Turbina Eólica Terrestre: Distintos usos y funcionamientos.

turbina Eólica terrestre

Una turbina eólica terrestre o en tierra, se instala por definición en tierra y es diferente de las turbinas eólicas marinas instaladas en el mar . Convierte la energía cinética del viento en energía mecánica.

El proceso de conversión de energía mecánica en energía eléctrica es similar al de una dínamo.

Convirtiendo el movimiento de una rueda en electricidad que alimenta las luces de una bicicleta.

La energía mecánica acumulada se puede usar directamente para bombear agua o moler grano, como lo hacen los molinos.

Hoy en día, en la gran mayoría de los casos, la energía mecánica se transforma por segunda vez en energía eléctrica .

El proceso de conversión de energía mecánica en energía eléctrica es similar al de una dínamo, convirtiendo el movimiento de una rueda en electricidad que alimenta las luces de una bicicleta.

Cuando una turbina eólica produce electricidad, se la puede llamar un aerogenerador.

Los aerogeneradores de eje horizontal son hoy en día la forma más común de turbinas eólicas.

La máquina generalmente consta de 3 cuchillas orientables llevadas por un rotor, que está unido a una góndola que alberga un generador eléctrico.

El conjunto está instalado en la parte superior de un mástil de varias decenas de metros de altura.

Una turbina eólica terrestre de 2 MW promedia de 80 a 125 metros de alto en promedio y puede pesar hasta 300 toneladas.

Se usa un motor para orientar el conjunto de la góndola del rotor de la turbina eólica para colocarlo de cara al viento.

El viento gira las cuchillas (entre 5 y 25 revoluciones por minuto) que accionan el rotor y luego el generador que es integral con ellos.

Los dos modos de explotación de la energía eólica terrestre son:

  • Uso industrial en el contexto de un parque eólico:

Un conjunto de aerogeneradores se agrupan en el mismo sitio que está conectado a la red eléctrica.

  • Uso doméstico para “viento pequeño”:

Las pequeñas turbinas eólicas terrestres también pueden satisfacer las necesidades de las personas o de los pequeños agricultores.

Las turbinas eólicas utilizadas en este caso operan de acuerdo con los mismos principios de conversión de la energía cinética del viento.

Su potencia varía generalmente entre 0.1 y 36 kW y la altura de su mástil es inferior a 35 m.

Estas turbinas de viento pueden suministrar edificios aislados que no están conectados a la red eléctrica o que pueden conectarse a la red para revender la producción.

Funcionamiento Técnico o Científico de una Turbina Eólica Terrestre

Funcionamiento de una turbina eólica convencional (eje horizontal de tres ejes)

Debido al mejor compromiso entre la eficiencia y la velocidad de arranque, el diseño de turbinas eólicas horizontales de tres ejes domina hoy en día el mercado eólico en tierra.

La transformación de la energía cinética del viento en energía mecánica y luego en energía eléctrica se lleva a cabo en cuatro etapas:

la transformación de la energía cinética del viento en energía mecánica

Las cuchillas operan con el mismo principio que las alas de un avión:

*La diferencia de presión entre las dos caras de la cuchilla crea una fuerza aerodinámica y pone el rotor en movimiento.

La potencia del viento y, en consecuencia, la energía mecánica almacenada por la turbina eólica, aumenta con la altitud.

La perturbación de las corrientes de aire es ciertamente menor.

la aceleración del movimiento de rotación gracias al multiplicador

Las palas de una turbina eólica grande funcionan a una velocidad de entre 5 y 15 revoluciones por minuto (cuanto más grande es la turbina eólica, más lenta es la velocidad de rotación).

La mayoría de los generadores de turbina eólica tienen que funcionar a altas velocidades (de 1,000 a 2,000 rpm) para producir electricidad.

Este aumento en la velocidad se logra usando el multiplicador, también llamado caja de engranajes, que es un tren de engranajes.

