En el interior de un generador eólico

La energía eólica es la tecnología renovable moderna más extendida por todo el mundo. Junto con la energía solar fotovoltaica, ambas tecnologías suman más de 1.200 GW de potencia instalada; entre ambas, son las responsables de cerca del 10 % de la energía eléctrica producida en el planeta, con países donde ese porcentaje alcanza el 25-30 %.

En este artículo voy a describir cómo es el interior de un generador eólico, que es una verdadera mini central de producción de energía eléctrica. La imagen muestra el proceso de instalación de un gigante de esta tecnología, el Enercon E-126; cuenta con 7,5 MW de potencia (135 metros de altura de la góndola, 126 metros de diámetro del rotor):

El siguiente vídeo muestra el proceso de instalación de este monstruo:

En la góndola de cada generador eólico tiene lugar el proceso de transformación de la energía de rotación de las aspas, impulsadas por el viento, en energía eléctrica mediante la ley de Faraday, cuyos fundamentos describí en este artículo. Para ello, el aerogenerador debe incorporar un rotor que gire según incide el viento en él, acoplado a un alternador que transforme esa energía mecánica de rotación en energía eléctrica. La figura muestra de manera esquemática el interior de una góndola, con sus diferentes componentes:

Funciones de cada componente de la góndola

La función que cumple cada elemento es la siguiente:

ROTOR: recibe la energía del viento y la transforma en energía mecánica de rotación. Su diseño es crítico para lograr que haya giro incluso en condiciones de velocidad del viento muy baja. Para lograrlo, el diseño de la sección de las palas es clave para garantizar el giro del rotor.

SISTEMA DE ACOPLO, SOPORTE DE LA TURBINA: adapta el movimiento de rotación de las aspas al del rotor del generador de energía eléctrica al cual se acopla.

MULTIPLICADOR o CAJA DE CAMBIO: a las velocidades habituales del viento (entre 20 y 100 km/h), la velocidad de giro del rotor es baja, del orden de 10-40 revoluciones por minuto (r.p.m.); para generar energía eléctrica, el rotor del generador debe hacerlo a unas 1.500 r.p.m., por lo tanto, la góndola debe incorporar un sistema que transforme la velocidad de rotación del valor inicial al final.
Esto se logra mediante un mecanismo parecido a la caja de cambios de un motor de automóvil, que, mediante un juego de múltiples engranajes, permite que la parte móvil del generador de energía eléctrica gire a la velocidad apropiada para producir electricidad. También incorpora un freno con objeto de parar el giro del rotor en presencia de vientos muy elevados (por encima de 80-90 km/h), que podrían dañar algún elemento del generador.

GENERADOR: es un conjunto rotor-estator que genera la energía eléctrica, que se transporta mediante un cableado instalado en el interior de la torre que soporta la góndola, hacia una estación transformadora, que la vuelca en la red eléctrica. La potencia del generador varía entre 5 kW para las turbinas de tamaño medio, hasta 5 MW en las más grandes, aunque ya hay turbinas que alcanzan los 10 MW.

MOTOR DE ORIENTACIÓN: permite girar al conjunto para situar la góndola de cara a la dirección del viento dominante.

MÁSTIL DE SOPORTE: es el soporte estructural del generador. Cuanto más potente es la turbina, mayor es la longitud de las aspas y, por consiguiente, mayor la altura a la que debe situarse la góndola; esto introduce complejidad adicional en el diseño de la torre, que debe soportar el peso del conjunto del generador y las aspas. También debe poseer una alta rigidez estructural para aguantar vientos elevados sin fracturas.

VELETA y ANEMÓMETRO: dispositivo situado en la parte trasera de la góndola que contiene el generador; determina la orientación y mide la velocidad del viento y actúa sobre el mecanismo de las aspas para frenarlas cuando la velocidad del viento supera un umbral a partir del cual hay riesgos estructurales para la turbina. Suele ser un diseño de tipo turbina Savonius.

En sucesivos post describiré más detalles de esta tecnología.