Libro Eolica

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EÓLICA Energía

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Un completo documento sobre la energía eólica y los diferentes dispositivos más usados en la actualidad.Turbinas savonius y darrieus

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EÓLICAEnergía

EnergíaEÓLICA

La energía eólica es una fuente de energía renovable, producto de la transformación de la energía cinética contenida en el viento en energía utilizable. El viento se produce por diferencias de temperatura entre distintas masas de aire en la atmósfera terrestre al calentarse por el sol. Por ello se considera al viento como una forma indirecta de energía solar.

Las tecnologías desarrolladas para la utilización de este recurso como fuente energética, no producen emisiones durante su operación y consisten, principalmente, en turbinas que transforman la energía cinética del viento en energía mecánica, que luego se convierte en energía eléctrica por medio de un generador.

Los sistemas eólicos tienen una vida útil cercana a los 25 años [IEA, 2008] y pueden ser clasificados según el lugar donde son instalados: onshore (ubicados en tierra firme) y offshore (ubicados en mar abierto). La eficiencia de conversión teórica máxima de estos sistemas es de 59% (límite Betz), pero en la realidad, la eficiencia siempre será menor a este límite, pero la eficiencia del proceso cobra menor relevancia si se considera que el recurso es gratuito [BWEA].

Chile presenta una larga extensión de territorio costero donde los vientos, provenientes principalmente desde el sur oeste, tienen mayor presencia, lo que es atractivo para el desarrollo de este tipo de tecnologías.

Los costos de inversión en la implementación de tecnologías para el aprovechamiento del recurso eólico, son altos, en relación a me-dios de generación convencional, como la hidráulica de embalse, sin embargo, en aquellas zonas con buena disponibilidad de viento, puede transformarse en una alternativa competitiva.

En la actualidad, Chile cuenta con una potencia instalada de 180 MW distribuida en 7 proyectos eólicos [CDEC, 2011], en su mayoría insertos al Sistema Interconectado Central, además de sistemas de menor tamaño implementados para la electrificación de localidades aisladas.

2.

Energía Eléctrica Energía Térmica Energía Mecánica

EnergíaEÓLICA

La energía eólica es una fuente de energía renovable, producto de la transformación de la energía cinética contenida en el viento en energía utilizable. El viento se produce por diferencias de temperatura entre distintas masas de aire en la atmósfera terrestre al calentarse por el sol. Por ello se considera al viento como una forma indirecta de energía solar.

Las tecnologías desarrolladas para la utilización de este recurso como fuente energética, no producen emisiones durante su operación y consisten, principalmente, en turbinas que transforman la energía cinética del viento en energía mecánica, que luego se convierte en energía eléctrica por medio de un generador.

Los sistemas eólicos tienen una vida útil cercana a los 25 años [IEA, 2008] y pueden ser clasificados según el lugar donde son instalados: onshore (ubicados en tierra firme) y offshore (ubicados en mar abierto). La eficiencia de conversión teórica máxima de estos sistemas es de 59% (límite Betz), pero en la realidad, la eficiencia siempre será menor a este límite, pero la eficiencia del proceso cobra menor relevancia si se considera que el recurso es gratuito [BWEA].

Chile presenta una larga extensión de territorio costero donde los vientos, provenientes principalmente desde el sur oeste, tienen mayor presencia, lo que es atractivo para el desarrollo de este tipo de tecnologías.

Los costos de inversión en la implementación de tecnologías para el aprovechamiento del recurso eólico, son altos, en relación a me-dios de generación convencional, como la hidráulica de embalse, sin embargo, en aquellas zonas con buena disponibilidad de viento, puede transformarse en una alternativa competitiva.

En la actualidad, Chile cuenta con una potencia instalada de 180 MW distribuida en 7 proyectos eólicos [CDEC, 2011], en su mayoría insertos al Sistema Interconectado Central, además de sistemas de menor tamaño implementados para la electrificación de localidades aisladas.

2.

On ShoreEnergía eléctrica

La energía eólica onshore corresponde a sistemasubicados físicamente en tierra firme, por lo general, en zonas costeras o de alta incidencia de vientos superficiales.

La potencia máxima de generación de un aerogenerador puede llegar a 7,5 MW [Enercon, 2011], por lo que su principal aplicación es la conexión a alguna red eléctrica, sin embargo, pueden funcionar en sistemas aislados de la red. El factor de planta se encuentra entre 22% y 47% [NREL,2009], mientras que los costos de inversión, oscilan entre 1.206 y 2.438 USD/kW instalado [NREL, 2006]. Los costos de operación y mantenimiento son del orden de 12 a 49 USD/kW/año [NREL, 2009]. El costo medio de la energía para estos equipos oscila entre 11,8 y 12,1 centavos USD/kWh [NREL, 2009].

