Por Santiago García Garrido
Director Técnico RENOVETEC

Funcionamiento/EnergÍa EÓLICA:

Como la mayor parte de las energías renovables, la eólica tiene su origen en el sol. Entre el 1 y el 2% de la energía proveniente del sol se convierte en viento, debido al movimiento del aire ocasionado por el desigual calentamiento de la superficie terrestre. Excluyendo las áreas con valor ambiental, esto supone un potencial de energía eólica de 53 TWh/año, cinco veces más que el actual consumo eléctrico en el mundo. Por tanto, en teoría, la energía eólica permitiría atender sobradamente las necesidades energéticas del mundo.

Funcionamiento/El AEROGENERADOR:

Las máquinas empleadas para transformar la fuerza cinética del viento en electricidad reciben el nombre de turbinas eólicas o aerogeneradores. Éstos se dividen en dos grupos: los de eje horizontal y los de eje vertical. El aerogenerador de eje horizontal, considerado el más eficiente, es, con diferencia, el más empleado en la actualidad.

Funcionamiento/Funcionamiento Aerogenerador:

Las turbinas extraen la energía del viento utilizando una tecnología que se asemeja a la de los aviones o helicópteros. Los sistemas principales de un aerogenerador son:

• Sistema de captación. (Se encuentra en el exterior)¹
• Rotor: Incluye el buje y las palas (por lo general tres).
• Palas: Elementos que capturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje. Pueden ser de:
• Paso variable: aquellas que capturan en todo momento la energía del viento. La reducción de la potencia mecánica suministrada al generador la controla mediante modificación del ángulo de pala (calaje).
• Paso fijo: este tipo de palas no dispone de modificación de ángulo de pala, por lo que cuando el viento supera un margen, es necesario un sistema que limite el empuje mecánico del viento al generador. Esta limitación se consigue con la entrada en pérdida aerodinámica a partir de cierta velocidad de viento (aprox. 15 m/s), provocando turbulencias en el flujo de aire, reduciendo así el par suministrado al eje lento.
• Buje: Une las palas solidarias al eje lento. Está acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador.
• Sistema de transmisión. 
• Eje lento. El eje de baja velocidad del aerogenerador conecta el buje del rotor al multiplicador. Por el interior del eje, discurren conductos del sistema hidráulico o eléctrico, paso variable o controlar los sensores del rotor.
• Multiplicador. Por una entrada se encuentra el eje de baja velocidad, y mediante unos engranajes, consigue que el eje de salida, de alta velocidad, gire más rápido (entre 79 y 50 veces más rápido), dependiendo de la potencia de la turbina.
• Eje de alta velocidad. Gira aproximadamente a 1.500 revoluciones por minuto (r.p.m.), lo que permite el funcionamiento del generador eléctrico. Está equipado con un freno de disco mecánico de emergencia.
• Sistema de orientación.
• Motores de giro. En las turbinas eólicas grandes, es necesario un mecanismo que posicione la turbina enfrente al viento. Este movimiento circular, se consigue con unos motores y reductores fijos a la góndola, y engranando en un dentado de la parte superior de la torre, llamada corona de orientación. La señal de posicionamiento correcta la recibe del controlador de la turbina, con las lecturas de la veleta y anemómetro instaladas en cada turbina.
• Freno en orientación. Tienen como misión evitar desplazamientos radiales de la góndola, por efecto del viento incidente o giro del rotor, no deseados. Asimismo, reducen el desgaste de los engranajes de orientación. Su accionamiento puede ser hidráulico o eléctrico, actuando en pinzas de freno o motor eléctrico respectivamente.
• Sistema de generación.
• Generador eléctrico. Son los elementos de la turbina encargados de convertir la energía mecánica (en forma rotatoria), en energía eléctrica. La electricidad producida en el generador baja por unos cables a la base de la torre, para ser transformada (elevar la tensión y reducir intensidad) y enviada a la red.
• Cableado de potencia. Transporta la energía eléctrica generada desde el alternador hasta el transformador fuste, pasando por las distintas protecciones de máxima o mínima tensión, sobre intensidad o frecuencia; evitando daños a la red o a la propia turbina en caso de producirse contingencias en el aerogenerador o red de distribución.
• Transformador interno. Se eleva la tensión de generación desde los 690, hasta 20 KV, reduciendo la intensidad para disminuir el calentamiento de cableado y reducir pérdidas eléctricas.
• Sistema de control.
• Controlador de turbina. El controlador de la turbina eólica consta de varios ordenadores que continuamente supervisan las condiciones de la turbina eólica, y recogen estadísticas de su funcionamiento. Como su propio nombre indica, el controlador también controla un gran número de interruptores, bombas hidráulicas, válvulas y motores dentro de la turbina.
• Sensores de control. Se utilizan para medir los parámetros físicos de funcionamiento y supervisión de la turbina. Las señales electrónicas son utilizadas por el controlador electrónico del aerogenerador para conectar el aerogenerador cuando la señal recibida es correcta. El ordenador parará el aerogenerador automáticamente si la información recibida de los sensores es errónea, con el fin de proteger a la turbina.
• Salidas de control y regulación. Desde el controlador de turbina, en base a la información analizada de los sensores, salen unas órdenes que afectan a la operación y funcionamiento del aerogenerador.
• Sistema de soporte.
• Torre. Soporta la góndola y el rotor. Puede ser tubular o de celosía (estas últimas, aunque más baratas, están en desuso ya que las tubulares son mucho más seguras). Tienen varios tramos para facilitar el transporte. La unión de los distintos tramos se realiza mediante pernos en las bridas de unión.
• Zapata o cimentación. Es la parte que permite el asegurar la torre vertical, absorber los esfuerzos de rotor y góndola y transmitirlos correctamente al terreno. Se calcula en base al tipo de suelo y al tamaño del aerogenerador a instalar.
• Sistema hidráulico.
• Grupo de presión. Se encarga de suministrar fluido hidráulico a una presión determinada para permitir el accionamiento de sistemas de captación, orientación o transmisión.
• Conductos hidráulicos. Canalizan el fluido hidráulico hasta el punto de utilización.
• Válvulas de control. Adaptan la presión y caudal del fluido en base al actuador a accionar.
• Sistemas refrigeración.
• Ventiladores. Funcionan a requerimiento del controlador para crear una circulación de aire.
• Intercambiadores de calor. Disipan el calor del componente a refrigerar (generador, multiplicador o central hidráulica) hacia la corriente de aire creada por los ventiladores.

