Construcción Básica del Aerogenerador
Partes Principales del Aerogenerador
Torre del Aerogenerador
La torre es una parte muy crucial del aerogenerador que soporta todas las demás partes. No solo soporta el aerogenerador, sino que también lo eleva a una altura suficiente para que las puntas de las palas estén a una altura segura durante la rotación. Además, debemos mantener la altura de la torre para que pueda recibir vientos suficientemente fuertes. La altura de la torre depende en última instancia de la capacidad de potencia de los aerogeneradores. La torre de los aerogeneradores en plantas de energía eólica comercial generalmente varía de 40 metros a 100 metros. Estas torres pueden ser de acero tubular, de celosía o de hormigón. Utilizamos una torre de acero tubular para un gran aerogenerador. Estas se fabrican normalmente en secciones de 30 a 40 metros de longitud.
Cada sección tiene flanges con agujeros. Tales secciones se unen con tuercas y tornillos en el sitio para formar una torre completa. La torre completa tiene una forma ligeramente cónica para proporcionar mejor estabilidad mecánica. Ensamblamos una torre de celosía con diferentes miembros de acero o ángulos de GI. Todos los miembros se unen con tuercas o se soldan para formar una torre completa de la altura deseada. El costo de estas torres es mucho menor que el de la torre de acero tubular, pero no se ve tan bien estéticamente como la torre de acero tubular. Aunque el transporte, el ensamblaje y el mantenimiento son bastante fáciles, el uso de la torre de celosía se evita en las plantas modernas de aerogeneradores debido a su apariencia estética. Existe otro tipo de torre utilizada para pequeños aerogeneradores, y esta es la torre de poste guindado. La torre de poste guindado es un poste vertical único sostenido por cables de guindado desde diferentes lados. Debido al número de cables de guindado, es difícil acceder a la zona de fundación de la torre. Por eso, evitamos este tipo de torre en el campo agrícola.
Existe otro tipo de torre de aerogenerador utilizada para plantas pequeñas, y esta es una torre híbrida. La torre híbrida también es una torre de poste guindado, pero la única diferencia es que en lugar de usar un solo poste en el centro, utiliza una torre de celosía delgada y alta. La torre híbrida es una combinación de ambas, la torre de celosía y la torre de poste guindado.
Nacele del Aerogenerador
La nacele es una gran caja o quiosco que se sitúa sobre la torre y alberga todos los componentes del aerogenerador. Alberga un generador eléctrico, un convertidor de potencia, una caja de cambios, un controlador del aerogenerador, cables, un motor de guiñada.
Palas del Rotor del Aerogenerador
Las palas son las principales partes mecánicas de un aerogenerador. Las palas convierten la energía eólica en energía mecánica utilizable. Cuando el viento golpea las palas, éstas giran. Esta rotación transfiere su energía mecánica al eje. Diseñamos las palas como alas de avión. Las palas de un aerogenerador pueden tener entre 40 y 90 metros de longitud. Las palas deben ser lo suficientemente resistentes para soportar vientos fuertes incluso durante tormentas. Al mismo tiempo, las palas del aerogenerador deben ser lo más ligeras posible para facilitar la rotación suave de las mismas. Para ello, fabricamos las palas con capas de fibra de vidrio y fibra de carbono sobre refuerzos sintéticos.
En un aerogenerador moderno, normalmente se instalan tres palas idénticas en un hub central utilizando tuercas y tornillos. Cada pala idéntica está alineada a 120o entre sí. Este proceso hace una mejor distribución de masa y le da al sistema una rotación más suave.
Eje del Aerogenerador
El eje directamente conectado al hub es un eje de baja velocidad. Cuando las palas giran, este eje gira con la misma rpm que el hub giratorio. Acoplamos este eje directamente al generador eléctrico en caso de un generador de baja velocidad. Pero en la mayoría de los casos, el eje principal de baja velocidad está acoplado a un eje de alta velocidad a través de una caja de cambios. De esta manera, las palas del rotor transfieren su energía mecánica al eje, que finalmente entra en un generador eléctrico.
Caja de Cambios
El aerogenerador no gira a alta velocidad, sino que gira suavemente a baja velocidad. Sin embargo, la mayoría de los generadores eléctricos requieren una rotación de alta velocidad para generar electricidad a un nivel de voltaje deseado. Por lo tanto, debe haber algún arreglo de multiplicación de velocidad para lograr la alta velocidad del eje del generador. La caja de cambios del aerogenerador hace esto. La caja de cambios aumenta la velocidad a un valor mucho mayor. Por ejemplo, si la relación de la caja de cambios es 1:80 y si la rpm del eje principal de baja velocidad es 15, la caja de cambios aumentará la velocidad del eje del generador a 15 × 80 = 1200 rpm.
Generador
El generador es un dispositivo eléctrico que convierte la energía mecánica recibida del eje en energía eléctrica. Normalmente, utilizamos generadores de inducción en aerogeneradores modernos. Anteriormente, los generadores sincrónicos eran populares para este propósito. También se utilizan generadores de corriente continua con imán permanente en algunos aerogeneradores. La velocidad del eje se puede hacer alta mediante un conjunto de cajas de cambios, pero no podemos hacer constante la velocidad del eje. Puede haber fluctuaciones en la velocidad del eje ya que depende de la velocidad del viento. Por lo tanto, la velocidad del rotor también varía. Esta variación afecta la frecuencia y el voltaje de la energía eléctrica generada. Para superar estos problemas, normalmente usamos un generador de inducción para el propósito.
Porque el generador de inducción siempre produce electricidad sincronizada con la red conectada, independientemente de la velocidad del rotor. Si usamos un generador sincrónico trifásico, primero rectificamos la potencia de salida a DC y luego la convertimos a AC de voltaje y frecuencia deseados usando un circuito inversor. Porque la potencia alterna generada por el generador sincrónico no es constante en voltaje y frecuencia, sino que varía con la velocidad del rotor. Por la misma razón, en algunos casos, usamos un generador de corriente continua para el propósito. En estos casos, la potencia DC de salida del generador se invierte a AC de voltaje y frecuencia deseados antes de alimentarla a la red.
Convertidor de Potencia
Como el viento no es siempre constante, la tensión eléctrica generada por el generador no es constante, pero necesitamos un voltaje muy estable para alimentar la red. Un convertidor de potencia es un dispositivo eléctrico que estabiliza la tensión alterna de salida transferida a la red.
Controlador del Aerogenerador
