AEROGENERADORUna turbina eólica ó un aerogenerador es un dispositivo que convierte la energía cinética del viento, también llamado energía eólica, en energía mecánica; un proceso conocido como energía eólica. Si la energía mecánica se utiliza para producir energía eléctrica, el dispositivo puede ser llamado turbina de viento o de la planta de energía eólica. Si la energía mecánica se utiliza para conducir la maquinaria, como por moler grano o bombear el agua, el dispositivo se llama un molino de viento o bomba de viento. De manera similar, puede ser llamado cargador viento cuando se utiliza para cargar las baterías.

El resultado de más de un milenio de desarrollo molino de viento y de la ingeniería moderna, las turbinas eólicas actuales se fabrican en una amplia gama de tipos de ejes verticales y horizontales. Las turbinas más pequeñas se utilizan para aplicaciones como carga de la batería o la potencia auxiliar en barcos, mientras que las grandes matrices conectadas a la red de turbinas están convirtiendo en una fuente cada vez más importante de la energía eólica producida en electricidad comercial.

Historia

Los Molinos de viento fueron utilizados en Persia (actual Irán) ya en el año 200 a.C. La rueda de viento de Herón de Alejandría marca uno de los primeros casos conocidos de viento accionan una máquina en la historia. Sin embargo, los primeros molinos de viento conocidos prácticos fueron construidos en Sistán, una región entre Afganistán e Irán, desde el siglo 7. Estos "Panemone" eran molinos de viento verticales del eje, que tenían palieres largo verticales con hojas rectangulares. Hecho de seis a doce velas cubiertas de caña material de estera o tela, estos molinos de viento fueron utilizados para moler grano o extraer el agua, y fueron utilizados en las industrias gristmilling y caña de azúcar.

Molinos de viento apareció por primera vez en Europa durante la Edad Media. Los primeros registros históricos de su uso en la fecha de Inglaterra hasta los siglos 11 o 12 y hay informes de los cruzados alemanes que toman sus decisiones destrezas de molino de viento a Siria en torno a 1190. En el siglo 14, los molinos de viento holandeses estaban en uso para drenar las áreas del delta del Rhin.

La primera generación de electricidad eólica era una máquina de carga de batería instalado en julio de 1887 por el escocés James Blyth académico para iluminar su casa de vacaciones en Marykirk, Escocia. Algunos meses más tarde, el inventor estadounidense Charles F Brush construyó la primera turbina eólica de funcionamiento automático para la producción de electricidad en Cleveland, Ohio. Aunque turbina Blyth fue considerada antieconómica en la generación de electricidad del Reino Unido por las turbinas de viento era más rentable en países con poblaciones muy dispersas.

En Dinamarca, en 1900, había alrededor de 2.500 molinos de viento para esfuerzos mecánicos como bombas y molinos, produciendo un estimado de potencia combinada máxima de alrededor de 30 MW. Las máquinas más grandes fueron el 24-metros (79 pies) de torres con cuatro palas rotores de diámetro de 23 metros (75 pies). En 1908 había 72 aerogeneradores eléctricos que operan en los EE.UU. desde 5 kW a 25 kW. En la época de la Primera Guerra Mundial, los fabricantes estadounidenses de molinos de viento molinos de viento estaban produciendo 100.000 granjas cada año, sobre todo para bombeo de agua. En la década de 1930, los generadores eólicos de electricidad eran comunes en las granjas, la mayoría en los Estados Unidos, donde los sistemas de distribución aún no se había instalado. En este período, acero de alta resistencia era barato, y los generadores se colocaron encima de las torres de celosía prefabricadas de acero abierto. Un precursor de los modernos aerogeneradores de eje horizontal estaba en servicio en Yalta, la URSS en 1931. Este fue un generador de 100 kW en un 30-metros (98 pies) de la torre, conectado con el sistema de distribución local de 6,3 kV. Se informó de que tienen un factor de capacidad anual de 32 por ciento, no es muy diferente de las máquinas eólicas actuales. En el otoño de 1941, la primera clase megavatios de aerogeneradores se sincroniza con una red de suministro eléctrico en Vermont. La turbina Smith-Putnam viento sólo corrió para 1.100 horas antes de sufrir un fallo crítico. La unidad no ha sido reparado debido a la escasez de materiales durante la guerra. La primera utilidad conectados a la red de la turbina de viento para operar en el Reino Unido fue construido por John Brown & Company en 1951 en las Islas Orkney. A partir de 2012, la compañía danesa Vestas es el más grande del mundo fabricante de turbinas eólicas.

Recursos

Una medida cuantitativa de la energía eólica disponible en cualquier ubicación se denomina densidad de energía eólica (WPD) es un cálculo de la potencia media anual disponible por metro cuadrado de área de barrido de una turbina, y se tabulan para diferentes alturas sobre el suelo. Cálculo de la densidad de potencia eólica incluye el efecto de la velocidad del viento y la densidad del aire. Mapas codificados por color se preparan para un área en particular se describe, por ejemplo, como "La media de densidad de potencia anual a 50 Metros". En los Estados Unidos, los resultados del cálculo anterior se incluyen en un índice desarrollado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable y denominado "NREL CLASE". Cuanto mayor sea el cálculo WPD, mayor es clasificada por clase. Las clases van desde clase 1 (200 vatios por metro cuadrado o menos a 50 m de altitud) a la clase 7 (800 a 2000 vatios por metro cuadrado m). Las granjas comerciales de viento generalmente se localizan en la clase 3 o más áreas, aunque los puntos aislados de otro modo en un área de clase 1 pueden ser prácticos para explotar.

Tipos

Las turbinas de viento pueden girar alrededor de un eje horizontal o bien de un eje vertical, siendo el primero ambos mayores y más común.

Eje Horizontal. Eje horizontal turbinas de viento (HAWT) tienen el eje del rotor principal y el generador eléctrico en la parte superior de una torre, y debe ser apuntando al viento. Las pequeñas turbinas se señalaron por una veleta simple, mientras que las turbinas grandes generalmente utilizan un sensor de viento, junto con un servo motor. La mayoría tiene una caja de engranajes, que convierte la lenta rotación de las cuchillas en una rotación más rápida que es más adecuado para impulsar un generador eléctrico. Desde una torre produce turbulencia detrás de ella, la turbina se suele colocar a barlovento de la torre de soporte. Palas de la turbina se hace rígido para evitar que las cuchillas sean empujadas hacia la torre por fuertes vientos. Además, las palas se colocan a una distancia considerable delante de la torre y a veces se inclina hacia adelante en el viento una pequeña cantidad. Máquinas de viento bajo se han construido, a pesar del problema de la turbulencia (wake mástil), ya que no es necesario un mecanismo adicional para mantenerlos en línea con el viento, y debido a los fuertes vientos las cuchillas se puede permitir que se doble lo que reduce su barrida área y por lo tanto su resistencia al viento. Desde cíclico (que es repetitivo) turbulencia puede llevar a fallas por fatiga, la mayoría son de diseño HAWTs contra el viento.

Las turbinas utilizadas en parques eólicos para la producción comercial de energía eléctrica son por lo general de tres palas y apuntando al viento por ordenador motores controlados. Estos tienen altas velocidades de punta de más de 320 km / h (200 mph), de alta eficiencia y bajo rizado de par, que contribuyen a una buena fiabilidad. Las palas están por lo general de color blanco para visibilidad diurna por las aeronaves y rango de longitud de 20 a 40 metros (66 a 130 pies) o más. Las torres de acero tubular intervalo de 60 a 90 metros (200 a 300 pies) de alto. Las paletas giran a 10 a 22 revoluciones por minuto. En 22 rotaciones por minuto la velocidad de la punta supera los 90 metros por segundo (300 pies / s). Una caja de engranajes se utiliza comúnmente para la intensificación de la velocidad del generador, aunque los diseños también pueden utilizar el accionamiento directo de un generador anular. Algunos modelos funcionan a velocidad constante, sino más energía puede ser recogida por turbinas de velocidad variable que utilizan un convertidor de potencia de estado sólido para conectar al sistema de transmisión. Todas las turbinas están equipadas con dispositivos de protección para evitar daños a altas velocidades del viento, por corrimiento de las cuchillas en el viento que cesa su rotación, complementado por frenos.

