ÁREA TÉCNICA Funcionamento

Como a maior parte das enerxías renovables, a eólica ten a súa orixe no sol. Entre o 1 e o 2% da enerxía proveniente do sol convértese en vento, debido ó movemento do aire ocasionado polo desigual quentamento da superficie terrestre. Excluíndo as áreas con valor ambiental, isto supón un potencial de enerxía eólica de 53 TW/ano, cinco veces máis có actual consumo eléctrico no mundo. Polo tanto, en teoría, a enerxía eólica permitiría atender folgadamente as necesidades enerxéticas do mundo.

As máquinas empregadas para transformar a forza cinética do vento en electricidade, reciben o nome de turbinas eólicas ou aeroxeradores. Estes divídense en dous grupos: os de eixe horizontal e os de eixe vertical. O aeroxerador de eixe horizontal, considerado o máis eficiente, é, con diferenza, o máis empregado na actualidade.

As turbinas extraen a enerxía do vento utilizando unha tecnoloxía que se asemella á dos avións ou helicópteros. Os sistemas principais dun aeroxerador son:

• Sistema de captación. (Atópase no exterior)¹
  • Rotor: inclúe a buxa e as pas (polo xeral tres).
  • Pas: elementos que capturan o vento e transmiten a súa potencia cara á buxa. Poden ser de:
  • Paso variable: aquelas que capturan en todo momento a enerxía do vento. A redución da potencia mecánica subministrada ó xerador contrólaa mediante a modificación do ángulo de pa (calado).
  • Paso fixo: este tipo de pas non dispoñen de modificación de ángulo de pa, polo que cando o vento supera unha marxe, é necesario un sistema que limite o pulo mecánico do vento ó xerador. Esta limitación conséguese coa entrada en perda aerodinámica a partir de certa velocidade de vento ( aprox. 15 m/s), provocando turbulencias no fluxo de aire, reducindo así o par subministrado ó eixe lento.
  • Buxa: une as pas solidarias ó eixe lento. Está axustada ó eixe de baixa velocidade do aeroxerador.
• Sistema de transmisión. 
  • Eixe lento. O eixe de baixa velocidade do aeroxerador conecta a buxa do rotor ó multiplicador. Polo interior, discorren condutos do sistema hidráulico ou eléctricos, para accionar os freos aerodinámicos, paso variable ou controlar os sensores do rotor.
  • Multiplicador. Por unha entrada atópase o eixe de baixa velocidade, e mediante unhas engrenaxes, consegue que o eixe de saída, de alta velocidade, xire máis rápido (entre 79 e 50 veces máis rápido), dependendo da potencia da turbina.
  • Eixe de alta velocidade. Xira aproximadamente a 1.500 revolucións por minuto (r.p.m.), o que permite o funcionamento do xerador eléctrico. Está equipado cun freo de disco mecánico de emerxencia.
• Sistema de orientación.
  • Motores de xiro. Nas turbinas eólicas grandes, é necesario un mecanismo que posicione a turbina en fronte ó vento. Este movemento circular, conséguese cuns motores e redutores fixos á góndola, e engrenando nun dentado da parte superior da torre, chamada coroa de orientación. O sinal de posicionamento correcto recíbeo o controlador da turbina, coas lecturas do catavento e anemómetro instalados en cada turbina.
  • Freo de orientación. Ten como misión evitar desprazamentos radiais da góndola, por efecto do vento incidente ou xiro do rotor, non desexados. Así mesmo, reducen o desgaste das engrenaxes de orientación. O seu accionamento pode ser hidráulico ou eléctrico, actuando nas pinzas de freo ou no motor eléctrico respectivamente.
• Sistema de xeración.
  • Xerador eléctrico. Son os elementos da turbina encargados de converter a enerxía mecánica (en forma rotatoria), en enerxía eléctrica. A electricidade producida no xerador, baixa por uns cables á base da torre, para ser transformada (elevar a tensión e reducir intensidade) e enviada á rede.
  • Conxunto de cables de potencia. Transportan a enerxía eléctrica xerada desde o alternador ata o transformador fuste, pasando polas distintas proteccións de máxima ou mínima tensión, sobre a intensidade ou frecuencia; evitando danos á rede ou á propia turbina, no caso de se produciren continxencias no aeroxerador ou rede de distribución.
  • Transformador interno. Elévase a tensión de xeración desde os 690, ata os 20 KV, reducindo a intensidade para diminuír o quentamento dos cables e reducir as perdas eléctricas.
• Sistema de control.
  • Controlador de turbina. O controlador da turbina eólica consta de varios ordenadores que continuamente supervisan as condicións da turbina, e recollen estatísticas do seu funcionamento. Como o seu propio nome indica, o controlador tamén controla un gran número de interruptores, bombas hidráulicas, válvulas e motores dentro da turbina.
  • Sensores de control. Utilízanse para medir os parámetros físicos de funcionamento e supervisión da turbina. Os sinais electrónicos son utilizados polo controlador electrónico do aeroxerador para conectar o aeroxerador cando o sinal recibido é correcto. O ordenador parará o aeroxerador automaticamente se a información recibida dos sensores é errónea, co fin de protexer á turbina.
  • Saídas de control e regulación. Desde o controlador de turbina, en base á información analizada dos sensores, saen unhas ordes que afectan á operación e funcionamento do aeroxerador.
• Sistema de soporte.
  • Torre. Soporta a góndola e o rotor. Pode ser tubular ou de celosía (estas últimas, aínda que máis baratas, están en desuso xa que as tubulares son moito máis seguras). Teñen varios tramos para facilitar o transporte. A unión dos distintos tramos realízase mediante porlóns nas bridas de unión.
  • Zapata ou cimentación. É a parte que permite asegurar a torre vertical, absorber os esforzos do rotor e a góndola e transmitilos correctamente ó terreo. Calcúlase en base ó tipo de solo e ó tamaño do aeroxerador a instalar.
• Sistema hidráulico.
  • Grupo de presión. Encárgase de subministrar fluído hidráulico a unha presión determinada para permitir o accionamento de sistemas de captación, orientación ou transmisión.
  • Condutos hidráulicos. Canalizan o fluído hidráulico ata o punto de utilización.
  • Válvulas de control. Adaptan a presión e caudal do fluído en base ó actuador a accionar.
• Sistemas de refrixeración.
  • Ventiladores. Funcionan a requirimento do controlador para crear unha circulación de aire.
  • Intercambiadores de calor. Disipan a calor do compoñente a refrixerar (xerador, multiplicador ou central hidráulica) cara á corrente de aire creada polos ventiladores.

