Quiero saber de qué se trata la generación de energía eólica. ¿Cuales son las partes? ¿Usted pude decirme? Gracias, hermanito. Gracias
La mayoría de las turbinas eólicas tienen velocidad constante, la velocidad en el extremo de la pala del rotor es 64 m/s y la velocidad en el eje es cero. La velocidad de rotación a un cuarto de la longitud de la pala desde el eje es de 16 m/s. La banda amarilla está más hacia la parte trasera de la turbina eólica que la banda roja. Esto es evidente porque las puntas de las palas giran a ocho veces la velocidad del viento que golpea la parte delantera de la turbina eólica.
¿Por qué las palas del rotor son espirales?
Las palas del rotor de los grandes aerogeneradores suelen tener forma de espiral. Mirando las palas del rotor, moviéndose hacia la raíz de la pala hasta llegar al centro del rotor, verá que el viento viene desde un ángulo muy pronunciado (mucho más pronunciado que la dirección habitual del viento en el suelo). Si las palas del rotor se golpean desde un ángulo especialmente pronunciado, las palas del rotor dejarán de girar. Por lo tanto, las palas del rotor deben diseñarse en forma de espiral para garantizar que el borde de la pala detrás de la pala sea empujado hacia el suelo en la dirección del viento.
Estructura del motor eólico
Góndola: La góndola es el equipo clave del aerogenerador, incluyendo la caja de cambios y el generador. El personal de mantenimiento puede acceder a la góndola a través de la torre del aerogenerador. El extremo izquierdo de la góndola es el rotor del aerogenerador, es decir, las palas y el eje del rotor.
Palas del rotor: captan el viento y lo transmiten al eje del rotor. En una turbina eólica moderna de 600 kilovatios, cada pala del rotor mide unos 20 metros de longitud y está diseñada de forma muy parecida al ala de un avión.
Eje: El eje del rotor está unido al eje de baja velocidad del aerogenerador.
Eje de baja velocidad: El eje de baja velocidad del aerogenerador conecta el eje del rotor y la caja de cambios. En una turbina eólica moderna de 600 kilovatios, la velocidad del rotor es bastante lenta, entre 19 y 30 revoluciones por minuto. Hay un conducto en el eje para que el sistema hidráulico inicie el funcionamiento de los frenos neumáticos.
Caja de cambios: en el lado izquierdo de la caja de cambios está el eje de baja velocidad, que puede aumentar la velocidad del eje de alta velocidad hasta 50 veces la del eje de baja velocidad.
Eje rápido y su freno mecánico: El eje rápido gira a 1500 rpm y acciona el generador. Está equipado con un freno mecánico de emergencia, que se utiliza cuando falla el freno neumático o se repara el motor eólico.
Generador: Frecuentemente llamado motor de inducción o generador asíncrono. En las turbinas eólicas modernas, la potencia máxima suele ser de 500 a 1500 kW.
Dispositivo de guiñada: Utiliza un motor para girar la góndola de modo que el rotor mire al viento. El dispositivo de guiñada es operado por un controlador electrónico que detecta la dirección del viento a través de una veleta. El diagrama muestra la orientación de una turbina eólica. Normalmente, cuando el viento cambia de dirección, las turbinas eólicas se desvían sólo unos pocos grados a la vez.
Controlador Electrónico: Consta de un ordenador que monitoriza continuamente el estado del aerogenerador y controla el dispositivo de guiñada. Para evitar cualquier falla (es decir, sobrecalentamiento de la caja de cambios o del generador), el controlador puede detener automáticamente la rotación del motor eólico y llamar al operador del motor a través de un módem telefónico.
Sistema hidráulico: se utiliza para resetear el freno neumático del aerogenerador.
Elementos refrigerantes: Incluye ventiladores para la refrigeración del generador. Además, incluye un elemento de refrigeración de aceite para enfriar el aceite de la caja de cambios. Algunas turbinas eólicas tienen generadores enfriados por agua.