Los principales requerimientos de esta tecnologíatienen que ver con la disponibilidad de grandesáreas donde exista suficiente viento,

s/m 7 a royam dadicolev noc ,etnemetnereferp[IEA, 2008], con la posibilidad de ser utilizada. Las principales barreras que deben sobrepasar estas tecnologías tienen que ver primordialmente con los costos de inversión, la inestabilidad del viento, y las limitaciones de acceso a la red.

Es una tecnología que se encuentra madura a nivel comercial. Los países líderes en estas tecnologías son Dinamarca, España, Alemania, China y Estados Unidos.

3.

En Chile, las aplicaciones existentes de generación eólica son onshore. En materia de estudios, se han efectuado varios en la línea de identificar zonas con un potencial eólico interesante, información a la que se puede acceder a través del Explorador Eólico – Solar (www.minenergia.cl). Entre estos estudios se encuentra la recopilación y análisis de información meteorológica de superficie entre las regiones de Arica y Parinacota a Los Lagos. A fines de año tendremos disponible todo Chile.

Se desarrolló una evaluación preliminar del potencial eólico entre la Región de Tarapacá y la Región de la Araucanía, basado en el reprocesamiento de resultados disponibles de modelos meteorológicos de mesoescala.

En un generador síncrono, si el eje de la turbinaestá s olidariamente u nido c on s u propio eje del generador, las bajas vueltas de la turbina obligan a d iseñar el r otor d el g enerador c on muchos polos.

Este tipo de generadores con gran número de polos permiten, construir aerogeneradores de velocidad variable de gran potencia.

Estos equipos s on d e mayores dimensiones que s us p ares b ipolares, por e nde, d e mayor costo y trabajan a menores velocidades. S e construyen de hasta 7,5 MW de potencia, con una eficiencia de conversión de energía entre 18 y 35% [ENERCON, 2011].

Síncrono multipolarSíncrono bipolar

Corresponde a sistemas q ue p oseen generadores cuyo imán c entral g ira con una velocidad sincrónica r especto de l a rotación del campo magnéticoy funciona con dos polos (norte y sur).

Estos equipos se construyen de hasta 6 MW de potencia, con u na e ficiencia de conversión d e energía entre 20% y 40%. E l inconveniente de e stos equipos e s que requieren de una caja multiplicadora q ue r ectifique las variaciones del viento sobre el generador lo que aumenta el peso d el conjunto y las mantenciones requeridas.

4.

On ShoreEnergía eléctrica

La energía eólica onshore corresponde a sistemasubicados físicamente en tierra firme, por lo general, en zonas costeras o de alta incidencia de vientos superficiales.

La potencia máxima de generación de un aerogenerador puede llegar a 7,5 MW [Enercon, 2011], por lo que su principal aplicación es la conexión a alguna red eléctrica, sin embargo, pueden funcionar en sistemas aislados de la red. El factor de planta se encuentra entre 22% y 47% [NREL,2009], mientras que los costos de inversión, oscilan entre 1.206 y 2.438 USD/kW instalado [NREL, 2006]. Los costos de operación y mantenimiento son del orden de 12 a 49 USD/kW/año [NREL, 2009]. El costo medio de la energía para estos equipos oscila entre 11,8 y 12,1 centavos USD/kWh [NREL, 2009].

Los principales requerimientos de esta tecnologíatienen que ver con la disponibilidad de grandesáreas donde exista suficiente viento,

s/m 7 a royam dadicolev noc ,etnemetnereferp[IEA, 2008], con la posibilidad de ser utilizada. Las principales barreras que deben sobrepasar estas tecnologías tienen que ver primordialmente con los costos de inversión, la inestabilidad del viento, y las limitaciones de acceso a la red.

Es una tecnología que se encuentra madura a nivel comercial. Los países líderes en estas tecnologías son Dinamarca, España, Alemania, China y Estados Unidos.

3.

En Chile, las aplicaciones existentes de generación eólica son onshore. En materia de estudios, se han efectuado varios en la línea de identificar zonas con un potencial eólico interesante, información a la que se puede acceder a través del Explorador Eólico – Solar (www.minenergia.cl). Entre estos estudios se encuentra la recopilación y análisis de información meteorológica de superficie entre las regiones de Arica y Parinacota a Los Lagos. A fines de año tendremos disponible todo Chile.