Eje vertical. De eje vertical turbinas de viento (o VAWTs) han eje del rotor principal dispuestas verticalmente. Principales ventajas de esta disposición son que la turbina no necesita ser apuntando al viento para ser eficaz. Esto es una ventaja en los sitios donde la dirección del viento es muy variable, por ejemplo cuando se integran en edificios. Las principales desventajas incluyen la baja velocidad de rotación con el par más alto consecuente y por tanto mayor coste de la unidad de tren, el coeficiente de potencia intrínsecamente inferior, la rotación de 360 grados de la superficie sustentadora en el flujo del viento durante cada ciclo y por lo tanto la carga altamente dinámica sobre la cuchilla, el par pulsante generado por algunos diseños de rotor en el tren de transmisión, y la dificultad de modelar con precisión el flujo del viento y por lo tanto los retos de analizar y diseñar el rotor antes de fabricar un prototipo. Con un eje vertical, el generador y la caja

reductora se puede colocar cerca del suelo, utilizando un impulso directo del conjunto de rotor a la caja de cambios con base en tierra, por lo tanto, mejorar la accesibilidad para el mantenimiento.

Accidentes

Varios casos se produjeron en las carcasas de las turbinas eólicas se incendió. Como soportes son normalmente fuera de la gama de equipos de extinción de incendios estándar, es casi imposible de extinguir esos incendios en las unidades de turbinas de edad que carecen de sistemas de extinción de incendios. En varios casos, una o más cuchillas fueron dañadas o arrancado. En 2010 70 mph (110 km / h; 61 nudos) tormenta de vientos dañaron algunas hojas, lo que provocó la eliminación cuchilla y la inspección de las 25 turbinas de viento en Campo reserva india en el estado de California, EE.UU. Varias Turbinas eólicas se han derrumbado también.

LUGAR FECHA TIPO

ALTURA DE LA

GÓNDOLA

DIÁMETRO DEL

ROTOR

AÑO DE CONSTRUCCIÓ

NRAZÓN

DAÑOS Y CONSECUENCIA

S

Ellenstedt, Alemania

19.10.2002

Schneebergerhof, Alemania

20.12.2003

Vestas V80 80 m

Wasco, Oregon, USA

25.08.2007 Siemens

Error humano:

Turbina de palas reinicia

mientras estaban

encerrados en máxima

resistencia al viento modo

1 trabajador muerto, 1 trabajador lastimado

Stobart Mill, UK 30.12.2007 Vestas 1982

Hornslet, Dinamarca

22.02.2008

Nordtank NKT

600-18044.5 m 43 m 1996 Falla del freno

Searsburg, Vermont, USA

16.10.2008

Zond Z-P40-FS

1997

Pala del rotor chocó con la torre en caso

de viento fuerte y la destruyó

Altona, New York, USA

06.03.2009

Probabilidades de

RelámpagoFenner, New

York, USA27.12.200

9

Kirtorf, Alemania19.06.201

1DeWind

D-6 68.5 m 62 m 2001

Ayrshire, Escocia 08.12.201

1

Récords

Mayor capacidad.- El Enercon E-126 tiene una capacidad de 7,58 MW, [50] tiene una altura total de 198 m (650 pies), un diámetro de 126 m (413 pies), y es la mayor capacidad del mundo de aerogeneradores desde su introducción en el año 2007. [51] Por lo menos cinco compañías están trabajando en el desarrollo de una turbina de 10 MW.

Mayor área barrida.- La turbina con la mayor área barrida es el Siemens SWT-6.0-154, con un diámetro de 154 m, dando un total de barrido de 18.600 m2

El más alto.- La turbina de viento es el más alto del viento Fuhrländer Laasow Turbina. Su eje es de 160 metros sobre el suelo y sus consejos rotor puede alcanzar una altura de 205 metros. Se trata de la turbina de viento único en el mundo más alto de 200 metros.

Más grande de eje vertical.- Le Nordais parque eólico en Cap-Chat, Quebec tiene una turbina eólica de eje vertical (VAWT) llamado Éole, que es el más grande del mundo en 110 m. [55] Tiene una capacidad nominal de 3.8MW.

La mayor parte del sur.- Las turbinas que funcionan actualmente más cerca del Polo Sur son tres Enercon E-33 en la Antártida, la alimentación de la Base de Nueva Zelanda Scott y la estación de los Estados Unidos McMurdo desde diciembre de 2009 [57] [58], aunque una modificación HR3 turbina de Northern Power Systems opera a la Estación Amundsen-Scott South Pole Station en 1997 y 1998. En marzo de 2010 CITEDEF diseñado, construido e instalado una turbina de viento en argentina Base Marambio.

Más productivo.- Cuatro turbinas de viento Rønland granja en Dinamarca comparten el récord de las turbinas eólicas más productivas, cada una con 63,2 GWh generado en junio de 2010 [61]

Más alto situado.- El mundo de la turbina eólica más alta se sitúa por DeWind instalado por el Grupo Seawind y situado en los Andes, Argentina alrededor de 4.100 metros (13.500 pies) sobre el nivel del mar. El sitio utiliza un tipo D8.2 - 2000 kW / 50 Hz turbina. Esta turbina tiene un concepto de accionamiento nuevo tren con un convertidor de par especial (WinDrive) realizado por Voith y un generador síncrono. El WKA se puso en funcionamiento en diciembre de 2007 y ha suministrado la mina Veladero de Barrick Gold con la electricidad desde entonces.

Mayor turbina eólica flotante.- Grande-y del mundo también la primera operación en aguas profundas de gran capacidad de flotación de la turbina eólica es de 2,3 MW Hywind actualmente operan 10 kilómetros (6,2 millas) de la costa en 220 metros de profundidad de agua, al suroeste de Karmøy, Noruega. La turbina comenzó a funcionar en septiembre de 2009 y utiliza una turbina de 2,3 MW de Siemens.

Lista de los fabricantes de aerogeneradores más grandes del mundo

Esta es una lista de fabricantes de aerogeneradores que muestra las 10 principales empresas y una lista alfabética.

PAÍSNOMBRE DE LA EMPRESA

CUOTA DEL MERCADO

ENTREGA DE MW 2011

POTENCIA TOTALMENTE

INSTALADA EN GW

Dinamarca Vestas 12.7% 5,217 50China Sinovel 9.0% 3,700 13China Goldwind 8.7%

España Gamesa 8.0% 3,308 24Alemania Enercon 7.8% 3,203 24Estados Unidos

GE Energy 7.7% 3,170

India Suzlon Group 7.6% 3,116 20

ChinaGuodian

United Power7.4% 3,042

AlemaniaSiemens

Wind Power6.3% 2,591

China Ming Yang 3.6% 1,500

Aerogeneradores principales en el Mundo

E126 – Enercono Especificaciones técnicas:

Rango de potencia: 7500 kW Diámetro del rotor: 127m Altura del eje: 135m Zona del Viento: WZ III Clase de Viento: IEC/NVN IA

o Concepto WEC: sinengranaje, de velocidad variable, ajuste de hoja individualo Rotor:

Tipo: Ceñida rotor con control de tono activo Dirección rotacional: Sentido de la agujas del reloj No. de cuchillas: 3 Área de barrido: 12,668 m2

Material de la cuchilla: GRP (resina epóxica)/GRP; GRP (resina epóxica)/Acero; Protección contra Rayos

Velocidad rotacional: Variable, 5-11.7 rpm

Control de Inclinación: ENERCON único sistema de paso de las palas; un sistema de paso independiente por rotor, hoja con suministro de emergencia asignado

o Tren de Engranes con generador Eje: Rígido Cojinete Principal: Rodamiento de una hilera de rodillos

cónicos Generador: Generador de accionamiento directo

anularo Red de alimentación: Inversor ENERCONo Sistema de Frenos: 3 sistemas de control de inclinación

independiente, freno de rotoro Sistemas de Guiñada: Activo mediante engranaje de guiñada,

dependientes de la carga de amortiguación.o Velocidad de viento de salida: 28-34 m/s (con control de tormenta

