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¿Qué turbina eólica es más eficiente?

marzo 20, 2022
¿Qué turbina eólica es más eficiente?

Pequeña turbina eólica para el hogar

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 los 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 rotores de mayor diámetro permiten a los aerogeneradores barrer más superficie, captar 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.

Eficiencia de un aerogenerador

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.

Tamaño del aerogenerador

Un estudio de los investigadores de la Universidad de Oxford Brookes ha descubierto que el diseño de las turbinas eólicas verticales es considerablemente más eficiente que el formato tradicional en los parques eólicos a gran escala, y en una determinada disposición puede aumentar el rendimiento hasta un 15%.

La investigación sugiere que la imagen ya conocida de los tradicionales aerogeneradores de hélice podría ser sustituida por la de parques eólicos con turbinas verticales más compactas y eficientes.

Los aerogeneradores de eje vertical (VAWT) giran en torno a un eje vertical al suelo, girando como una veleta gigante y mostrando el comportamiento opuesto a las turbinas horizontales. Aunque en los últimos años se han experimentado y mejorado las turbinas verticales, aún no se utilizan a escala industrial como las horizontales.

Un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería, Informática y Matemáticas de Oxford Brookes ha realizado un estudio sobre las VAWT con más de 11.500 horas de simulaciones por ordenador para demostrar que los parques eólicos pueden ser más eficientes con turbinas verticales. La investigación descubrió que las VAWT aumentan el rendimiento de las demás cuando se colocan en forma de red; el posicionamiento de las turbinas para maximizar la producción es fundamental para el diseño de los parques eólicos.

El diseño de turbina eólica de eje vertical más eficiente

En su nueva estrategia de bajas emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) hasta 2050, presentada a la Organización de las Naciones Unidas (ONU), el Ministerio de Transición Energética y Desarrollo Sostenible (MEM) de Marruecos propuso aumentar la proporción de capacidad renovable en el conjunto de la capacidad instalada de energía del país hasta el 80%.

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Cuando las VAWT giran en torno a un eje vertical al suelo, muestran el comportamiento opuesto al conocido diseño de las hélices. La investigación también ha descubierto que las VAWT aumentan el rendimiento de las demás cuando se disponen en forma de red, por lo que el posicionamiento de los aerogeneradores para maximizar su rendimiento es fundamental para el diseño de los parques eólicos.

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