Se desarrolló una evaluación preliminar del potencial eólico entre la Región de Tarapacá y la Región de la Araucanía, basado en el reprocesamiento de resultados disponibles de modelos meteorológicos de mesoescala.

En un generador síncrono, si el eje de la turbinaestá s olidariamente u nido c on s u propio eje del generador, las bajas vueltas de la turbina obligan a d iseñar el r otor d el g enerador c on muchos polos.

Este tipo de generadores con gran número de polos permiten, construir aerogeneradores de velocidad variable de gran potencia.

Estos equipos s on d e mayores dimensiones que s us p ares b ipolares, por e nde, d e mayor costo y trabajan a menores velocidades. S e construyen de hasta 7,5 MW de potencia, con una eficiencia de conversión de energía entre 18 y 35% [ENERCON, 2011].

Síncrono multipolarSíncrono bipolar

Corresponde a sistemas q ue p oseen generadores cuyo imán c entral g ira con una velocidad sincrónica r especto de l a rotación del campo magnéticoy funciona con dos polos (norte y sur).

Estos equipos se construyen de hasta 6 MW de potencia, con u na e ficiencia de conversión d e energía entre 20% y 40%. E l inconveniente de e stos equipos e s que requieren de una caja multiplicadora q ue r ectifique las variaciones del viento sobre el generador lo que aumenta el peso d el conjunto y las mantenciones requeridas.

4.

En los aerogeneradores de pequeña potencia se utilizan mayormente generadores síncronos de imanes permanentes. Esto es debido, principalmente, a su robustez y su bajo mantenimiento, al evitar el uso de cajas multiplicadoras, aunque su precio es algo mayor. Este tipo de generadores se está utilizando cada vez más en aerogeneradores de gran potencia, debido a lo reducido de su peso y volumen, al utilizar imanes de alto magnetismo.

Si bien estos imanes son más livianos y compactos, su principal desventaja es la desmagnetización que sufren después de cierto tiempo de trabajo. Además, los imanes de gran duración involucran mayores costos de inversión, puesto que son producidos con metales escasos. Estos equipos se construyen de hasta 5 MW de potencia [Areva Wind, 2011], con una eficiencia de conversión de energía entre 19 y 42% [Vestas, 2010].

Imanes permanentes

5.

Este tipo de generador evita el uso de caja multiplicadora, debido a que al disponer de un gran número de polos que pueden activarse y desactivarse según se requiera, su velocidad de sincronismo es baja y perfectamente compatible con la velocidad del rotor del aerogenerador.

Este tipo de generadores disponen de polos compuestos por electroimanes, lo cual hace que sean muy pesados y voluminosos, pero capaces de regular la tensión de salida, mediante la variación de la corriente continua de excitación. Para inyectar la corriente de excitación disponen normalmente de escobillas, que son uno de los puntos débiles en su mantenimiento.

Estos equipos se construyen de hasta 6 MW de potencia [IEA, 2008], con una eficiencia de conversión de energía entre 20% y 40% [ABB, 2011].

Síncrono depolos variables

Corresponde a sistemas que poseen un generador asíncrono, e s decir, cuentan con un i mán central que g ira con una v elocidad constante pero asincrónica c on l a rotación del campo m agnético ( diferencia e n la rotación de hasta 1%).

Es el sistema más usado en la actualidad por el s ector eólico e n el mundo. S e construyen equipos de hasta 6 MW, con una eficiencia de conversión de energía entre 19 y 42%.

Las principales v entajes de e ste tipo de generadores son su c onfiabilidad y c osto relativamente b ajo, en r elación a sus pares. Además, e ste tipo de t ecnologías asíncronas tienen p ropiedades mecánicas d e gran utilidad, como s u menor rigidez a l a hora d e permitir l eves movimientos del generador sin p rovocar d años j unto a s u capacidad de sobrecarga menor. L o anterior implica que el desgaste del equipo s erá menor, l o que redunda en un gasto menor de mantenimiento.

Asíncrono

6.

Esta tecnología requiere conexión a la red, y a que A síncrono a l tener imanes no autoexcitables, necesita de e nergía eléctrica para i nducir s u campo m agnético al comenzar a g irar. Por eso d e les llama de inducción. Una vez q ue aumenta l a velocidad de g iro, l a energía generada e s mayor a la r equerida por l a inducción y el flujo d e electrones s e invierte hacia l a red eléctrica.

