Tipos de generadores eólicos

Su clasificación puede obedecer a diferentes criterios:

Según la disposición del eje de giro:

• Eje horizontal: Casi la totalidad de las turbinas eólicas son de este estilo.

Generador de eje horizontal

•  Eje vertical: Las aplicaciones prácticas son muy escasas.

Generador de eje vertical

Según el número de palas:

• Monopalas y bipalas: Existe un número muy pequeño de este estilo.
• Tripala: Se ven en la mayoría de turbinas para la generación de electricidad.

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• Multipala: Con un número variable de 16 a 24, utilizadas para el bombeo de agua.

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Según la velocidad del rotor de la turbina eólica:

• Velocidad constante.
• Velocidad variable.
• Velocidad semivariable.
• Doble velocidad.

Según su control de regulación:

• Control de perdida aerodinámica (stall control) o de palas de paso fijo.
• Control de pérdida activa de aerodinámica (active stall control).
• Control por variación del ángulo del paso de pala (pich control).

Según el generador eléctrico:

•  Generador asincrónico con rotor en jaula de ardilla.
• Generador asincrónico con rotor bobinado doblemente alimentado.
• Generador sincrónico multipolo.

Según su emplazamiento:

• Aerogeneradores para el emplazamiento terrestre (Onshore).
• Aerogeneradores para el emplazamiento marítimo (Offshore).

Según el tipo de viento:

• Aerogeneradores para vientos clase I, clase II, clase III.
• Respecto con su interconexión con la red eléctrica:
• Sistemas eólicos aislados (en isla), sin o con energía auxiliar (mixtos).
• Sistemas eólicos interconectados con la red eléctrica.

Según su potencia nominal:

• Micro turbinas eólicas hasta 5 kw se emplean en embarcaciones de recreo, alimentación de pequeñas viviendas, etc.
• Mini turbinas eólicas de 5 y 100 kw se emplean, extracción de agua, sistemas de riego agrícola, etc.
• Turbinas de media y gran potencia entre 100 y 1000 kw utilizadas en la alimentación de bloques de viviendas y venta de energía.
• Turbinas multimegavat de 1000 a 5000 kw para instalaciones industriales para venta de la energía generada.
• Un parámetro para diferencias los distintos tipos de turbinas eólicas, es la relación entre la velocidad lineal del extremo de la pala y la velocidad nominal del viento.
• Esta relación se conoce como velocidad especifica de la turbina (tip speed  ratio).

 

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La velocidad nominal del viento es aquella para la cual la turbina alcanza su potencia nominal. Generalmente está comprendida entre 11 y 15 m/s (40 - 54 km/h). 

Para valores de λ inferiores o del orden de la unidad, la máquina presenta un par de arranque grande y tiene muchas palas. Corresponde a turbinas destinadas al bombeo de agua y que a veces se denominan máquinas lentas. En cambio, para valores elevados de λ, la turbina tiene menos palas (bipala o tripala), presenta un par de arranque menor y la velocidad del extremo de la pala es mayor. En grandes aerogeneradores λ se sitúa en el intervalo de 5 a 8, la velocidad de giro alrededor de 10 a 20 rpm y la velocidad lineal en el extremo de la pala entre 60 y 90 m/s.

Sistema de producción eólica

Se distinguen dos sistemas básicos de producción eoloeléctrica: 

A) Sistema aislado (en isla)

Usa pequeños aerogeneradores ≤ 100 kW y sirve para atender la demanda de energía eléctrica de núcleos aislados. Al no estar interconectado con la red eléctrica, se debe preveer un sistema auxiliar de almacenamiento (baterías eléctricas) para los períodos de calma o baja intensidad de viento. En muchas ocasiones, el sistema se apoya con fuentes de producción eléctrica auxiliar (grupos electrógenos o sistemas fotovoltaicos) formando un sistema denominado "híbrido". 

El generador eléctrico acostumbra a ser síncrono de imanes permanentes y está accionado directamente por la turbina eólica sin caja multiplicadora de velocidad (gear box) entre el eje del rotor de la turbina y el generador eléctrico, o bien asíncrono con rotor en jaula dotado de una batería de condensadores para suministro de energía reactiva al generador. La electricidad producida en forma de corriente alterna de frecuencia variable se rectifica y almacena en baterías para posteriormente ser convertida de nuevo de corriente continua a alterna a frecuencia constante (50 o 60 Hz) mediante un ondulador o inversor. Finalmente, un transformador eleva la tensión a la requerida por el servicio (230/400 V). 

En general, los microgeneradores para la producción individual de energía eléctrica, tienen potencias entre 1 y 5 kW, con diámetros entre 2 y 5 m. Debido a la economía de escala, el costo unitario de la potencia instalada es mucho mayor para un minigenerador que para un parque eólico, del orden de unas cinco a diez veces. 

También se utilizan sistemas aislados con pequeñas turbinas multipala para producir energía mecánica directa para el bombeo de agua de pozos. Las eólicas multipalas (''windmill', presentan una curva característica par-velocidad adecuada para el accionamiento directo de bombas hidráulicas para la extracción de agua de pozos. 

 

Generador para autoconsumo

B) Parque eólico

Un parque eólico actúa como una central eléctrica. En general formado por aerogeneradores de gran capacidad nominal, entre 600 kW a 3.000 kW, en un número que varía entre 10 Y 100, resultando parques entre 10 Y 100 MW. Se distinguen dos tipos de parques: terrestres (onshore) y marinos (offshore). Los aerogeneradores son de eje horizontal y principalmente tripala a barlovento (parte de donde viene el viento), con sistema de orientación activa y torre tubular. Domina la regulación activa por paso variable (pitch) frente a la de paso fijo por pérdida aerodinámica (stall). En los últimos años ha aumentado el uso de rotores de velocidad variable, frente a los de velocidad fija o semivariable, así como el uso de generadores asíncronos con rotor doblemente alimentado e incluso generadores síncronos multipolos frente a los generadores asíncronos de rotor en jaula. Debido a la plataforma marina y a la interconexión eléctrica con la costa, un parque offshore tiene un costo unitario de inversión del orden de dos veces mayor que un onshore. En cambio, su producción es mejor, por ser el viento más regular. Se espera un gran desarrollo de este tipo de parques marinos en un futuro próximo.

Parque eólico Enel (Perú)