Varios conceptos de diseño de la turbina eólica de eje horizontal están en uso en esta era moderna. La más utilizada es una máquina de eje horizontal de tres palas, con regulación de paso o parada, que trabaja a una velocidad de rotación casi fija. Sin embargo, también están disponibles otros conceptos de generación que influyen en el coste del aerogenerador, por ejemplo el turbinas sin engranajes de 'accionamiento directo' Los diseños con generador de velocidad variable tienen una importante presencia en el mercado. Las turbinas eólicas normalmente comenzarán a generar electricidad a una velocidad del viento de 3 a 5 metros por segundo (m/s), alcanzarán la potencia máxima a 15 m/s y normalmente se apagarán a una velocidad del viento de alrededor de 25 m/s.
Además, una turbina eólica moderna típica se puede dividir en varias partes principales que también afectan en gran medida el costo de la turbina eólica. Estas partes incluyen:
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cuchillas: Las turbinas modernas normalmente utilizan tres palas, aunque también es posible tener otras configuraciones. Los álabes de las turbinas suelen estar hechos de poliéster reforzado con fibra de vidrio o resina epoxi. Sin embargo, se están iniciando nuevos materiales como la fibra de carbono para proporcionar la alta relación resistencia-peso requerida para las palas de turbinas eólicas cada vez más grandes que se fabrican. Aunque esto restringirá el tamaño, también es posible fabricar las hojas de madera laminada.
Según el Sr. Leon Gouws de Eveready uno de los principales fabricantes de turbinas eólicas en África, las palas son muy importantes en la reducción del ruido, la supervivencia a altas velocidades del viento y la producción de energía de alto rendimiento.
El costo de la turbina eólica normalmente depende del material utilizado para fabricar las palas.
Cubo de rotor: El conjunto de cubo y rotor de la turbina gira a una velocidad de 10 a 25 revoluciones por minuto (rpm), según el tamaño y el diseño de la turbina. El cubo normalmente está unido a un eje de baja velocidad conectado a la caja de engranajes de la turbina. Las turbinas modernas presentan un sistema de paso para ajustar mejor el ángulo de las palas, logrado por la rotación en la base de cada pala. Esto permite contener las rpm del rotor y pasar más tiempo en el rango de diseño óptimo. También permite adornar las palas en condiciones de mucho viento para evitar daños.
Caja de Cambio: La caja de cambios está alojada en la góndola. Convierte la rotación de alta torsión y baja velocidad del rotor en rotación de alta velocidad, aproximadamente 1,500 rpm; con par bajo para entrada al generador. Sin embargo, también están disponibles diseños de 'accionamiento directo' que no lo necesitan.
Joystick: El controlador electrónico de la turbina supervisa y contiene la turbina y luego recopila datos operativos. Un mecanismo de guiñada garantiza que la turbina esté siempre orientada hacia el viento. Una implementación potente de los sistemas de control puede tener un gran impacto en la producción y carga de energía en una turbina y, por lo tanto, se está volviendo muy avanzada. Los controladores supervisan, contienen y registran una gran cantidad de parámetros, desde la velocidad de rotación y la temperatura del sistema hidráulico, pasando por el paso de las palas y los ángulos de guiñada de la góndola hasta la velocidad del viento. Por lo tanto, el operador del parque eólico puede tener la información y el control completos de las turbinas desde una ubicación remota.
Generador: El generador que está contenido en la góndola convierte la energía mecánica del rotor en energía eléctrica. Normalmente, los generadores funcionan a 690 voltios (V) y suministran corriente alterna (CA) trifásica. Aunque los generadores asíncronos y de imanes permanentes también se aplican en diseños de accionamiento directo, los generadores de inducción de doble alimentación suelen ser estándar.
transformador: El transformador normalmente se aloja dentro de la torre de la turbina. La salida de media tensión del generador es amplificada por el transformador entre 10 kV y 35 kV; dependiendo de las demandas de la red local.
tower: Por lo general, se trata de torres de acero tubulares cónicas. Sin embargo, también se utilizan ampliamente torres de hormigón, bases de hormigón con secciones superiores de acero y torres de celosía. La altura de la torre normalmente depende del sitio en sí, el diámetro del rotor y las condiciones de velocidad del viento del sitio. Las escaleras y, muy a menudo, los ascensores en las turbinas modernas dentro de las torres permiten el acceso del personal de servicio a la góndola. Normalmente, el diámetro en la base también aumenta con la altura de la torre.
Según Emma Luan de AEOLOS, una turbina eólica es más un producto personalizado y su producción de energía está estrechamente relacionada con la situación del viento, pero muchos clientes no son plenamente conscientes de este punto. “En términos generales, para instalar un aerogenerador, la velocidad media anual del viento debe ser de al menos 3 m/s”, añade.
“Un cliente necesita enfocarse y elegir una turbina eólica adecuada para su necesidad particular. Esto depende principalmente de la velocidad del viento en el sitio de instalación, el consumo de energía y el precio FIT del gobierno local”, afirma Emma.
Lo más importante, Mark L Cironi de Tecnologías de energía verde de los EE. UU. aconseja a los clientes que comprendan la diferencia entre los aerogeneradores a escala de servicios públicos y los aerogeneradores descentralizados in situ. “La generación in situ debería tener beneficios para el usuario final frente a los parques eólicos que instalan las empresas de servicios públicos. Las tecnologías emergentes para la energía renovable deben personalizarse y diagramarse definiendo, por ejemplo, tecnologías de respaldo, brindando una solución integral para cada usuario/cliente final”, agrega.
Sr. Zahver Tavaria de Siemens Gamesa Energías Renovables recapitula que, el aumento en la demanda de energía, una disminución en el LCOE y un historial en expansión fortalecerán la posición de la energía eólica en la región con una tasa de crecimiento anual compuesta del 22% en el período (2017-2026), mientras que el acceso a financiamiento competitivo , la inestabilidad política y la fuerte competencia de la energía fotovoltaica seguirán siendo los principales desafíos para el desarrollo de la energía eólica en la región.