El multiplicador es una parte pesada y costosa.

Esta es la razón por la cual algunas turbinas eólicas grandes usan generadores de “accionamiento directo” de baja velocidad en los que el rotor impulsa directamente un generador especialmente diseñado sin un paso intermedio de aceleración.

la producción de electricidad por el generador

El generador, ubicado en la góndola de la turbina eólica, es accionado por un eje mecánico.

La energía mecánica transmitida se convierte en energía eléctrica por el generador, a un voltaje de 600 a 1000 voltios.

El tratamiento de la electricidad por el convertidor y el transformador

La electricidad producida por un aerogenerador se procesa mediante un convertidor electrónico.

Esto ajusta la frecuencia de la corriente producida por la turbina eólica a la de la red eléctrica a la que está conectada (50 Hz en Europa).

El voltaje también se incrementa mediante un transformador a 20,000 o 30,000 voltios.

La electricidad se enruta a través de un cable para ser inyectado en la red eléctrica.

Tecnología probada

La turbina eólica terrestre se ha utilizado durante varias décadas.

La retroalimentación es consistente y las variables financieras conocidas.

Las turbinas eólicas terrestres son menos caras de instalar y más fáciles de mantener que las turbinas eólicas marinas.

Y deben responder a los desafíos técnicos más grandes relacionados con las condiciones del medio marino.

Sin embargo, el rendimiento potencial es menos importante en tierra que en alta mar, tanto en términos de calidad, debido a la velocidad reducida y la constancia del viento, como en cantidad, porque el área marina es más grande.

Nuevas formas de optimizar el recurso

El viento es variable y la energía eólica se enfrenta a un problema de intermitencia de la producción de electricidad.

Sin embargo, hoy no existe una solución económicamente satisfactoria para el almacenamiento a gran escala de la electricidad producida .

La propagación de “redes inteligentes” es un camino de desarrollo significativo para integrar la energía eólica en redes eléctricas futuras.

Estos sistemas ayudarán a enfrentar los desafíos del mañana:

  • Gestionar mejor los flujos y suavizar el suministro y la demanda de electricidad.
  • Integrar nuevas fuentes de energía renovable.
  • Llimitar el uso de centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles (ahora utilizadas para hacer frente a los picos de demanda).

Los países líderes

A fines de junio de 2014, los tres países con mayor capacidad de generación de energía eólica (mixtos en tierra y costa afuera) son:

  • China con una capacidad eólica instalada de 98.6 GW;
  • los Estados Unidos con 61,9 GW;
  • Alemania con 36.5 GW.

China instaló el 40,7% de la nueva capacidad eólica en todo el mundo en el primer semestre de 2014.

España e India están en 4 y 5 posiciones con capacidad respectiva de 23 GW y 21,3 GW.

Luego están el Reino Unido, Francia, Italia y Canadá, que tienen capacidades eólicas entre 11.2 y 8.5 GW.

Solo China ha instalado 40.7% de nueva capacidad de turbina eólica terrestre en todo el mundo en el primer semestre de 2014.

Los parques eólicos terrestres más grandes del mundo se encuentran principalmente en los Estados Unidos.

Por ejemplo, el parque eólico Roscoe, Texas abarca casi 400 kilómetros cuadrados y cuesta $ 1 mil millones.

La flota consta de 627 aerogeneradores de varios tamaños (105 a 126 metros de altura).

Construidos por tres fabricantes: Mitsubishi, Siemens y General Electric.

Con una capacidad de 781,5 MW (un poco menos que un reactor nuclear de tamaño medio – 900 MW).

Ésta flota puede satisfacer las necesidades de electricidad de aproximadamente 230,000 hogares estadounidenses, según su operador E.ON .

También se planifican parques eólicos interconectados con una capacidad acumulada de varios miles de megavatios (por ejemplo, Gansu en China, Markbygden en Suecia, horizonte 2020).

 

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