Turbinas eólicas Ge
El segundo consiste en elevar las palas hacia la atmósfera, donde el viento sopla con mayor intensidad. Esto aumenta el “factor de capacidad” de la turbina, es decir, la cantidad de energía que realmente produce en relación con su potencial total (o más coloquialmente: la frecuencia con la que funciona).
La historia del desarrollo de la energía eólica ha sido la historia de la ingeniería de turbinas cada vez más altas con palas cada vez más grandes. Es un asunto complicado y delicado. Las cosas altas y delgadas, colocadas en vientos fuertes, tienden a doblarse y flexionarse. Cuando las palas largas de las turbinas se doblan, pueden chocar contra la torre o el buje, como le ocurrió a este sistema danés en 2008 después de que le fallara el “freno” y quedara fuera de control:
Así que el tercer reto de la ingeniería es encontrar diseños y materiales que puedan soportar las tensiones que conllevan la altura y los vientos más fuertes. Esas tensiones son bastante intensas: mira este vídeo en el que los ingenieros prueban una enorme pala de turbina tirando de ella de un lado a otro con “el peso de aproximadamente 16 elefantes africanos”.
La turbina eólica más potente
El transporte de elementos tan grandes y de las grúas necesarias para montarlos suele plantear problemas en las zonas remotas donde suelen construirse. Hay que ensanchar las carreteras, enderezar las curvas y, en zonas salvajes, construir caminos nuevos.
La torre de acero se ancla en una plataforma de más de mil toneladas de hormigón y barras de refuerzo de acero, de 30 a 50 pies de ancho y de 6 a 30 pies de profundidad. En ocasiones, se introducen pozos más profundos para ayudar a anclarla. Las cimas de las montañas deben ser voladas para crear un área nivelada de al menos 3 acres. La plataforma es fundamental para estabilizar el inmenso peso del conjunto de la turbina.
En el modelo de 1,5 megavatios de GE, sólo la góndola pesa más de 56 toneladas, el conjunto de palas pesa más de 36 toneladas y la propia torre pesa unas 71 toneladas, lo que supone un peso total de 164 toneladas. Los pesos correspondientes del Vestas V90 son 75, 40 y 152, un total de 267 toneladas; y los del Gamesa G87 72, 42 y 220, un total de 334 toneladas.
La caja de engranajes -que transforma el lento giro de las palas en una velocidad más rápida del rotor- y el generador son enormes piezas de maquinaria alojadas en un contenedor del tamaño de un autobús, llamado góndola, en la parte superior de la torre. Las palas están unidas al buje del rotor en un extremo de la góndola. Algunas góndolas incluyen una plataforma de aterrizaje para helicópteros.
La mayor turbina eólica
Componentes de un aerogenerador: 1-Fundación, 2-Conexión a la red eléctrica, 3-Torre, 4-Escalera de acceso, 5-Control de la orientación del viento (control de guiñada), 6-Nacelle, 7-Generador, 8-Anemómetro, 9-Freno eléctrico o mecánico, 10-Caja de cambios, 11-Palas del motor, 12-Control del paso de las palas, 13-Cubo del motor
El diseño de un aerogenerador es el proceso de definir la forma y la configuración de una turbina eólica para extraer energía del viento[1]. Una instalación consta de los sistemas necesarios para captar la energía del viento, orientar la turbina hacia el viento, convertir la rotación mecánica en energía eléctrica y otros sistemas para arrancar, parar y controlar la turbina.
En 1919, el físico alemán Albert Betz demostró que para una hipotética máquina ideal de extracción de energía eólica, las leyes fundamentales de conservación de la masa y la energía no permitían capturar más de 16/27 (59,3%) de la energía cinética del viento. Este límite de la ley de Betz puede acercarse a los diseños modernos de turbinas que alcanzan entre el 70 y el 80% de este límite teórico.
Además de las palas, el diseño de un sistema completo de energía eólica debe tener en cuenta el buje, los controles, el generador, la estructura de soporte y los cimientos. Las turbinas también deben integrarse en las redes eléctricas.
Longitud de las palas del aerogenerador
La altura del buje de un aerogenerador es la distancia desde el suelo hasta el centro del rotor de la turbina. La altura del buje de los aerogeneradores terrestres ha aumentado un 59% desde 1998-1999, hasta alcanzar unos 90 metros en 2020. Eso es casi tan alto como la Estatua de la Libertad. Se prevé que la altura media del buje de las turbinas marinas en Estados Unidos aumente aún más: de 100 metros (330 pies) en 2016 a unos 150 metros (500 pies), es decir, la altura del Monumento a Washington, en 2035.
El diámetro del rotor de una turbina, o la anchura del círculo barrido por las palas giratorias (los círculos punteados de la segunda ilustración), también ha crecido con los años. En 2010, ninguna turbina en Estados Unidos empleaba rotores de 115 metros (380 pies) de diámetro o más. En 2020, el 91% de las nuevas turbinas instaladas contaban con este tipo de rotores. El diámetro medio del rotor en 2020 era de unos 125 metros (410 pies), más largo que un campo de fútbol.
Los diámetros de rotor más grandes permiten a los aerogeneradores barrer más superficie, capturar más viento y producir más electricidad. Una turbina con palas más largas podrá captar más viento que las palas más cortas, incluso en zonas con relativamente menos viento. La capacidad de captar más viento a menor velocidad puede aumentar el número de zonas disponibles para el desarrollo eólico en todo el país. Debido a esta tendencia, las áreas de barrido del rotor han crecido un 570% desde 1998-1999.