El diseño de turbinas eólicas es el proceso de definir la forma y configuración de una turbina eólica para extraer energía del viento . [1] Una instalación consta de los sistemas necesarios para capturar la energía del viento, apuntar la turbina hacia el viento, convertir la rotación mecánica en energía eléctrica y otros sistemas para arrancar, detener y controlar la turbina.
En 1919, el físico alemán Albert Betz demostró que para una máquina de extracción de energía eólica ideal hipotética, las leyes fundamentales de conservación de la masa y la energía no permitían capturar más de 16/27 (59,3%) de la energía cinética del viento . Este límite de la ley de Betz puede aproximarse a los diseños de turbinas modernas que alcanzan del 70 al 80% de este límite teórico.
Además de las palas, el diseño de un sistema completo de energía eólica también debe abordar el eje, los controles, el generador, la estructura de soporte y los cimientos. Las turbinas también deben integrarse en las redes eléctricas.
Aerodinámica
La forma y dimensión de la hoja están determinadas por el rendimiento aerodinámico requerido para extraer energía de manera eficiente y por la fuerza requerida para resistir las fuerzas en la hoja.
La aerodinámica de una turbina eólica de eje horizontal no es sencilla. El flujo de aire en las palas no es el mismo que el de la turbina. La forma en que se extrae la energía del aire también hace que el aire sea desviado por la turbina. La aerodinámica de las turbinas eólicas en la superficie del rotor exhibe fenómenos que rara vez se ven en otros campos aerodinámicos.
Control de poder
La velocidad de rotación debe controlarse para una generación de energía eficiente y para mantener los componentes de la turbina dentro de los límites de velocidad y par. La fuerza centrífuga sobre las palas aumenta con el cuadrado de la velocidad de rotación, lo que hace que esta estructura sea sensible al exceso de velocidad. Debido a que la potencia aumenta con el cubo de la velocidad del viento, las turbinas deben sobrevivir a cargas de viento mucho más altas (como ráfagas de viento) que aquellas cargas a partir de las cuales generan energía.
Una turbina eólica debe producir energía en un rango de velocidades del viento. La velocidad de corte es de alrededor de 3-4 m / s para la mayoría de las turbinas y el corte a 25 m / s. [2] Si se excede la velocidad nominal del viento, la potencia debe limitarse.
Un sistema de control involucra tres elementos básicos: sensores para medir las variables del proceso, actuadores para manipular la captura de energía y la carga de componentes, y algoritmos de control que aplican la información recopilada por los sensores para coordinar los actuadores. [3]
Cualquier viento que sople por encima de la velocidad de supervivencia daña la turbina. La velocidad de supervivencia de las turbinas eólicas comerciales varía de 40 m / s (144 km / h, 89 MPH) a 72 m / s (259 km / h, 161 MPH), típicamente alrededor de 60 m / s (216 km / h, 134 MPH). Algunas turbinas pueden sobrevivir a 80 metros por segundo (290 km / h; 180 mph). [4]
Puesto
Una pérdida en un perfil aerodinámico ocurre cuando el aire pasa sobre él de tal manera que la generación de sustentación disminuye rápidamente. Por lo general, esto se debe a un alto ángulo de ataque (AOA), pero también puede deberse a efectos dinámicos. Las palas de una turbina de paso fijo pueden diseñarse para detenerse en altas velocidades del viento, lo que ralentiza la rotación. [5] Este es un mecanismo simple a prueba de fallas para ayudar a prevenir daños. Sin embargo, a excepción de los sistemas con paso controlado dinámicamente, no puede producir una salida de potencia constante en un amplio rango de velocidades del viento, lo que lo hace menos adecuado para aplicaciones de redes eléctricas a gran escala . [6]
Un HAWT de velocidad fija aumenta inherentemente su ángulo de ataque a mayor velocidad del viento a medida que las palas se aceleran. Una estrategia natural, entonces, es permitir que la pala se detenga cuando aumenta la velocidad del viento. Esta técnica se utilizó con éxito en muchos HAWT tempranos. Sin embargo, el grado de paso de las palas tendía a incrementar los niveles de ruido.
Se pueden usar generadores de vórtice para controlar las características de elevación de la hoja. Los VG se colocan en el perfil aerodinámico para mejorar la sustentación si se colocan en la superficie inferior (más plana) o limitar la sustentación máxima si se colocan en la superficie superior (comba más alta). [7]
Enrollar
El enrollado funciona disminuyendo el ángulo de ataque, lo que reduce la resistencia y la sección transversal de la hoja. Un problema importante es hacer que las palas se detengan o se doblen lo suficientemente rápido en una ráfaga de viento. Una pala de turbina completamente enrollada, cuando se detiene, mira el borde de la pala hacia el viento.
Las cargas se pueden reducir haciendo un sistema estructural más suave o más flexible. [3] Esto se puede lograr con rotores a favor del viento o con palas curvas que giran naturalmente para reducir el ángulo de ataque a velocidades del viento más altas. Estos sistemas no son lineales y acoplan la estructura al campo de flujo, lo que requiere que las herramientas de diseño evolucionen para modelar estas no linealidades.
Las turbinas estándar se enrollan con vientos fuertes. Dado que el enrollado requiere actuar contra el par de torsión de la hoja, se requiere alguna forma de control del ángulo de inclinación, que se logra con un mecanismo de giro . Este accionamiento inclina con precisión la hoja mientras resiste altas cargas de torsión. Además, muchas turbinas utilizan sistemas hidráulicos. Estos sistemas suelen estar accionados por resorte, de modo que si falla la energía hidráulica, las cuchillas se enrollan automáticamente. Otras turbinas utilizan un servomotor eléctrico para cada pala. Disponen de reserva de batería en caso de fallo de la red. Turbinas de viento pequeño (menos de 50 kW) con variable de lanzadores generalmente usan sistemas operados por la fuerza centrífuga, ya sea por contrapesos o diseño geométrico, y evitar los controles eléctricos o hidráulicos.
Existen brechas fundamentales en el control del tono, lo que limita la reducción de los costos de energía, según un informe financiado por el Atkinson Center for a Sustainable Future . La reducción de carga se centra actualmente en el control del paso de las palas en todo el tramo, ya que los motores de paso individuales son los actuadores en las turbinas comerciales. Se ha demostrado una mitigación de carga significativa en simulaciones para palas, torre y tren de transmisión. Sin embargo, se necesitan más investigaciones para aumentar la captura de energía y mitigar las cargas de fatiga.
