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Así es un aerogenerador para energía eólica

4 min lectura

10 de julio de 2023

Autor: Andrés Muñoz

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La transformación de la energía cinética del viento en energía eléctrica sucede en el interior de un aerogenerador. En estas máquinas, entre sus álabes y la góndola (o nacelle), los equipos convierten el giro de las aspas del molino en energía mecánica que, a su vez, se transformará en electricidad tras su paso por un generador eléctrico. Aunque parezca sencillo, el proceso es complicado y en él intervienen más de una decena de componentes. En este artículo vamos a conocer cuáles son esas partes implicadas en el aprovechamiento del viento para obtener energía eléctrica y su funcionamiento.

¿Cómo se clasifica la energía eólica? 

La energía procedente del viento la podemos clasificar según su uso final y su ubicación. Las tres grandes tipologías son la eólica terrestre y la eólica marina, ambas a gran escala, y la mini eólica, a nivel de autoconsumo.

Tanto la eólica en tierra (onshore) como la marina (offshore), se basan en la generación a gran escala de electricidad para inyectarla a la red nacional, con turbinas/aerogeneradores de gran tamaño. En el caso de proyectos eólicos en alta mar, por ejemplo, estas máquinas pueden superar los 250 metros de altura.

Por otra parte, la mini eólica emplea aerogeneradores más pequeños, de escala residencial, que se pueden instalar en tejados sin que emitan mucho ruido. Esta tecnología para el autoconsumo ha quedado desplazada por una más competitiva en costes y eficiencia, la energía solar, que se ha posicionado como la opción más rentable para autoproducir energía.

¿Qué equipos están involucrados en la producción de electricidad con energía eólica? 

Si nos centramos en la generación a gran escala, los aerogeneradores están formados por una cantidad de componentes que son los encargados de transformar la energía cinética del viento en mecánica, y después en eléctrica.

componentes de un aerogenerador

Imagen 1: Turbina y sus componentes. Fuente: Siemens Gamesa. Anotaciones: Elaboración propia

Como se puede observar en la imagen, existen componentes en el exterior de la turbina y en el interior, conocida como góndola o nacelle.

En el exterior encontramos el rotor, que se compone de las palas o álabes y el buje, la góndola, el sistema de medición eólica, el rodamiento del Yaw y la torre. Por otro lado, en el interior de la góndola encontramos los ejes (principal y secundario), la multiplicadora, los sistemas de refrigeración, control y seguridad, el generador eléctrico y los acoplamientos. En el siguiente punto se explica el funcionamiento de cada uno de ellos.

¿Cómo funciona un aerogenerador? 

El viento incide en los álabes y en el buje, el nexo donde se unen éstos. El movimiento de rotación se transmite a través de un eje principal a una velocidad lenta, de unas 15 o 30 rpm (revoluciones por minuto). Esa velocidad es insuficiente para producir electricidad en un generador, por lo tanto, es necesaria multiplicarla por mil.

El equipo encargado de esto es la multiplicadora, un componente de acoplamiento entre eje del rotor y el generador eléctrico formado por una caja de engranajes o variadores de velocidad. Es una de las componentes más expuestas a tensiones y problemas mecánicos por las fuerzas que soporta, y eleva la velocidad de unas decenas a unas 1.000-1.500 rpm. Dispone de un freno mecánico de disco disponible en caso de emergencia o para realizar tareas de mantenimiento.

Una vez que se obtiene una elevada velocidad de giro, el motor eléctrico transforma la energía mecánica en eléctrica. Estos generadores pueden ser de diversos tipos, asíncronos o de inducción, y síncronos principalmente.

La electricidad producida se evacúa mediante cableado a través de la torre hasta el centro de conversión del parque eólico, pasando por el circuito interno del proyecto y sumando la electricidad de todos los aerogeneradores disponibles.

Estos componentes, como imaginarás, necesitan tener un control y una serie de sistemas de seguridad y refrigeración, además de estar conectados con un importante sistema de medición eólica, que es el encargado de transmitir al buje la dirección y velocidad del viento en todo momento.