Funcionamiento/Estrategia de funcionamiento.:

• ARRANQUE DEL AEROGENERADOR.

Cuando la turbina detecta viento en cualquier dirección, por los sensores de velocidad de viento (anemómetros de turbina), el controlador realiza las siguientes órdenes al aerogenerador, a través de los motores correspondientes:

• Entre 2 - 3 m/s. Envía la orden de posicionarse frente al viento. Esta orden se denomina orientación de la turbina.
• A partir de 3 m/s. La orden de desaplicar frenos para permitir el giro de la turbina y comenzar a girar por el efecto únicamente del empuje del viento.
• Paso variable, además envía la consigna de posición de las palas progresivamente 90º ® 0º.
• Rpm=>1500. Al llegar a la velocidad de sincronismo del generador solicitado (dependiendo del viento, se selecciona un generador u otro con velocidades diferentes), se conecta el generador a red de forma suave, contando para ello con electrónica de potencia mediante tiristores (un tipo de interruptor continuo de semiconductor, que puede ser controlado electrónicamente). Al realizar la conexión (dura entre 3 y 4 segundos), se conecta directamente el generador a red, mediante un interruptor.
• Conexión directa red. A partir de este momento, el generador queda conectado directamente a la red eléctrica general, enviando la energía al sistema nacional. La velocidad es constante y limitada únicamente por la frecuencia de la red. Cuando el viento es fuerte, existe una limitación de potencia en las palas al incrementar las turbulencias del flujo de aire.
• Paso Variable. El control del aerogenerador se realiza mediante la actuación en el ángulo de paso, capturando o limitando la potencia extraída del viento. La velocidad de generación puede ser variable.
• Las turbinas de doble devanado. Cuya finalidad es aprovechar la intensidad del viento en sus diferentes rangos de velocidad.
• PARADA DEL AEROGENERADOR.

Puede ocurrir por los siguientes motivos:

• Vientos altos. Cuando el viento supera un margen (>25 m/s ó 90 km/h), o bien cuando un error es detectado en base a la lectura de los sensores de viento al controlador.
• Error de funcionamiento. Se detecta un error de funcionamiento mediante la información de sensores.
• Parada por poco viento. Se inicia la secuencia si se detecta poca generación o vientos muy bajos.
• Parada Manual. Se realiza bajo la supervisión del personal de operación y mantenimiento.

La parada de turbina entra en los siguientes procedimientos:

• Parada Suave.
• Paso fijo. El controlador envía una orden al sistema de captación para desplegar los aerofrenos, simultáneamente desconecta generador, revisa la disminución de rpm y aplica frenos de forma suave. Al cabo de varios segundos, aplica una presión de frenada cada vez mayor hasta conseguir la detención total.
• Paso Variable. La orden la envía a los actuadores del calaje palas (pitch) aumentando los grados hasta los 90º. Simultáneamente desconecta el generador y realiza de igual forma un incremento paulatino de presión en el circuito secundario de frenada.
• Parada de Emergencia. Se produce ante errores importantes, peligro para personas o integridad de la turbina. Se aplican frenos con la máxima presión desde el primer momento.
• Cambio devanado generador. No se llega a realizar una parada, sólo una disminución de velocidad de giro en el caso de pasar del generador grande al pequeño. En el caso contrario, la turbina se desacopla y permite el embalamiento con el viento hasta alcanzar la nueva velocidad de sincronismo.