Optimización del Rendimiento en Aerogeneradores: Funcionamiento y Control

Rendimiento de Conversión de una Turbina Eólica

En cada una de las etapas que componen los sistemas mecánicos y eléctricos de un aerogenerador, la energía recibida experimenta pérdidas. A continuación, se detallan los porcentajes de eficiencia típicos en cada etapa:

• Rotor: 52%
• Multiplicador: 97%
• Generador: 96%
• Cables: 99%
• Convertidor: 98%
• Transformador: 98%

Como resultado, la eficiencia global de un aerogenerador se sitúa alrededor del 46%.

El Factor de Carga

El factor de carga es un indicador clave que sirve para cuantificar la producción anual de un aerogenerador en una localización concreta. Se calcula como la relación entre la energía generada en un año y la energía que se habría generado si el aerogenerador hubiera funcionado a su potencia máxima durante todo el año.

Suele alcanzar valores del 15-30%.

Conexión del Aerogenerador

La conexión del aerogenerador a la red eléctrica busca minimizar los esfuerzos en los sistemas mecánicos y ejecutar la maniobra de forma eficaz y segura. A continuación, se describen las etapas:

• Aerogenerador parado (sin viento): El rotor y el freno de la góndola se encuentran anclados, impidiendo que el sistema oscile sometido a las brisas, evitando cargas mecánicas al resto de elementos.
• Inicio de viento (2-3 m/s): El autómata ordena a los motores que sitúen el rotor en dirección perpendicular al viento.
• A partir de 3 m/s: El controlador envía la orden de retirar el freno de disco para que la turbina comience a girar. Cuando la energía del viento permita vencer la resistencia opuesta de los elementos internos, comenzará a girar.
• 4-5 m/s: El sistema acopla el generador a la red eléctrica y comienza a producir electricidad después de un tiempo de espera.

La maniobra de desconexión la realizan los circuitos específicos de potencia, de forma gradual (3-4 segundos).

Funcionamiento a Carga Parcial

En este modo, se busca el aprovechamiento máximo del recurso eólico. La potencia suministrada por el aerogenerador aumenta con la velocidad del viento hasta que alcanza la potencia nominal.

Todos los elementos del aerogenerador maximizan la captación de la energía mecánica del viento y, por tanto, la inyección de electricidad a la red.

Funcionamiento a Plena Carga

Este modo prioriza la seguridad frente a fuertes vientos y el aprovechamiento de la máxima potencia del aerogenerador.

Con viento suficiente se alcanza la potencia nominal, pero si aumenta por encima de esta, la máquina puede correr peligro. La máquina está preparada para disipar el exceso de energía mecánica que el viento transporta, asegurando que la potencia nominal no es sobrepasada.

Desconexión del Aerogenerador

La desconexión puede deberse a diferentes causas:

• Vientos demasiado intensos (25 m/s): El controlador recibe la señal de los anemómetros.
• Paradas de emergencia: Respuesta ante un problema grave no esperado.
• Parada manual: Será el operario quien lo haga.
• Viento insuficiente.

Necesidad de los Sistemas de Regulación y Control

Estos sistemas son esenciales debido al carácter aleatorio, impredecible y fuertemente cambiante del viento.

• Los sistemas de regulación y control aseguran que la turbina funciona correctamente en cada una de las situaciones anteriores.
• El sistema de regulación se encarga de la velocidad de giro del rotor. Los de velocidad variable reducen el ruido.
• El sistema de control se encarga del control de potencia. Influyen en la producción energética y en la calidad de los parámetros eléctricos de la energía vertida a la red.