En los aerogeneradores de pequeña potencia se utilizan mayormente generadores síncronos de imanes permanentes. Esto es debido, principalmente, a su robustez y su bajo mantenimiento, al evitar el uso de cajas multiplicadoras, aunque su precio es algo mayor. Este tipo de generadores se está utilizando cada vez más en aerogeneradores de gran potencia, debido a lo reducido de su peso y volumen, al utilizar imanes de alto magnetismo.

Si bien estos imanes son más livianos y compactos, su principal desventaja es la desmagnetización que sufren después de cierto tiempo de trabajo. Además, los imanes de gran duración involucran mayores costos de inversión, puesto que son producidos con metales escasos. Estos equipos se construyen de hasta 5 MW de potencia [Areva Wind, 2011], con una eficiencia de conversión de energía entre 19 y 42% [Vestas, 2010].

Imanes permanentes

5.

Este tipo de generador evita el uso de caja multiplicadora, debido a que al disponer de un gran número de polos que pueden activarse y desactivarse según se requiera, su velocidad de sincronismo es baja y perfectamente compatible con la velocidad del rotor del aerogenerador.

Este tipo de generadores disponen de polos compuestos por electroimanes, lo cual hace que sean muy pesados y voluminosos, pero capaces de regular la tensión de salida, mediante la variación de la corriente continua de excitación. Para inyectar la corriente de excitación disponen normalmente de escobillas, que son uno de los puntos débiles en su mantenimiento.

Estos equipos se construyen de hasta 6 MW de potencia [IEA, 2008], con una eficiencia de conversión de energía entre 20% y 40% [ABB, 2011].

Síncrono depolos variables

Corresponde a sistemas que poseen un generador asíncrono, e s decir, cuentan con un i mán central que g ira con una v elocidad constante pero asincrónica c on l a rotación del campo m agnético ( diferencia e n la rotación de hasta 1%).

Es el sistema más usado en la actualidad por el s ector eólico e n el mundo. S e construyen equipos de hasta 6 MW, con una eficiencia de conversión de energía entre 19 y 42%.

Las principales v entajes de e ste tipo de generadores son su c onfiabilidad y c osto relativamente b ajo, en r elación a sus pares. Además, e ste tipo de t ecnologías asíncronas tienen p ropiedades mecánicas d e gran utilidad, como s u menor rigidez a l a hora d e permitir l eves movimientos del generador sin p rovocar d años j unto a s u capacidad de sobrecarga menor. L o anterior implica que el desgaste del equipo s erá menor, l o que redunda en un gasto menor de mantenimiento.

Asíncrono

6.

Esta tecnología requiere conexión a la red, y a que A síncrono a l tener imanes no autoexcitables, necesita de e nergía eléctrica para i nducir s u campo m agnético al comenzar a g irar. Por eso d e les llama de inducción. Una vez q ue aumenta l a velocidad de g iro, l a energía generada e s mayor a la r equerida por l a inducción y el flujo d e electrones s e invierte hacia l a red eléctrica.

7.

Off ShoreEnergía eléctrica

Las tecnologías offshore de generación de energía eléctrica a partir del viento son aquellas que se encuentran ubicadas físicamente mar adentro, ancladas al fondo marino.

En general, son capaces de producir 50% más de energía que sus pares en tierra pudiendo obtener en la actualidad prototipos de hasta 10 MW por generador [Clipper, 2010], por lo que su principal aplicación, es la conexión a la red.

Su factor de planta es superior al de las tecnologías onshore, alcanzando entre 31 y 43%, [NREL, 2009], mientras que la eficiencia de conversión es del orden del 30% mayor a sus similares en tierra [BWEA]. Esto gracias a la mayor homogeneidad de los flujos de viento sobre la superficie plana del océano.

Los costos de inversión involucrados son mayores a los de sus pares onshore, debido al anclaje de las torres al fondo marino, entre 1.548 y 3.746 USD/kW, mientras que sus costos de operación y mantenimiento se encuentran entre 15 y 87 USD/kW/año [NREL, 2009]. El costo

medio de generación de energía se encuentra entre 6,7 y 17,7 centavos USD/kWh [NREL, 2009].

Las principales barreras para la implementaciónde estos sistemas están asociadas a sus mayores costos de construcción y mantención y a la necesidad de construir una red de transmisión submarina para conectarse con el sistema de distribución local.

