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Mini-eólica
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Mini-eólica
Mini-eólica ii
Índice
Objetivos del Módulo .............................................................................................................................. 1
1. Tecnología de aerogeneradores de pequeña potencia ...................................................................... 2
Introducción ....................................................................................................................................... 2
Definición de rangos ........................................................................................................................... 3
Conceptos básicos de aerodinámica .................................................................................................. 3
Curva característica: la curva de potencia .......................................................................................... 4
Criterios de clasificación de los aerogeneradores .............................................................................. 5
1. Aerogeneradores de eje horizontal .......................................................................................................... 5
2. Aerogeneradores de eje vertical ............................................................................................................... 6
Componentes del aerogenerador de pequeña potencia ................................................................... 6
Rotor ............................................................................................................................................................. 7
Sistema de regulación de potencia y de la velocidad de rotación ................................................................ 7
Sistema de Frenado ....................................................................................................................................... 8
Sistema de Orientación ................................................................................................................................. 8
Generador eléctrico ...................................................................................................................................... 9
Control electrónico ....................................................................................................................................... 9
Torre soporte .............................................................................................................................................. 10
Normativa de mini-eólica ................................................................................................................. 10
Introducción ................................................................................................................................................ 10
Normativa internacional (CEI) ..................................................................................................................... 11
Trabajo en la Agencia Internacional de la Energía (AIE) ............................................................................. 12
Experiencias de fabricación en LAC .................................................................................................. 12
Resumen del capítulo 1 .................................................................................................................... 13
2. Caracterización y evaluación del recurso eólico ............................................................................... 14
El viento ............................................................................................................................................ 14
Fases para la caracterización ............................................................................................................ 15
Exploración .................................................................................................................................................. 15
Campaña de medidas .................................................................................................................................. 16
Parámetros básicos ..................................................................................................................................... 17
Análisis estadístico inicial de datos ............................................................................................................. 18
Producción energética teórica .................................................................................................................... 19
Otros ........................................................................................................................................................... 21
Mini-eólica ii
Caracterización del recurso eólico en LAC ........................................................................................ 22
Resumen del capítulo 2 .................................................................................................................... 23
3. Sistemas con mini-eólica ................................................................................................................... 24
Introducción ..................................................................................................................................... 24
Sistemas aislados <> sistemas conectados a red ........................................................................................ 24
El acoplamiento en potencia como origen de las configuraciones básicas ................................................ 25
Posibles componentes en sistemas con mini-eólica ........................................................................ 27
Otras formas de generación renovable: fotovoltaica y mini-hidráulica ...................................................... 27
Control del sistema o control supervisor .................................................................................................... 28
Sistema de almacenamiento de energía ..................................................................................................... 28
Grupo electrógeno ...................................................................................................................................... 29
Los consumos .............................................................................................................................................. 30
Configuraciones básicas de sistemas con mini-eólica ...................................................................... 31
Sistemas conectados a red .......................................................................................................................... 31
Sistemas aislados: sistemas con acumulación de energía eléctrica; camino en continua .......................... 31
Sistemas aislados: sistemas eólico-diésel; camino en alterna .................................................................... 33
Sistemas aislados: sistemas sin acumulación de energía eléctrica ni grupo electrógeno........................... 35
Resumen del capítulo 3 .................................................................................................................... 36
4. Aplicaciones de mini-eólica ............................................................................................................... 37
Sistemas conectados a red ............................................................................................................... 37
Acumulación: depende del marco normativo ............................................................................................. 37
Control: el del aerogenerador ..................................................................................................................... 38
Consumos: depende de la gestión y del marco retributivo ........................................................................ 38
Integración de mini-eólica en entorno urbano: niveles de integración ...................................................... 38
Experiencias en aplicaciones de mini-eólica conectada a red en Latinoamérica y Caribe .......................... 39
Sistemas aislados con acumulación en baterías ............................................................................... 39
Otras formas de generación renovable: fotovoltaica, muy frecuente; hidráulica, menos ......................... 40
Acumulación: baterías................................................................................................................................. 40
Control: distintas posibilidades ................................................................................................................... 40
Grupo auxiliar: de apoyo ............................................................................................................................. 41
Diseño de sistemas aislados híbridos .......................................................................................................... 41
Normativa para sistemas aislados híbridos ................................................................................................. 42
Experiencias de electrificación rural con sistemas con baterías y con pequeña eólica en Latinoamérica y Caribe .......................................................................................................................................................... 43
Sistemas colectivos (mini-redes) con diésel. Sistemas eólico-diésel ................................................ 47
Otras formas de generación renovable: admite, pero no son frecuentes .................................................. 47
Acumulación: corto plazo............................................................................................................................ 48
Mini-eólica ii
Control: supervisor ...................................................................................................................................... 48
Grupo electrógeno: imprescindible ............................................................................................................ 49
Consumos: conviene incluir cargas regulables ............................................................................................ 49
Experiencias de electrificación rural con sistemas eólico-diésel en Latinoamérica y Caribe ...................... 50
Sistemas eólico-agua ........................................................................................................................ 52
Acumulación: se almacena un producto de la generación eléctrica. .......................................................... 52
Control: imprescindible, pero sencillo ........................................................................................................ 52
Grupo electrógeno: puede existir ............................................................................................................... 52
Consumos: cargas regulables, no dedicadas ............................................................................................... 52
Experiencias en aplicaciones de pequeña eólica con agua en Latinoamérica y Caribe .............................. 52
Resumen del capítulo 4 .................................................................................................................... 53
Glosario ................................................................................................................................................. 54
Bibliografía y referencias recomendadas.............................................................................................. 56
Páginas Web .......................................................................................................................................... 57
Índice de tablas ..................................................................................................................................... 58
Índice de ilustraciones .......................................................................................................................... 58
Mini-eólica 1
Mini-eólica
Aerogeneradores de pequeña potencia
Objetivos del Módulo La tecnología de generación eólica se basa en el aprovechamiento de la energía cinética del viento. Este aprovechamiento se ha realizado durante siglos, en forma de energía mecánica en aplicaciones
como barcos de vela, molinos de viento, etc., pero ha sido durante el último siglo fundamentalmente cuando se ha utilizado además para producir electricidad. En las últimas décadas hemos asistido a un
desarrollo vertiginoso de grandes instalaciones eólicas conectadas a la red eléctrica convencional, denominadas comúnmente parques eólicos, e incluso hoy en día se trabaja con gran ahínco en la
implantación de instalaciones similares pero en el mar.
No obstante, a pesar de este importante desarrollo en la tecnología de generación eléctrica a partir del viento a gran escala, existe otro rango de aplicación a una menor escala que es lo que se suele
denominar mini-eólica o tecnología eólica de pequeña potencia. El objetivo principal de este curso es familiarizar al lector con la tecnología eólica de pequeña
potencia, particularizada para su utilización en la región LAC.
Para ello, para la familiarización con esta tecnología, básicamente es necesario adentrarse en tres áreas de conocimiento: la tecnología eólica y, más concretamente, las particularidades del rango de
pequeña potencia; la caracterización del recurso eólico, la fuente de la cual procede la energía eólica; y por último los posibles usos, los distintos sistemas donde se puede conectar un pequeño
aerogenerador. Para el primer área de conocimiento, se revisarán de forma simplificada los principios esenciales
necesarios para comprender cómo funciona la tecnología eólica, para pasar a las particularidades de
la tecnología eólica de pequeña potencia. A pesar de que tanto la tecnología eólica de pequeña potencia como la de gran potencia aprovechan el viento para producir electricidad, existen
importantes diferencias entre ambas aplicaciones relativas tanto a la eficiencia, como a la viabilidad económica y a la caracterización del recurso.
Dentro del segundo área de conocimiento, el viento, el recurso eólico, se mostrará cómo conseguir
información sobre el recurso eólico, ya sea mediante campañas de medida de viento o mediante el uso de mapas eólicos, y qué tipo de tratamiento debe hacerse de esta información. Dicha revisión
incluirá las herramientas necesarias para calcular la energía generada por un pequeño aerogenerador.
En cuanto al tercer área de conocimiento, el sistema, la aplicación, se mostrarán las configuraciones más frecuentes donde se suelen instalar pequeños aerogeneradores, con los otros componentes que
pueden aparecer en el sistema, tales como: generador fotovoltaico, baterías, electrónica de potencia
y consumos. Así mismo se darán las pautas para diseñar un sistema en el que se incluya este tipo de tecnología.
Y, por supuesto, Y todo ello enfocado en el área LAC. Se incluye en el curso una actualización sobre la actividad en mini-eólica en la región, tanto en lo que se refiere a fabricación, caracterización del
recurso eólico o instalación.
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1. Tecnología de aerogeneradores de pequeña potencia
En este capítulo se da una breve revisión de los conceptos fundamentales para entender el
funcionamiento de un aerogenerador, así como las nociones básicas para comprender las diferencias entre los distintos tipos de aerogeneradores existentes. Puesto que este curso trata sobre sistemas
con energía eólica, el aerogenerador será un componente siempre presente en nuestras
configuraciones. Esto no significa que tenga que ser siempre así en un caso real. En un caso real, habrá que seleccionar la mejor solución de abastecimiento eléctrico, y ésta puede que incluya un
aerogenerador o no. Pero aquí sólo se estudian, de todas las posibles soluciones, aquellas que sí incluyen aerogenerador.
Introducción
Además del gran interés despertado por los grandes parques eólicos en el rango de los multimegavatios, los mercados para sistemas eólicos de pequeña potencia (tanto aislados como
conectados a red) pueden resultar atractivos si los precios de la electricidad y de los combustibles fósiles son suficientemente elevados o si, como ocurre en muchos países en vías de desarrollo, la
distancia a la red eléctrica más cercana es muy grande.
Sin embargo, a pesar de la madurez alcanzada en el desarrollo de los grandes aerogeneradores para
conexión a parques eólicos, el estado del arte de los pequeños aerogeneradores está todavía distante de la madurez tecnológica y de la competitividad económica. Los costes medios para la actual
minieólica aislada varían entre los 2500 y los 6000 $/kW instalado, mientras que en aplicaciones de generación distribuida un pequeño aerogenerador puede variar entre los 2700 y los 8000 $/kW.
Ambos rangos contrastan con los costes específicos de los grandes aerogeneradores, que están en
torno a los 1500 $/kW.
En lo que respecta al análisis del comportamiento de los pequeños aerogeneradores, la densidad de potencia media está alrededor entre 0.15 y 0.25 kW/m2 debido a la limitación del potencial eólico
disponible en los emplazamientos de la minieólica, en comparación con las localizaciones típicas para
los aerogeneradores de gran tamaño.
La tecnología de la minieólica es claramente diferente de la utilizada en grandes aerogeneradores. Estas diferencias afectan a todos los subsistemas: sobre todo al sistema eléctrico y al de control, pero
también al diseño del rotor. La mayoría de los aerogeneradores de pequeña potencia existentes en el
mercado han sido construidos de forma casi artesanal.
La minieólica tiene un gran potencial pero todavía existen desafíos que tienen que ser superados. Existen normas específicas para la minieólica (como el estándar CEI 61400-2 para el diseño de
aerogeneradores de pequeña potencia) y son también de aplicación algunos estándares para la eólica en general, como el de medida de la curva de potencia o el de medida de emisiones sonoras; sin
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embargo, queda todavía trabajo por hacer en el campo normativo para conseguir aumentar la implantación de una mayor calidad en la fabricación de estos equipos.
No obstante, el mercado es prometedor tanto en los países en vías de desarrollo como en países desarrollados, y tanto para aplicaciones conectadas a red como para aplicaciones aisladas.
Definición de rangos
En la siguiente tabla se presenta una categorización de los rangos comerciales de pequeños
aerogeneradores en función de la potencia nominal, desde unos pocos vatios hasta los 100 kW.
Tabla 1. Clasificación de aerogeneradores de pequeña potencia
Potencia Nominal (kW) Área barrida de
rotor (m2) Sub-categoría
Pnominal < 1 kW A < 4.9 m2 Pico eólica
1 kW < Pnominal< 7 kW A < 40 m2 Micro eólica
7 kW < Pnominal< 50 kW A < 200 m2 Mini eólica
50 kW < Pnominal< 100 kW A < 300 m2 (por definir)
Fuente: CIEMAT
Los valores que definen los rangos en esta categorización han sido elegidos a partir de las normas
que afectan a la minieólica. El valor de 40 m2 fue el límite establecido en la primera edición del estándar CEI-61400-2, y es el rango que se prevé actualmente para integración en entorno urbano;
el límite de 200 m2 fue el establecido en la segunda edición del mencionado estándar en 2006, e incluye la mayor parte de aplicaciones de minieólica. Finalmente, el límite de 100 kW se define en
algunos países como la máxima potencia que se puede conectar a la red eléctrica de baja tensión. El
rango de la pico-eólica se acepta comúnmente para aerogeneradores de menos de 1 kW.