Una técnica de control aplicada al ángulo de inclinación se realiza comparando la potencia de salida con el valor de potencia a la velocidad nominal del motor (referencia de potencia, referencia Ps). El control de tono se realiza con el controlador PI. Para ajustar el tono lo suficientemente rápido, el actuador utiliza la constante de tiempo Tservo, un integrador y limitadores. El ángulo de inclinación permanece de 0 ° a 30 ° con una tasa de cambio de 10 ° / segundo.
Como en la figura de la derecha, el ángulo de paso de referencia se compara con el ángulo de paso real by luego el actuador corrige la diferencia. El ángulo de paso de referencia, que proviene del controlador PI, pasa por un limitador. Las restricciones son importantes para mantener el ángulo de inclinación en términos reales. Limitar la tasa de cambio es especialmente importante durante las fallas de la red. La importancia se debe al hecho de que el controlador decide qué tan rápido puede reducir la energía aerodinámica para evitar la aceleración durante los errores. [3]
Otros controles
Torque del generador
Las grandes turbinas eólicas modernas funcionan a velocidades variables. Cuando la velocidad del viento cae por debajo de la velocidad nominal de la turbina, el par del generador se usa para controlar la velocidad del rotor para capturar la mayor cantidad de energía posible. La mayor potencia se captura cuando la relación de velocidad de la punta se mantiene constante en su valor óptimo (típicamente 6 o 7). Esto significa que la velocidad del rotor aumenta proporcionalmente a la velocidad del viento. La diferencia entre el par aerodinámico capturado por las palas y el par del generador aplicado controla la velocidad del rotor. Si el par del generador es menor, el rotor acelera, y si el par del generador es mayor, el rotor se desacelera. Por debajo de la velocidad del viento nominal, el control de par del generador está activo mientras que el paso de la pala se mantiene típicamente en el ángulo constante que captura la mayor cantidad de energía, bastante plano para el viento. Por encima de la velocidad del viento nominal, el par del generador generalmente se mantiene constante mientras que el paso de la pala se ajusta en consecuencia.
Una técnica para controlar un motor síncrono de imanes permanentes es el control orientado al campo . El control orientado al campo es una estrategia de circuito cerrado compuesta por dos controladores de corriente (un circuito interior y un circuito exterior en cascada) necesarios para controlar el par y un controlador de velocidad.
Control de ángulo de par constante
En esta estrategia de control, la corriente del eje d [ aclaración necesaria ] se mantiene en cero, mientras que la corriente vectorial se alinea con el eje q para mantener el ángulo de par en 90 o . Esta es una estrategia de control común porque solo se debe controlar la corriente Iqs. La ecuación de par del generador es una ecuación lineal que depende solo de la corriente Iqs.
Entonces, el par electromagnético para Ids = 0 (podemos lograrlo con el controlador del eje d) es ahora:
Así, el sistema completo del convertidor del lado de la máquina y los lazos del controlador PI en cascada viene dado por la figura. Las entradas de control son las raciones de trabajo m ds y m qs , del convertidor regulado por PWM. Muestra el esquema de control de la turbina eólica en el lado de la máquina y, simultáneamente, cómo el ID llega a cero (la ecuación de par es lineal).
Bostezo
Por lo general, las turbinas grandes se controlan de forma activa 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 el viento y la dirección de puntería de la turbina), se maximiza la salida de potencia y se minimizan las cargas no simétricas. Sin embargo, dado que la dirección del viento varía, la turbina no sigue estrictamente el viento y experimenta un pequeño ángulo de guiñada en promedio. Las pérdidas de potencia de salida se pueden aproximar para caer con ( cos (ángulo de guiñada)) 3 . Particularmente a velocidades de viento bajas a medias, la guiñada puede reducir significativamente la salida, con variaciones comunes del viento que alcanzan los 30 °. A altas velocidades del viento, la dirección del viento es menos variable.
Frenado electrico
Se puede frenar una turbina pequeña descargando energía del generador en un banco de resistencias , convirtiendo la energía cinética 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.
El frenado cíclico ralentiza las palas, lo que aumenta el efecto de estancamiento y reduce la eficiencia. La rotación se puede mantener a una velocidad segura en vientos más rápidos mientras se mantiene la salida de potencia (nominal). Este método generalmente no se aplica en grandes turbinas eólicas conectadas a la red.
Frenado mecánico
Un freno de tambor mecánico o un freno de disco detiene la rotación en situaciones de emergencia como ráfagas extremas. El freno es un medio secundario para mantener la turbina en reposo para el mantenimiento, con un sistema de bloqueo del rotor como medio principal. Dichos frenos generalmente se aplican solo después de que el enrollado de la hoja y el frenado electromagnético han reducido la velocidad de la turbina porque los frenos mecánicos pueden encender un fuego dentro de la góndola si se usan a máxima velocidad. La carga de la turbina aumenta si el freno se aplica a las RPM nominales .
Tamaño de la turbina
Las turbinas vienen en clases de tamaño. El más pequeño, con una potencia inferior a 10 kW se utilizan en los hogares, granjas y aplicaciones remotas, mientras que las turbinas eólicas intermedia (10-250 kW) son útiles para el poder del pueblo, los sistemas híbridos y de energía distribuida turbina eólica más grande de .El mundo a partir de 2021 fue Vestas «Turbina GE V236-15.0 MW. Las palas del nuevo diseño ofrecen el área de barrido más grande del mundo con tres palas de 115,5 m (379 pies). [8]
Para una velocidad del viento dada, la masa de la turbina es aproximadamente proporcional al cubo de la longitud de su pala. La energía eólica interceptada es proporcional al cuadrado de la longitud de la pala. [9] La longitud máxima de la pala de una turbina está limitada por consideraciones de resistencia, rigidez y transporte.
Los costos de mano de obra y mantenimiento aumentan más lentamente que el tamaño de la turbina, por lo que para minimizar los costos, las turbinas de los parques eólicos están básicamente limitadas por la resistencia de los materiales y los requisitos de ubicación.
Las turbinas típicas tienen diámetros de 40 a 90 metros (130 a 300 pies) y tienen una potencia de entre 500 kW y 2 MW.
Baja temperatura
Los generadores de turbinas eólicas a escala de servicios públicos tienen límites de operación de temperatura mínima que se aplican en áreas con temperaturas por debajo de -20 ° C (-4 ° F). Las turbinas deben protegerse de la acumulación de hielo que puede hacer que las lecturas del anemómetro sean inexactas y que, en ciertos diseños de control de turbinas, puede causar grandes cargas y daños en la estructura. Algunos fabricantes de turbinas ofrecen paquetes de baja temperatura a un costo adicional, que incluyen calentadores internos, diferentes lubricantes y diferentes aleaciones para elementos estructurales. Si las bajas temperaturas se combinan con una condición de viento bajo, la turbina requiere un suministro externo de energía, equivalente a un pequeño porcentaje de su potencia nominal, para calefacción interna. Por ejemplo, el parque eólico St. Leon en Manitoba , Canadá, tiene una potencia total de 99 MW y se estima que necesita hasta 3 MW (alrededor del 3% de la capacidad) de energía de servicio de la estación unos días al año para temperaturas de hasta -30 ° C (-22 ° F). [ cita requerida ]
Góndola
La góndola alberga la caja de cambios y el generador que conectan la torre y el rotor. Los sensores detectan la velocidad y la dirección del viento, y los motores giran la góndola hacia el viento para maximizar la salida.