Actualmente, el desarrollo de esta tecnología apunta a la colocación de generadores eólicos en aguas cada vez más profundas, lo que aumenta la perspectiva de crecimiento de estos generadores. En términos generales, las exigencias de equipamiento consideran las turbinas, los rotores y generadores y la estructura de soporte, la cuál debe ser especialmente robusta en relación a sus pares onshore. Sus principales ventajas radican en la mayor capacidad de generación de energía, ya que por su ubicación pueden captar mejores condiciones de viento y la posibilidad de instalar torres más altas. Su principal desventaja es el mayor costo de inversión.

Los países líderes en el desarrollo de este tipo de tecnología son Reino Unido, Dinamarca, Holanda, Suecia, entre otros.

En Chile aún no se cuenta con instalaciones de este tipo, a pesar de su gran extensión de costa. Una desventaja que presenta nuestro país frente a este tipo de tecnologías es que sus costas tienen una plataforma litoral angosta y el lecho submarino es muy profundo, lo que implicaría anclajes de gran tamaño en caso de instalar sistemas de este tipo.

Se t rata d e tecnologías d e generación de energía a partir del viento que se encuentran ubicadas físicamente m ar a dentro, ancladas al fondo marino y que poseen turbinas de eje horizontal de 3 aspas.

Las turbinas c on e je horizontal s on las más utilizadas g racias a que, e n términos generales, h an l ogrado o btener una m ayor eficiencia que sus pares de eje vertical.

Los sistemas de eje horizontal son construidosprincipalmente c on 3 a spas, l argas y estrechas, que pueden g irar a m ayores velocidades, lo cual se puede considerar como un e stándar en l a industria eólica. T urbinas con más de 3 a spas p resentan m ayor sensibilidad a l os cambios d e velocidad del viento y mayor peso del r otor, lo c ual en condiciones particulares de viento puede causar daño mecánico en los equipos. Por otra parte, las t urbinas de 2 a spas s on menos e stables frente a los cambios de dirección del viento y generan más ruido.

Eje horizontal de tres aspas

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7.

Off ShoreEnergía eléctrica

Las tecnologías offshore de generación de energía eléctrica a partir del viento son aquellas que se encuentran ubicadas físicamente mar adentro, ancladas al fondo marino.

En general, son capaces de producir 50% más de energía que sus pares en tierra pudiendo obtener en la actualidad prototipos de hasta 10 MW por generador [Clipper, 2010], por lo que su principal aplicación, es la conexión a la red.

Su factor de planta es superior al de las tecnologías onshore, alcanzando entre 31 y 43%, [NREL, 2009], mientras que la eficiencia de conversión es del orden del 30% mayor a sus similares en tierra [BWEA]. Esto gracias a la mayor homogeneidad de los flujos de viento sobre la superficie plana del océano.

Los costos de inversión involucrados son mayores a los de sus pares onshore, debido al anclaje de las torres al fondo marino, entre 1.548 y 3.746 USD/kW, mientras que sus costos de operación y mantenimiento se encuentran entre 15 y 87 USD/kW/año [NREL, 2009]. El costo

medio de generación de energía se encuentra entre 6,7 y 17,7 centavos USD/kWh [NREL, 2009].

Las principales barreras para la implementaciónde estos sistemas están asociadas a sus mayores costos de construcción y mantención y a la necesidad de construir una red de transmisión submarina para conectarse con el sistema de distribución local.

Actualmente, el desarrollo de esta tecnología apunta a la colocación de generadores eólicos en aguas cada vez más profundas, lo que aumenta la perspectiva de crecimiento de estos generadores. En términos generales, las exigencias de equipamiento consideran las turbinas, los rotores y generadores y la estructura de soporte, la cuál debe ser especialmente robusta en relación a sus pares onshore. Sus principales ventajas radican en la mayor capacidad de generación de energía, ya que por su ubicación pueden captar mejores condiciones de viento y la posibilidad de instalar torres más altas. Su principal desventaja es el mayor costo de inversión.

Los países líderes en el desarrollo de este tipo de tecnología son Reino Unido, Dinamarca, Holanda, Suecia, entre otros.

En Chile aún no se cuenta con instalaciones de este tipo, a pesar de su gran extensión de costa. Una desventaja que presenta nuestro país frente a este tipo de tecnologías es que sus costas tienen una plataforma litoral angosta y el lecho submarino es muy profundo, lo que implicaría anclajes de gran tamaño en caso de instalar sistemas de este tipo.