Conceptos básicos de aerodinámica
La energía que se puede extraer del viento es la energía cinética contenida en la corriente de aire.
Cuando el viento pasa a través de un aerogenerador, sufre una disminución de su velocidad, por el
hecho de que se le roba energía cinética que es transformada en energía mecánica en el eje del aerogenerador. Para obtener toda la energía cinética, habría que parar completamente el viento
detrás del rotor, por lo que dejaría de pasar a través del mismo.
Del total de la potencia contenida en el viento, el máximo que puede ser aprovechado es un valor cercano al 60 %, límite que se conoce como "límite de Betz" en recuerdo del investigador alemán
A. Betz, que en 1927 estudió cómo era el comportamiento de una corriente de aire en un
aerogenerador. Con objeto de caracterizar la eficiencia aerodinámica de las aeroturbinas, se define el “Coeficiente de Potencia” como la relación entre la potencia suministrada por la aeroturbina en el
eje de giro, respecto a la potencia contenida en el viento incidente en el rotor de la misma. El
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coeficiente de potencia es una medida del rendimiento de la máquina y como se ha mencionado anteriormente el valor máximo de este coeficiente de potencia no puede superar el límite de Betz.
El empleo de secciones de las palas con forma de perfil de ala ha demostrado proporcionar elevados coeficientes de potencia. Los perfiles usados siguen la tecnología aeronáutica de perfiles de alas y de
rotores de baja velocidad, si bien recientemente se han desarrollado perfiles específicos para generación eólica.
Curva característica: la curva de potencia
La característica fundamental de los aerogeneradores, en lo que respecta a caracterización
energética, es la denominada “Curva de potencia de un aerogenerador”, que es la relación entre la potencia eléctrica suministrada en función de la velocidad de viento incidente. La curva de
potencia del aerogenerador es la característica más significativa de su eficiencia energética, y nos
permitirá calcular la energía que puede suministrar en un emplazamiento en el que conozcamos los datos de viento.
En la figura se representa una curva de potencia característica en la que se pueden distinguir los
siguientes valores:
Velocidad de conexión o de arranque. Valor de la velocidad media del viento para la que el aerogenerador comienza a generar energía eléctrica.
Velocidad nominal. Velocidad media del viento a la que una turbina eólica rinde su potencia nominal. Aunque tradicionalmente no ha existido un valor de velocidad de viento aceptado de forma universal como velocidad nominal, la tendencia es usar el valor de 11m/s. No obstante, conviene prestar atención a este parámetro en las hojas técnicas del aerogenerador, cuando se comparan aerogeneradores distintos. A partir de esta velocidad de viento los sistemas de control del aerogenerador tratarán de mantener la potencia de salida de forma regulada.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Velocidad de viento (m/s)
Po
ten
cia
no
rmalizad
a
Vnominal
Pnominal
Vconexión
Ilustración 1. Curva de potencia
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Velocidad de corte o de desconexión. Valor de la velocidad del viento para el que el sistema de control de una turbina eólica realiza su desconexión, a partir de esta velocidad del viento el aerogenerador permanece parado y en posición de protección contra vientos fuertes. Esta característica, típica en aerogeneradores de gran tamaño, no es tan frecuente en mini-eólica.
La curva de potencia se utilizará para el cálculo de la energía producida por un aerogenerador en un emplazamiento, de la forma que se describirá más adelante en el capítulo de evaluación del recurso
eólico.
Criterios de clasificación de los aerogeneradores
Existen distintos modos de clasificar a los aerogeneradores atendiendo a características tales como
eje de giro, velocidad de rotación, tamaño, aplicación, etc. Una primera clasificación de las turbinas eólicas se puede realizar atendiendo a la disposición del eje de giro del rotor eólico. Podemos
clasificar las aeroturbinas en dos tipos, según este criterio:
1. Aeroturbinas de eje Horizontal.
2. Aeroturbinas de eje Vertical
1. Aerogeneradores de eje horizontal
Los rotores de eje horizontal se caracterizan porque hacen girar sus palas en un plano perpendicular a la dirección del viento incidente. La velocidad de giro de las turbinas de eje horizontal sigue una
relación inversa al número de sus palas. Así, las turbinas de eje horizontal se clasifican en turbinas
con rotor multipala o aeroturbinas lentas y rotor tipo hélice o aeroturbinas rápidas.
Los rotores multipala se caracterizan por tener un número de palas que puede variar de 6 a 24 y por lo tanto una solidez elevada. Presentan grandes pares de arranque y una baja velocidad de giro. La
velocidad lineal en la punta de la pala de estas máquinas, en condiciones de diseño, es del mismo orden que la velocidad del viento. Estas características hacen que la aplicación fundamental de estas
turbinas haya sido tradicionalmente el bombeo de agua. No se utilizan en aplicaciones de generación
de energía eléctrica debido a su bajo régimen de giro.
Los rotores tipo hélice giran a una velocidad mayor que los rotores multipala. La velocidad lineal en la punta de la pala de estas máquinas varía en un margen de 6 a 10 veces la velocidad del viento. Esta
propiedad hace que las aeroturbinas rápidas sean muy apropiadas para la generación de energía
eléctrica, Los rotores tipo hélice presentan un par de arranque reducido que, en la mayoría de las aplicaciones, es suficiente para hacer girar el rotor durante el proceso de conexión.
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Ilustración 2. Aerogenerador de eje horizontal, bipala a barlovento
2. Aerogeneradores de eje vertical Dentro de las aeroturbinas de eje vertical, se pueden encontrar tres tipos de tecnologías: Savonius,
Darrieus y Giromill.
Las turbinas con rotores de eje vertical tienen la ventaja fundamental de que no precisan ningún sistema de orientación activo para captar la energía del viento. Presentan la ventaja añadida, con
respecto a las turbinas de eje horizontal, de disponer del tren de potencia y el sistema de generación eléctrica a nivel del suelo, lo que facilita enormemente las labores de mantenimiento. Como
principales inconvenientes se encuentran la dificultad de realizar la regulación de potencia ante
vientos altos en este tipo de turbinas, la fluctuación del par motor en el giro de la aeroturbina, así como el menor rendimiento del sistema de captación respecto a las aeroturbinas de eje horizontal.
Estos inconvenientes habían llevado a la práctica extinción de los modelos de eje vertical. Pero en los últimos años esta familia de aerogeneradores ha experimentado una resurrección debido a su posible
utilización en entorno urbano, por sus teóricas mejores prestaciones para ser integrados en edificios:
producir menor nivel sonoro, menor impacto visual, mejor comportamiento ante flujo turbulento. Son varios los fabricantes que, ante las buenas perspectivas en este campo, se han lanzado al diseño y
fabricación de nuevos modelos, algunos de ellos ya disponibles a nivel comercial.
Componentes del aerogenerador de pequeña potencia
A continuación se presenta un análisis de las soluciones tecnológicas adoptadas en el diseño de los
aerogeneradores de pequeña potencia para cada uno de los subsistemas del mismo, analizándose las
opciones más frecuentemente utilizadas en los modelos existentes en el mercado actual, y comparándolas con las soluciones (casi siempre diferentes) utilizadas en grandes aerogeneradores.
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Ilustración 3. Componentes de un aerogenerador de pequeña potencia
Rotor
Se describe en este apartado el rotor de aerogeneradores de eje horizontal. Las turbinas pueden
diseñarse para que funcionen en la configuración de barlovento (cuando el rotor se encuentra delante de la torre) o sotavento (cuando el rotor se encuentra detrás de la torre).
La mayor parte de los aerogeneradores en el mercado son aerogeneradores de eje horizontal a
barlovento (el viento les llega de frente); en esto coinciden con los grandes aerogeneradores, que
son todos a barlovento. La tecnología utilizada varía desde rotores de dos palas, hasta rotores de 6 palas, cubriendo todas las soluciones intermedias: 3, 4, 5 y 6 palas. Los más utilizados son los de tres
palas (ésta es la opción elegida también para los grandes aerogeneradores), debido fundamentalmente a su mejor comportamiento dinámico (son más sencillos de equilibrar) y a un
mayor rendimiento aerodinámico. Sin embargo se han experimentado configuraciones de aerogeneradores de una sola pala (monopalas) y aerogeneradores de dos palas, utilizándose mayor
número de palas en los aerogeneradores de potencia nominal inferior a 250W. El material de las
palas es mayoritariamente fibra de vidrio/poliéster, y en algunos casos madera.
Existen además aerogeneradores a sotavento, cuyo número está creciendo en los nuevos diseños orientados a integración en zonas urbanas.
Sistema de regulación de potencia y de la velocidad de rotación Existe una gran variedad de soluciones utilizadas para regular la potencia y la velocidad de giro en los
pequeños aerogeneradores. Entre ellas se incluyen:
“Sin regulación”, en la que el aerogenerador se diseña para poder soportar las cargas que se produzcan en todas las condiciones de operación, incluidas las velocidades de giro que puedan presentarse en funcionamiento en vacío.
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“Regulación por desorientación” en el que el eje del rotor se desalinea en el plano horizontal respecto a la dirección del viento incidente. Existen distintas soluciones para que se produzca esta desorientación del rotor, si bien la más utilizada es mediante un diseño en el que el centro de empuje del rotor no queda alineado con el centro del rodamiento de orientación.
“Regulación por cabeceo”, similar al anterior, pero en el que la desalineación se produce en el plano vertical.
“Regulación por cambio de paso”. El cambio de paso activo es la solución utilizada en los aerogeneradores más grandes, pero raramente es usada en mini-eólica, donde en la mayor parte de los casos se utilizan sistemas de cambio de paso pasivos, en los que la variación del ángulo de ataque de las palas se produce mediante sistemas centrífugos pasivos.
“Regulación por pérdida aerodinámica”, similar a la utilizada en grandes aerogeneradores, consiste en una disminución del coeficiente de potencia a partir de cierta velocidad de viento, que ocurre por el comportamiento aerodinámico de las palas, sin necesidad de actuación externa.
El punto clave en la regulación de potencia empleada en pequeños aerogeneradores ha sido tradicionalmente conseguir una regulación adecuada mediante sistemas pasivos, mecánicos, puesto que las soluciones con mecanismos activos, eléctrico-electrónicos, similar a los empleados en los aerogeneradores de mayor tamaño, dan lugar a diseños más complejos, y consiguientemente más caros y con mayor labor de mantenimiento. Por ello esta solución no es comúnmente utilizada hasta la fecha en mini-eólica.
Sistema de Frenado Existe una cierta indefinición, pues se ha encontrado frecuentemente en la documentación técnica
descriptiva de los aerogeneradores, que los fabricantes indican el sistema de control de vueltas como sistema de frenado, lo que de acuerdo con la definición de la norma resultaría correcto, pero que no
sería suficiente para detener el aerogenerador en todas las condiciones de funcionamiento.
En los aerogeneradores que sólo llevan un sistema de frenado, la solución mayoritaria es mediante
cortocircuito del generador eléctrico. En el caso en que usen dos sistemas de frenado, el primero de ellos es mayoritariamente freno mecánico o aerodinámico mediante posicionamiento de
las palas en la posición de “bandera”. Para el segundo sistema se utiliza freno mecánico, aerodinámico o por cortocircuito del generador eléctrico, dependiendo fundamentalmente de la
solución utilizada para el primer sistema de frenado.
Sistema de Orientación
Las máquinas en posición de barlovento necesitan un sistema de orientación que mantenga la
maquina alineada con el viento, mientras que las máquinas orientadas a sotavento y en las que el propio rotor hace de veleta, no necesitan un sistema de orientación.
El sistema de orientación empleado en grandes aerogeneradores es un sistema activo, en el que un
sistema electrónico decide mediante un algoritmo de control cuándo y cuánto girar la góndola (parte
superior del aerogenerador, en lo alto de la torre) actuando sobre uno o varios motores, a partir de la medida de la dirección del viento. Pues bien, este sistema es raramente usado en mini-eólica. El
sistema de orientación mayoritario para los aerogeneradores de pequeña potencia a barlovento es un sistema pasivo, mecánico, denominado “por veleta de cola”. El timón veleta de orientación utilizado
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es, indistintamente, recto o elevado (con el fin de disminuir la acción de la estela del rotor sobre el timón).
Generador eléctrico La mayoría de los diseños de pequeña potencia usan conexión directa entre el rotor del
aerogenerador y el generador eléctrico, sin existencia de caja de multiplicación, si bien se han
localizado algunos diseños con una multiplicadora de dos etapas.