Caja de cambios
En las turbinas eólicas convencionales, las palas hacen girar un eje que está conectado a través de una caja de cambios al generador. La caja de engranajes convierte la velocidad de giro de las palas (15 a 20 RPM para una turbina de un megavatio) en las 1.800 (750-3600) RPM que el generador necesita para generar electricidad. [10] Los analistas de GlobalData estiman que el mercado de cajas de cambios creció de $ 3,2 mil millones en 2006 a $ 6,9 mil millones en 2011. El líder del mercado fue Winergy en 2011. [11] El uso de cajas de cambios magnéticas se ha explorado como una forma de reducir los costos de mantenimiento. [12]
Generador
Para grandes turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT), el generador [13] está montado en una góndola en la parte superior de una torre, detrás del cubo del rotor. Normalmente, las turbinas eólicas generan electricidad a través de máquinas asíncronas conectadas directamente a la red. La caja de cambios reduce el costo y el peso del generador. Los generadores comerciales tienen un rotor que lleva un devanado de modo que se produce un campo magnético giratorio dentro de un conjunto de devanados llamado estator . Mientras que el devanado giratorio consume una fracción de un porcentaje de la salida del generador, el ajuste de la corriente de campo permite un buen control sobre el voltaje de salida.
Frecuencia de salida que varía del rotor y la tensión pueden adaptarse a los valores fijos de la red utilizando múltiples tecnologías tales como generadores de inducción doblemente alimentado o convertidores-efecto completo que transforma la corriente de frecuencia variable a DC y luego de vuelta a AC . Aunque tales alternativas requieren equipos costosos y energía de costo, la turbina puede capturar una fracción significativamente mayor de la energía eólica. En algunos casos, especialmente en alta mar, la energía de CC se transmite a un inversor en tierra .
Gearless
Las turbinas eólicas sin engranajes (también llamadas transmisión directa ) eliminan la caja de cambios. En cambio, el eje del rotor está conectado directamente al generador, que gira a la misma velocidad que las palas.
Las ventajas de los generadores de accionamiento directo de imanes permanentes (PMDD) sobre los generadores de engranajes incluyen una mayor eficiencia, menor ruido, mayor vida útil, alto par a bajas revoluciones, posicionamiento más rápido y preciso y rigidez del accionamiento. Los generadores PMDD "eliminan el incrementador de velocidad de engranajes, que es susceptible a una carga de par de fatiga acumulada significativa, problemas de confiabilidad relacionados y costos de mantenimiento". [14]
Para compensar la velocidad de rotación más lenta de un generador de transmisión directa, se aumenta el diámetro del rotor del generador para que pueda contener más imanes para crear la frecuencia y potencia requeridas. Las turbinas eólicas sin engranajes suelen ser más pesadas que las turbinas eólicas con engranajes. Un estudio de la UE mostró que la fiabilidad de la caja de cambios no es el principal problema de las turbinas eólicas. [ cita requerida ] La confiabilidad de las turbinas de transmisión directa en alta mar aún no se conoce, dado el pequeño tamaño de la muestra.
Los expertos de la Universidad Técnica de Dinamarca estiman que un generador con engranajes con imanes permanentes puede requerir 25 kg / MW del neodimio del elemento de tierras raras , mientras que un generador sin engranajes puede usar 250 kg / MW. [15]
En diciembre de 2011, el Departamento de Energía de EE. UU. Anunció una escasez crítica de elementos de tierras raras como el neodimio. [16] China produce más del 95% [16] : 9 de elementos de tierras raras, mientras que Hitachi posee más de 600 patentes que cubren imanes de neodimio . [16] : 56 Las turbinas de accionamiento directo requieren 600 kg de material de imán permanente por megavatio, lo que se traduce en varios cientos de kilogramos de contenido de tierras raras por megavatio, [16] : 20 ya que se estima que el contenido de neodimio es el 31% del peso del imán . Las transmisiones híbridas (intermedias entre la transmisión directa y los engranajes tradicionales) utilizan significativamente menos materiales de tierras raras. Si bien las turbinas eólicas de imán permanente solo representan alrededor del 5% del mercado fuera de China, su participación de mercado dentro de China se estima en un 25% o más. [16] : 20 En 2011, se estimó que la demanda de neodimio en las turbinas eólicas era 1/5 de la de los vehículos eléctricos. [16] : 91
Cuchillas
Diseño de hoja
La relación entre la velocidad de la pala y la velocidad del viento se denomina relación de velocidad de la punta . Las turbinas de 3 palas de alta eficiencia tienen relaciones de velocidad punta / velocidad del viento de 6 a 7. Las turbinas eólicas giran a velocidades variables (como consecuencia del diseño de su generador). El uso de aluminio y materiales compuestos ha contribuido a una baja inercia rotacional , lo que significa que las turbinas eólicas más nuevas pueden acelerar rápidamente si los vientos se levantan, manteniendo la relación de velocidad de la punta casi constante. Operar más cerca de su relación de velocidad de punta óptima durante ráfagas de viento enérgicas permite que las turbinas eólicas mejoren la captura de energía de ráfagas repentinas.
El ruido aumenta con la velocidad de la punta. Aumentar la velocidad de la punta sin aumentar el ruido reduciría el par en la caja de engranajes y el generador, lo que reduciría las cargas estructurales y, por lo tanto, reduciría los costos. [3] La reducción de ruido está relacionada con la aerodinámica detallada de la pala, especialmente los factores que reducen el estancamiento abrupto. La incapacidad de predecir la pérdida restringe el uso de aerodinámica agresiva. [3] Algunas palas (principalmente en Enercon ) tienen una aleta para aumentar el rendimiento y reducir el ruido. [17]
Una pala puede tener una relación de elevación a arrastre de 120, [18] en comparación con 70 para un planeador y 15 para un avión. [19]
El hub
En diseños simples, las palas están atornilladas directamente al buje y no pueden inclinarse, lo que conduce a una pérdida aerodinámica por encima de ciertas velocidades del viento. En diseños más sofisticados, se atornillan al cojinete de cabeceo , que ajusta su ángulo de ataque con la ayuda de un sistema de cabeceo de acuerdo con la velocidad del viento. [20] El control del paso se realiza mediante sistemas hidráulicos o eléctricos ( batería o ultracondensador ). [21] El cojinete de paso está atornillado al cubo. El cubo está fijado al eje del rotor que impulsa el generador directamente o mediante una caja de cambios.