ENERCON)o Monitoreo remoto: SCADA ENERCON

V164-7.0 MW (VESTAS)o Datos de funcionamiento

Rango de potencia: 7.0 MW Velocidad de Viento Entrada 4 m/s Velocidad del rotor operacional 4.8 – 12.1 rpm Velocidad nominal del rotor 10.5 rpm Rango de temperatura operacional -10 – +25°C Rango de temperatura extrema -15 – +35°C

o Parámetros de diseño Clase de Viento – IEC IEC S Velocidad de viento anual prom. 11 m/s Parámetro de forma Weibull k 22 Parámetro de escala Weibull 12.4 m/s Intensidad de Turbulencia IEC B 1 año de vel. Prom. de viento V1 40 m/s 50 años de vel. Prom. De viento V50 50 m/s Angulo de entrada (vertical) 0° Tiempo de vida de diseño estructural 25 años

o Rotor Diámetro de rotor: 164m Área de barrido 21,124 m2

o Eléctrico Frecuencia 50Hz Tipo de convertidor Convertidor Fullscale Tipo de generador Magneto permanente Voltaje Nominal 33 – 35 y 66kV

o Torre Tipo Torre de Acero tubular Altura del Eje Sitio específico

o Dimensiones de hoja Longitud: 80 m Acorde máximo 5.4 m

o Dimensiones de góndola (incluyendo eje y ventiladores) Altura 7.5 m Longitud 24 m Ancho 12 m

o Peso Góndola, incluyendo eje: 390± 10% toneladas Hoja: 35 toneladas Torre: Depende del sitio

SWT-6.0-154 (SIEMENS)o Rotor

Tipo: 3 hojas, eje horizontal Posición: Contra el Viento Diámetro: 154 m Área de barrido: 18600 m2

Rango de velocidad: 5-11 rpm Regulación de potencia: Regulación de inclinación con velocidad

variable Inclinación del rotor: 6 grados

o Hoja Tipo: Autosuficiente. Longitud de hoja: 75 m (B75) Perfil aerodinámico: NACA63.xxx, FFAxxx Material: GRE Brillo de superficie: Semi-brlloso, <30 / ISO2813 Color de superficie: Gris claro, RAL7035

o Freno aerodinámico Tipo: Inclinación de lapso completo Activación: Activación hidraúlica.

o Apoyo a la carga de piezas

Eje: Fundición nodular Eje principal: Fundición nodular Góndola bancada: Fundición nodular

o Freno mecánico Tipo: Freno de Disco Hidraúlico

o Dosel Tipo: Totalmente encerrado Brillo de superficie: Semi-brilloso, 25-45 / ISO2813} Color: Gris claro, RAL7035 Material: GFRP con retardante de fuego con

protección EMCo Generador

Tipo: Síncrono, PMG, Tren Directoo Terminales de Red (LV)

Potencia nominal 6000 kW Voltaje 690 V Frecuencia 50 Hz

o Sistema de Guiñada Tipo Activo Cojinete de guiñada Externamente orientada Tren de guiñada Motores de engranes eléctricos Freno de guiñada Freno de Fricción pasiva

o Controlador Tipo: Microprocesador Sistema SCADA WPS Designación del controlador WTC 3.0

o Torre Tipo Cilíndrico y/o tubular cónico Altura del Eje Se específica en el Sitio Protección de Corrosión Pintada Brillo de superficie Semi-brilloso, 25-45 / ISO2813 Color Gris claro, RAL 7035

o Datos de Funcionamiento Velocidad viento entrada 3-5 m/s Potencia Nominal en 12-14 m/s Velocidad viento salida 25 m/s Ráfaga 3s máxima 70 m/s (versión IEC)

o Peso Masa de la cabeza de torre 360,000 Kg.

G128-5.0 MW (GAMESA)o Rotor

Diámetro 128 m Área de barrido 12,868 m2

o Cuchillas Número de cuchillas 3 Longitud 62.5 m Material Matriz organic de composito reforzado con

fibra de vidrio o fibra de carbonoo Torre

Tipo Tubo de cañón cónico Material Acero al carbón estructural Altura 80-94 m

o Caja de cambios Tipo Dos etapas planetarias Radio 1:41.405

o Generador 5.0 MW Tipo Síncrono con magnetos permanentes,

teniendo 6 módulos independientes paralelos Potencia nominal 5,000 kW Velocidad de rotación 448 rpm Frecuencia 50-60 Hz Factor de Potencia 0.9 CAP – 0.9 IND

SWT-3.6-120 (SIEMENS)o Rotor

Tipo 3 hojas, eje horizontal Posición contra viento Diámetro 120 m Área de barrido 113000 m2

Velocidad nominal del rotor 5-13 rpm Regulación de potencia Regulación de inclinación con velocidad

variable Inclinación del rotor 6 grados

o Hoja Tipo: B58 Longitud de hoja: 58.5 m Perfil aerodinámico: 4.2 m Material: GRE

Brillo de superficie: Semi-brlloso, <30 / ISO2813 Color de superficie: Gris claro, RAL7035

o Freno aerodinámico Tipo: Inclinación de lapso completo Activación: Activación hidraúlica.

o Apoyo a la carga de piezas Eje: Fundición nodular Cojinetes principales rodamientos oscilantes de rodillos Eje principal: acero aleado Góndola bancada: hierro fundido

o Sistema de transmisión Cople eje-eje Brida Cople eje-caja de engranes anillo de contracción Tipo de Caja de engranes 3 estaciones planetaria/helicoidal Radio de caja de engranes 1:119 Lubricación de caja de engranes lubricación forzada Volumen de aceite 750 I aprox. Ventilación de caja de engranes ventilador de aceite separado Designación de caja de engranes PZAB 3540 Fabricante de caja de engranes Winergy AG Cople Engrane-Generador Acoplamiento flexible doble

o Freno mecánico Tipo: Freno de Disco Hidráulico Posición Eje de alta velocidad No. De calibradores 2

o Dosel Tipo: Totalmente encerrado Material Acero/aluminio Brillo de superficie: Semi-brilloso, 25-45 / ISO2813 Color: Gris claro, RAL7035

o Generador Tipo: Asíncrono Potencia nominal 3600 kW Protección IP 54 Ventilación Intercambiador de calor integrado Tipo de aislamiento F

o Sistema de Guiñada Tipo Activo Cojinete de guiñada Bola de cojinete interno orientado Tren de guiñada 6 Motores de engranes eléctricos Freno de guiñada Freno de Fricción pasiva

o Controlador Tipo: Microprocesador Sistema SCADA Web WPS Designación del controlador WTC 3

o Torre Tipo Cilíndrico y/o tubular cónico Altura del Eje 90 m o especifico Protección de Corrosión Pintada Brillo de superficie Semi-brilloso, 25-45 / ISO2813 Color Gris claro, RAL 7035

o Datos de Funcionamiento Velocidad viento entrada 3-5 m/s Potencia Nominal en 12-14 m/s Velocidad viento salida 25 m/s Ráfaga 3s máxima 70 m/s (versión IEC)

o Peso Rotor 100,000 Kg. Góndola 125,000 Kg. Torre para 90 m Se especifica

E-101 (ENERCON)o Especificaciones técnicas:

Rango de potencia: 3,000 kW Diámetro del rotor: 101m Altura del eje: 99 m/135 m Zona del Viento: WZ III Clase de Viento: IEC/NVN IA

o Concepto WEC: sinengranaje, de velocidad variable, ajuste de hoja individualo Rotor:

Tipo: contra el viento con control de inclinación activo

Dirección rotacional: Sentido de la agujas del reloj No. de cuchillas: 3 Área de barrido: 8,012 m2

Material de la cuchilla: GRP (resina epóxica)/GRP; GRP (resina epóxica)/Acero; Protección contra Rayos

Velocidad rotacional: Variable, 4-14.5 rpm Control de Inclinación: sistema de inclinación de cuchillar

independiente ENERCON, un sistema de paso independiente por rotor hoja con suministro de emergencia asignado

o Tren de Engranes con generador Eje: Rígido Cojinete Principal: De dos hileras cónicas / cilíndrico con

rodamientos Generador: Generador de accionamiento directo

anularo Red de alimentación: Inversor ENERCONo Sistema de Frenos: 3 sistemas de control de inclinación

independiente, freno de rotor, bloqueo de rotor (15°)o Sistemas de Guiñada: Activo mediante engranaje de guiñada,

dependientes de la carga de amortiguación.o Velocidad de viento de salida: 28-34 m/s (con control de tormenta