En los aerogeneradores de micropotencia (< 3kW) el tipo de generador utilizado prácticamente en la totalidad de los diseños es un alternador de imanes permanentes (PMG son sus siglas en inglés) de 4,
6, 8 o 10 pares de polos. En el caso de aerogeneradores en el rango de los 3-30 kW, si bien hay una
tendencia generalizada al uso de PMG, también se utiliza la opción de generadores de inducción.
Control electrónico Hasta ahora se ha comentado sistemas de regulación mecánicos y/o aerodinámicos, pasivos. Pero
también se utilizan sistemas de regulación electrónicos, activos, que actúan sobre la generación eléctrica a la salida del generador. Por un lado, hay que tener en cuenta que los generadores
eléctricos utilizados hoy en día son trifásicos, de tensión y frecuencia variables, mientras que los
sistemas a los que se van a conectar normalmente requerirán suministro en alterna (monofásico o trifásico) a tensión y frecuencia estables. Los elementos comúnmente utilizados para conseguir esta
adaptación pueden incluir:
Regulador o controlador de carga. Con objeto de conectar esta salida eléctrica a los sistemas donde van a instalarse, se suele convertir esta salida trifásica en corriente continua, una conversión que se realiza mediante un convertidor electrónico llamado rectificador. La opción más utilizada es la de rectificador no-controlado mediante un puente de diodos. Normalmente ubicado en el mismo cuadro que el rectificador, el regulador de tensión tiene asignadas las siguientes funciones: Desconexión por voltaje alto de la batería protege la batería de la sobrecarga y Cargado de la batería. La Desconexión por voltaje bajo de la batería, que protege a la batería de sobredescarga, la realiza el inversor en la inmensa mayoría de los casos. Una vez que tenemos la salida en continua, se encuentran disponibles en el mercado principalmente dos modos de regulación electrónica:
o Regulación serie: con capacidad para controlar la potencia generada por el aerogenerador, de forma que trabaje en el punto de máxima potencia, o regulando la generación si el sistema así lo requiere (como por ejemplo en un sistema con batería en el que ésta se encuentre plenamente cargada), o si se ha alcanzado y superado la velocidad nominal del aerogenerador.
o Regulación paralelo: esta regulación limita la tensión en continua a un valor establecido, derivando a una resistencia de disipación toda la potencia excedentaria. Se utiliza fundamentalmente para que el aerogenerador no quede funcionando en vacío en el caso de que el sistema no demande energía alguna. El propósito de la resistencia de disipación es eliminar el exceso de energía convirtiéndola en calor. Las resistencias de disipación pueden emplearse tanto para calentar agua como aire, y esto es especialmente recomendable en el caso de aerogeneradores de más de 5 kW, donde la cantidad de energía a disipar puede ser importante.
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Inversor. Los inversores convierten la energía CC a AC. Este dispositivo es necesario debido a que los módulos, baterías y la generación de la mayoría de los pequeños aerogeneradores se transforma a energía CC, mientras que la mayoría de las aplicaciones y dispositivos corrientes requieren energía AC. Los inversores generalmente se dimensionan de acuerdo a su producción de energía continua máxima. La mayoría de los inversores, sin embargo, son capaces de manejar energía adicional a su tamaño pero únicamente por cortos períodos de tiempo. Esta capacidad de pico es útil para satisfacer las ocasionales subidas de carga tales como cuando arranca un motor. El inversor es el encargado de producir el suministro en alterna con la tensión y la frecuencia requeridas para suministrar a la aplicación y, por lo tanto, son diferentes si son para un sistema aislado que si son para un sistema conectado a red.
Torre soporte
Respecto al tipo de torre encontramos una amplia dispersión, usándose torres atirantadas o autoportantes, tubulares y de celosía. Es práctica habitual que el fabricante ofrezca diferentes tipos
de torres, de acuerdo a las características del emplazamiento. Lo mismo ocurre respecto a la altura
de la torre. Así encontramos casos en los que el mismo modelo se ofrece con torres de 6 a 40 metros.
Normativa de mini-eólica
La inclusión de generación eólica de pequeña potencia se ha hecho, tradicionalmente, confiando en
que el comportamiento que los fabricantes y los distribuidores ofrecían. Este comportamiento incluye
aspectos diferentes, tales como la producción, la seguridad, ruido y demás. Pero asegurar la calidad se está convirtiendo cada vez más en un punto de especial interés en los sistemas renovables, por lo
que con frecuencia surge la sospecha sobre si realmente el comportamiento de los aerogeneradores de pequeña potencia es el esperable, debido a la falta de referencias normativas y de información
objetiva. Las normativas existentes se han desarrollado fundamentalmente para grandes aerogeneradores conectados a la red en parques eólicos, pero esto no significa que no sean de
aplicación a la hora de utilizar generación mini-eólica. En este apartado se revisan las normas y
recomendaciones existentes en relación con la generación mini-eólica.
Introducción Un aspecto común tanto al desarrollo de nuevas formas de generación mini-eólica como a la mejora
de las ya existentes es la necesidad de fiabilidad y calidad de los nuevos equipos: esto es fundamental para lograr la confianza de los usuarios finales, más aún cuando éstos van a ser
personas físicas individuales, no profesionales del mundo de la generación eléctrica, al tratarse de
generación de pequeña potencia. Para ello la existencia de una normativa adecuada, unida a los pertinentes planes de promoción de la tecnología una vez esté desarrollada, es pieza clave.
Pero existe otro aspecto, no menos importante, que reclama la presencia de una normativa acorde con esta tecnología de mini-eólica: la seguridad y confortabilidad. Si se tiene en cuenta de nuevo que
los usuarios de estos equipos en general no serán profesionales cualificados, sino el público en
general, cobran todavía más importancia aspectos como seguridad tanto física como eléctrica (un accidente es especialmente indeseable) y confortabilidad (debe causar el mínimo trastorno en el
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usuario y en la sociedad donde se instale, lo que se refleja en aspectos como el impacto visual o el ruido).
Los aspectos normativos y legislativos de los aerogeneradores de pequeña potencia afectan tanto a la
conexión de aerogeneradores de pequeña potencia a sistemas de generación aislada, como a la interconexión a la red eléctrica convencional.
Aunque ciertamente son muy pocas las normas existentes referidas específicamente a la mini-eólica, son muchas en cambio las normas que directa o indirectamente afectan a dicha forma de generación
eléctrica. Se revisan a continuación las que se consideran de mayor importancia, comenzando por el bloque de normas relacionadas con la generación eólica, y siguiendo con aquellas normas particulares
de la aplicación (sistema aislado o sistema conectado a red).
Normativa internacional (CEI) Se revisan a continuación la familia de estándares 61400 de la CEI relativos a aerogeneradores de
pequeña potencia. Todos ellos afectan a la tecnología mini-eólica en tanto en cuanto es “eólica”, pero aquí se analiza el grado en el que contemplan las particularidades de la mini-eólica en los principales
estándares:
61400-1: 2005. “Requisitos de diseño”; orientada a grandes aerogeneradores conectados a red; las peculiaridades en cuanto a requisitos de diseño para pequeños aerogeneradores están recogidos en la norma CEI 61400-2, si bien esta norma seguiría afectando a los aerogeneradores de más de 200 m2 de área barrida de rotor, dentro del rango de la mini-eólica.
61400-2: 2a Ed: 2006, “Requisitos de diseño para pequeños aerogeneradores” es la única norma que ha sido específicamente elaborada para la tecnología mini-eólica (de área barrida de rotor menor que 200 m2). Se trabaja en la elaboración de la tercera edición; en ella se estudia la posibilidad de incorporar los estándares nacionales desarrollados en EE.UU y en el Reino Unido dentro de la norma CEI. El estándar estadounidense surgió como un proceso de certificación más sencillo, más barato y menos restrictivo que la norma CEI. En el Reino Unido se adoptó el estándar americano cuando todavía estaba en proceso de revisión, introduciendo tan sólo cambios menores (en el ensayo acústico y en la necesidad de que el proceso de medida fuese verificado por un centro acreditado, la cual no figuraba en el estándar estadounidense). También en Canadá se está adoptando este estándar.
61400-11: 2004. “Técnicas de medida de ruido acústico”. Con un anexo dedicado a pequeños aerogeneradores.
61400-12-1: 2005 “Medida de la curva de potencia de aerogeneradores productores de electricidad”. Cuenta con un Anexo H dedicado a la medida de la curva de potencia en pequeños aerogeneradores, pero comparte todo el procedimiento de equipos y medida con el de los grandes aerogeneradores.
61400-22 Certificación de aerogeneradores. Define los requerimientos para la certificación del aerogenerador completo, por lo que hace referencia a buena parte de los otros estándares definidos para los diferentes componentes. Sustituye a la norma WT01. De momento no contempla el caso de mini-eólica, aunque se plantea incluir un anexo en el futuro. (Sólo en inglés)
Puede observarse que la práctica totalidad de la normativa existente ha sido elaborada para la
conexión a la red convencional de grandes aerogeneradores, lo cual resulta lógico si se analiza el
Mini-eólica 12
descomunal desarrollo que esta tecnología ha experimentado en los últimos años. Lo que ocurre es que la tecnología mini-eólica, y sólo por ser “eólica”, se ha visto incluida en estas normativas que,
claramente, no se corresponden con ella en la mayor parte de los aspectos (escala, inversión,
rentabilidad, funcionamiento, caracterización,…).
Trabajo en la Agencia Internacional de la Energía (AIE) Dentro del Acuerdo de Energía Eólica de la Agencia Internacional de la Energía (AIE), ha sido
aprobada la Tarea 27, denominada “Desarrollo y utilización de un etiquetado de calidad para Pequeños Aerogeneradores”. El principal objetivo de esta Tarea es incentivar al sector industrial
para mejorar la fiabilidad de los pequeños aerogeneradores y por lo tanto también su
comportamiento. El trabajo en esta tarea se inició en 2009, y de forma totalmente innovadora se realizó junto con el
trabajo del equipo de mantenimiento (MT2) de la tercera edición de la norma CEI 61400-2, sobre requerimientos de diseño de pequeños aerogeneradores.
Como consecuencia del trabajo realizado en esta tarea, además de la propuesta de etiqueta
internacional para pequeños aerogeneradores, ha surgido la Asociación de Ensayadores de
Aerogeneradores de Pequeña Potencia (SWAT, de sus siglas en inglés), con algunos centros de LAC interesados en participar.
Experiencias de fabricación en LAC
Como colofón de este apartado tecnológico, se muestran a continuación algunas de las experiencias
existentes en LAC, en lo que se refiere a fabricación de aerogeneradores de pequeña potencia. Es de
reseñar que, además de la distribución de los modelos de pequeños aerogeneradores más conocidos a nivel internacional, se cuenta en esta región con una serie de fabricantes locales. A continuación se
presenta una muestra de fabricantes de la región que, sin pretender ser exhaustiva, se considera representativa de la actividad existente:
Argentina: seguramente sea el país más activo en la actividad de fabricación mini-eólica, con 18 fabricantes identificados de tecnología mini-eólica. De entre ellos cabe destacar a Giacobone, empresa centrada en el desarrollo de esta tecnología desde hace ya años básicamente en aplicaciones de electrificación rural, e INVAP, un grupo industrial que más recientemente se ha lanzado al diseño y fabricación de pequeños aerogeneradores fundamentalmente para su uso en aplicaciones industriales.
Brasil: si bien este país se ha lanzado al desarrollo de la tecnología eólica de gran tamaño, su actividad en mini-eólica es todavía reducida, aunque con grandes perspectivas. Algunos de los fabricantes existentes son: Enersud, Altercoop, Electrovento.
Méjico: Aeroluz, una empresa surgida a partir del centro tecnológico de Monterrey, y Fuerza Eólica, son algunos de los fabricantes mejicanos.
Nicaragua: Blue Energy es una experiencia muy interesante de empresa fabricante con tecnología de fabricación de un aerogenerador de 500W surgida en un Proyecto Piloto de transferencia tecnológica (basado en el diseño de Scoraig Wind Electric) financiado por la agencia danesa, Alianza en Energía y Ambiente (AEA) en 2005.
Mini-eólica 13
Perú: Waira, un fabricante local de distintos tipos de tecnología mini-eólica, y Soluciones Prácticas, cuya actividad en mini-eólica surge también a partir de un proyecto de cooperación tecnológica de la ONG ITDG.
Otras experiencias de fabricantes extranjeros en LAC: Vergnet mantiene la fabricación de mini-eólica en las Antillas Francesas, mientras que el fabricante español Bornay instala una fábrica de pequeños aerogeneradores en Venezuela.