Recuento de hojas
El número de palas se selecciona en función de la eficiencia aerodinámica, los costes de los componentes y la fiabilidad del sistema. Las emisiones de ruido se ven afectadas por la ubicación de las palas a barlovento o sotavento de la torre y la velocidad del rotor. Dado que las emisiones de ruido de los bordes de salida y las puntas de las palas varían en la quinta potencia de la velocidad de la cuchilla, un pequeño aumento en la velocidad de la punta aumenta drásticamente el ruido.
Las turbinas eólicas utilizan casi universalmente dos o tres palas. Sin embargo, las patentes presentan diseños con palas adicionales, como el sistema de palas de rotor de unidades múltiples de Chan Shin. [22] La eficiencia aerodinámica aumenta con el número de palas pero con un rendimiento decreciente. Aumentar de uno a dos produce un aumento del seis por ciento, mientras que pasar de dos a tres produce un tres por ciento adicional. [23] El aumento adicional del número de hojas produce mejoras mínimas y sacrifica demasiado la rigidez de la hoja a medida que las hojas se vuelven más delgadas. [ cita requerida ]
Teóricamente, un número infinito de palas de ancho cero es lo más eficiente, operando a un valor alto de la relación de velocidad de la punta, pero esto no es práctico. [24]
Los costos de los componentes afectados por el número de palas son principalmente los materiales y la fabricación del rotor de la turbina y el tren de transmisión. [25] Generalmente, cuanto menor es el número de hojas, menores son los costos de material y fabricación. Además, un menor número de hojas permite una mayor velocidad de rotación. Los requisitos de rigidez de la hoja para evitar la interferencia de la torre limitan el grosor de la hoja, pero solo cuando las hojas están a barlovento de la torre; la deflexión en una máquina a favor del viento aumenta el espacio libre de la torre. Menos palas con velocidades de rotación más altas reducen el par máximo en el tren de transmisión, lo que resulta en menores costos de la caja de engranajes y del generador.
La confiabilidad del sistema se ve afectada por el recuento de palas principalmente a través de la carga dinámica del rotor en el tren de transmisión y los sistemas de torre. Al alinear la turbina eólica a los cambios en la dirección del viento (guiñada), cada pala experimenta una carga cíclica en su extremo de raíz, dependiendo de la posición de la pala. Sin embargo, estas cargas cíclicas cuando se combinan en el eje del tren de transmisión se equilibran simétricamente para tres palas, lo que produce un funcionamiento más suave durante la guiñada. Las turbinas de una o dos palas pueden usar un cubo oscilante pivotante para eliminar casi las cargas cíclicas en el eje de transmisión y el sistema durante la guiñada. En 2012, se probó en Dinamarca una turbina china de dos palas de 3,6 MW. [26]
La estética es un factor en el que el rotor de tres palas es más agradable a la vista que un rotor de una o dos palas. [ cita requerida ]
Materiales de la hoja
En general, los materiales deben cumplir los siguientes criterios:
- amplia disponibilidad y fácil procesamiento para reducir costos y mantenimiento
- bajo peso o densidad para reducir las fuerzas gravitacionales
- alta resistencia para soportar el viento y la carga gravitacional
- alta resistencia a la fatiga para soportar cargas cíclicas
- alta rigidez para garantizar la estabilidad de la forma y orientación óptimas de la hoja y el espacio libre con la torre
- alta tenacidad a la fractura
- la capacidad de resistir impactos ambientales como rayos, humedad y temperatura [27]
Los metales son indeseables debido a su vulnerabilidad a la fatiga. Las cerámicas tienen baja tenacidad a la fractura, lo que resulta en una falla temprana de la hoja. Los polímeros tradicionales no son lo suficientemente rígidos para ser útiles y la madera tiene problemas de repetibilidad, especialmente considerando la longitud de la hoja. Eso deja compuestos reforzados con fibra, que tienen alta resistencia y rigidez y baja densidad. [ cita requerida ]
Las velas de madera y lona se utilizaron en los primeros molinos de viento debido a su bajo precio, disponibilidad y facilidad de fabricación. Las hojas más pequeñas se pueden fabricar con metales ligeros como el aluminio . Sin embargo, estos materiales requieren un mantenimiento frecuente. La construcción de madera y lona limita la forma de la superficie aerodinámica a una placa plana, que tiene una relación relativamente alta de resistencia a la fuerza capturada (baja eficiencia aerodinámica) en comparación con las superficies aerodinámicas sólidas. La construcción de diseños de superficies aerodinámicas sólidas requiere materiales inflexibles como metales o compuestos . Algunas palas incorporan pararrayos.
El aumento de la longitud de la hoja empujó la generación de energía del rango de un solo megavatio a más de 10 megavatios. Un área más grande aumenta efectivamente la relación de velocidad punta a una determinada velocidad del viento, aumentando así su extracción de energía. [28] Se puede utilizar software como HyperSizer (desarrollado originalmente para el diseño de naves espaciales) para mejorar el diseño de las palas. [29] [30]
En 2015, los diámetros del rotor de las palas de las turbinas eólicas terrestres alcanzaron los 130 metros, [31] mientras que el diámetro de las turbinas marinas alcanzó los 170 metros. [32] En 2001, se estima que se utilizaron 50 millones de kilogramos de laminado de fibra de vidrio en las palas de las turbinas eólicas. [33]
Un objetivo importante es controlar el peso de la hoja. Dado que la masa de las palas se escala como el cubo del radio de la turbina, la carga por gravedad limita los sistemas con palas más grandes. [34] Las cargas gravitacionales incluyen cargas axiales y de tracción / compresión (arriba / abajo de rotación), así como flexión (posiciones laterales). La magnitud de estas cargas fluctúa cíclicamente y los momentos de borde (ver más abajo) se invierten cada 180 ° de rotación . Las velocidades típicas del rotor y la vida útil de diseño son ~ 10 y 20 años, respectivamente, con un número de revoluciones de por vida del orden de 10 ^ 8. Teniendo en cuenta el viento, se espera que las palas de la turbina pasen por ~ 10 ^ 9 ciclos de carga.
El viento es otra fuente de carga de las palas del rotor. El levantamiento hace que se doble en la dirección plana (fuera del plano del rotor) mientras que el flujo de aire alrededor de la hoja causa que se doble hacia el borde (en el plano del rotor). La flexión de los flaps implica tensión en el lado de presión (contra el viento) y compresión en el lado de succión (a favor del viento). La flexión de borde implica tensión en el borde de ataque y compresión en el borde de salida.