ENERCON)o Monitoreo remoto: SCADA ENERCON

V112-3.0 MW (VESTAS)o Regulación de potencia Inclinación regulada y velocidad variableo Datos de funcionamiento

Rango de potencia 3,000 kW Velocidad viento entrada 3 m/s Rango de velocidad viento 12 m/s Velocidad viento salida 25 m/s Clase del Viento – IEC IIAA/IIIA Altitud máxima 1,5000 m Rango de temperatura -20°C a 40°C (estándar) y -30°C a 40°C

(opción de temperatura baja)o Potencia de sonido

7 m/s 100 dB(A) 8 m/s 102.8 dB(A) 10 m/s 106.5 dB(A) Por 95% del rango 106.5 dB(A)

o Rotor Diámetro 112 m Area de barrido 9,852 m2

o Torre Tipo Torre de acero tubular Altura de eje 84.94 a 119 m

o Eléctrico Frecuencia 50 Hz/60 Hz Tipo de convertidor Convertidor de Fullscale Tipo de generador generador de magneto permanente

o Dimensiones principales Cuchilla

Longitud 54.6 m Acorde maximo 4 m

Gondola Altura de trans. 3.3 m Altura de ins. 3.9 m Ancho 3.9 m Longitud 14 m

Torre Longitud de secc. 32.5 m Diametro maximo 4.2 m

Eje Altura 3.9 m Diametro 3.2 m Peso maximo x uni 70 toneladas métricas

S88 MARK II DFIG 2.25 MW (SUZLON)o Inclinación regulada con velocidad variableo Datos de Funcionamiento

Rango de Potencia 2.25 MW Velocidad viento entrada 4 m/s Velocidad viento salida 25 m/s Altura de torre 80 m Clase de viento IEC IIA/IIB Velocidad rotacional 12.0 – 18.0 rpm

o Rotor Regulador de potencia Inversor de DFIG Diámetro 88 m Área de barrido 6,082 m2

o Cuchillas Tipo AE43 – V3A Longitud 43.25 m

o Generador Generador de inducción con anillos deslizantes (modificado para el

generador de inducción doblemente alimentado) Rango de potencia 2.25 MW Rango de voltaje 690 V

o Caja de Engranaje 1 estación planetaria, 2 estaciones helicoidales

Diseño de aerogenerador

Diseño de la turbina de viento es el proceso de definir la forma y las especificaciones de una turbina de viento para extraer energía del viento. Una instalación de la turbina eólica consta de los sistemas necesarios para capturar la energía del viento, apunte la turbina en contra del viento, convertir la rotación mecánica en energía eléctrica, y otros sistemas para iniciar, detener y controlar la turbina.

Este artículo cubre el diseño de las turbinas de eje horizontal de viento (HAWT) ya que la mayoría de las turbinas comerciales utilizan este diseño.

En 1919 el físico Albert Betz demostró que para una hipotética máquina ideal extracción de energía eólica, las leyes fundamentales de la conservación de la masa y la energía permitida no más de 16/27 (59,3%) de la energía cinética del viento para ser capturado. Este límite de Betz ley puede ser abordado por los diseños de turbinas modernas que pueden alcanzar 70 a 80% de este límite teórico.

Además de diseño aerodinámico de las palas, el diseño de un sistema de energía eólica completa también debe abordar el diseño del cubo, de los controles, el generador, la estructura de soporte y la base. Otras preguntas de diseño también surgen al integrar aerogeneradores en las redes de energía eléctrica.

Especificación del Diseño

La especificación de diseño para una turbina eólica contendrá una curva de potencia y disponibilidad garantizada. Con los datos de la evaluación del recurso eólico es posible calcular la viabilidad comercial. [1] El rango de temperatura de operación típico es de -20 a 40 ° C (-4 a 104 ° F). En zonas de clima extremo (como Inner Mongolia o Rajasthan) versiones específicas de clima frío y caliente son obligatorias. Las turbinas de viento pueden ser diseñados y validados según las normas IEC 61400.

La baja temperatura.- Escala de servicios públicos generadores de turbinas de viento tienen límites mínimos de temperatura de funcionamiento que se aplican en áreas que experimentan temperaturas inferiores a -20 ° C. Los aerogeneradores deben estar protegidos contra la acumulación de hielo. Puede hacer lecturas inexactas anemómetro y que pueden causar las altas cargas de estructura y daños. Algunos fabricantes de turbinas de baja temperatura ofrecen paquetes con un costo extra de unos pocos por ciento, que incluyen calentadores internos, lubricantes diferentes, y diferentes aleaciones de elementos estructurales. Si el intervalo de baja temperatura se combina con una condición de bajo viento, la turbina eólica se requiere una fuente externa de energía, equivalente a un pequeño porcentaje de su potencia nominal, por calentamiento interno. Por ejemplo, el St. Leon, Manitoba proyecto tiene una calificación total de 99 MW y se estima que necesitan hasta 3 MW (alrededor del 3% de la capacidad) de energía de estaciones de servicio unos días al año para temperaturas de hasta -30 ° C . Este factor afecta a la economía de funcionamiento del aerogenerador en climas fríos.

Aerodinámica

La aerodinámica de un aerogenerador de eje horizontal no son sencillos. El flujo de aire en las cuchillas no es el mismo que el flujo de aire lejos de la turbina. La misma naturaleza de la forma en que la energía se extrae del aire también hace que el aire que se desvía por la turbina. Además de la aerodinámica de una turbina de viento en los fenómenos de superficie de exposición del rotor que raramente se ven en otros campos aerodinámicas.

En 1919 el físico Albert Betz demostró que para una hipotética máquina ideal extracción de energía eólica, las leyes fundamentales de la conservación de la masa y la energía permitida no más de 16/27 (59,3%) de la energía cinética del viento para ser capturado. Este límite de Betz ley puede ser abordado por los diseños de turbinas modernas que pueden alcanzar 70 a 80% de este límite teórico.

Control de potencia

Una turbina eólica está diseñada para producir un máximo de potencia en amplio espectro de velocidades de viento. Todos los aerogeneradores están diseñados para una velocidad máxima del viento, la velocidad se llama supervivencia, encima de los cuales no sobreviven. La velocidad de supervivencia de las turbinas eólicas comerciales está en el intervalo de 40 m / s (144 km / h, 89 MPH) a 72 m / s (259 km / h, 161 MPH). La velocidad de supervivencia más común es 60 m / s (216 km / h, 134 MPH). Las turbinas de viento tienen tres modos de funcionamiento:

A continuación viento nominal velocidad de operación Alrededor de viento funcionamiento nominal de velocidad (por lo general a la capacidad

nominal) Sobre el funcionamiento nominal velocidad del viento

Si la velocidad del viento nominal se supera el poder tiene que ser limitado. Hay varias maneras de lograr esto. Un sistema de control consta de tres elementos básicos: sensores para medir variables de proceso, actuadores para manipular la captura de energía y la carga de los componentes, y algoritmos de control para coordinar los actuadores basados en la información recogida por los sensores.

Bloqueo

El bloqueamiento actúa aumentando el ángulo en el que el viento relativo golpea las aspas (ángulo de ataque), y se reduce la resistencia inducida (arrastre asociado con ascensor). Stalling es simple, ya que se pueden hacer a suceder pasivamente (aumenta automáticamente cuando los vientos acelerar), pero aumenta la sección transversal de la hoja de frente al viento, y por lo tanto el arrastre ordinario. Una pala de turbina completamente paralizada, cuando se detuvo, cuenta con la parte plana de la hoja mirando directamente hacia el viento. Un HAWT de velocidad fija inherentemente aumenta su ángulo de ataque a mayor velocidad del viento como las cuchillas acelerar. Una estrategia natural, entonces, es permitir que la hoja se detenga cuando aumenta la velocidad del viento. Esta técnica fue utilizada con éxito en muchos HAWTs tempranas. Sin embargo, en algunos de estos conjuntos de cuchilla, se observó que el grado de inclinación de la hoja tendía a aumentar los niveles de ruido audibles.