Resumen del capítulo 1
En este primer capítulo se presentan brevemente los conceptos para comprender y utilizar la tecnología de generación eólica, tales como la potencia cinética incluida en el viento, o el coeficiente
de potencia, que nos da una estimación de lo bueno que es nuestro captador eólico a la hora de
aprovechar dicha potencia. Se presenta igualmente la curva característica principal de cualquier turbina eólica: la curva de potencia, auténtica identificación del equipo cuando se trata de
caracterización energética, y que será utilizada para el cálculo de la producción energética en un emplazamiento dado.
A partir de estas nociones básicas de la tecnología eólica en general, se pasa a particularizar la tecnología a la aplicación en mini-eólica, los aerogeneradores de pequeña potencia. Para ello se
revisan las soluciones técnicas más comúnmente empleadas en pequeños aerogeneradores, y más concretamente, en sus componentes principales: el rotor, el sistema de regulación de potencia y de la
velocidad de rotación, el sistema de frenado, el sistema de orientación, el generador eléctrico, el control electrónico y la torre.
Se incluye un apartado sobre la normativa existente que es de aplicación a la tecnología de generación eólica de pequeña potencia, un aspecto muy importante para garantizar un correcto
funcionamiento y una calidad apropiada. Se revisa tanto la normativa de aplicación en la Comisión Electrotécnica Internacional, como las recomendaciones elaboradas en el marco de la Agencia
Internacional de la Energía.
Por último, se concluye este capítulo dedicado a la tecnología mini-eólica con un repaso de las
experiencias de fabricación de este tipo de tecnología en la Latinoamérica y Caribe. A diferencia de otras tecnologías renovables, la generación mini-eólica permite su fabricación en países en vías de
desarrollo, y son numerosas las experiencias existentes en la región de estudio: en este apartado se
muestran algunas de las más representativas.
Mini-eólica 14
2. Caracterización y evaluación del recurso eólico
En este apartado se describe la forma en que se caracteriza habitualmente el recurso eólico en un
emplazamiento desde un punto de vista matemático. A partir de esta caracterización se muestra también el procedimiento típico de evaluación, así como el método más comúnmente utilizado para
evaluar la energía producida por un aerogenerador en un emplazamiento determinado, a partir de la
caracterización del recurso realizada.
El viento
Los vientos son corrientes de aire motivadas por el desigual calentamiento de la atmósfera debida a la radiación solar incidente. Las diferentes temperaturas del aire crean zonas con diferentes
presiones atmosféricas. Como consecuencia de esta desigualdad de presiones se produce movimiento
de las masas de aire, desde las zonas de alta presión, a las zonas de baja presión. Asociado al movimiento de una masa hay una energía, denominada energía cinética, que depende de su masa y
su velocidad.
El viento, considerado como un recurso energético, es una fuente con grandes variaciones temporales, tanto a pequeña como gran escala de tiempo, así como espaciales, tanto en
superficie como en altura. Quiere ello decir que podemos encontrar grandes variaciones de un día a
otro, y a la vez de un emplazamiento a otro que no se encuentre muy alejado.
Debido a la gran variabilidad del viento resulta bastante complejo la evaluación del recurso eólico de un emplazamiento, lo que requiere campañas de medida con toma de datos de viento y periodos de
medida largos para poder realizar una evaluación adecuada.
Parte del total de la energía contenida en el viento, es captada por las turbinas eólicas y
transformada en energía mecánica en el eje. La potencia mecánica (P, expresada en vatios) que llega al aerogenerador depende de los siguientes factores:
Del tamaño del aerogenerador (A, área de captación en m2). La potencia disponible es directamente proporcional al área de captación.
De la densidad del aire (ρ, en kg/m3): razón por la que cuanto más elevado sea el emplazamiento, la potencia disponible es menor, para una velocidad de viento dada.
De la velocidad del viento elevado al cubo (v, en m/s). Esta relación cúbica hace que la dependencia con este parámetro sea muy marcada.
De acuerdo a la siguiente expresión:
Ecuación 1. Potencia del viento
Importante
Mini-eólica 15
Fases para la caracterización
Las fases que pueden aparecer en una caracterización y evaluación completa del recurso eólico en un emplazamiento son las siguientes:
1. Exploración: análisis de la información disponible
2. Selección de emplazamientos: para la ubicación de la(s) torre(s) de medida
3. Campaña de medidas: qué medir, por cuánto tiempo, con qué equipos, etc.
4. Control de calidad de los datos medidos, con objeto de detectar los errores y corregirlos.
5. Parámetros básicos de la evaluación: qué información es la más interesante.
6. Análisis estadístico inicial de datos: cómo sintetizar dicha información.
7. Producción energética teórica de un aerogenerador en el emplazamiento
8. Otros
A continuación se describirán brevemente algunas de estas fases (las resaltadas), teniendo presente
de antemano que la caracterización del recurso eólico es bien diferente en sistemas con
aerogeneradores de muy pequeña potencia (típicamente de menos de 10 kW), que la que se realiza para los aerogeneradores más grandes, dentro del rango de la generación mini-eólica.
Mientras que para los aerogeneradores más grandes, el procedimiento seguido es similar al que se usa para parques eólicos, incluyendo la mayor parte de las etapas que se describen a continuación,
en el caso de los aerogeneradores más pequeños la caracterización se centra casi en exclusiva en la
etapa de Exploración, omitiéndose el resto de etapas hasta el cálculo de la Producción energética teórica de un aerogenerador en el emplazamiento.
Exploración La fase de exploración, la búsqueda de la información disponible para la caracterización del recurso
eólico, resulta especialmente importante en aplicaciones con aerogeneradores de pequeña potencia, donde, como se verá más adelante, es frecuente omitir la etapa de la Campaña de medidas. La
exploración se centra en la información disponible, que variará mucho en función del lugar para el
que busquemos la información. Algunas fuentes típicas de información pueden ser: información histórica local, búsqueda de bibliografía existente, indicadores naturales, fuentes de medidas locales,
aeropuertos, centrales de generación, redes medioambientales, etc. No obstante, la búsqueda en estas fuentes con frecuencia resulta insuficiente para la caracterización
del recurso eólico, debido a la no existencia de algunas de ellas o a la información sesgada de otras. En los últimos años se está afianzando como fuente de datos preferida para la etapa de Exploración
la información proveniente de atlas eólicos (cada vez es más frecuente contar con ellos),
información proveniente de institutos nacionales de meteorología, y/o modelos numéricos meteorológicos.
Mini-eólica 16
Campaña de medidas
La información obtenida en la etapa de Exploración no deja de ser una primera aproximación a la caracterización del recurso eólico, teniendo en cuenta que el recurso eólico puede experimentar
importantes variaciones en distancias cercanas. Esta aproximación se da por suficientemente apropiada en el caso de los aerogeneradores de menor potencia (omitiendo las etapas posteriores),
mientras que para los aerogeneradores mayores sí es frecuente acometer una campaña de medidas.
La razón para esta diferenciación es el coste de hacer campañas de medida de viento, tanto en dinero (el coste no varía mucho en función del tamaño de la generación en valor absoluto, de ahí que
para los aerogeneradores más pequeños suponga un gran esfuerzo respecto al coste del sistema) como en tiempo (1 año).
La medida del viento se realiza con los instrumentos denominados anemómetros y veletas. La
velocidad del viento se mide con los anemómetros, mientras que las veletas miden la dirección de
donde proviene el viento. Existen diferentes tipos de anemómetros, si bien los más utilizados para la evaluación del potencial eólico para aerogeneradores de pequeña potencia son:
Anemómetros de cazoletas. El anemómetro consiste en tres o cuatro cazoletas montadas simétricamente alrededor de un eje vertical La velocidad de rotación es proporcional a la velocidad del viento incidente.
Anemómetros de hélice. El anemómetro consiste en una hélice montada en un eje horizontal. Las características de respuesta de este tipo de anemómetros cuando el viento no es perpendicular al plano de rotación, son relativamente bajas, por lo que son menos adecuados que los anemómetros de cazoletas.
La dirección del viento se mide normalmente con las veletas, que consisten en un dispositivo montado sobre un eje vertical, que se mueve siguiendo al viento cuando este cambia de dirección.
En la figura se representa un anemómetro de cazoletas y una veleta típicos usados en la evaluación de recursos eólicos
Ilustración 4. Anemómetro de cazoletas y veleta.
Para la realización de una prospección eólica de aerogeneradores de pequeña potencia, los anemómetros y veletas se suelen colocar en torres soporte a una altura mínima de 10 metros sobre
el suelo, si bien es muy recomendable situar al menos dos niveles de sensores, para poder obtener
Mini-eólica 17
información de la variación vertical del perfil de velocidades (cortadura del viento), lo que nos permitirá optimizar la selección de la altura de la torre de los aerogeneradores.
En aplicaciones convencionales de la energía eólica (no para entornos urbanos), las torres de medida se situarán en lugares bien expuestos a todas las direcciones y lejos de obstáculos en los alrededores
(árboles, casas, etc.), para evitar la perturbación de los mismos en la medida del viento; en aplicaciones en entorno urbano no está definido un procedimiento de medida, dada la complejidad,
por lo que sigue siendo un campo de investigación.
Es recomendable tomar muestras de valores del viento cada 1 o 2 segundos, y realizar promedios en
intervalos de 1 minuto (para aerogeneradores pequeños) o 10 minutos (para aerogeneradores de mayor tamaño).
Para poder tener referencia de la densidad del aire en el emplazamiento se recomienda realizar
medidas de presión atmosférica y temperatura, para lo que se usan barómetros y termómetros,
respectivamente. Para estos valores resulta suficiente la toma de medidas horarias.
Parámetros básicos Cuando para un emplazamiento determinado se quiere evaluar la posibilidad de utilización de la
energía eólica, la primera acción requerida es cuantificar el potencial del viento en el mismo. Normalmente se utilizan valores estadísticos considerados para al menos un año para tener en cuenta
las variaciones a lo largo de todas las estaciones que se produzcan. Los valores que se utilizan son:
Valor medio de la velocidad del viento: Un primer valor que dará información sobre el recurso eólico, es la velocidad media anual del viento. Debido a la dependencia de la potencia con el cubo de la velocidad, el valor medio del viento aporta una primera información muy importante para considerar un emplazamiento eólico. Así mismo, en sistemas aislados de la red eléctrica convencional, será de mucha utilidad conocer tanto los valores medios mensuales que nos darán información sobre las variaciones estacionales de la velocidad en el emplazamiento, como las variaciones de viento lo largo del día (día tipo), lo que permitirá conocer la complementariedad de la energía eólica con otras fuentes energéticas, como la energía solar, y su relación con los consumos.
Valores medios de temperatura y presión ambiente
Variación de la velocidad del viento con la altura (perfil vertical). Debido principalmente al rozamiento de la corriente de aire con la superficie terrestre, hay también una variación de la velocidad de viento con la altura sobre el suelo, que en general es creciente. Por ello la utilización de torres altas es ventajosa, pues permite aprovechar los vientos de las capas más altas, pero esto no siempre es posible en las aplicaciones con pequeños aerogeneradores. Esta variación se suele representar bien mediante una función potencial, bien mediante una función logarítmica.
Turbulencia (pequeñas variaciones del viento sobre el valor medio)
Mini-eólica 18
Análisis estadístico inicial de datos
Además de los valores promedio, las representaciones estadísticas más comúnmente utilizadas son la distribución por rumbos de las direcciones y la distribución por frecuencias de las
velocidades. La información de las direcciones predominantes desde donde viene el viento, va a ser fundamental a la hora de seleccionar la ubicación de los aerogeneradores. La representación más
utilizada de la distribución direccional de los vientos es la llamada “rosa de los vientos” del
emplazamiento, en la que se representa el porcentaje de tiempo en que el viento proviene de una determinada dirección (la dirección del viento se refiere siempre al lugar desde donde procede la
corriente de aire, vista desde el punto de referencia). A veces se refleja en la rosa de vientos la distribución de velocidades medias de viento para cada sector direccional.
En la figura se proporciona una “rosa de los vientos” para un emplazamiento determinado.
