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Captura del viento
Para transformar el movimiento de las corrientes de aire en energía eléctrica, el viento hace girar primero las enormes palas de los aerogeneradores, que cuentan con un diseño aerodinámico para captar al máximo esa energía cinética y mantener un giro constante incluso con vientos muy suaves (a partir de 11 km/h).
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Movimiento rotacional
Las palas están conectadas a la turbina a través de un eje principal. Cuando el viento mueve las palas, este eje horizontal, también llamado eje lento, comienza a girar a su misma velocidad (entre 7 y 12 revoluciones por minuto) activando una serie de engranajes.
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Multiplicación de la velocidad
Ese sistema de engranajes, o multiplicadora, eleva la velocidad de rotación del eje lento más de 100 veces y la transfiere al eje rápido, que se mueve a más de 1.500 revoluciones por minuto. Este aumento de velocidad es imprescindible para la eficiencia de los generadores convencionales, si bien algunas tecnologías utilizan generadores de baja velocidad acoplados directamente al eje lento.
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Generación de electricidad
La fuerza mecánica de cada una de estas rotaciones se transmite al generador, donde se transforma ahora en energía eléctrica, y de ahí pasa al convertidor, que la convierte en corriente alterna.
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Distribución de la electricidad
La electricidad generada pasa por un transformador que aumenta su voltaje a alta tensión para que pueda ser transportada a largas distancias. Esta electricidad luego se envía a la red eléctrica para que llegue a los lugares donde se necesita.
Mientras hacen su función, los aerogeneradores cuentan con sistemas de control y ajuste constante. Así, están equipados con sensores que aseguran que las palas siempre se orienten hacia la dirección del viento, para maximizar la eficiencia y, en caso de que el viento sea demasiado fuerte (más de 90 km/h) pueden llegar a frenarlas para evitar daños.
Partes de un aerogenerador
Un aerogenerador es una compleja obra de ingeniería que cuenta con miles de pequeños componentes, que forman numerosas piezas, que a su vez conforman los distintos elementos fundamentales para su funcionamiento.
Para hacernos una idea general, un aerogenerador puede dividirse en cinco partes básicas, algunas de las cuales ya hemos mencionado: Base, torre, góndola y rotor.
Partes del aerogenerador o turbina
Torre
Soporta el rotor y la góndola, manteniéndolos a una altura suficiente para captar vientos más fuertes y constantes. Puede estar fabricada con acero, hormigón o una combinación de ambos.
Base
Estructura de cimentación de hormigón que soporta a todo el aerogenerador. En el caso de los aerogeneradores marinos, los cimientos pueden estar bajo el agua.
Rotor
Compuesto por las palas y el buje o cubo. Es la parte encargada de capturar la energía cinética del viento.
Nacelles o Góndola
Es la carcasa situada en la parte superior de la torre que contiene todos los componentes mecánicos y eléctricos, incluyendo el generador, la caja de cambios y el sistema de control.
Buje o cubo
Es el componente central del rotor al que están unidas las palas. Transmite la energía mecánica generada por el movimiento de las palas al eje de baja velocidad.
Eje de baja velocidad
Conecta el rotor con la caja de cambios y gira a la misma velocidad que el rotor.
Caja de cambios o multiplicadora
Eleva la velocidad de rotación del eje de baja velocidad y la transfiere al eje rápido.
Eje de alta velocidad
Conecta la caja de cambios al generador y gira a una velocidad que permita el funcionamiento del generador.
Generador
Convierte la energía mecánica en electricidad. Su diseño puede variar dependiendo del tipo de aerogenerador.
Sistema de control
Permite monitorear y regular el aerogenerador para optimizar la producción de energía y garantizar la seguridad. Incluye una serie de sensores que recogen y envían los datos a través de una línea de comunicaciones.
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Instalación de aerogeneradores
¿Dónde es más eficiente instalar un aerogenerador?
Tipos de aerogeneradores
Los aerogeneradores se pueden dividir de dos maneras distintas. Primero, según la orientación de su eje de rotación: aerogeneradores de eje horizontal y aerogeneradores de eje vertical. Segundo, según su ubicación: aerogeneradores terrestres o aerogeneradores marinos. Todas las opciones tienen sus propias características, ventajas y desventajas.
Aerogeneradores horizontales
Los aerogeneradores de eje horizontal (HAWT, por sus siglas en inglés) son los más comunes por ser altamente eficientes. Cuentan con tres o más palas unidas a un eje de rotación paralelo al suelo, lo que hace que las palas giren en un plano perpendicular al mismo. Mejoran su rendimiento en lugares con vientos constantes y fuertes, por eso suelen tener una torre de gran altura. Son ideales para grandes parques eólicos y aplicaciones en el mar.
Aerogeneradores verticales
El eje de rotación de los aerogeneradores de eje vertical (VAWT, por sus siglas en inglés) es perpendicular al suelo, lo que significa que las palas giran en un plano paralelo al mismo. Al no necesitar reorientarse en función de la dirección del viento son turbinas más versátiles, además de más fáciles de mantener y de integrar en entornos urbanos gracias a su menor tamaño y necesidad de altura. Aún así, son menos eficientes y generalmente se usan en aplicaciones más pequeñas.
Aerogeneradores terrestres
Las turbinas que se asientan sobre una superficie de tierra firme son las que sirven para explotar la energía eólica terrestre y podemos ver más a menudo. Existe una gran variedad de modelos, que permite adaptarse a las condiciones específicas de cada emplazamiento y pueden oscilar enormemente en su tamaño y potencia instalada.
En la actualidad, los aerogeneradores terrestres pueden ir desde la minieólica o microeólica hasta alcanzar más de 150 metros de altura y 145 metros de diámetro de rotor.
Aerogeneradores marinos
Para la producción de energía eólica marina (offshore) existen, por un lado, los aerogeneradores que se anclan al suelo marino mediante distintos tipos de cimentaciones fijas, diseñadas para estar sumergidas hasta los 60 metros de profundidad aproximadamente. Estos aerogeneradores llegan a tener 220 metros de diámetro de rotor, con su consiguiente aumento de potencia.
Por otro lado, para la explotación de energía eólica en aguas más profundas, donde el viento sopla más fuerte y se cuenta con menos obstáculos, recurrimos a la eólica marina flotante, donde las turbinas –de más de 120 metros de altura– se sustentan en plataformas flotantes ancladas al fondo marino mediante cables submarinos.