Torre: La torre del aerogenerador lleva la sala de máquinas y el rotor. Por lo general, las torres altas son ventajosas porque cuanto más altas están sobre el suelo, mayor es la velocidad del viento. La altura de la torre de los modernos aerogeneradores de 600 kW es de 40 a 60 metros. Puede ser una torre tubular o una torre de celosía. Las torres tubulares son más seguras para los equipos de mantenimiento porque pueden llegar a la cima a través de escaleras internas. Las torres de celosía tienen la ventaja de ser más económicas.
Anemómetros y veletas: Se utilizan para medir la velocidad y dirección del viento.
Aerogeneradores
Los aerogeneradores convierten la energía mecánica en energía eléctrica. Los generadores de las turbinas eólicas son un poco diferentes de los equipos de generación de energía que normalmente se ven en la red eléctrica. La razón es que el generador necesita funcionar con fluctuaciones de energía mecánica.
Voltaje de salida
Las turbinas eólicas grandes (100-150 kW) suelen producir 690 voltios de corriente alterna trifásica.
Luego, la corriente pasa a través del transformador al lado de la turbina eólica (o en la torre) y el voltaje aumenta de 10.000 a 30.000 voltios, dependiendo de los estándares de la red eléctrica local.
Los grandes fabricantes pueden ofrecer aerogeneradores de 50 Hz (utilizados por la mayoría de las redes eléctricas de todo el mundo) o de 60 Hz (utilizados por la red eléctrica estadounidense).
Sistema de refrigeración
El generador requiere refrigeración cuando está en funcionamiento. En la mayoría de las turbinas eólicas, el generador se coloca en un conducto y se utilizan grandes ventiladores para enfriar el aire. Algunos fabricantes utilizan refrigeración por agua. Los generadores refrigerados por agua son más pequeños y más eficientes eléctricamente, pero este enfoque requiere un radiador en la cabina para eliminar el calor generado por el sistema de refrigeración líquida.
Arranque y parada de un generador
Si conecta o desconecta un generador de turbina eólica grande de la red accionando un interruptor normal, es probable que dañe el generador, la caja de cambios y la red adyacente. .
Diseño de red de generador
Los aerogeneradores pueden utilizar generadores síncronos o asíncronos y conectar el generador directa o indirectamente a la red. La conexión directa a la red significa que el generador está conectado directamente a la red de CA. La conexión indirecta a la red significa que la corriente de la turbina eólica pasa a través de una serie de equipos eléctricos y se ajusta para que coincida con la red. Con un generador asíncrono, este proceso de ajuste se realiza de forma automática.
Palas del rotor
Perfil de las palas del rotor (sección transversal)
Las palas del rotor de una turbina eólica parecen las alas de un avión. De hecho, los diseñadores de palas de rotor a menudo diseñan la sección transversal de la parte más alejada de la pala para que se parezca a la del ala de un avión ortodoxo. Sin embargo, el perfil grueso en el extremo interior de la pala suele estar diseñado específicamente para turbinas eólicas. La selección de un perfil para una pala de rotor implica muchas compensaciones, como el funcionamiento confiable y las características de retardo. El diseño contorneado de la hoja permite que la hoja funcione incluso cuando la superficie tiene polvo.
Materiales de las palas del rotor
La mayoría de las palas de los rotores de turbinas eólicas grandes están hechas de plástico reforzado con fibra de vidrio (GRP). Otra opción es utilizar fibra de carbono o aramida como refuerzo, pero estas palas no son económicas para grandes turbinas eólicas. La madera, los compuestos de madera epoxi o de fibras de madera epoxi aún no están presentes en el mercado de las palas de rotor, aunque ya se están desarrollando en este ámbito. Las aleaciones de acero y aluminio tienen problemas de peso y fatiga del metal y actualmente sólo se utilizan en pequeñas turbinas eólicas.
Caja de cambios de turbina eólica
¿Por qué utilizar una caja de cambios?
La energía generada por la rotación del rotor del aerogenerador se transmite al generador a través del eje principal, la caja de cambios y el eje de alta velocidad.