• ARRANQUE DO AEROXERADOR.

  Cando a turbina detecta vento en calquera dirección, polos sensores de velocidade de vento (anemómetros de turbina), o controlador realiza as seguintes ordes ó aeroxerador, a través dos motores correspondentes.

  • Entre 2 - 3 m/s. Envía a orde de posicionarse fronte ó vento. Esta orde denomínase orientación da turbina.
  • A partir de 3 m/s. A orde de desaplicar freos para permitir o xiro da turbina e comezar a xirar polo efecto unicamente do pulo do vento.
  • Paso variable. Envía a consigna de posición das pas progresivamente 90º ® 0º.
  • Rpm=>1500. Ó chegar á velocidade de sincronismo do xerador solicitado (dependendo do vento, selecciónase un xerador ou outro con velocidades diferentes), conéctase o xerador á rede de maneira suave, contando para isto con electrónica de potencia mediante tiristores (un tipo de interruptor continuo de semicondutor, que pode ser controlado electronicamente). Ó realizar a conexión (dura entre 3 e 4 segundos), conéctase directamente o xerador á rede, mediante un interruptor.
  • Conexión directa á rede. A partir deste momento, o xerador queda conectado directamente á rede eléctrica xeral, enviando a enerxía ó sistema nacional. A velocidade é constante e limitada unicamente pola frecuencia da rede. Cando o vento é forte, existe unha limitación de potencia nas pas ó incrementar as turbulencias do fluxo de aire.
  • Paso Variable. O control do aeroxerador realízase mediante a actuación no ángulo de paso, capturando ou limitando a potencia extraída do vento. A velocidade de xeración pode ser variable.
  • As turbinas de dobre debandado. Teñen como finalidade, aproveitar a intensidade do vento nos seus diferentes rangos de velocidade.
• PARADA DO AEROXERADOR.

  Pode ocorrer polos seguintes motivos:

  • Ventos altos. Cando o vento supera unha marxe (>25 m/s ou 90 km/h), ou ben cando un erro é detectado en base á lectura dos sensores de vento ó controlador.
  • Erro de funcionamento. Detéctase un erro de funcionamento mediante a información de sensores.
  • Parada por pouco vento. Inicíase a secuencia se se detecta pouca xeración ou ventos moi baixos.
  • Parada Manual. Realízase baixo a supervisión do persoal de operación e mantemento.

  A parada da turbina entra nos seguintes procedementos:

  • Parada Suave.
  • Paso fixo: O controlador envía unha orde ó sistema de captación para despregar os aerofreos, simultaneamente desconecta o xerador, revisa as diminucións de rpm e aplica freos de forma suave. Ó cabo de varios segundos, aplica unha presión de freada cada vez maior ata conseguir a detención total.
  • Paso Variable: A orde envíaa ós actuadores do calado das pas (pitch) aumentando os graos ata os 90º. Simunltaneamente desconecta o xerador e realiza de igual maneira un incremento paulatino de presión no circuíto secundario de freada.
  • Parada de Emerxencia. Prodúcese ante erros importantes, perigo para persoas ou integridade da turbina. Aplícanse os freos coa máxima presión desde o primeiro momento.
  • Cambio debandado xerador. Non se chega a realizar unha parada, só unha diminución de velocidade de xiro no caso de pasar do aeroxerador grande ó pequeno. No caso contrario, a turbina desaxústase e permite o embalo co vento ata acadar a nova velocidade de sincronismo.

No seguinte enderezo electrónico, podemos simular o funcionamento dun aeroxerador de maneira sinxela. É un enderezo da páxina web WindPower:

http://www.windpower.org/es/kids/intro/build.htm

Vídeo de enerxía eólica. Páxina WindPower:

http://www.windpower.org/movies/uabl/uables.htm

¹ Os restantes sistemas atópanse no interior da Góndola, que contén os compoñentes do aeroxerador, incluíndo o multiplicador e o xerador eléctrico. O persoal de servizo pode entrar na góndola desde a torre da turbina.