0
5
10
15
20
25 N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
S
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
Ilustración 5. Distribución de direcciones. Rosa de los vientos
La distribución por frecuencia de velocidades se obtiene a partir de medidas realizadas en el
emplazamiento, y nos indica para cada intervalo de viento (por ejemplo entre 5 y 6 m/s), el tanto por ciento del tiempo en que el viento sopla a velocidad de viento dentro del intervalo considerado. Con
esta información se compone un histograma con las ocurrencias de cada intervalo. La forma de este
histograma se puede aproximar mediante una función, la función de distribución de probabilidades del viento, con lo que se facilitan los cálculos de forma notable. Las funciones de
distribución más empleadas en el ajuste de la distribución de probabilidades del viento son las funciones de distribución de Rayleigh y, sobre todo, de Weibull, cuya expresión viene dada por:
Ecuación 2. Función de probabilidad de Weibull
Donde: • v: es la velocidad de viento para la que se quiere calcular la probabilidad de ocurrencia • k: parámetro de forma de la distribución de Weibull • c: parámetro de escala de la distribución de Weibull • P(v) representa la probabilidad de que se dé una velocidad de viento, v
Importante
Mini-eólica 19
La ventaja de utilizar la función de distribución de probabilidad, en lugar del histograma, es que en un emplazamiento determinado, tan solo necesitamos conocer los dos parámetros de la función de Weibull (en realidad con conocer el parámetro k y la velocidad media nos basta, pues el parámetro c se puede calcular a partir de ellos) para poder calcular la probabilidad de que se dé una determinada velocidad de viento en dicho emplazamiento. Esta información será utilizada posteriormente en el cálculo de la Producción energética de un aerogenerador.
En la siguiente representación puede observarse cómo un histograma elaborado a partir de las medidas de viento en un emplazamiento, es aproximado por una función de distribución de probabilidad. Se muestra el caso de la aproximación mediante las funciones de Weibull y de Rayleigh.
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad (m/s)
Pro
ba
bilid
ad
(%
)
Histograma
Rayleigh
Weibull
Ilustración 6. Distribuciones de Weibull, Rayleigh e histograma de velocidades
Producción energética teórica La energía producida por un determinado aerogenerador, caracterizado por un curva de potencia,
en un determinado emplazamiento, caracterizado por una función de distribución de
probabilidad de velocidades de viento, se obtiene multiplicando, en primer lugar y para cada velocidad de viento, el valor de curva de potencia por el valor de la función de distribución para esa
velocidad de viento, y en segundo lugar, sumando todos los resultados obtenidos. Este proceso es en realidad una integración del producto de la curva de potencia por la función de distribución de
velocidades de viento, y el resultado es la energía media producida, que es el parámetro con el que
se caracteriza la energía generada por un aerogenerador en un emplazamiento. Este procedimiento se efectúa típicamente bien con algún programa de ordenador, bien con una hoja de cálculo.
Mini-eólica 20
En el siguiente ejemplo se muestra cómo se realizaría el cálculo de la energía generada por un aerogenerador de 1 kW de potencia nominal, cuya curva de
potencia viene dada por la segunda columna, en un emplazamiento de 5 m/s de velocidad media anual de viento, con unos parámetros de la función de
distribución de probabilidad (Weibull) de k =2 y c = 5.61 m/s, que estaría
representada por las probabilidades mostradas en la tercera columna,
calculadas mediante la Ecuación 2.
Bin Velocidad de viento (m/s) Potencia (W) Probabilidad de viento (f) Neto W @ V
1 0 12.53% 0.00
2 2 20.50% 0.36
3 19 21.99% 4.25
4 53 18.35% 9.66
5 110 12.55% 13.77
6 202 7.21% 14.56
7 329 3.52% 11.59
8 465 1.47% 6.86
9 614 0.53% 3.26
10 772 0.17% 1.28
11 939 0.04% 0.42
12 1,053 0.01% 0.11
13 1,080 0.00% 0.02
14 1,053 0.00% 0.00
15 1,009 0.00% 0.00
16 961 0.00% 0.00
17 913 0.00% 0.00
18 869 0.00% 0.00
19 825 0.00% 0.00
20 781 0.00% 0.00
Total: 98.88% 66.14
Cálculos de la Weibull:La probabilidad de la velocidad
de viento se calcula como una función de Weibull definida por la media y un factor de forma, K. Para facilitar la integración
por trozos, se divide el rango de velocidades de viento en "bines" de 1 m/s de ancho (Columna 1). Para cada bin, se
multiplica la potencia eólica instantánea (W, Column 2) por la probabilidad de esa velocidad de viento de la
Weibull (f, Columna 3). Este producto (Neto W@V, Columna 4) es la contribución de la generación eólica para
ese bin. El sumatorio de todas estas contribuciones es la generación media de energía del aerogenerador a lo largo de
24 horas.Se consiguen mejores resultados con medias anuales
o mensuales. No se recomienda el uso de medias horarias o diarias.
El cálculo se haría como sigue: en primer lugar, se multiplica, para cada intervalo (bin) de velocidad de viento (en este caso de 1 m/s de ancho), el
valor de la potencia (segunda columna) por la probabilidad de ocurrencia de
ese viento (tercera columna) y se almacena el resultado en la cuarta columna; en segundo lugar, se suman todos los resultados obtenidos, obteniendo la
potencia media producida por el aerogenerador en ese emplazamiento (66.14W en el ejemplo). Para obtener la energía producida durante un periodo,
no hay más que multiplicar la potencia media obtenida por el número de horas de ese periodo; si se trata de un año, el cálculo sería: 66.14 W x 8670
horas/año = 579,369.9 Wh=579 kWh.
Se ha utilizado como ejemplo la hoja de cálculo HYCAD, de Bergey.
Es de señalar que esta etapa sí es común para cualquier tipo de aerogenerador, con independencia de cómo se haya llevado a cabo la caracterización del recurso eólico. Quiere esto decir que tanto si se
trata de un aerogenerador de los más pequeños, en los que solo se llevó a cabo la etapa de
Exploración, como si se trata de un aerogenerador más grande y se han llevado a cabo todas las etapas, la etapa del cálculo de la Producción energética teórica se realiza de la misma forma. La
Ejemplo
Mini-eólica 21
diferencia será que en el primer caso se trabajará con una función de distribución de probabilidad de velocidades de viento (Weibull) estimada a partir de, por ejemplo, un atlas eólico de la región,
mientras que en el segundo caso la función de distribución de probabilidad utilizada habrá sido
calculada a partir de los datos medidos in situ. Pero el procedimiento de cálculo es el mismo en lo que se refiere al cálculo de la producción energética.
¿Qué información necesito para el cálculo de la
producción de un aerogenerador en un emplazamiento?
La información básica es la siguiente: - Curva de potencia del aerogenerador, proporcionada por el fabricante (si
ha sido obtenida por una entidad independiente, mejor)
- Velocidad media de viento del emplazamiento, para cada mes del año preferiblemente. NUNCA DIGA: “NO TENGO DATOS”. A falta de otra
información, siempre se puede utilizar los datos obtenidos a partir de la web: http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/
- Parámetros de la función de Weibull; si no los conocemos, podemos
suponer que k = 2 para sitios interiores, 3 para sitios costeros, y 4 para islas, mientras que c se calcula dividiendo la velocidad media del periodo
entre 0.89.
Otra información que influye el resultado: - Altitud del lugar: afecta a la densidad del aire, disminuyendo ésta con la
altitud. Puede usarse la siguiente expresión:
densidad = 1.225*(1-altitud (m)*0.0000918)
- Altura del buje del aerogenerador y altura a la que fueron medidos los datos de viento que se utilizan, para tener en cuenta el perfil vertical
del viento. Si se usa la representación de la variación con la altura del
viento mediante una ley potencial, la expresión sería:
Donde
V1: velocidad del viento a la altura h1
V2: velocidad del viento a la altura h2
: exponente de cortadura (suele tomar valores entre 0.14 y 0.20)
Otros
Para el nivel de familiaridad que se persigue en este curso, se considera que es suficiente con lo
mostrado hasta ahora. No obstante, y a título de cultura eólica, añadir, para concluir el apartado de caracterización del recurso eólico, que existen más tareas relacionadas, como son la de seleccionar el
emplazamiento óptimo para el aerogenerador, dentro de la zona de estudio, para lo que es necesario una extrapolación espacial del recurso eólico a partir de la digitalización de la topografía del terreno
Resumen
Mini-eólica 22
Caracterización del recurso eólico en LAC
Se ha comentado en este apartado que la forma en que más comúnmente se está caracterizando el
recurso el eólico para mini-eólica es, en primera instancia, mediante la elaboración de mapas o atlas eólicos de la región. Afortunadamente, durante los últimos años cada vez son más las regiones y los
países que cuentan con mapas de este tipo. Así, por ejemplo, Argentina, Bolivia, Brasil, Chile, Cuba,
Méjico, Perú o Uruguay disponen de mapas eólicos nacionales o regionales. Los mapas realizados son distintos entre sí, tanto por la forma en que han sido realizados como por la información que
proporcionan, pero resultan desde luego un avance frente a la situación de partida de no disponer de ninguna información sobre el recurso eólico en el emplazamiento que deseemos analizar. En la
siguiente ilustración se muestran algunos de estos mapas, a modo de ejemplo.
Cabe decir en este sentido que siempre se puede partir de la información existente en la base de datos gratuita de la NASA (http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/), que nos proporciona datos de partida
para cualquier emplazamiento. A partir de esta información genérica, cuanto más particularizada y
cercana sea la información que consigamos, tanto mejor para la caracterización del recurso eólico de nuestro emplazamiento.
Estos mapas eólicos vienen a contrarrestar la limitación que supone el uso de la tecnología mini-
eólica en programas de electrificación a gran escala, pues la caracterización del recurso eólico
presenta una dificultad sensiblemente mayor que la del recurso solar en este tipo de aplicaciones.
Ilustración 7. Ejemplos de mapas eólicos en LAC
Mini-eólica 23
Resumen del capítulo 2
En este capítulo se aborda la caracterización del recurso eólico, tema clave para entender la
generación a partir de energía eólica. Tras una primera y breve introducción al conocimiento del viento y de los principales parámetros implicados en el cálculo de la potencia cinética (área de
captación, densidad del aire y, principalmente, velocidad de viento, pues la relación con ésta es
cúbica), se muestran las etapas que pueden incluirse en una caracterización completa del recurso eólico en un emplazamiento.
Se comienza con la Exploración de la información existente, remarcando en el caso de
aerogeneradores de pequeña potencia (sobre todo para los más pequeños) es frecuente que de esta
etapa se salte directamente a la etapa de cálculo de la Producción energética del aerogenerador, no así con aerogeneradores más grandes, donde sí se recorren las otras etapas con mayor frecuencia. La
fuente de datos que va surgiendo con más fuerza en los últimos años es la realización de mapas o atlas eólicos para las regiones o los países donde se quiere fomentar el uso de esta tecnología.
Otras etapas importantes en la caracterización del recurso eólicos son: la Campaña de medidas, con la selección de las variables a medir, los equipos a utilizar y los emplazamientos donde resulta más
conveniente la medida; la selección de los Parámetros Básicos y del Análisis estadístico de la información, que nos conducen a la elaboración de la Rosa de los vientos y de la función de
distribución de probabilidad de velocidades de viento (la de Weibull principalmente), como representaciones estadísticas más comunes del recurso eólico en un emplazamiento; para finalmente
concluir con el objetivo principal de este capítulo y uno de los puntos importantes del curso: el cálculo
de la Producción energética de un aerogenerador en un emplazamiento. Se ha descrito el proceso a seguir, incluyendo un ejemplo de aplicación y concluyendo con un resumen con la información
esencial necesaria para la ejecución de este cálculo.
Por último, se presenta un breve resumen de la actividad de caracterización del recurso eólico en la
región LAC mediante mapas y atlas eólicos, ofreciendo la disponibilidad de ellos en buena parte de los países implicados.
Mini-eólica 24
3. Sistemas con mini-eólica
Introducción
Los aerogeneradores de pequeña potencia (minieólica) se usan en dos áreas principalmente:
Sistemas autónomos (también llamados aislados, o no-conectados a red): son aquellos que no están conectados a ninguna red eléctrica de gran tamaño y son, por tanto,
responsables en sí mismos del control de la tensión y la frecuencia del sistema. En función del tamaño del sistema, las soluciones tecnológicas para sistemas eólicos aislados son:
o Sistemas híbridos, normalmente de potencia menor de 50 kW, basan su funcionamiento en la presencia de la batería, típicamente incluyen también
generación fotovoltaica, y permiten un gran abanico de posibles aplicaciones y usos,
incluyendo los sistemas eólicos domésticos, de muy pequeña potencia para uso individual
o Sistemas eólico-diésel, de más de 50 kW típicamente, normalmente utilizados en redes ya alimentadas por centrales diésel
o Sistemas sin acumulación eléctrica ni grupo, en los que el funcionamiento no
está basado ni en la presencia de un grupo electrógeno, en los que lo que se almacena es un producto obtenido a partir de la generación eólica. Son típicas de
este grupo las aplicaciones con agua o calor-frío.