¿Por qué utilizar una caja de cambios? ¿Por qué no se puede impulsar el generador directamente a través del eje principal?
Si utilizamos generadores comunes, conectados directamente a la red trifásica de 50 Hz AC mediante dos, cuatro o seis polos, tendremos que utilizar motores eólicos con una velocidad de rotación de 1000 a 3000 rpm. Para una turbina eólica con un diámetro de rotor de 43 metros, esto significa que la velocidad en el extremo del rotor es más del doble de la velocidad del sonido. Otra posibilidad es construir un alternador con muchos electrodos. Pero si quieres conectar el generador directamente a la red, necesitas utilizar un generador con 200 electrodos para conseguir una velocidad de 30 revoluciones por minuto. Otro problema es que la masa del rotor del generador debe ser proporcional al par. Por lo tanto, un generador de accionamiento directo puede resultar pesado.
Par más bajo, velocidad más alta
Utilizando una caja de cambios, puede convertir la velocidad más baja y el par más alto en el rotor de la turbina eólica en un par más alto para usar en la velocidad del generador y el par más bajo. . Las cajas de engranajes de las turbinas eólicas suelen tener una relación única entre la velocidad del rotor y del generador. Para una máquina de 600 kW o 750 kW, la relación de transmisión es aproximadamente 1:50.
La siguiente imagen muestra una caja reductora de 1,5 MW para un aerogenerador. Esta caja de cambios es algo inusual porque está bridada a dos generadores de alta velocidad. El accesorio naranja montado en el lado derecho debajo del generador es el freno de disco de emergencia accionado hidráulicamente. Al fondo se puede ver la mitad inferior de la góndola del aerogenerador de 1,5MW.
Dispositivo de orientación de la turbina eólica
El dispositivo de orientación de la turbina eólica se utiliza para girar el rotor de la turbina eólica en la dirección de barlovento.
Error de guiñada
Cuando el rotor no está perpendicular a la dirección del viento, el aerogenerador tiene un error de guiñada. El error de guiñada significa que sólo una pequeña fracción de la energía del viento puede fluir en la zona del rotor. Si tan solo esto sucediera, el control de guiñada sería una excelente manera de controlar la entrada de energía al rotor de la turbina eólica. Sin embargo, las partes del rotor cercanas a la fuente de viento experimentan fuerzas mayores que otras partes. Por un lado, esto significa que el rotor tiende a desviarse automáticamente en dirección contra el viento, como ocurre tanto en las turbinas en dirección contra el viento como en las a favor del viento. Por otro lado, esto significa que cada vez que el rotor gira, las palas se doblan hacia adelante y hacia atrás en la dirección de la fuerza. Las turbinas eólicas con errores de orientación experimentarán más cargas de fatiga que aquellas con orientación perpendicular a la dirección del viento.
Mecanismo de guiñada
Casi todas las turbinas eólicas de eje horizontal se verán obligadas a guiñar. Es decir, se utiliza un mecanismo con un motor y una caja de cambios para mantener el motor eólico desviado hacia el viento. Esta imagen muestra el mecanismo de orientación de una turbina eólica de 750 kW. Podemos ver el borde exterior alrededor del cojinete de guiñada, así como el motor de guiñada interior y el freno de guiñada de la rueda. A casi todos los fabricantes de equipos de ceñida les gusta desactivar el mecanismo de guiñada cuando no es necesario. El mecanismo de guiñada se activa mediante un controlador electrónico.
Contador de Giro de Cable
Los cables se utilizan para transportar la corriente eléctrica desde el aerogenerador hasta la base de la torre. Sin embargo, cuando una turbina eólica se desvía en una dirección durante demasiado tiempo, los cables se retuercen cada vez más. Por lo tanto, las turbinas eólicas están equipadas con contadores de torsión de cables para alertar a los operadores de que se deben desatar los cables. Al igual que todos los mecanismos de seguridad de los aerogeneradores, el sistema es redundante. El aerogenerador también estará equipado con un interruptor de tracción que se activará cuando el cable esté demasiado retorcido.
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