Cómo funcionan los potentes aerogeneradores industriales
La reacción natural de la atmósfera al calentamiento desigual de sus diferentes capas es el viento. Las caídas resultantes en la presión atmosférica hacen que el viento sople desde áreas de alta presión a áreas de baja presión, y cuanto mayor sea la diferencia de presión, más fuerte será el viento, mayor será su velocidad. Teóricamente, se estima que hasta un 2% de la radiación solar se convierte en energía eólica mecánica debido al movimiento natural del aire en la atmósfera.
Se sabe que la topografía de un área determinada puede amplificar el viento o restringir el flujo de aire. Así, en zonas de sierras, puertos, cerca de cañones de ríos, las condiciones para instalar aerogeneradores son realmente idóneas. Y si recordamos que la potencia que se puede obtener del viento es proporcional a la masa de aire que pasa por la turbina y al cubo de su velocidad, entonces es fácil comprender las perspectivas que se abren rápidamente en esta dirección.
El viento es sin duda una de las fuentes renovables de energía natural más prometedoras.No en vano, en muchos países, año tras año, se están construyendo cada vez más parques eólicos, parques eólicos, en particular, en las partes costeras de los mares, océanos y en las llanuras.
La naturaleza racheada del viento no contribuye al suministro estable de las redes eléctricas, por lo que la acumulación de energía para su uso posterior se convierte en una tarea importante. Pero esta tarea se está resolviendo: se están construyendo sistemas de almacenamiento de baterías industriales y privados, se están tomando medidas para garantizar un suministro de energía ininterrumpido.
Y ahora podemos decir con confianza que un potente aerogenerador industrial (como el Enercon E-126) con una capacidad de 6-8 MW, integrado en el sistema de suministro de energía de una ciudad pequeña, podrá satisfacer las necesidades de sus residentes. y las necesidades de la infraestructura electrificada.
Sin embargo, vayamos al grano y veamos el dispositivo de un generador eólico industrial. Al fin y al cabo, cada aerogenerador es producto de un meticuloso pensamiento de ingeniería, el resultado de cálculos precisos y un largo diseño para obtener un eficiente y fiable convertidor de la energía eólica en energía eléctrica, por lo que cada detalle de una enorme estructura no es en modo alguno casual. . Por ejemplo, nos referiremos al diseño del aerogenerador Enercon E-126 y veremos sus partes principales.
Torre
La torre (7), de decenas de metros de altura, es el soporte de un aerogenerador industrial. Está hecho completamente de hormigón armado por vaciado secuencial en el encofrado o ensamblado a partir de anillos cortos de hormigón armado que se montan secuencialmente uno encima del otro y se conectan tirando de los cables del marco a través de ellos.El hormigón armado es lo suficientemente fuerte como para sostener en alto una turbina y una góndola pesadas, así como soportar la carga resultante del funcionamiento de la turbina eólica, evitando que la estructura se vuelque.
La base de la torre descansa sobre una base de hormigón armado (8), cuyo peso es proporcional al peso de la propia torre. Por ejemplo, el aerogenerador Enercon E-126 tiene un peso total de unas 6.000 toneladas. El soporte no tiene forma cilíndrica, teniendo una forma más cercana a un tronco de cono que a un cilindro. Expandida en la base, la torre sostiene con seguridad toda la estructura en la posición correcta.
Cuchillas y rotor
Las palas (6) y el rotor (5) de un aerogenerador industrial están hechos de una fibra compuesta especial a base de acero.Las palas se ensamblan a partir de segmentos separados o se fabrican como un monolito, según su alcance. Como regla general, se utilizan pernos y un cubo para unir las palas al rotor. Las propias palas están unidas al cubo, y el cubo está unido directamente al rotor del generador.
Rotación de la turbina alrededor de la torre.
Para hacer girar la turbina alrededor de la torre, un motor asíncrono (3) conectado por un engranaje al anillo en la base de la góndola. Según el tamaño del aerogenerador y su potencia, puede haber de uno a tres motores de este tipo.
Generador de energía
Si las unidades anteriores similares en diseño a los generadores síncronos estándar se usaron como generadores para turbinas eólicas, a principios de la década de 2000 apareció una innovación como un generador de anillo (1). Aquí, el rotor de la turbina conectado al cubo también es el rotor del generador.
Los devanados de excitación independientes están ubicados en el rotor del anillo, formando polos magnéticos, y respectivamente en el estator del devanado del estator. El devanado del estator se divide en partes (en el caso de Enercon E-126, en cuatro partes), cada una de las cuales está conectada a un rectificador separado. El controlador del generador está ubicado en la sala de máquinas (2) de la góndola.
Inversor
Después de la rectificación, se suministra una tensión continua de 400 voltios al inversor (4) instalado en la base de la torre, donde la energía se convierte en corriente alterna y después de la transformación se suministra a la línea eléctrica.
Examinamos los componentes clave de una turbina eólica industrial moderna usando el ejemplo del modelo Enercon E-126, instalado por primera vez cerca de la ciudad alemana de Emden en 2007. La capacidad del generador es actualmente de 7,58 MW, lo que es suficiente para alimentar 4.500 villas con electricidad todo el año.
Hasta la fecha, Enercon ha construido más de 13.000 aerogeneradores de este tipo en todo el mundo, con una capacidad instalada total que ya en 2010 superaba los 2.846 MW.