Generadores de vórtice se puede utilizar para controlar las características de elevación de la cuchilla. El VGS se coloca en la superficie de sustentación para mejorar el ascensor si se colocan en la parte inferior (más plana) superficie o limitar la elevación máxima si se coloca en la parte superior (inclinación superior) superficie.

Control de inclinación

Enrollador actúa disminuyendo el ángulo de ataque, lo que reduce la resistencia inducida de la sustentación del rotor, así como la sección transversal. Un problema importante en el diseño de turbinas de viento es cada vez que las cuchillas se detenga o furl con la suficiente rapidez si una ráfaga de viento causar una aceleración repentina. Una pala de turbina completamente enrollada, cuando se detiene, tiene el borde de la cuchilla en dirección al viento.

Las cargas pueden ser reducidos haciendo un sistema estructural más blanda o más flexible. [3] Esto se podría lograr con los rotores de la dirección del viento o con palas curvadas que se tuercen, naturalmente, para reducir el ángulo de ataque a velocidades de viento más altas. Estos sistemas serán lineales y par será la estructura del campo de flujo - por lo tanto, las herramientas de diseño deben evolucionar para modelar estas no linealidades.

Estándar turbinas modernas todo paso de las palas de los fuertes vientos. Desde pitcheo necesita actuar contra la torsión en la hoja, se requiere alguna forma de control de ángulo de paso, que se consigue con una unidad de giro. Esta unidad precisamente ángulos de la cuchilla mientras resistir altas cargas de par. Además, muchas turbinas utilizar sistemas hidráulicos. Estos sistemas suelen ser de resorte, de modo que si la energía hidráulica falla, las cuchillas automáticamente furl. Otras turbinas usar un servomotor eléctrico para cada pala de rotor. Tienen una pequeña batería de reserva en caso de una avería de la red eléctrica. Las pequeñas turbinas de viento (bajo 50 kW) con variable cabeceo generalmente usan sistemas operados por la fuerza centrífuga, ya sea por contrapesos o el diseño geométrico, y no emplean controles eléctricos o hidráulicos.

Lagunas fundamentales existen en control de paso, lo que limita la reducción de los costes energéticos, de acuerdo con un informe de una coalición de investigadores de las universidades, la industria y el gobierno, apoyado por el Centro de Atkinson para un Futuro Sostenible. Reducción de la carga se centra actualmente en el control total de tramo de paso de pala, ya que los motores individuales de tono son los actuadores disponibles en la actualidad en las turbinas comerciales. Mitigación carga significativa se ha demostrado en las simulaciones para palas, torres y la transmisión. Sin embargo, todavía existe la investigación necesaria, los métodos para la realización de todo el período de control de paso de pala se deben desarrollar con el fin de aumentar la energía capturar y mitigar las cargas de fatiga.

Otros controles

Torque del Generador.- Modernos grandes aerogeneradores de velocidad variable son máquinas. Cuando la velocidad del viento está por debajo de clasificar, par motor del generador se utiliza para controlar la velocidad del rotor con el fin de capturar la energía tanto como sea posible. La mayoría de la energía es capturado cuando la relación de velocidad de la punta se mantiene constante en su valor óptimo (normalmente 6 o 7). Esto significa que a medida que aumenta la velocidad del viento, velocidad del rotor debe aumentar proporcionalmente. La diferencia entre el par aerodinámico capturado por los álabes y el par aplicado generador controla la velocidad del rotor. Si el par motor del generador es inferior, el rotor se acelera, y si el par motor del generador es superior, el rotor se ralentiza. En las velocidades del viento por debajo de clasificación, el control de par del generador está activo mientras que el paso de la pala se realiza normalmente en el ángulo constante que captura la mayor cantidad de energía, bastante plana al viento. En las velocidades del viento por encima de clasificación, el par generador se suele mantenerse constante, mientras que el paso de la pala está activo.

Guiñada.- Modernas turbinas eólicas de gran tamaño normalmente se controla activamente para encarar la dirección del viento medida por una veleta situada en la parte posterior de la góndola. Al minimizar el ángulo de guiñada (la desalineación entre y dirección del viento de la turbina señalando), la salida de potencia se maximiza y se minimizan las cargas no simétricas. Sin embargo, puesto que la dirección del viento varía rápidamente la turbina no estrictamente seguirá la dirección y tendrá un ángulo de guiñada pequeños en promedio. Las pérdidas de potencia de salida simplemente se puede aproximar a caer con (cos (ángulo de guiñada)) 3. Especialmente a velocidades de viento bajas y medianas, guiñada puede hacer una reducción significativa de la producción de la turbina, con variaciones de la dirección del viento de ± 30 ° es bastante común y largos tiempos de respuesta de las turbinas a cambios en la dirección del viento. A altas velocidades del viento, la dirección del viento es menos variable.

Frenado eléctrico.- Rendimiento de los frenos de una pequeña turbina de viento también puede hacerse por vertido de energía del generador en un banco de resistencias, la conversión de la energía cinética de la rotación de la turbina en calor. Este método es útil si la carga cinética en el generador se reduce repentinamente o es demasiado pequeña para mantener la velocidad de la turbina dentro de su límite permitido. Cíclicamente frenado hace que las hojas para reducir la velocidad, lo que aumenta el efecto de estancamiento, reduciendo la eficiencia de las cuchillas. De esta manera, la rotación de la turbina se puede mantener a una velocidad segura en vientos más rápidos mientras se mantiene (nominal) Potencia de salida. Este método no se aplica generalmente en grandes turbinas eólicas conectadas a la red.

Frenado mecánico.- Un freno de tambor mecánico o freno de disco se utiliza para mantener la turbina en reposo para el mantenimiento. Tales frenos se aplican normalmente sólo después de cuchilla enrolladora y el frenado electromagnético han reducido la velocidad de la turbina, como los frenos mecánicos se desgastan rápidamente si se utiliza para detener la turbina de velocidad completa. También puede haber un freno de palo.

Tamaño de turbina

Para una velocidad de viento dada de supervivencia, la masa de una turbina es aproximadamente proporcional al cubo de su cuchilla de longitud. La energía eólica interceptado por la turbina es proporcional al cuadrado de su cuchilla de longitud. [5] El máximo de longitud de hoja de una turbina está limitado tanto por la resistencia y la rigidez de su material. Los costos laborales y de mantenimiento incrementar de forma gradual con el tamaño de la turbina cada vez mayor, a fin de minimizar los costos, las turbinas eólicas son básicamente limitado por la resistencia de los materiales, y los requisitos de emplazamiento. Típicas turbinas de viento modernas tienen diámetros de 40 a 90 metros (130 a 300 pies) y están clasificados entre 500 kW y 2 MW. A partir de 2011 la turbina más potente Enercon_E-126 tiene una potencia de 7,5 MW.

Generador

Para grandes turbinas de viento, de tamaño comercial de eje horizontal, el generador está montado en una góndola en la parte superior de una torre, detrás del cubo del rotor de turbina. Típicamente, las turbinas eólicas generan electricidad a través de máquinas asíncronas que están directamente conectados con la red eléctrica. Por lo general, la velocidad de rotación de la turbina eólica es más lenta que la velocidad de rotación equivalente de la red eléctrica - las velocidades típicas de rotación para los generadores de viento son 5-20 rpm, mientras que una máquina conectada directamente tendrá una velocidad eléctrica entre 750-3600 rpm. Por lo tanto, una caja de cambios se inserta entre el cubo del rotor y el generador. Esto también reduce el coste y el peso del generador.