Se t rata d e tecnologías d e generación de energía a partir del viento que se encuentran ubicadas físicamente m ar a dentro, ancladas al fondo marino y que poseen turbinas de eje horizontal de 3 aspas.

Las turbinas c on e je horizontal s on las más utilizadas g racias a que, e n términos generales, h an l ogrado o btener una m ayor eficiencia que sus pares de eje vertical.

Los sistemas de eje horizontal son construidosprincipalmente c on 3 a spas, l argas y estrechas, que pueden g irar a m ayores velocidades, lo cual se puede considerar como un e stándar en l a industria eólica. T urbinas con más de 3 a spas p resentan m ayor sensibilidad a l os cambios d e velocidad del viento y mayor peso del r otor, lo c ual en condiciones particulares de viento puede causar daño mecánico en los equipos. Por otra parte, las t urbinas de 2 a spas s on menos e stables frente a los cambios de dirección del viento y generan más ruido.

Eje horizontal de tres aspas

8.

9.

Baja potenciaEnergía Eléctrica

Los sistemas eólicos de b aja p otencia s on aplicaciones d e generación de energía en menor e scala, d e existiendo equipos desde los 0,5 kW hasta turbinas a nivel de prototipo comercial c on p otencia d e 4.000 k W [Sandia Laboratory, 2011]. Estas tecnologías e stán orientadas, p rincipalmente, a satisfacer demandas menores sin c onexión a la r ed de distribución local.

Por tratarse de sistemas de menor escala, los factores de planta no superan el 45%, variando según tecnología y lugar específico, mientras que su eficiencia oscila entre 15 y 20% [Sandia Laboratory, 2011].

Las turbinas c on e je horizontal s on las m ás utilizadas g racias a que, e n términos generales, h an l ogrado o btener una m ayor eficiencia que sus pares de eje vertical.

Las turbinas c on e jes verticales son una alternativa a las turbinas c on e je horizontal en a plicaciones d e escala pequeña debido a que, c omo l os r otores s e encuentran más cercanos a l suelo, é stas t urbinas trabajan en zonas de menor intensidad de viento y, por ende, generan menos energía.

10.

Las principales diferencias con sus pares de sólo 3 aspas radican en que poseen mayor masa, alcanzan menores velocidades y logran eficiencias más bajas. Además, las turbinas con más de 3 aspas presentan mayor sensibilidad a los cambios de velocidad del viento, el cual, en condiciones particulares puede causar daño mecánico en los equipos.

En la actualidad, su principal uso, es en sistemas de bombas de agua. Las palas múltiples permiten aprovechar velocidades de viento más bajas que los aerogeneradores de 3 aspas, pero el mayor peso del rotor, limita el tamaño de este. En general, se trata de equipos que son capaces de generar entre 0,5 y 50 kW de potencia. El factor de planta de estos equipos es de 18% a 45%, mientras que la eficiencia de conversión se encuentra entre 15% y 52% [Sandia Laboratory, 2011].

Los costos de inversión para esta tecnología son del orden de 2.000 a 4.500 USD/kW, con costos de operación y mantenimiento de 8 a 20 USD/kW/año (Bergey Windpower). Su costo medio de generación de energía se encuentra en el rango de 14,8 a 33,7 centavos USD/kWh.

Eje horizontal de varias aspas

Es una tecnología ampliamente utilizada a nivel global. El diseño de 3 aspas permite una velocidad mayor al de múltiples aspas, pero con un giro más suave y estable que el de dos aspas. Esto le permite obtener eficiencias de conversión mayores. Además, están menos expuestos a daños mecánicos por su menor sensibilidad a los cambios en la intensidad del viento.

Similares a sus pares de alta potencia, en general, se trata de generadores síncronos de imanes permanentes, que se utilizan aisladamente. Habitualmente, como equipos de baja potencia se considera a aquellos que son capaces de generar entre 5 y 500 kW de potencia.

El factor de planta de estos equipos es de 26% a 38%, mientras que la eficiencia de conversión se encuentra entre 16% y 41% [Sandia Laboratory].

Los costos de inversión para esta tecnología son del orden de 2.000 a 4.500 USD/kW, con costos de operación y mantenimiento de 8 a 20 USD/kW al año (Bergey Windpower). Su costo medio de generación de energía se encuentra en el rango de 12,2 a 31,6 centavos USD/kWh.

Eje horizontal de tres aspas

9.