Las cargas de viento son cíclicas debido a la variabilidad natural en la velocidad del viento y la cizalladura del viento (velocidades más altas en la parte superior de la rotación).
La falla en la carga final de las palas del rotor de una turbina eólica expuestas a la carga del viento y la gravedad es un modo de falla que debe tenerse en cuenta cuando se diseñan las palas del rotor. La velocidad del viento que provoca la flexión de las palas del rotor presenta una variabilidad natural, al igual que la respuesta al estrés en las palas del rotor. Además, la resistencia de las palas del rotor, en términos de sus resistencias a la tracción, presenta una variabilidad natural. [35]
A la luz de estos modos de falla y los sistemas de palas cada vez más grandes, los investigadores buscan materiales rentables con relaciones de resistencia a masa más altas. [27]
Polímero
La mayoría de las palas de turbinas eólicas comercializadas están hechas de polímeros reforzados con fibra (FRP), que son compuestos que consisten en una matriz de polímero y fibras. Las fibras largas proporcionan rigidez y resistencia longitudinal, y la matriz proporciona tenacidad a la fractura, resistencia a la delaminación, resistencia fuera del plano y rigidez. [27] Los índices de materiales basados en maximizar la eficiencia energética, alta tenacidad a la fractura, resistencia a la fatiga y estabilidad térmica son más altos para los plásticos reforzados con fibra de vidrio y carbono (GFRP y CFRP). [36]
En los álabes de las turbinas se utilizan matrices como los termoendurecibles o termoplásticos , aunque los primeros son más habituales. [37] Estos permiten que las fibras se unan y añaden dureza. Los termoendurecibles representan el 80% del mercado, ya que permiten un curado a baja temperatura y una menor viscosidad, combinándose para un fácil procesamiento. Los termoplásticos ofrecen una capacidad de reciclaje que los termoestables no ofrecen, sin embargo, la temperatura de procesamiento y la viscosidad son mucho más altas, lo que limita el tamaño y la consistencia que es importante para las hojas grandes. La tenacidad a la fractura es mayor para los termoplásticos, pero el comportamiento a la fatiga es peor. [38]
La fabricación de palas en el rango de 40 a 50 metros implica técnicas probadas de fabricación de compuestos de fibra de vidrio. Los fabricantes como Nordex SE y GE Wind utilizan un proceso de infusión. Otros fabricantes varían esta técnica, algunos incluyen carbono y madera con fibra de vidrio en una matriz epoxi . Otras opciones incluyen fibra de vidrio preimpregnada ("preimpregnada") y moldeo por transferencia de resina asistida por vacío. Cada una de estas opciones utiliza un compuesto de polímero reforzado con fibra de vidrio construido con diferente complejidad. Quizás el mayor problema con los sistemas húmedos de molde abierto son las emisiones asociadas con los compuestos orgánicos volátiles liberados. Los materiales preimpregnados y las técnicas de infusión de resina evitan la liberación de volátiles al contener todos los COV . Estos procesos contenidos tienen sus desafíos, porque la producción de laminados gruesos necesarios para componentes estructurales se vuelve más difícil. La permeabilidad de la resina de la preforma dicta el espesor máximo del laminado, se requiere sangrado para eliminar los huecos y asegurar una distribución adecuada de la resina. [33] Una solución para la distribución de resina es fibra de vidrio parcialmente impregnada. Durante la evacuación, la tela seca proporciona un camino para el flujo de aire y, una vez que se aplican calor y presión, la resina puede fluir hacia la región seca dando como resultado una estructura laminada impregnada de manera uniforme. [33]
Epoxy
Los compuestos a base de epoxi tienen ventajas medioambientales, de producción y de costes sobre otros sistemas de resina. Los epóxicos también permiten ciclos de curado más cortos, mayor durabilidad y mejor acabado de la superficie. Las operaciones de preimpregnación reducen aún más el tiempo de procesamiento en comparación con los sistemas de laminado húmedo. A medida que las palas de la turbina pasaban los 60 metros, las técnicas de infusión se volvieron más frecuentes, porque los tiempos de inyección del moldeo por transferencia de resina tradicional son demasiado largos en comparación con el tiempo de preparación de la resina, lo que limita el espesor del laminado. La inyección fuerza la resina a través de una pila de capas más gruesa, depositando así la resina en la estructura laminada antes de que se produzca la gelificación. Se han desarrollado resinas epoxi especializadas para personalizar la vida útil y la viscosidad. [40]
Los largueros de soporte de carga reforzados con fibra de carbono pueden reducir el peso y aumentar la rigidez. Se estima que el uso de fibras de carbono en palas de turbinas de 60 metros reduce la masa total de las palas en un 38% y disminuye el costo en un 14% en comparación con el 100% de fibra de vidrio. Las fibras de carbono tienen el beneficio adicional de reducir el grosor de las secciones laminadas de fibra de vidrio, lo que aborda aún más los problemas asociados con la humectación de resina de las secciones laminadas gruesas. Las turbinas eólicas se benefician de la tendencia a la disminución de los costes de la fibra de carbono. [33]
Aunque las fibras de vidrio y carbono tienen muchas cualidades óptimas, sus desventajas incluyen el hecho de que una alta fracción de relleno (10-70% en peso) causa una mayor densidad, así como defectos microscópicos y huecos que pueden conducir a fallas prematuras. [27]
Nanotubos de carbon
Los nanotubos de carbono (CNT) pueden reforzar los nanocompuestos a base de polímeros. Los CNT pueden cultivarse o depositarse sobre las fibras o agregarse a resinas poliméricas como una matriz para estructuras de FRP. El uso de CNT a nanoescala como relleno en lugar del relleno a microescala tradicional (como fibra de vidrio o de carbono) da como resultado nanocompuestos de CNT / polímero, cuyas propiedades se pueden cambiar significativamente con contenidos bajos de relleno (típicamente <5% en peso). Tienen baja densidad y mejoran el módulo elástico, la resistencia y la tenacidad a la fractura de la matriz de polímero. La adición de CNT a la matriz también reduce la propagación de grietas interlaminares. [27]
La investigación actual sobre una fibra de carbono de bajo costo (LCCF) en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge llamó la atención, ya que puede mitigar el daño estructural de los rayos. [41] En las turbinas eólicas de fibra de vidrio, la protección contra rayos (LSP) generalmente se agrega en la parte superior, pero esto es efectivamente un peso muerto en términos de contribución estructural. La fibra de carbono conductora puede eliminar esto, especialmente porque la fibra de carbono es un material mejor, sería ideal.