Mayores generadores de viento de estilo girar a una velocidad constante, para que coincida con la frecuencia de alimentación de línea, lo que permitió el uso de generadores de inducción menos costosos. Entrada más reciente aerogeneradores suelen acudir a cualquier velocidad que genera electricidad más eficiente. La frecuencia de salida variable y voltaje se puede adaptar a los valores fijos de la red utilizando múltiples tecnologías, tales como generadores de inducción doblemente alimentada o convertidores completo efecto en el que se convierte la corriente de frecuencia variable producida a CC y luego de vuelta a la CA. A pesar de estas alternativas requieren un equipo costoso y causa la pérdida de potencia, la turbina puede obtener una fracción mucho mayor de la energía eólica. En algunos casos, especialmente cuando las turbinas están situadas en alta mar, la energía de DC se transmitirán desde la turbina a una central (en tierra) inversor para conexión a la red.

Aerogenerador sin engranaje.- Generadores comerciales de tamaño tienen un rotor que lleva un devanado de campo de modo que un campo magnético rotativo se produce dentro de un conjunto de devanados llamado estator. Mientras que el campo giratorio devanado consume una fracción de un porcentaje de la salida del generador, el ajuste de la corriente de campo permite un buen control de la tensión de salida del generador. Enercon ha producido turbinas eólicas sin engranajes con generadores con excitación independiente durante muchos años, y Siemens produce un gearless "generador invertida" modelo de 3 MW, mientras que el desarrollo de un modelo de 6

MW. En las turbinas eólicas convencionales, las cuchillas girar un eje que está conectado a través de una caja de engranajes al generador. La caja de cambios convierte la velocidad de giro de las palas 15 a 20 rotaciones por minuto para una grande, de un megavatio turbina en las rotaciones más rápidas 1.800 por minuto que el generador necesita para generar electricidad.

Turbinas de viento (Gearless menudo también se llama transmisión directa) deshacerse de la caja de cambios completamente. En su lugar, el eje del rotor está unido directamente al generador, que gira a la misma velocidad que las cuchillas. En un generador de turbina, imanes girar alrededor de una bobina para producir corriente. Cuanto más rápido el giro imanes, la corriente más se induce en la bobina. Para compensar la menor velocidad de giro de un generador de accionamiento directo, el diámetro del rotor del generador se incrementa por lo tanto contiene más imanes que permite que crear una gran cantidad de energía al girar lentamente. Para reducir el peso del generador algunos constructores utilizan imanes permanentes (PM) en el rotor de los generadores, mientras que los generadores convencionales de turbinas utilizan bobinas de cobre electroimanes alimentados con electricidad desde el propio generador. La construcción de generadores más pequeños con un par motor importante sigue siendo un área de investigación activa para mejorar su competitividad.

Turbina de viento sin engranaje son generalmente más pesados que las turbinas eólicas de engranajes basados. Un estudio de la UE llamado Reliawind www.reliawind.eu basado en el tamaño de muestra más grande de turbinas, se ha demostrado que la fiabilidad de la caja de cambios no es el problema principal en una turbina eólica. La fiabilidad de las turbinas de accionamiento directo en alta mar aún se desconoce, ya que el tamaño de la muestra es muy pequeño. Expertos de la Universidad Técnica de Dinamarca estimado que un generador de imanes permanentes orientadas pueden utilizar 25 kg / MW del elemento tierra rara neodimio, mientras que un gearless pueden utilizar 250 kg / MW.

En diciembre de 2011, el Departamento de Energía de EE.UU. publicó un informe que indicaba escasez de elementos de tierras raras como neodimio utiliza en grandes cantidades para los imanes permanentes en aerogeneradores sin engranajes. China produce más del 95% de los elementos de tierras raras, mientras que Hitachi posee más de 600 patentes relacionadas con imanes de neodimio. Transmisión directa turbinas requieren 600 kg de material de PM por megavatio, lo que se traduce en varios cientos de kilogramos de contenido de tierras raras por megavatio, como el contenido de neodimio se estima que el 31% del peso del imán. Transmisiones híbridas (intermedio entre el accionamiento directo y tradicional reductor) utilizan materiales de la tierra mucho menos raros. Mientras que las turbinas eólicas PM sólo representan alrededor del 5% del mercado de fuera de China, su cuota de mercado en el interior de China se estima en 25% o más. La demanda de neodimio en turbinas de viento se estima que es 1/5 de que en los vehículos eléctricos.

Cuchillas

Diseño

La relación entre la velocidad de las puntas de la cuchilla y la velocidad del viento se llama relación de velocidad punta. Alto rendimiento 3-Blade-turbinas han inclinar velocidad / viento relaciones de velocidades de 6 a 7. Los aerogeneradores modernos están diseñados para girar a velocidades variables (una consecuencia de su diseño de generador, ver más arriba). El uso de aluminio y materiales compuestos en sus hojas ha contribuido a la baja inercia rotacional, lo que significa que las nuevas turbinas eólicas pueden acelerar rápidamente si los vientos recoger, manteniendo la relación de velocidad de la punta más constante. Operación más cerca de su proporción óptima velocidad punta durante ráfagas energéticas del viento permite turbinas de viento para mejorar la captación de energía de las ráfagas repentinas que son típicos en el medio urbano.

En contraste, las turbinas de viento mayores de estilo fueron diseñadas con cuchillas de acero más pesados, que tienen mayor inercia, y girar a velocidades reguladas por la frecuencia CA de las líneas de energía. La alta inercia tamponada con los cambios en la velocidad de rotación y por lo tanto hace la potencia de salida más estable.

La velocidad y el par en el que una turbina de viento gira debe ser controlada por varias razones:

Para optimizar la eficiencia aerodinámica del rotor en vientos suaves. Para mantener el generador dentro de su velocidad y límites de par. Para mantener el rotor y el eje dentro de sus límites de la fuerza centrífuga. La fuerza

centrífuga de los rotores de hilatura aumenta como el cuadrado de la velocidad de rotación, lo que hace que esta estructura sensible a sobrevelocidad.

Para mantener el rotor y la torre dentro de sus límites de resistencia. Debido a que la fuerza del viento aumenta con el cubo de la velocidad del viento, las turbinas tienen que ser construido para sobrevivir mucho más altas cargas de viento (por ejemplo, ráfagas de viento) que aquellas de las que prácticamente se puede generar energía. Dado que las cuchillas de generar fuerzas de torsión más y vertical (poniendo la tensión mucho mayor en la torre y la góndola debido a la tendencia del rotor a un movimiento de precesión y inclinar la cabeza) cuando están produciendo torque, la mayoría de las turbinas de viento tienen maneras de reducir el par en fuertes vientos.

Para permitir el mantenimiento. Ya que es peligroso para las personas han trabajando en una turbina de viento, mientras está activa, a veces es necesario para llevar una turbina a una parada completa.

Para reducir el ruido. Como regla general, el ruido de una turbina de viento aumenta con la quinta potencia de la velocidad del viento relativo (como se ve desde la punta de las palas en movimiento). En entornos sensibles al ruido, la velocidad de la punta puede limitarse a aproximadamente 60 m / s (200 pies / s).

En general se entiende que el ruido aumenta con mayores velocidades de punta de pala. Para aumentar la velocidad punta sin incrementar el ruido permitiría reducir el par en la caja de engranajes y el generador y reducir en general las cargas estructurales, reduciendo así los costos. La reducción de ruido está vinculada a la aerodinámica detallada de las cuchillas, especialmente los factores que reducen brusco estancamiento. La imposibilidad de predecir el puesto restringe el desarrollo de conceptos aerodinámicos agresivos.

Una cuchilla puede tener una relación de elevación a resistencia de 120, en comparación con 70 para un planeador y 15 para un avión de pasajeros.

El eje

En los diseños simples, las cuchillas se empernada directamente al cubo y por lo tanto están estancadas. En otros diseños más sofisticados, que están atornilladas en el mecanismo de paso, que ajusta su ángulo de ataque de acuerdo con la velocidad del viento para controlar su velocidad de rotación. El mecanismo de tono es en sí atornillado al cubo. El cubo está fijado al árbol de rotor que acciona el generador a través de una caja de cambios. Directos aerogeneradores de accionamiento sin engranajes (también llamados) se construyen sin una caja de cambios. En su lugar, el eje del rotor está unido directamente al generador, que gira a la misma velocidad que las cuchillas.