Generación Distribuida, sistemas compuestos por pequeños generadores conectados a
grandes redes eléctricas, donde hay un operador del sistema que se encarga del control
general (esta aplicación es llamada con frecuencia conexión a red). En el caso de los sistemas conectados a red, las posibilidades son también numerosas, en función del espacio disponible
y de las restricciones legales y económicas, aunque no presenta tanta dispersión en cuanto a configuraciones, dado que la presencia de la red determina el comportamiento del sistema.
Sistemas aislados <> sistemas conectados a red La red eléctrica supone, desde un punto de vista eléctrico, una serie de ventajas de funcionamiento
para los sistemas de generación eléctrica con energías renovables en general, y con los eólicos en
particular, que se conectan a ella: en primer lugar, la estabilidad eléctrica (entendida como el mantenimiento de la frecuencia y la tensión del sistema dentro de unos rangos definidos) es
controlada por el operador de la red, ajeno al diseño del sistema que se conecta a la red, evitando así la necesidad de que sea el propio sistema el encargado de mantener ambos parámetros (facilitando,
en definitiva, el control); por otra parte, las necesidades de almacenamiento son mínimas, lo que permite prescindir de uno de los elementos más engorrosos del sistema de generación eléctrica: la
acumulación. Estas ventajas han facilitado el gran desarrollo de las máquinas conectadas a red.
No obstante, históricamente la mayor parte de aerogeneradores eléctricos han estado conectados a
sistemas aislados de la red. Estos generadores eólicos eran de pequeño tamaño, normalmente menores de 5 kW, y estaban tradicionalmente situados en zonas donde no está disponible la red
eléctrica convencional.
Mini-eólica 25
Hoy en día, las formas de proporcionar electricidad a una aplicación que no disponga de red eléctrica convencional son tres:
La extensión de la red hasta nuestra aplicación: en función de la distancia a la red más
cercana, la orografía, la potencia eléctrica,..., se calcularía el coste de esta opción.
La instalación de un grupo electrógeno: permite la generación aislada con una tecnología
conocida y probada, pero con inconvenientes de mantenimiento, suministro de combustible y ruido, fundamentalmente.
Hasta no hace muchos años, éstas eran las únicas soluciones disponibles. Ahora existe una
tercera, que consiste en la inclusión de energías renovables. Esta solución puede ser independiente (sólo renovable) o complementaria a la del grupo electrógeno.
Para concluir este breve análisis comparativo entre sistemas aislados y sistemas conectados a red,
conviene poner de relieve que la tendencia esperada de las redes eléctricas convencionales, la
generación distribuida, se acerca cada vez más al comportamiento de los sistemas aislados. Aunque pueda parecer una incongruencia, pues se trata de sistemas que sí disponen de red eléctrica
convencional, lo cierto es que a medida que aumenta la potencia distribuida frente a la potencia centralizada, la red tiende a comportarse cada vez más como un gran sistema aislado.
El acoplamiento en potencia como origen de las configuraciones básicas Para los sistemas conectados a red, como ya se ha comentado, es la red la que se encarga de que se
produzca el acoplamiento en potencia (en esta escala de generación, se puede aceptar esta
consideración de red ideal: la red es capaz de asumir toda la potencia que se la entregue, y es capaza de entregar toda la potencia que se le demande), por lo no es éste un aspecto que el
diseñador de la instalación deba tener en cuenta, resultando así el sistema más sencillo.
No ocurre lo mismo a la hora de diseñar una planta aislada con energía renovable, donde el principio
del acoplamiento en potencia es básico para conseguir mantener la estabilidad eléctrica. En ausencia de cualquier tipo de almacenamiento, esto significa que la potencia suministrada por el
sistema de generación renovable debe igualar a la consumida por las cargas. Por desgracia, no existe esa coincidencia de manera natural ya que las renovables, como el viento, tienden a producir un
suministro con un marcado carácter estocástico, mientras que los consumos requieren perfiles más estables, aunque también con variaciones que dependen de las aplicaciones. El desafío básico es por
tanto crear alguna arquitectura y estrategia de control para el sistema que permita alcanzar el
equilibrio de potencia. Hay tres maneras de conseguir este acoplamiento: 1. Gestión en el lado de la generación: el objetivo es suministrar a la planta la potencia que
necesite en cada momento. Ello se traduce en una solución híbrida, típicamente con energía solar y eólica, que necesariamente incluye algún un medio de almacenamiento de energía eléctrica de largo
plazo (normalmente baterías), pudiendo incluir además algún grupo electrógeno. Se aplica allí donde
los consumos a alimentar son principales o dedicados, es decir, deben ser atendidos cuando el usuario lo requiera.
2. Gestión en el lado del consumo: el objetivo es variar la característica del consumo para que siga a la generación de potencia. Esto se puede conseguir regulando la potencia de los
consumos. Esta gestión obviamente sólo puede ser utilizada en aplicaciones en las que no existan
consumos principales, siendo los consumos regulables por el sistema (son atendidos cuando el sistema lo decide).
3. Gestión integrada: se aplica el control en los dos lados. En este caso, en el sistema coexistirían consumos principales, que necesitan ser atendidos cuando el usuario lo desea, y
consumos regulables, gestionados por el control central del sistema.
Mini-eólica 26
Cada una de estas tres estrategias de gestión da lugar a un tipo de solución, definiendo así los tres tipos básicos de sistemas aislados que se introdujeron anteriormente y que se utilizarán tanto en este
capítulo como en el siguiente:
1. Sistemas con baterías, híbridos: se corresponde con la gestión en el lado de la generación, son sistemas de pequeña potencia (<50kW), y dan solución a las necesidades de
electrificación rural de pequeña potencia y a las necesidades de aplicaciones aisladas. 2. Sistemas sin acumulación eléctrica: en ellos se aplica la gestión en el lado del consumo.
Dan solución a la necesidad de acceso al agua mediante sistemas de bombeo y/o desalación, y también en aplicaciones de generación de hidrógeno o generación combinada eólico-hidráulica.
3. Sistemas eólico-diésel: aplican una gestión integrada. Esta solución suele ser la adoptada
en sistemas de mayor potencia, en los que una gestión energética apropiada es muy recomendable. Dan solución a las necesidades de núcleos de población de cierto tamaño y son aplicables a los
problemas que ya comienza a plantear la generación distribuida.
Mini-eólica 27
Posibles componentes en sistemas con mini-eólica
En los apartados anteriores se ha descrito tanto la tecnología de generación eólica de pequeña potencia como el recurso eólico a partir del cual funciona. El conocimiento necesario para
familiarizarse con la tecnología de generación eólica de pequeña potencia se completa con la
aplicación, la configuración en la que se va a incluir dicha generación eólica. En este apartado se describen los otros componentes que pueden formar parte de la configuración a la que se une la
generación mini-eólica, mientras que en el siguiente apartado se describirán con más detalle las aplicaciones típicas en las que se emplea esta forma de generación.
En sistemas con mini-eólica conectados a red, con frecuencia no existe ningún otro componente además del aerogenerador, más allá de las protecciones y los contadores. En sistemas con mini-eólica
aislados de la red la situación es diferente, siendo los componentes que pueden formar parte de un sistema aislado los siguientes:
1. El aerogenerador
2. Otras formas de generación renovable
3. Control del sistema
4. Sistema de Almacenamiento de energía
5. Grupo electrógeno
6. Consumos
El aerogenerador ya ha sido descrito extensamente en apartados anteriores, por lo que se procederá
a continuación con el resto de los componentes, de una forma mucho más resumida.
Otras formas de generación renovable: fotovoltaica y mini-hidráulica
En este módulo se hace especial incidencia en la generación mini-eólica, puesto que es el objeto del
mismo. Pero si estudiásemos los sistemas aislados con renovable, en general, tendríamos que incluir otras formas de generación, entre las que sobresaldría la generación fotovoltaica. Hasta el día de hoy
la tecnología renovable más utilizada en sistemas aislados ha sido la fotovoltaica, y todo hace pensar que esta tendencia se mantendrá e incluso aumentará en el futuro. De hecho, cuando se propone
incluir generación eólica de pequeña potencia en un sistema aislado normalmente es como apoyo a la
generación fotovoltaica, y no como un sustituto.
Además de la generación fotovoltaica es reseñable otra forma de generación muy atractiva en sistemas de generación aislada: la generación mini-hidráulica. Si el recurso hidráulico está disponible,
es muy probable que la solución óptima incluya generación hidráulica (sola o con otras fuentes de generación). Lo que ocurre es que el recurso hidráulico no está tan extendido como el eólico y mucho
menos como el solar.
No se entrará en este apartado a describir estas dos tecnologías de generación, por considerarse que
existen otros cursos dedicados a ellas de fácil acceso (dentro de este mismo curso existen sendos módulos a estas tecnologías). Para el diseñador de sistemas aislados con renovables, es muy
recomendable disponer del conocimiento de estas tecnologías para poder incluirlas en el análisis de
Mini-eólica 28
un posible sistema híbrido, con criterio para saber cuáles deben ser incluidas y de qué forma en cada caso.
Control del sistema o control supervisor
De todos los componentes presentes en un sistema aislado, quizás sea el control el que tiene una
dependencia mayor con el tamaño (i.e., coste) de la instalación. Así, para los sistemas de pequeña potencia, se recurre a controles lo más sencillos posible, con objeto de no encarecer el sistema. A
medida que el tamaño del sistema es mayor, se introducen sistemas de control más sofisticados, hasta llegar al control de sistemas eólico-diésel, en los que es frecuente encontrar sistemas de control
basados en PC, con la posibilidad de realizar una gestión energética del sistema y de utilizar
sofisticados algoritmos de control.
El principal problema para el control de sistemas de generación eléctrica aislados con renovables es ser capaz de asegurar el suministro eléctrico a pesar de las grandes variaciones en la potencia
generada, causadas por la naturaleza estocástica de las fuentes renovables, manteniendo al mismo tiempo el voltaje y la frecuencia dentro de unos límites aceptables. Más aún, la optimización de la
operación supone la selección de la mejor combinación de componentes para conseguir un balance
en el flujo de energía, cumpliendo unas metas fijadas de antemano y respetando los límites y las restricciones que la operación del sistema impone.
Se separan los aspectos relacionados con el control en dos escalas temporales: aquellos relacionados
con el control dinámico en la escala de segundos o milisegundos (control de tensión y frecuencia,
estabilidad de red, etc.); y aquellos relacionados con la estrategia de operación, en la escala de varios segundos a horas (para optimizar la operación del sistema).
El control engloba a su vez dos ámbitos: hardware y software. El hardware se caracteriza por el tipo
de ordenador o microprocesador y sus características. La interfaz con la planta a controlar (interfaz
de proceso) y con los operadores (interfaz hombre-máquina) son partes importantes del hardware y afectan a los programas de aplicación (software) relacionados con las operaciones de Entrada/Salida
de cada interfaz. El software se divide en Sistema Operativo (SO) - para cada ordenador hay varios SO disponibles en el mercado - y programas de aplicación, que son algoritmos del sistema de control.
Normalmente los algoritmos de control se desarrollan off-line utilizando programas de desarrollo.
Sistema de almacenamiento de energía
La utilización conjunta de energías renovables con sistemas de almacenamiento siempre ha estado
asociada a sistemas renovables autónomos o aislados de la red, ya que la necesidad de abastecer la demanda de energía al 100% independientemente del recurso instantáneo obligaba a disponer de un
sistema de almacenamiento. Si hacemos una clasificación de los distintos sistemas de almacenamiento existentes atendiendo a la
tecnología tenemos: Sistemas electroquímicos: en esta tecnología se incluye todo tipo de baterías tanto
convencionales (plomo-ácido) como avanzadas diseñadas para mejorar en términos de
densidad de potencia y energía.
Sistemas electromecánicos: almacenadores cinéticos basados en volantes de inercia
convencionales fabricados en acero o avanzados fabricados con materiales compuestos. En el caso de volantes de acero de bajas vueltas (de 3.000 a 5.000 rpm), este tipo de sistemas van
normalmente acoplados directamente al eje que une el motor diésel y el generador síncrono o acoplados a través de una transmisión mecánica que les permite variar su velocidad en un
estrecho margen. En el caso de volantes de velocidad variable y normalmente mayor, éstos
Mini-eólica 29
están acoplados eléctricamente mediante un convertidor electrónico bidireccional que permite variar la velocidad de rotación del volante en un ancho margen (de 30.000 a 50.000 rpm),
pudiendo disponer de más energía útil. La autonomía normal de operación puede alcanzar
algunos minutos dependiendo de la potencia requerida. Sistemas de almacenamiento de energía mediante agua: bombeo de agua a cierta
altura para luego turbinarla cuando se requiera la energía.