Baja potenciaEnergía Eléctrica

Los sistemas eólicos de b aja p otencia s on aplicaciones d e generación de energía en menor e scala, d e existiendo equipos desde los 0,5 kW hasta turbinas a nivel de prototipo comercial c on p otencia d e 4.000 k W [Sandia Laboratory, 2011]. Estas tecnologías e stán orientadas, p rincipalmente, a satisfacer demandas menores sin c onexión a la r ed de distribución local.

Por tratarse de sistemas de menor escala, los factores de planta no superan el 45%, variando según tecnología y lugar específico, mientras que su eficiencia oscila entre 15 y 20% [Sandia Laboratory, 2011].

Las turbinas c on e je horizontal s on las m ás utilizadas g racias a que, e n términos generales, h an l ogrado o btener una m ayor eficiencia que sus pares de eje vertical.

Las turbinas c on e jes verticales son una alternativa a las turbinas c on e je horizontal en a plicaciones d e escala pequeña debido a que, c omo l os r otores s e encuentran más cercanos a l suelo, é stas t urbinas trabajan en zonas de menor intensidad de viento y, por ende, generan menos energía.

10.

Las principales diferencias con sus pares de sólo 3 aspas radican en que poseen mayor masa, alcanzan menores velocidades y logran eficiencias más bajas. Además, las turbinas con más de 3 aspas presentan mayor sensibilidad a los cambios de velocidad del viento, el cual, en condiciones particulares puede causar daño mecánico en los equipos.

En la actualidad, su principal uso, es en sistemas de bombas de agua. Las palas múltiples permiten aprovechar velocidades de viento más bajas que los aerogeneradores de 3 aspas, pero el mayor peso del rotor, limita el tamaño de este. En general, se trata de equipos que son capaces de generar entre 0,5 y 50 kW de potencia. El factor de planta de estos equipos es de 18% a 45%, mientras que la eficiencia de conversión se encuentra entre 15% y 52% [Sandia Laboratory, 2011].

Los costos de inversión para esta tecnología son del orden de 2.000 a 4.500 USD/kW, con costos de operación y mantenimiento de 8 a 20 USD/kW/año (Bergey Windpower). Su costo medio de generación de energía se encuentra en el rango de 14,8 a 33,7 centavos USD/kWh.

Eje horizontal de varias aspas

Es una tecnología ampliamente utilizada a nivel global. El diseño de 3 aspas permite una velocidad mayor al de múltiples aspas, pero con un giro más suave y estable que el de dos aspas. Esto le permite obtener eficiencias de conversión mayores. Además, están menos expuestos a daños mecánicos por su menor sensibilidad a los cambios en la intensidad del viento.

Similares a sus pares de alta potencia, en general, se trata de generadores síncronos de imanes permanentes, que se utilizan aisladamente. Habitualmente, como equipos de baja potencia se considera a aquellos que son capaces de generar entre 5 y 500 kW de potencia.

El factor de planta de estos equipos es de 26% a 38%, mientras que la eficiencia de conversión se encuentra entre 16% y 41% [Sandia Laboratory].

Los costos de inversión para esta tecnología son del orden de 2.000 a 4.500 USD/kW, con costos de operación y mantenimiento de 8 a 20 USD/kW al año (Bergey Windpower). Su costo medio de generación de energía se encuentra en el rango de 12,2 a 31,6 centavos USD/kWh.

Eje horizontal de tres aspas

Son turbinas muy simples y de bajo costo, muchas veces implementadas de forma artesanal. Estas poseen palas con las que resisten la energía del viento y la diferencia entre ellas responde a diseños constructivos particulares.

Son tecnologías ampliamente utilizadas a nivel global y sus principales aplicaciones están orientadas a bombeo de agua, sistemas simples de refrigeración, carga de baterías, entre otras aplicaciones, donde se da más relevancia al costo que a la eficiencia.

Savonius presenta eficiencias máximas del orden de 15 a 25% y está orientada a generación de hasta 5 kW. Por su parte, Darrieus tiene eficiencias de 20 a 35% y potencias asociadas de 5 a 4000 kW, ésta última nivel de prototipo [Sandia Laboratory, 2011].