Investigar
Algunos compuestos poliméricos presentan propiedades de autocuración. [42] Los polímeros autorreparables son atractivos para esta aplicación, ya que las palas de la turbina forman grietas por fatiga debido a tensiones cíclicas repetitivas y, por lo tanto, pueden mejorar la confiabilidad y amortiguar varios defectos como la delaminación. El polímero cura las grietas a medida que se forman. Los alambres de cobre recubiertos de cera de parafina incrustados en un polímero reforzado con fibra crean una red de tubos. Usando estos tubos, diciclopentadieno (DCPD) y un catalizador, luego reaccionan para formar un polímero termoendurecible, que repara las grietas que se forman en el material. Este enfoque aún no es comercial.
Es posible una mejora adicional mediante el uso de nanofibras de carbono (CNF) en los revestimientos de las palas. Un problema importante en los entornos desérticos es la erosión de los bordes de ataque de las palas por el viento cargado de arena, que aumenta la rugosidad y disminuye el rendimiento aerodinámico. La resistencia a la erosión de las partículas de los polímeros reforzados con fibra es pobre en comparación con los materiales metálicos y elastómeros. Reemplazar la fibra de vidrio con CNF en la superficie compuesta mejora en gran medida la resistencia a la erosión. Los CNF proporcionan una buena conductividad eléctrica (importante para los rayos), una alta relación de amortiguación y una buena resistencia al impacto y la fricción. [43] [44]
Para las turbinas eólicas, especialmente aquellas en alta mar o en ambientes húmedos, también se produce la erosión de la superficie de la base. Por ejemplo, en climas fríos, el hielo puede acumularse en las cuchillas y aumentar la aspereza. A altas velocidades, este mismo impacto de erosión puede ocurrir por el agua de lluvia. Un recubrimiento útil debe tener buena adherencia, tolerancia a la temperatura, tolerancia a la intemperie (para resistir la erosión de la sal, lluvia, arena, etc.), resistencia mecánica, tolerancia a la luz ultravioleta y propiedades antihielo y retardantes de llama. Junto con esto, el revestimiento debe ser económico y respetuoso con el medio ambiente. [45]
Las superficies súper hidrofóbicas (SHS) hacen que las gotas de agua se formen y rueden por las cuchillas. [46] SHS previene la formación de hielo, hasta -25 C, ya que cambia el proceso de formación de hielo .; [47] específicamente, se forman pequeñas islas de hielo en SHS, a diferencia de un gran frente de hielo. Además, debido al área de superficie reducida de la superficie hidrófoba, las fuerzas aerodinámicas en la pala permiten que estas islas se deslicen fuera de la pala, manteniendo la aerodinámica adecuada. El SHS se puede combinar con elementos calefactores para prevenir aún más la formación de hielo.
Relámpago
Los daños causados por rayos en el transcurso de una vida útil de 25 años [48] van desde quemaduras y grietas a nivel de la superficie del material laminado hasta roturas en la hoja o separación total de los adhesivos que mantienen unida la hoja. [48] Es más común observar rayos en las puntas de las palas, especialmente en clima lluvioso debido al cableado de cobre incrustado. [49] La contramedida de método más común, especialmente en materiales de palas no conductores como los GFRP y los CFRP, es agregar "pararrayos", que son cables metálicos que conectan a tierra la pala, omitiendo las palas y la caja de engranajes por completo. [49]
Reciclaje de palas
El Consejo Mundial de Energía Eólica (GWEC) predijo que la energía eólica suministrará el 28,5% de la energía mundial para 2030. [50] Esto requiere una flota más nueva y más grande de turbinas más eficientes y el correspondiente desmantelamiento de las más antiguas. Según un estudio de la Asociación Europea de Energía Eólica , en 2010 se consumieron entre 110 y 140 kilotones de materiales compuestos para fabricar palas. [51] La mayor parte del material de la cuchilla termina como desperdicio y requiere reciclaje. A partir de 2020, la mayoría de las cuchillas al final de su uso se almacenan o envían a vertederos en lugar de reciclarse. [52] Normalmente, los polímeros reforzados con fibra de vidrio (GFRP) componen alrededor del 70% del material laminado en la hoja. Los PRFV dificultan la incineración y no son combustibles. [53] Por lo tanto, los métodos de reciclaje convencionales son inapropiados. Dependiendo de si se pueden recuperar fibras individuales, el reciclaje de PRFV implica:
- Reciclaje mecánico: este método no recupera fibras individuales. Los procesos iniciales implican triturar, triturar o triturar. Las piezas trituradas se separan luego en fracciones ricas en fibra y ricas en resina. Estas fracciones se incorporan en última instancia a nuevos compuestos, ya sea como cargas o como refuerzos. [54]
- Procesamiento químico / pirólisis : La descomposición térmica de los compuestos recupera fibras individuales. Para la pirólisis , el material se calienta hasta 500 ° C en un ambiente sin oxígeno, lo que hace que se descomponga en sustancias orgánicas y productos gaseosos de menor peso. Las fibras de vidrio generalmente pierden el 50% de su resistencia y pueden reciclarse para aplicaciones de refuerzo de fibra en pinturas u hormigón. [55] Esto puede recuperar hasta aproximadamente 19 MJ / kg [53] a un costo relativamente alto. Requiere un procesamiento previo mecánico similar.
- Reciclaje estructural directo de compuestos: la idea general es reutilizar el compuesto tal como está, lo que se puede lograr especialmente en materiales compuestos más grandes dividiéndolo en piezas que se pueden usar en otras aplicaciones tal cual, sin alterar las propiedades químicas del componente compuesto. . [56]
La startup Global Fiberglass Solutions afirmó que tenía un método para procesar las hojas en pellets y tableros de fibra para usar en pisos y paredes. La compañía comenzó a producir muestras en una planta en Sweetwater, Texas. [57]
Torre
Altura
Las velocidades del viento aumentan a mayores altitudes debido a la resistencia aerodinámica de la superficie (por la superficie terrestre o acuática) y la viscosidad del aire. La variación de la velocidad con la altitud, llamada cizalladura del viento , es más dramática cerca de la superficie. Normalmente, la variación sigue la ley de potencia del perfil del viento , que predice que la velocidad del viento aumenta proporcionalmente a la séptima raíz de la altitud. Entonces, duplicar la altitud de una turbina aumenta las velocidades del viento esperadas en un 10% y la potencia esperada en un 34%. Para evitar el pandeo , duplicar la altura de la torre generalmente requiere duplicar el diámetro de la torre, aumentando la cantidad de material en un factor de al menos cuatro.
