Energía eólica. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
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Las plantas de energía eólica (WPP) han alcanzado ahora un nivel de madurez comercial y, en lugares con velocidades de viento favorables, pueden competir con las fuentes de energía tradicionales. De todos los diversos dispositivos que convierten la energía eólica en trabajo mecánico, en la gran mayoría de los casos se utilizan máquinas de palas con un eje horizontal instalado en la dirección del viento. Los dispositivos con eje vertical se utilizan con mucha menos frecuencia.
La energía cinética transferida por un flujo de viento por unidad de tiempo a través de un área de 1 m2 (potencia específica del flujo) es proporcional al cubo de la velocidad del viento. Por lo tanto, la instalación de aerogeneradores sólo es aconsejable en lugares donde la velocidad media anual del viento sea bastante alta.
Una rueda de viento colocada en un flujo de aire libre puede, en el mejor de los casos, convertir teóricamente en potencia sobre su eje 16/27 = 0,59 (criterio de Betz) la potencia del flujo de aire que pasa a través del área de la sección transversal barrida por la rueda de viento. Este coeficiente puede denominarse eficiencia teórica de una rueda de viento ideal. En realidad, la eficiencia es menor y alcanza aproximadamente 0,45 para las mejores ruedas eólicas. Esto significa, por ejemplo, que una rueda eólica con una longitud de pala de 10 m y una velocidad del viento de 10 m/s puede tener, en el mejor de los casos, una potencia de eje de 85 kW.
Las instalaciones conectadas a la red más extendidas en la actualidad son las centrales eólicas (WPP) con una potencia unitaria de 100 a 500 kW. El coste específico de una turbina eólica de 500 kW hoy en día es de unos 1200 dólares/kW y tiende a disminuir.
Al mismo tiempo, se están creando turbinas eólicas con una potencia unitaria significativamente mayor. En 1978 se creó en EE.UU. la primera turbina eólica experimental del tipo megavatio con una potencia nominal de 2 MW. Después de esto, en 1979-1982. En EE.UU. se construyeron y probaron 5 aerogeneradores con una potencia unitaria de 2,5 MW. La turbina eólica más grande de la época (Grovian), con una capacidad de 3 MW, se construyó en Alemania en 1984, pero, lamentablemente, sólo funcionó durante unos cientos de horas. Los aerogeneradores WTS-3 y WTS-4, construidos algo más tarde en Suecia, con una capacidad de 5 y 4 MW respectivamente, se instalaron en Suecia y EE. UU. y operaron las primeras 20 y las segundas 10 mil horas.
En Canadá se está trabajando para crear grandes aerogeneradores de eje vertical (rotor Darieu). Una de estas instalaciones, con una capacidad de 4 MW, se encuentra en pruebas desde 1987. En total, durante 1987-1993. En el mundo se construyeron alrededor de 25 aerogeneradores del tipo de los megavatios.
La velocidad del viento de diseño para grandes turbinas eólicas suele tomarse en el nivel de 11 a 15 m/s. En general, cuanto mayor sea la potencia de la unidad, mayor será la velocidad del viento para la que está diseñada. Sin embargo, debido a la variabilidad de la velocidad del viento, la mayor parte del tiempo el aerogenerador produce menos energía. Se cree que si la velocidad media anual del viento en un lugar determinado es de al menos 5 a 7 m/s, y el número equivalente de horas por año durante las cuales se genera la energía nominal es de al menos 2000, entonces dicho lugar es favorable. para instalar un gran aerogenerador e incluso un parque eólico.
Las instalaciones autónomas de kilovatios, diseñadas para suministrar energía a consumidores relativamente pequeños, también se pueden utilizar en áreas con velocidades medias anuales de viento más bajas.
Hoy en día, en algunos países industrializados, la capacidad instalada de aerogeneradores alcanza valores importantes. Así, en EE.UU. se han instalado más de 1,5 millones de kW de aerogeneradores, en Dinamarca los aerogeneradores producen alrededor del 3% de la energía consumida por el país; La capacidad instalada de aerogeneradores es grande en Suecia, Países Bajos, Gran Bretaña y Alemania.
A medida que mejora el equipamiento de las turbinas eólicas y aumenta el volumen de su producción, disminuye el coste de las turbinas eólicas y, por tanto, el coste de la energía que producen. Si en 1981 el coste de la electricidad producida por las turbinas eólicas era de aproximadamente 30 céntimos americanos por kWh, hoy es de 6 a 8 céntimos. Teniendo en cuenta que sólo en 1995 se estaban trabajando en cuatro grandes parques eólicos con una capacidad total de unos 200 MW en los Estados Unidos, quedará claro que la reducción prevista por el Departamento de Energía de los Estados Unidos en el coste de la electricidad eólica a 2,5 centavos/( kWh) es bastante real.
En los países en desarrollo, el interés por las turbinas eólicas se asocia principalmente con instalaciones autónomas de baja potencia que pueden utilizarse en aldeas alejadas de los sistemas de suministro de energía centralizados. Estas instalaciones ya son competitivas con los motores diésel que funcionan con combustible importado. Sin embargo, en algunos casos, la variabilidad de la velocidad del viento obliga a instalar una batería en paralelo con la turbina eólica o respaldarla con una unidad de combustible fósil. Naturalmente, esto aumenta el coste de instalación y su funcionamiento, por lo que la distribución de este tipo de instalaciones sigue siendo pequeña.
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