Contador de cuchillas

La determinación del número de cuchillas implica consideraciones de diseño de la eficiencia aerodinámica, costos de los componentes, la fiabilidad del sistema, y la estética. Las emisiones de ruido se ven afectados por la ubicación de la dirección del viento contra el viento o las cuchillas de la torre y la velocidad del rotor. Dado que las emisiones sonoras de los bordes de las cuchillas de arrastre y sugerencias variar según la quinta potencia de velocidad de la hoja, un pequeño aumento en la velocidad de la punta puede hacer una gran diferencia.

Las turbinas de viento desarrollados en los últimos 50 años se han utilizado casi universalmente ya sea dos o tres palas. Sin embargo, existen patentes que los diseños actuales con hojas adicionales, como Chan Shin Multi-unidad de rotor de turbina eólica sistema blade integrada. La eficiencia aerodinámica aumenta con el número de cuchillas, pero con rendimiento decreciente. El aumento del número de cuchillas de una hasta dos resulta en un aumento de seis por ciento en la eficiencia aerodinámica, mientras que aumentando el número de cuchilla desde dos hasta tres rendimientos sólo un adicional de tres por ciento en la eficiencia. Además de aumentar el número de hoja produce mejoras mínimas en la eficiencia aerodinámica y se sacrifica demasiada rigidez en la hoja como las hojas se vuelven más delgadas.

Costes de los componentes que se ven afectados por recuento de cuchilla son principalmente para los materiales y de fabricación del rotor de turbina y unidad de tren. En general, cuanto menor sea el número de cuchillas, menores serán los costes de material y de fabricación serán. Además, el menor es el número de hojas, mayor es la velocidad de rotación puede ser. Esto es debido a los

requisitos de la hoja de rigidez para evitar la interferencia con el límite de torre lo finas las hojas se pueden fabricar, pero sólo para máquinas de barlovento; deflexión de cuchillas en una máquina los resultados de la dirección del viento en el aclaramiento de torre mayor. Menos cuchillas con mayores velocidades de rotación reducir torques pico en el tren de transmisión, lo cual reduce los costos de caja de cambios y del generador.

La fiabilidad del sistema se ve afectado por el conde cuchilla principalmente a través de la carga dinámica del rotor en el tren de potencia y sistemas de torre. Si bien la alineación de la turbina eólica a los cambios en la dirección del viento (guiñada), cada hoja experimenta una carga cíclica en su extremo de la raíz dependiendo de la posición de la hoja. Esto es cierto de uno, dos, tres o más cuchillas. Sin embargo, estas cargas cíclicas cuando se combinan juntos en el eje del tren de transmisión están simétricamente balanceadas para tres hojas, produciendo un funcionamiento más suave durante guiñada turbina. Turbinas con una o dos cuchillas puede utilizar un concentrador pivotante tambaleante a casi eliminar también las cargas cíclicas en el eje de accionamiento y el sistema durante la guiñada. Por último, la estética puede ser considerado un factor en que algunas personas encuentran que el rotor de tres palas es más agradable a la vista de un rotor de una o de dos palas.

Materiales de cuchillas

Veletas de madera y lona se utilizaron en los primeros molinos de viento, debido a su bajo precio, disponibilidad y facilidad de fabricación. Más pequeñas palas pueden ser hechas de metales ligeros como el aluminio. Estos materiales, sin embargo, requieren un mantenimiento frecuente. Construcción de madera y tela limita la forma aerodinámica a una placa plana, que tiene una relación relativamente alta de resistencia a la fuerza capturado (la eficiencia aerodinámica menor) en comparación con superficies aerodinámicas. Construcción de sólidos diseños de perfil aerodinámico requiere materiales inflexibles, tales como metales o compuestos. Algunas láminas también han incorporado pararrayos.

Nuevos diseños de turbinas eólicas de generación de energía a partir de empujar el rango de megavatios solo hasta más de 10 megavatios utilizando cuchillas más y más grandes. Un área más grande aumenta efectivamente la relación de velocidad punta de una turbina a una velocidad de viento dada, aumentando así su extracción de energía. Asistido por ordenador de ingeniería de software tales como HyperSizer (originalmente desarrollado para el diseño de nave espacial) se puede utilizar para mejorar el diseño de la hoja.

Corriente [¿cuándo?] Aspas de las turbinas eólicas de producción son tan grandes como 100 metros de diámetro, con prototipos en el rango de 110 a 120 metros. En 2001, un estimado de 50 millones de kilogramos de laminado de fibra de vidrio fueron utilizados en palas de aerogeneradores.

Un objetivo importante de los sistemas blade más grandes es el control de peso hoja. Desde escalas de masa hoja como el cubo del radio de la turbina, la carga debida a la gravedad constriñe sistemas con palas más grandes.

Fabricación de hojas en el rango 40 a 50 metros involucra técnicas probadas de fibra de vidrio compuesto de fabricación. Fabricantes como Nordex y GE Wind utilizar un proceso de infusión. Otros fabricantes utilizan variaciones en esta técnica, incluyendo algunos de carbono y madera con fibra de vidrio en una matriz de epoxi. Las opciones también incluyen fibra de vidrio preimpregnado y asistida por vacío de moldeo por transferencia de resina. Cada una de estas opciones de usar un vidrio reforzado con fibra de material compuesto de polímero construido con complejidad diferentes. Tal vez el problema más grande con más simplistas, libre de moho, los sistemas húmedos son las emisiones asociadas a los compuestos orgánicos volátiles liberados. Materiales preimpregnados y técnicas de infusión de resina evitar la liberación de volátiles por que contiene todos los gases de reacción. Sin embargo, estos procesos contenidos tienen sus propios desafíos, a saber, la producción de laminados de espesor necesario para los componentes estructurales se hace más difícil. Como la permeabilidad de resina preforma dicta el grosor de laminado máximo, el sangrado se requiere para eliminar vacíos y asegurar la distribución apropiada de resina. Una solución para distribución de resina de fibra de vidrio parcialmente un preimpregnado. Durante la evacuación, la tela seca proporciona un camino para el flujo de aire y, una vez que el calor y la presión se aplican, la resina puede fluir dentro de la región seca que resulta en una estructura laminada completamente impregnado.

Basados en epoxi compuestos tienen producción del medio ambiente, y las ventajas de costes sobre otros sistemas de resina. Los epóxicos también permiten reducir los ciclos de curación, una mayor durabilidad y mejor acabado superficial. Operaciones preimpregnado reducir aún más el tiempo de procesamiento más húmedas poner en marcha sistemas. Como álabes de la turbina pasar 60 metros, técnicas de infusión más frecuentes; la transferencia tradicional resina de moldeo tiempo de inyección es demasiado largo en comparación con la resina de tiempo de establecimiento, lo que limita grosor del laminado. Fuerzas de inyección de resina a través de una pila de capas más gruesas, por lo tanto depositar la resina en donde en la estructura laminada antes de gelatina se produce. Resinas epoxi especializados se han desarrollado para personalizar los tiempos de vida y de la viscosidad.

De fibra de carbono reforzada con largueros de carga puede reducir el peso y aumentar la rigidez. Uso de fibras de carbono en 60 palas de turbina metros se calcula para reducir la masa total de la hoja en un 38% y disminuir el coste en un 14% en comparación con el 100% de fibra de vidrio. Las fibras de carbono tienen el beneficio añadido de reducir el espesor de las secciones de laminado de fibra de vidrio, además abordar los problemas asociados con humectación resina de espesor lay-up secciones. Las turbinas de viento también pueden beneficiarse de la tendencia general del aumento del uso y coste decreciente de materiales de fibra de carbono.

Torre

Por lo general, dos tipos de torres existe: Torres flotantes y terrestres.

Altura de la torre

Velocidades del viento aumenta a mayor altura debido a la fricción de superficie aerodinámica (por superficies de tierra o agua) y la viscosidad del aire. La variación en la velocidad con la altitud, llamado cizalladura del viento, es más dramático cerca de la superficie.

Típicamente, en la variación diurna sigue el perfil del viento ley de potencia, la cual predice que la velocidad del viento aumenta proporcionalmente a la raíz séptima de altitud. La duplicación de la altitud de una turbina, a continuación, aumenta las velocidades del viento esperados en un 10% y la potencia esperada en un 34%. Para evitar el pandeo, duplicando la altura de la torre requiere generalmente doblando el diámetro de la torre, así, el aumento de la cantidad de material en un factor de al menos cuatro.