Durante la noche, o cuando la atmósfera se estabiliza, la velocidad del viento cerca del suelo por lo general disminuye, mientras que a la altura del eje de la turbina no disminuye tanto o incluso puede aumentar. Como resultado, la velocidad del viento es mayor y una turbina producirá más energía de la esperada según la ley de 1/7 de potencia: duplicar la altitud puede aumentar la velocidad del viento entre un 20% y un 60%. Una atmósfera estable es causada por el enfriamiento radiativo de la superficie y es común en un clima templado: generalmente ocurre cuando hay un cielo (parcialmente) despejado por la noche. Cuando el viento (de gran altitud) es fuerte (una velocidad del viento de 10 metros superior a aproximadamente 6 a 7 m / s), la atmósfera estable se interrumpe debido a la turbulencia de fricción y la atmósfera se vuelve neutra. Una atmósfera diurna es neutra (sin radiación neta; generalmente con vientos fuertes y nubosidad intensa) o inestable (aire ascendente debido al calentamiento del suelo, por el sol). La ley de potencia de 1/7 es una buena aproximación del perfil del viento. Indiana se calificó con una capacidad eólica de 30.000 MW, pero al elevar la altura esperada de la turbina de 50 ma 70 m se elevó la capacidad eólica a 40.000 MW, y podría duplicarla a 100 m. [58]
Para los HAWT, las alturas de la torre son aproximadamente dos o tres veces los costos de material de equilibrio de la longitud de la hoja de la torre frente a una mejor utilización de los componentes activos más costosos.
Las restricciones viales dificultan el transporte en torres con un diámetro de más de 4,3 m. Los análisis suecos mostraron que la punta del ala inferior debe estar al menos 30 m por encima de las copas de los árboles. [59] Una turbina de 3 MW puede aumentar la producción de 5.000 MWh a 7.700 MWh por año pasando de 80 a 125 metros. [60] Un perfil de torre hecho de carcasas conectadas en lugar de cilindros puede tener un diámetro mayor y aún ser transportable. Det Norske Veritas certificó un prototipo de torre de 100 m con carcasas de 18 mm atornilladas por TC en el centro de pruebas de turbinas eólicas de Høvsøre en Dinamarca , con una góndola Siemens . Los elementos de la carcasa se pueden enviar en contenedores de envío estándar de 12 m . [59] [61] [62]
En 2003, las instalaciones típicas de turbinas eólicas modernas utilizaban torres de 65 metros (213 pies). La altura suele estar limitada por la disponibilidad de grúas . Esto condujo a propuestas para "turbinas eólicas parcialmente autoerigibles" que, para una grúa disponible dada, permiten torres más altas que ubican una turbina en vientos más fuertes y estables, y "turbinas eólicas autoerigibles" que podrían instalarse sin grúas. [63] [64] [65] [66]
Materiales
Actualmente, la mayoría de los aerogeneradores están soportados por torres cónicas de tubos de acero. Estas torres representan del 30% al 65% del peso de la turbina y, por lo tanto, representan un gran porcentaje de los costos de transporte. El uso de materiales de torre más livianos podría reducir el costo total de transporte y construcción, siempre que se mantenga la estabilidad. [67] El acero S500 de grado superior cuesta entre un 20% y un 25% más que el acero S335 ( acero estructural estándar ), pero requiere un 30% menos de material debido a su resistencia mejorada. Por lo tanto, reemplazar las torres de aerogeneradores con acero S500 ofrece ahorros en peso y costo. [68]
Otra desventaja de las torres de acero cónicas es cumplir con los requisitos de las turbinas eólicas de más de 90 metros. El hormigón de alto rendimiento puede aumentar la altura de la torre y prolongar la vida útil. Un híbrido de hormigón pretensado y acero mejora el rendimiento sobre el acero tubular estándar en alturas de torre de 120 metros. [69] El hormigón también permite montar pequeñas secciones prefabricadas en el sitio. [70] Una desventaja de las torres de hormigón es la mayor O
2emisiones durante la producción de hormigón. Sin embargo, el impacto ambiental general debería ser positivo si las torres de hormigón pueden duplicar la vida útil de la turbina eólica. [71]
La madera es otra alternativa: en Alemania opera una torre de 100 metros que soporta una turbina de 1,5 MW. La torre de madera comparte los mismos beneficios de transporte que la torre de carcasa de acero segmentado, pero sin el acero. [72] [73]
Conexión a la red
Las turbinas eólicas conectadas a la red, hasta la década de 1970, eran de velocidad fija. Tan recientemente como en 2003, casi todas las turbinas eólicas conectadas a la red operaban a velocidad constante (generadores síncronos) o dentro de un pequeño porcentaje de velocidad constante (generadores de inducción). [74] [75] En 2011, muchas turbinas utilizaban generadores de inducción de velocidad fija (FSIG). [76] Para entonces, la mayoría de las turbinas recién conectadas eran de velocidad variable . [76]
Los primeros sistemas de control se diseñaron para la extracción de potencia máxima, también denominada seguimiento del punto de máxima potencia: intentaban extraer la máxima potencia de una turbina eólica determinada en las condiciones actuales del viento. [ cita requerida ] Los sistemas más recientes extraen deliberadamente menos de la potencia máxima en la mayoría de las circunstancias, para proporcionar otros beneficios, que incluyen:
- Hacer girar las reservas para producir más energía cuando sea necesario, como cuando algún otro generador se cae de la red. [ cita requerida ]
- Las turbinas de velocidad variable pueden producir transitoriamente un poco más de energía que la que soportan las condiciones del viento, almacenando algo de energía como energía cinética (acelerando durante breves ráfagas de viento más rápido) y luego convirtiendo esa energía cinética en energía eléctrica (desacelerando). ya sea cuando se necesita más potencia o para compensar las velocidades variables del viento. [77] [78]
- amortiguación de resonancias subsincrónicas (eléctricas) en la red [79]
- amortiguación de resonancias de torre (mecánicas) [80] [81]
El generador produce corriente alterna (CA). El método más común en las grandes turbinas modernas es utilizar un generador de inducción doblemente alimentado directamente conectado a la red. Algunas turbinas impulsan un convertidor CA / CA, que convierte la CA en corriente continua (CC) con un rectificador y luego de nuevo en CA con un inversor, para que coincida con la frecuencia y la fase de la red.
Una técnica útil para conectar un PMSG a la red es mediante un convertidor adosado. Los esquemas de control pueden lograr un factor de potencia unitario en la conexión a la red. De esa forma el aerogenerador no consume energía reactiva, que es el problema más común de los aerogeneradores que utilizan máquinas de inducción. Esto conduce a un sistema de energía más estable. Además, con diferentes esquemas de control, una turbina PMSG puede proporcionar o consumir energía reactiva. Por lo tanto, puede funcionar como un banco de condensadores / inductores dinámicos para ayudar con la estabilidad de la red.