Las Darrieus, patentadas por G. Darrieus el año1931 y desarrolladas luego por el Laboratorio Sandia en los años 70, son turbinas bastante

Eje vertical Darrieus,Panémona y Savonius

simples y de bajo costo, aunque mayores que las turbinas Panémona y Savonius. Son turbinas constituidas por Eje vertical Darrieus, Panémona y Savonius dos palas en forma de hojas delgadas, unidas al eje en los extremos con una curva diseñada para optimizar el rendimiento. No requieren sistema de direccionamiento y comienzan a funcionar con velocidades de viento de 2 m/s. El generador Darrieus más grande del mundo es de 4 MW de potencia, con una altura de 42 metros. Se encuentra en Canadá.

Por su parte, la tecnología Panémona, también patentada por Darrieus el año 1927, tiene distintas configuraciones, pero en general, consiste en palas paralelas al eje, separadas de este por un brazo rígido. Puede generar potencias entre 10 kW y 1 MW, tienen factor de planta entre 18 y 42% y eficiencias entre 15 y 30% [Sandia Laboratory, 2011].

Respecto de la tecnología Savonius, patentada por el finlandes Sigurd Savonius en 1922.

Es el diseño más simple de aerogenerador, pudiendo construirse equipos artesanales, con un barril metálico cortado diametralmente y con ambas mitades desplazadas de su eje. Algunos diseños combinan en un mismo eje, un Savonius en el centro con un Darrieus por fuera. Esta aplicación es muy usada en áreas rurales, pudiendo generar potencias entre 0,1 y 5 kW, y con un factor de planta entre 35 y 45% y eficiencias entre 15 y 25% [Sandia Laboratory].

Estos sistemas de eje vertical tienen costos de inversión entre 3.000 y 10.000 USD/kW, con costos de operación entre 8 a 40 USD/kW/año. El costo medio de la energía es de 24,5 a 49,9 centavos por kWh, siendo estos rangos variables en la medida en que estos equipos presentan diversas configura-ciones y niveles de sofisticación.

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Son turbinas muy simples y de bajo costo, muchas veces implementadas de forma artesanal. Estas poseen palas con las que resisten la energía del viento y la diferencia entre ellas responde a diseños constructivos particulares.

Son tecnologías ampliamente utilizadas a nivel global y sus principales aplicaciones están orientadas a bombeo de agua, sistemas simples de refrigeración, carga de baterías, entre otras aplicaciones, donde se da más relevancia al costo que a la eficiencia.

Savonius presenta eficiencias máximas del orden de 15 a 25% y está orientada a generación de hasta 5 kW. Por su parte, Darrieus tiene eficiencias de 20 a 35% y potencias asociadas de 5 a 4000 kW, ésta última nivel de prototipo [Sandia Laboratory, 2011].

Las Darrieus, patentadas por G. Darrieus el año1931 y desarrolladas luego por el Laboratorio Sandia en los años 70, son turbinas bastante

Eje vertical Darrieus,Panémona y Savonius

simples y de bajo costo, aunque mayores que las turbinas Panémona y Savonius. Son turbinas constituidas por Eje vertical Darrieus, Panémona y Savonius dos palas en forma de hojas delgadas, unidas al eje en los extremos con una curva diseñada para optimizar el rendimiento. No requieren sistema de direccionamiento y comienzan a funcionar con velocidades de viento de 2 m/s. El generador Darrieus más grande del mundo es de 4 MW de potencia, con una altura de 42 metros. Se encuentra en Canadá.

Por su parte, la tecnología Panémona, también patentada por Darrieus el año 1927, tiene distintas configuraciones, pero en general, consiste en palas paralelas al eje, separadas de este por un brazo rígido. Puede generar potencias entre 10 kW y 1 MW, tienen factor de planta entre 18 y 42% y eficiencias entre 15 y 30% [Sandia Laboratory, 2011].

Respecto de la tecnología Savonius, patentada por el finlandes Sigurd Savonius en 1922.

Es el diseño más simple de aerogenerador, pudiendo construirse equipos artesanales, con un barril metálico cortado diametralmente y con ambas mitades desplazadas de su eje. Algunos diseños combinan en un mismo eje, un Savonius en el centro con un Darrieus por fuera. Esta aplicación es muy usada en áreas rurales, pudiendo generar potencias entre 0,1 y 5 kW, y con un factor de planta entre 35 y 45% y eficiencias entre 15 y 25% [Sandia Laboratory].

Estos sistemas de eje vertical tienen costos de inversión entre 3.000 y 10.000 USD/kW, con costos de operación entre 8 a 40 USD/kW/año. El costo medio de la energía es de 24,5 a 49,9 centavos por kWh, siendo estos rangos variables en la medida en que estos equipos presentan diversas configura-ciones y niveles de sofisticación.

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