Por la noche, o cuando el ambiente se vuelve estable, cerca de la velocidad del viento a la tierra por lo general desaparece mientras que en la altura del buje del aerogenerador no disminuye mucho o puede incluso aumentar. Como resultado, la velocidad del viento es más alta y una turbina producirá más energía que se espera de la ley séptima potencia: doblando la altura puede aumentar la velocidad del viento en un 20% a un 60%. Una atmósfera estable es causada por el enfriamiento radiativo de la superficie y es común en un clima templado: normalmente se produce cuando hay un cielo (parcialmente) clara en la noche. Cuando el viento (altura) es fuerte (una velocidad del viento de 10 metros de alto que aproximadamente de 6 a 7 m / s, el ambiente estable se interrumpe a causa de la fricción y la turbulencia de la atmósfera se volverá neutral. Un ambiente durante el día o es neutro (sin red radiación,.. generalmente con fuertes vientos y nubosidad abundante) o inestable (aire ascendente, debido a suelo calentamiento por el sol) en este caso la ley 1/7 se aplica potencia o al menos una buena aproximación del perfil de viento Indiana había sido calificado como teniendo una capacidad eólica de 30.000 MW, pero elevando la altura esperada de la turbina de 50 m a 70 m, la estimación de capacidad viento se elevó a 40.000 MW, y podría ser el doble que en 100 m.

Para HAWTs, alturas de las torres de aproximadamente dos a tres veces la longitud de la hoja se han encontrado para equilibrar los costes de material de la torre contra un mejor aprovechamiento de los componentes activos más caros.

En Europa, las restricciones de carretera hace que el transporte de torres con un diámetro de más de 4,3 m difícil. Análisis suecas demuestran que es importante tener la punta del ala inferior por lo menos 30m por encima de las copas de los árboles, pero una torre más alta requiere un diámetro de la torre más grande. Un perfil de torre de conchas conectadas en lugar de cilindros puede tener un diámetro mayor y todavía ser transportable. Una torre de 100 m prototipo con TC de 18 mm atornillados conchas "tablón" se ha erigido en el ensayo de aerogeneradores Høvsøre centro en

Dinamarca y certificado por Det Norske Veritas, con una góndola Siemens. Elementos de Shell pueden ser enviados en contenedores estándar de 12 m.

La conexión a la red eléctrica

El generador en una turbina eólica produce corriente alterna (AC) de electricidad. En algunas turbinas, este se convierte a corriente continua (DC) con un rectificador y luego de nuevo a corriente alterna con un inversor con el fin de que coincida con la frecuencia y la fase de la red. Sin embargo, el método más común en las grandes turbinas modernas es utilizar en lugar de un generador de inducción doblemente alimentado directamente conectado a la red eléctrica.

Cimientos

Las turbinas de viento, por su propia naturaleza, son estructuras delgadas muy altos, esto puede causar una serie de problemas cuando el diseño estructural de los cimientos se considera. Los cimientos para una estructura de ingeniería convencionales están diseñados principalmente para transferir la carga vertical (peso muerto) a la tierra, esto generalmente permite una disposición relativamente poco sofisticado para ser utilizado. Sin embargo, en el caso de las turbinas de viento, debido a la fuerte viento y las cargas ambientales experimentados existe una significativa carga horizontal dinámico que debe ser adecuadamente restringido.

Este régimen de carga causa grandes cargas momento que se aplicará a las bases de una turbina eólica. Como resultado de ello, una atención considerable es necesario dar al diseñar las zapatas para asegurar que las turbinas están suficientemente limitado para operar de manera eficiente. En las actuales Det Norske Veritas (DNV) directrices para el diseño de turbinas de viento la desviación angular de los cimientos están limitados a 0,5 º. Lineamientos de DNV sobre terremotos indican que las cargas horizontales son más grandes que las cargas verticales de turbinas eólicas en el mar, mientras que las directrices para tsunamis sólo sugieren el diseño de las olas del mar como máximo. Por el contrario, IEC sugiere considerar las cargas de tsunami. Pruebas a escala del modelo usando una centrífuga 50g están llevando a cabo en la Universidad Técnica de Dinamarca para probar bases monopile de aerogeneradores marinos en la profundidad del agua 30-50m.

Costos

La turbina eólica moderna es un sistema complejo e integrado. Los elementos estructurales comprenden la mayoría del peso y costo. Todas las partes de la estructura debe ser de bajo costo, ligero, duradero, y se pueden fabricar, bajo carga variable y las condiciones ambientales. Sistemas de turbina que tengan menos fallos, requieren menos mantenimiento, son más ligeros y duran más tiempo dará lugar a la reducción del costo de la energía eólica. Una forma de lograrlo es aplicar bien documentados, validados códigos de análisis, según un informe de 2011 de una coalición de investigadores de las universidades, la industria y el gobierno, apoyado por el Centro de Atkinson para un Futuro Sostenible. Las partes principales de una turbina moderna puede costar (porcentaje del total): torre de 22%, 18% cuchillas, caja de cambios 14%, generador 8%.

Conclusiones generales

Las siguientes conclusiones y recomendaciones sobre las futuras generaciones de aerogeneradores, en donde la mayoría de estos proyectos deben sin embargo ser sujetos de una intensa investigación nacional y financiado por la UE con el fin de llegar a conclusiones sobre los impactos de la energía eólica marina en relación con las cuestiones ambientales, la aceptación social y los conflictos de interés: Es altamente recomendable que las actuales incertidumbres y lagunas de conocimiento son reemplazados por el conocimiento y la certeza ante el real desarrollo a gran escala de la energía eólica marina se inicia.

Los posibles impactos ambientales negativos:

Aves:o Colisiones con turbinao Turbinas que actúan como barreras para las aves migratoriaso Derrocamiento de alimentación / áreas de reproducción, debido ao Emisión de ruido de las turbinas en funcionamiento y los vasos durante la

construcción, mantenimiento y desmontajeo Los movimientos de las cuchillaso Cambios importantes en la cadena alimentaria, por ejemplo, debido a la

estructura del nuevo sedimento y el efecto arrecife artificialo Accidentes (choques con los petroleros por ejemplo, no sólo causando

derrocamiento de aves debido al derrame de petróleo, sino también matar a las aves)

Mamíferos:o Pérdida de hábitat debido a lao Las emisiones de ruidoo Los movimientos de las cuchillaso Cambios en la cadena alimentariao Los campos electromagnéticos y las vibraciones, por ejemplo, afectando el sistema

de sonaro Accidentes

Peces:o Impactos sobre los peces y larvas de peces fromsedimentation / turbidez, el ruido

submarino, vibraciones y campos electromagnéticoso Efectos de arrecife artificialo Efectos de los accidentes

Fauna y fondos marinoso Cambios en la estructura de los sedimentoso Pérdida directa de huellas fundación y cableo Impacto en el biotopo de fundaciones / sustratos duros y los campos

electromagnéticos

o Alteración / destrucción del bentos por accidentes de buques / aeronaves Línea costera

o Impacto en la costa debido a los cambios actuales / sedimentos derivados de cables

o Impacto en la costa debido a los accidentes Impacto visual

o Hechas por el hombre los obstáculos en un paisaje de otro modo sin estructura Impacto acústico

o Aumento de la velocidad de punta de pala y la capacidad de sonido para propagar de manera más eficiente en la superficie del mar puede conducir a impactos de ruido

o Impacto sobre las aves, los mamíferos marinos y peces de ruido bajo el agua Conflictos de interés:

o Riesgo de colisión con los buques (incluidos los buques de mantenimiento), helicópteros y aviones de vuelo bajo

o Perturbación de señales de radar y de radio Aceptación Social

o Reducida debido a la aceptación sin resolver cuestiones de impacto ambiental, la falta de influencia pública en el proyecto (por ejemplo, diseño de granja) y la falta de implicación de las finanzas públicas en / propiedad de las granjas marinas

Políticaso Inseguro / insuficientes los mecanismos de apoyo a bloquear el futuro desarrollo a

gran escala de la energía eólica marina