El diagrama muestra el esquema de control para un factor de potencia unitario:
La regulación de la potencia reactiva consta de un controlador PI para lograr un funcionamiento con factor de potencia unitario (es decir, Q red = 0). I dN debe regularse para llegar a cero en estado estable (I dNref = 0).
El sistema completo del convertidor del lado de la red y los lazos del controlador PI en cascada se muestra en la figura.
Construcción
A medida que ha aumentado el uso de turbinas eólicas, también lo han hecho las empresas que ayudan en la planificación y construcción de turbinas eólicas. La mayoría de las veces, las piezas de la turbina se envían por vía marítima o ferroviaria, y luego en camión al lugar de instalación. Debido al tamaño masivo de los componentes involucrados, las empresas generalmente necesitan obtener permisos de transporte y asegurarse de que la ruta de transporte elegida esté libre de obstáculos potenciales como pasos elevados, puentes y carreteras estrechas. Los grupos conocidos como "equipos de reconocimiento" explorarán el camino hasta con un año de anticipación mientras identifican caminos problemáticos, talan árboles y reubican los postes de servicios públicos. Las palas de las turbinas continúan aumentando de tamaño, lo que a veces requiere nuevos planes logísticos, ya que las rutas utilizadas anteriormente pueden no permitir una pala más grande. Los vehículos especializados conocidos como remolques Schnabel están diseñados a medida para cargar y transportar secciones de turbinas: las secciones de la torre se pueden cargar sin una grúa y la parte trasera del remolque es orientable, lo que facilita las maniobras. Los conductores deben estar especialmente capacitados. [82]
Cimientos
Las turbinas eólicas, por su naturaleza, son estructuras muy altas y delgadas, [83] y esto puede causar una serie de problemas cuando se considera el diseño estructural de los cimientos . Los cimientos de una estructura de ingeniería convencional están diseñados principalmente para transferir la carga vertical (peso muerto) al suelo, lo que generalmente permite utilizar una disposición relativamente poco sofisticada. Sin embargo, en el caso de las turbinas eólicas, la fuerza de la interacción del viento con el rotor en la parte superior de la torre crea una fuerte tendencia a volcar la turbina eólica. Este régimen de carga hace que se apliquen grandes momentos de carga a los cimientos de una turbina eólica. Como resultado, se debe prestar una atención considerable al diseñar las zapatas para garantizar que la base resista esta tendencia a volcarse. [84]
Una de las bases comunes de alta mar turbinas de viento es el monopile , una sola de gran diámetro (de 4 a 6 metros) de la pila de acero tubular accionado a una profundidad de 5-6 veces el diámetro de la pila en el fondo marino. La cohesión del suelo y la fricción entre el pilote y el suelo proporcionan el soporte estructural necesario para la turbina eólica. [85]
En las turbinas terrestres, el tipo más común de cimentación es una cimentación por gravedad, donde se utiliza una gran masa de hormigón esparcida sobre un área grande para resistir las cargas de la turbina. El tamaño y tipo de la turbina eólica, las condiciones del viento y las condiciones del suelo en el sitio son factores determinantes en el diseño de la cimentación. [86] Algunas cimentaciones están prefabricadas . [87]
Costos
Una turbina eólica es un sistema complejo e integrado. Los elementos estructurales comprenden la mayor parte del peso y el costo. Todas las partes de la estructura deben ser económicas, livianas, duraderas y fabricables, y deben resistir cargas variables y condiciones ambientales. Los sistemas de turbinas con menos fallas [90] requieren menos mantenimiento, son más livianos y duran más reducen los costos.
Las partes principales de una turbina se dividen en: torre 22%, álabes 18%, caja de cambios 14%, generador 8%. [91] [92]
Especificación
Las especificaciones de diseño de la turbina contienen una curva de potencia y una garantía de disponibilidad . La evaluación del recurso eólico permite calcular la viabilidad comercial. [1] El rango de temperatura de funcionamiento típico es de -20 a 40 ° C (de -4 a 104 ° F). En áreas con clima extremo (como Mongolia Interior o Rajasthan ) se requieren versiones específicas para el clima.
Los aerogeneradores se pueden diseñar y validar de acuerdo con las normas IEC 61400 . [93]
RDS-PP (Sistema de designación de referencia para centrales eléctricas) es un sistema estandarizado que se utiliza en todo el mundo para crear una jerarquía estructurada de componentes de turbinas eólicas. Esto facilita el mantenimiento de la turbina y el costo de operación, y se utiliza durante todas las etapas de la creación de una turbina. [94]
Ver también
- Máquina eléctrica de rotor bobinado sin escobillas con doble alimentación
- Aerogenerador flotante
- Aerogenerador de eje vertical
- Aerodinámica de aerogeneradores
- Cobre en energías renovables, sección Eólica
- Turbinas eólicas no convencionales
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Otras lecturas
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- Paul Gipe, ed. (2004). Energía eólica: energía renovable para el hogar, la granja y el negocio (segunda ed.). Chelsea Green Publishing Company. ISBN 978-1-931498-14-2.
- Erich Hau, Turbinas eólicas: fundamentos, tecnologías, aplicación, economía Springer, 2013 ISBN 978-3-642-27150-2 (vista previa en Google Books)
- Siegfried Heier, Integración en red de sistemas de conversión de energía eólica Wiley 2006, ISBN 978-0-470-86899-7 .
- Peter Jamieson, Innovación en el diseño de turbinas eólicas . Wiley & Sons 2011, ISBN 978-0-470-69981-2
- David Spera (ed,) Tecnología de turbinas eólicas: conceptos fundamentales en ingeniería de turbinas eólicas , segunda edición (2009), ASME Press, ISBN 9780791802601
- Alois Schaffarczyk (ed.), Comprensión de la tecnología de energía eólica , Wiley & Sons 2014, ISBN 978-1-118-64751-6 .
- Wei Tong, ed. (2010). Generación de energía eólica y diseño de aerogeneradores . WIT Press. ISBN 978-1-84564-205-1.
- Hermann-Josef Wagner, Jyotirmay Mathur, Introducción a los sistemas de energía eólica. Fundamentos, tecnología y funcionamiento . Springer 2013, ISBN 978-3-642-32975-3 .
enlaces externos
- Turbinas eólicas marinas: instalación y funcionamiento de turbinas
- Departamento de Energía - Eficiencia Energética y Energías Renovables
- RenewableUK - Referencia y preguntas frecuentes sobre energía eólica
- ¿Cómo se fabrica la turbina eólica?