Sin embargo, debido a la necesidad de disponer de sistemas de almacenamiento específicos
dependiendo de la aplicación, de la autonomía requerida o de su potencia, se han desarrollado en los últimos años otras tecnologías de almacenamiento que actualmente se presentan en versiones pre-
comerciales en algunos casos, en proyectos de demostración en otros o incluso comerciales. De
entre todas ellas, sin duda es la combinación de almacenamiento de hidrógeno junto con pila de combustible la que ha alcanzado una mayor notoriedad y la que presenta unas mejores perspectivas
de utilización. Hay que decir, no obstante, que a día de hoy, y para aplicación en sistemas eólicos aislados, su coste todavía suele resultar demasiado elevado, y siguen siendo bien las baterías
electroquímicas para sistemas de pequeña potencia, bien los volantes de inercia para sistemas eólico-
diésel, los que más se utilizan.
Como conclusiones respecto al almacenamiento, se destacan:
El almacenamiento de energía suele ser el factor fundamental al implementar
sistemas de alimentación aislados con energías renovables
Antes de seleccionar el tipo y el tamaño del sistema de almacenamiento, hay que considerar el objetivo
En la mayor parte de los casos, las baterías son todavía la tecnología más
competitiva
Grupo electrógeno El grupo electrógeno es la forma clásica de obtener energía eléctrica en una aplicación aislada de la
red eléctrica. Por tanto, se trata de sistemas que, con un mantenimiento y un uso adecuados, son muy fiables. A pesar de sus ventajas tiene un inconveniente básico en aplicaciones aisladas, que es la
necesidad de desplazamiento para reposición de combustible y mantenimiento preventivo. Esto da lugar a que en situaciones determinadas dejen de ser competitivos respecto a otras soluciones,
aparte de las cuestiones medioambientales de contaminación atmosférica y ruido.
Tradicionalmente se ha visto al grupo electrógeno como la “competencia” de las energías renovables,
dado que suele ser la opción frente a la que se compara en el estudio económico. Pero puede darse otro enfoque que ve al grupo electrógeno justo como un mercado para las energías renovables,
donde los potenciales clientes ya están identificados, así como sus consumos (evitando una labor que
no siempre resulta fácil).
Hoy en día, existe un grado de electrificación a escala mundial, de gran importancia tanto en cuanto a número de unidades como en cuanto al número de personas electrificadas de esta forma, que
consiste en el suministro eléctrico con un grupo electrógeno. El grupo puede funcionar
permanentemente, o un número limitado de horas al día.
Los grupos electrógenos están formados por un motor de combustión interna que mueve un generador eléctrico. Constan, además, de un sistema de refrigeración, depósito de combustible,
batería de arranque y panel de control. Existen diferentes tipos de grupos, según el combustible con el que funcionan: diésel, gasolina, propano y biocombustible. Los grupos electrógenos tienen la
ventaja de suministrar energía sobre la demanda sin necesidad de baterías. Comparados con los
Resumen
Mini-eólica 30
aerogeneradores y los módulos fotovoltaicos, los grupos que funcionan con combustibles fósiles tienen bajos costos de capital inicial, pero altos costos de operación y mantenimiento.
Los consumos
La caracterización de los consumos es la primera tarea que hay que realizar al abordar el diseño de
un sistema híbrido aislado: es el componente del sistema que más influye sobre el diseño. Para realizar el diseño, se necesita conocer:
la carga pico: Los componentes del sistema, especialmente el cableado y el
acondicionamiento de potencia, deben dimensionarse de modo que el sistema pueda entregar la carga pico, sin sufrir daño.
la carga promedio: El promedio de la carga conducirá al tamaño de los componentes de
producción de energía y puede también influir en la selección de los componentes.
la distribución anual y diaria de la carga: Las cargas del verano y las diurnas favorecen al
FV. Las cargas de invierno son más apropiadas para grupos electrógenos y si el invierno es ventoso los aerogeneradores son una buena opción. Si los recursos eólicos y solares fueran
estacionalmente complementarios (por ejemplo, si el recurso del viento fuera bueno durante la estación de baja insolación) entonces un sistema híbrido FV-viento puede ser muy
apropiado. la calidad del servicio necesario: la calidad del servicio se refiere a la capacidad de los
sistemas para satisfacer la carga dadas las variabilidades en las fuentes solares y eólicas.
Para un sistema de 100% de energías renovables el costo puede ser excesivo si se necesita
muy alta calidad de servicio. Si los componentes del sistema, especialmente el almacenamiento, están dimensionados para el caso más adverso posible, el sistema deberá
sobredimensionarse a todos los otros componentes.
Es fundamental tener los consumos de la manera más definida posible, para que el diseño se ciña al
posterior uso lo más posible. No obstante, no siempre es fácil disponer de todos los datos necesarios, por lo que existe una tendencia a intentar aglomerar los innumerables posibles casos en unos pocos
casos, que constituyen los consumos tipo.
El primer punto que hay que resaltar en cuanto a los consumos de un sistema aislado, es la eficiencia energética. Si en aplicaciones conectadas a red es importante, en el caso de sistemas con energías
renovables es crucial, tanto que la inversión que supone utilizar dispositivos más eficientes compensa
rápidamente y con creces el aumento de inversión que supondría sobre la generación renovable el utilizar equipos convencionales habitualmente utilizados en el sector residencial, o sea, no eficientes.
Mini-eólica 31
Configuraciones básicas de sistemas con mini-eólica
En apartados anteriores se han identificado las siguientes configuraciones de sistemas con mini-
eólica, que serán objeto de estudio en este apartado:
Sistemas conectados a red
Sistemas aislados de la red: sistemas con acumulación de energía eléctrica Sistemas aislados de la red: sistemas eólico-diésel
Sistemas aislados de la red: sistemas sin acumulación de energía eléctrica ni grupo electrógeno
Sistemas conectados a red La configuración de mini-eólica conectada a red más común es la que se muestra en la figura:
Aerogenerador
PMG
Convertidor para control
del aerogenerador
Convertidor para
interconexión a red
Rectificador
CA/CC en
puente de
diodos
Inversor
CC/CA
RotorLimitador
de tensión
(opcional)
Aerogenerador
PMG
Convertidor para control
del aerogenerador
Convertidor para
interconexión a red
Rectificador
CA/CC en
puente de
diodos
Inversor
CC/CA
RotorLimitador
de tensión
(opcional)
Ilustración 8. Configuración típica para mini-eólica conectada a red
Los componentes que aparecen en la configuración son los que se presentaron en el capítulo 1,
dentro de la descripción de la tecnología mini-eólica. Quiere esto decir que la conexión eléctrica de mini-eólica a la red no representa mayor complicación desde un punto de vista técnico que la
adecuación de los parámetros del inversor con los de la red. Muy distinto es la situación desde un punto de vista normativo y administrativo, donde la situación depende mucho del lugar donde se
realice la instalación. Así, existen zonas donde se han promulgado marcos normativos claramente
favorecedores para la conexión de la mini-eólica a la red, como EE.UU., Reino Unido o Japón, y lugares donde la falta de un marco normativo dificulta hasta llegar a impedir la conexión.
Sistemas aislados: sistemas con acumulación de energía eléctrica; camino en continua No es sencillo definir lo que es el “camino de potencia en continua” (bus DC, en inglés) o, de forma
más precisa, no es sencillo definir qué sistema es con camino en continua y cuál no. El camino en continua suele ser típico de sistemas de pequeña potencia (típicamente sistemas de potencia menor
de 10 kW). Y estos sistemas suelen utilizar baterías como sistema de almacenamiento. Por ello,
suelen asociarse los sistemas con camino en continua con aquellos que incorporan baterías. No obstante, no es imprescindible la presencia de baterías para que un sistema incorpore el camino en
continua.
Mini-eólica 32
Puesto que los aerogeneradores de pequeña potencia generan normalmente en corriente alterna, es necesario un equipo rectificador para los sistemas con camino en continua. Así mismo, dado que hoy
en día la mayor parte de los consumos son también en alterna, es necesario un equipo inversor en
este tipo de sistemas.
Una ventaja importante del camino en continua es que puede utilizarse como colector de distintas tecnologías (fotovoltaica, varios aerogeneradores, o incluso otras como pilas de combustible,…) de
forma sencilla, ya que utilizar una frecuencia nula (corriente continua) supone la imposición de un único parámetro: la tensión de trabajo.
Funcionamiento de sistemas con acumulación de energía eléctrica
En estos sistemas, la batería desarrolla un papel fundamental: aparte del evidente papel que desempeña como sistema de acumulación de energía, actúa también como sistema de regulación de
tensión. En la Ilustración 9 puede observarse una de las configuraciones utilizadas en sistemas con
acumulación de energía eléctrica.
La batería es una fuente de tensión estable, que mantiene la tensión continua dentro de un rango
relativamente pequeño (tensión nominal ± 20 %). El resto de los componentes, aerogenerador y/o generador fotovoltaico, se amoldan a la tensión impuesta por el balance energético en bornes de la
batería. No es necesario ningún control externo para que se produzca el balance de potencia, siendo las leyes de balance eléctrico junto con la variación de la impedancia de la batería las que gobiernan
el balance energético en cada momento.
No obstante, el funcionamiento descrito es el que se podría denominar funcionamiento normal, es
decir, cuando la batería no está ni muy cargada ni muy descargada. El funcionamiento en estos dos estados de carga de la batería, los que podríamos denominar funcionamientos especiales, es
diferente. Los fabricantes de baterías aconsejan que se evite en la medida de lo posible el que la batería siga cargándose cuando ya está cargada y el que la batería siga descargándose cuando está
REGULADOR
EÓLICO
REGULADOR
FOTOVOLTAICO
GENERADOR
FOTOVOLTAICO
Ilustración 9. Esquema de funcionamiento básico de sistema aislado con almacenamiento de energía eléctrica
Importante
Mini-eólica 33
descargada. La razón por la que aconsejan esto es la disminución en la vida de la batería que se produce en caso contrario.
Esto explica la presencia de los reguladores eólico y fotovoltaico. Su misión es proteger a la batería frente a la situación de sobrecarga. En este caso, detectado normalmente por la consecución de una
elevada tensión de la batería, los reguladores deben impedir que se siga produciendo la carga ilimitada de la batería. Para ello, pueden impedir el paso de potencia alguna a la batería (así lo hacen
los más burdos), o pueden limitar el paso de potencia a la batería, permitiendo sólo el paso de la potencia necesaria para mantener el balance energético y la batería en estado de carga completa (así
lo hacen los reguladores más finos).
Sistemas aislados: sistemas eólico-diésel; camino en alterna
La otra opción, el otro tipo de camino, es el camino en alterna; en estos casos, es posible que exista un paso por continua desde la generación al consumo, incluso es posible la presencia de baterías,
pero el acoplamiento de las distintas tecnologías se produce en alterna, no en continua, y el almacenamiento es de corto plazo. El caso típico de sistemas con camino en alterna es el de sistemas
eólico-diésel.
En estos sistemas la conexión del aerogenerador suele ser directamente en alterna, y el grupo diésel desempeña un papel esencial en el funcionamiento del mismo (a diferencia de los sistemas de
pequeña potencia, en los que es un elemento de apoyo).
Funcionamiento de sistemas eólico-diésel
En la siguiente figura puede verse un esquema de un sistema eólico-diésel estándar, que se utilizará
para explicar el funcionamiento de este tipo de sistemas:
GS
Grupo electrógeno
Embrague
GA
Generador
Asíncrono
Aerogenerador
Cargas dedisipación
Paso fijo
Control
Aerogenerador
Control
velocidad
Control
diesel
Generador síncrono
Consumos
380 VAC
50 Hz
Control
de potencia
Bombeo de agua
Desalación de agua
.
Ilustración 10. Esquema de funcionamiento básico de sistema aislado eólico-diésel
Mini-eólica 34
Como ya se ha repetido, un objetivo primordial en sistemas aislados es mantener la estabilidad eléctrica. Veamos cómo se consigue: en este tipo de sistemas la red es inicialmente establecida al
arrancar el grupo diésel. En ese momento, una vez arrancado, la red ya está establecida, y los
consumos pueden ser conectados. Tendríamos una red alimentada con un grupo diésel (MODO SOLO DIESEL), como miles de las existentes en todo el mundo. La tensión y la frecuencia de la red
eléctrica son mantenidas por los controles del grupo diésel.