Con esta información, el aerogenerador podrá orientarse de un modo u otro para maximizar la producción de energía eléctrica. Y esta orientación se lleva a cabo mediante un sistema conocido como Yaw.

Finalmente tenemos también otros componentes, los acoplamientos, que se encargan de desconectar y acoplar los diferentes sistemas cuando es preciso. Por ejemplo, en caso de algún tipo de fallo mecánico, permite desacoplar el eje principal del eje secundario, donde se conecta con el motor eléctrico, para no transferir tensiones y/o fuerzas extremas al generador, de modo que se eviten averías muy graves.

¿Cuántos tipos de turbinas eólicas existen? 

El aerogenerador tripala es el más utilizado en la actualidad para producir electricidad. Ha quedado demostrado durante muchos años que su relación coste-eficiencia es mejor que la de otros modelos, como las turbinas de 2 (bipala) o de 4 palas, por ejemplo. Los bipalas, aún así, son utilizados en proyectos más experimentales.

No obstante, las turbinas eólicas se pueden clasificar según la orientación de su eje; horizontales (mencionados en el párrafo anterior) o verticales.

Los modelos verticales son empleados, básicamente, a nivel experimental y en pequeños proyectos demostrativos. Existen 4 grandes tipos; savonius, darrieus, giromill y windside.

modelos savonius, darrieus, giromill y windside

Imagen 2: De izq. a derecha: modelos savonius, darrieus, giromill y windside. Fuente: varios

¿Qué es y cómo funciona una central eólica? 

Por sí solos, cada uno de estos grandes aerogeneradores es capaz de producir la electricidad equivalente al consumo de 50 hogares, de manera muy aproximada, ya que debemos tener en cuenta que la velocidad del viento varía, así como la potencia nominal de cada máquina o su altura.

Si se unen varios modelos, hablamos de una central o planta eólica, un conjunto de aerogeneradores conectados eléctricamente a nivel subterráneo (o marítimo si el proyecto es offshore) y que funciona como una planta de generación de electricidad a gran escala.

Por lo tanto, los parques eólicos agrupan una serie de aerogeneradores, que pueden ser desde 3 hasta varios cientos, y hacen posible la transformación de grandes cantidades de energía cinética del viento en electricidad.

Las turbinas se orientan de manera perpendicular a la dirección del viento, que es indicada en todo momento por el sistema de medición eólica. Una vez orientados, los aerogeneradores comienzan su proceso de producción de energía de manera independiente. En algunas ocasiones muchos estarán en funcionamiento y, en otras, no debido a causas técnicas o de mantenimiento.

La eólica en España 

España fue uno de los países pioneros en la implantación de proyectos eólicos. Junto con Dinamarca, fuimos la región que antes comenzó a instalar aerogeneradores en Europa, haciendo que en la actualidad muchos de los parques se encuentren muy maduros técnicamente (al final de su vida útil), incluso precisando en algunos casos una repotenciación. La repotenciación, o repowering, es el método que se usa para cambiar componentes de un aerogenerador antiguo con nuevas piezas que permitan, en la misma ubicación, obtener más producción eléctrica.

El último informe de la AEE (Asociación Empresarial Eólica), destaca que la tecnología terrestre en nuestro país representa ya el 25,1% de la potencia instalada a nivel nacional, con un total de 30.134 MW.

La energía del viento es ya la tecnología con más capacidad instalada en España, liderando la matriz energética, una posición dominante que no abandonará en el futuro debido a que su impulso seguirá siendo fundamental para lograr las metas de carbono neutralidad.

Autor: Andrés Muñoz

Ingeniero en Energía y Máster en Gestión y Dirección de Empresas Industriales. Postgrado en Ingeniería Eólica y Energía Termosolar. Apasionado de las Energías Renovables, emprendedor y Dir. Ejecutivo de Infoenergética.

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