Una vez hecho esto, el control general del sistema puede dar el permiso al control del aerogenerador para que se conecte a la red cuando él lo estime oportuno (normalmente, cuando haya suficiente
viento durante un determinado tiempo). Estaríamos ahora ante el MODO EÓLICO-DIESEL. La
potencia generada a partir del viento es consumida por las cargas, siempre y cuando la potencia de consumo sea mayor que la potencia eólica. Ésta sería la configuración correspondiente al sistema eólico-diésel de baja penetración eólica, y es la única configuración de sistema eólico-diésel en la que no es imprescindible un control supervisor, pues la estabilidad eléctrica (tensión y la frecuencia
estables) de la red eléctrica sigue siendo mantenida por los controles del grupo diésel.
Pero, ¿qué ocurre si es mayor la potencia eólica que la consumida? Puesto que, normalmente, el
grupo no será capaz de consumir potencia, ese exceso de potencia debe ser consumido por algún otro componente. De ahí la necesidad de las cargas de disipación. Estas cargas pueden ser no-útiles
(cargas resistivas) o cargas útiles como sistemas de bombeo o desalación de agua, típicamente.
Sigue siendo la regulación del diésel la encargada de mantener la estabilidad eléctrica, pero debe existir un control del sistema que se encargue de derivar a las cargas de disipación y/o cargas
controladas el exceso de energía. Está claro que la energía generada por el aerogenerador se traducirá en un ahorro del combustible consumido por el grupo diésel. La filosofía de funcionamiento
descrita hasta aquí es la que utilizan los sistemas eólico-diésel de penetración eólica media. En ellos, el estudio económico de viabilidad del sistema se determina a partir del ahorro de combustible
derivado de la energía eólica entregada.
Pero el grupo diésel tiene un consumo de combustible mínimo significativo, incluso sin generar
electricidad (al ralentí), en torno al 30% del consumo de combustible a potencia nominal. Por tanto, interesa ser capaces de desconectar el motor del grupo diésel, para que el ahorro de combustible sea
aún mayor. En este caso, si durante un determinado tiempo la potencia eólica supere la potencia
consumida, el motor sería separado mecánicamente (mediante un embrague) del generador síncrono, permitiendo así poder para el motor. Aparece la necesidad de incorporar un sistema de
almacenamiento de energía, para disponer de una garantía de suministro para el tiempo transcurrido desde que la potencia consumida se hace mayor que la potencia eólica hasta que el motor es
arrancado y unido nuevamente al generador síncrono. Este intervalo de tiempo dura típicamente unos segundos, por lo que se requiere un almacenamiento de corto plazo (volante de inercia o
baterías, normalmente). Esta otra filosofía de funcionamiento es la que se conoce como sistemas eólico-diésel de alta penetración eólica.
En este modo de funcionamiento, denominado MODO SÓLO EÓLICO, la estabilidad eléctrica se consigue de la siguiente forma:
La frecuencia es controlada manteniendo un balance de potencia mediante:
o cargas de volcado
o control de energía al/del sistema de almacenamiento o un aerogenerador de potencia controlable
el voltaje se controla manteniendo un balance de potencia reactiva mediante:
o regulación de voltaje del diésel (ésta sería el caso de que se deje conectado el generador síncrono del grupo diésel, para que intervenga en la regulación de voltaje
de la red) o compensación electrónica
Mini-eólica 35
Sistemas aislados: sistemas sin acumulación de energía eléctrica ni grupo electrógeno
Una desventaja de usar el viento como fuente de energía es la considerable variación de la velocidad de viento. En muchos casos el almacenamiento de energía para solventar esta desventaja es
demasiado caro. Si el producto de un proceso accionado por energía eléctrica puede ser fácilmente almacenado, es posible un almacenamiento bastante más barato.
El hecho de no disponer de acumulación de energía eléctrica, y dada la alta variabilidad del recurso eólico, significa que los sistemas que analizamos en este punto no pueden alimentar cargas
críticas, o sea, cargas que deben poder ser alimentadas en cualquier momento del día, cualquier día del año salvo que exista algún sistema de apoyo (grupo electrógeno) que, en principio, supondremos
que no existe.
Se trata, por tanto, de sistemas cuyo resultado más valioso no suele ser la electricidad en sí, sino
algún otro producto que permita ser almacenado de manera fácil y económica; típicamente frío/calor o agua (hielo, agua desalada o depurada, agua en un depósito) son los productos almacenados.
Y este hecho, el no ser la electricidad generada el producto principal, se traduce en que son normalmente sistemas de frecuencia y tensión variables, lo que permite que el sistema sea menos
sofisticado que los que requieren tensión y frecuencia fijas.
Las aplicaciones que se presentan en el siguiente apartado, correspondientes a esta configuración,
son típicas de sistemas aislados con energía eólica sin baterías; no obstante, podrían funcionar como sistemas con baterías (con tensión y frecuencia constante, de calidad más elevada), y no habría más
que suponer los consumos como cargas en el tratamiento del sistema.
Mini-eólica 36
Resumen del capítulo 3
En este capítulo se describen las configuraciones utilizadas en sistemas con mini-eólica, tanto las de
sistemas conectados a red (una) como las de sistemas aislados (tres).
Se comienza con una introducción sobre algunos de los aspectos principales de los sistemas aislados
y de los sistemas conectados a red con renovables, en general. Se repasan las formas existentes para electrificar actualmente una instalación aislada: extensión de la red convencional, grupo electrógeno y
la inclusión de energías renovables.
Se introduce también el concepto de acoplamiento en potencia como forma de conseguir la
estabilidad eléctrica como uno de los aspectos principales en el diseño de estos sistemas. A partir de las distintas formas para conseguir el acoplamiento en potencia se presentan tanto la configuración
de sistema conectado a red estándar como las tres configuraciones básicas de sistemas aislados y, más concretamente, de aquellos que incluyen generación mini-eólica: la gestión en el lado de la
generación da lugar a los sistemas con baterías (híbridos); la gestión en el lado del consumo da lugar
a los sistemas sin acumulación eléctrica (típicamente aplicaciones relacionadas con agua y/o calor-frío); y por último la generación integrada que da lugar a los sistemas de mayor tamaño (sistemas
eólico-diésel).
Antes de acometer el funcionamiento de cada una de estas configuraciones, se presentan los componentes típicos que pueden aparecer, fundamentalmente en los sistemas aislados: el
aerogenerador, que ya ha sido ampliamente descrito en el primer capítulo de este curso, y por lo
tanto no se aborda en este capítulo; otras formas de generación renovables, con especial mención para la fotovoltaica y, en menor medida, la mini-hidráulica; el control del sistema, control supervisor,
encargado de conseguir que todo el sistema funcione de una forma correcta y eficiente; el almacenamiento de energía, necesario para adecuar la generación variable procedente de las fuentes
renovables (viento, sol, agua) a los consumos; el grupo electrógeno, que en este tipo de sistemas
aporta la garantía de suministro obtenida típicamente a partir de combustibles de origen fósil (gasolina, diésel, gas); y los consumos, el objetivo para el cual se diseñan los sistemas aislados. Para
todos estos componentes se presentan las generalidades, básicamente en términos de tecnologías disponibles e información necesaria.
Finalmente, se muestra el funcionamiento de cada una de las cuatro configuraciones identificadas: los
sistemas conectados a red, cuyo comportamiento viene marcado por la presencia de la red
convencional; los sistemas aislados con acumulación eléctrica típicamente en forma de baterías, marcados por la presencia de este componente, la batería, tanto por el paso por corriente continua
que imponen (estos sistemas son conocidos como sistemas con camino en continua) como por el papel en la estabilización eléctrica del sistema que desempeñan; los sistemas aislados de mayor
tamaño, sistemas basados en redes alimentadas por grupo o centrales diésel a los que se incorpora
generación eólica; y finalmente los sistemas aislados sin acumulación eléctrica ni grupo electrógeno, asociados típicamente a aplicaciones relacionadas con agua (bombeo, desalación, fabricación de
hielo, producción de hidrógeno).
Mini-eólica 37
4. Aplicaciones de mini-eólica
En el apartado anterior “3. Sistemas con mini-eólica”, se realizó una presentación de los sistemas que
incluyen aerogeneradores de pequeña potencia, describiendo las principales topologías y los componentes que, típicamente, aparecen en cada una de esas topologías.
Siguiendo la estructura presentada en ese capítulo, se presentan ahora aplicaciones representativas de este tipo de sistemas. La estructuración es la misma que se utilizó entonces: sistemas conectados
a red; sistemas aislados híbridos (sistemas con acumulación de energía eléctrica), sistemas aislados eólico-diésel (con camino en alterna) y sistemas aislados sin acumulación de energía eléctrica ni
grupo electrógeno (aplicaciones eólico-agua). Para cada una de estas configuraciones, se comentarán las particularidades que presentan los componentes en ese tipo de configuración, así como alguna de
las aplicaciones más típicas que utilizan esa configuración. Se presentarán igualmente las
experiencias en cada configuración en la región LAC.
Antes de comenzar, conviene aclarar que en principio cualquier aplicación que requiera un sistema de alimentación aislado puede ser atendida con algún sistema con energías renovables: dependerá del
estudio de viabilidad económica y técnica el determinar cuál es la solución óptima. Quiere esto decir
que la presentación de aplicaciones que se realiza en este capítulo de ninguna forma pretende ser exhaustiva, sino sólo orientativa. Se presentan sólo algunas aplicaciones típicas, con alguna
peculiaridad que hace especialmente atractiva la incorporación de energía eólica en el sistema, pero que de ningún modo pretende ceñir el catálogo de posibles aplicaciones de los sistemas eólicos
aislados a las que aquí aparecen.
Sistemas conectados a red
Las llamadas aplicaciones eólicas distribuidas experimentan un rápido crecimiento en el mercado en respuesta a la escalada creciente de los precios de la energía y a la demanda cada vez mayor de
generación distribuida.
Acumulación: depende del marco normativo
Una de las posibilidades que brinda esta configuración es la eliminación del sistema de almacenamiento de energía eléctrico a largo plazo (batería), al proporcionar la red eléctrica tanto la
estabilidad eléctrica como la capacidad de almacenamiento si se establece un sistema de retribución
basado en un balance energético neto (net-metering). Por lo tanto, lo normal es que no se incluya sistema de acumulación de largo plazo.
No obstante, en algunos de los países, como EE.UU o Alemania, donde más avanzado el desarrollo de
la generación distribuida de pequeña potencia existe la posibilidad (en algunos incluso se
promociona) la inclusión de sistemas de almacenamiento distribuido, pues permite ayudar a gestionar la red y puede brindar al usuario la posibilidad de funcionar con independencia de la red.
Mini-eólica 38
Control: el del aerogenerador
Salvo que la legislación del lugar donde se conecta imponga alguna restricción que obligue a la inclusión de controles especiales, tales como que toda la energía generada tenga que ser consumida
en una aplicación asociada, imposibilitando la inyección en red, lo normal es que el control del propio aerogenerador (rectificador + regulador + inversor) sea suficiente para el correcto funcionamiento
del sistema, no requiriendo un control supervisor.
Consumos: depende de la gestión y del marco retributivo
Técnicamente, la conexión a red funciona con independencia de los consumos asociados. Lo que
ocurre es que normalmente los marcos retributivos y normativos intentan fomentar que la energía generada se consuma de forma local. En función de cómo establezcan los marcos este fomento, así
habrá que tener en cuenta los consumos: si se trata de un balance neto anual, interesará estimar el consumo anual para que la generación se aproxime a él; si se tratase de un balance neto
instantáneo, el estudio de los consumos deberá ser mucho más detallado, para que en cada momento la generación se acerque al valor del consumo.
Integración de mini-eólica en entorno urbano: niveles de integración
La aplicación de pequeños aerogeneradores conectados a red en entorno urbano tiene un gran potencial. No obstante, no todos los niveles de integración están teniendo el mismo nivel de
implantación ni de aceptación. A continuación se presentan los tres niveles de integración principales, de menor a mayor nivel de integración:
modelo residencial montados sobre la azotea del edificio
integrados en el edificio
Aerogeneradores en entorno urbano: modelo residencial
En este tipo de instalación, el aerogenerador es instalado sobre el suelo, típicamente en una parcela
donde existe algún otro edificio. Este edificio puede ser tanto residencial como industrial (polígono
industrial), agrícola (granja) o del sector servicios (grandes almacenes, gasolinera,...), siendo éstas las aplicaciones típicas. De todos los casos de aerogeneradores en entorno urbano, éste es el caso
más parecido al convencional y, por tanto, es en el que la influencia del edificio es menor y también es en la que el recurso eólico puede ser más elevado. Por ello, es también la opción que es propuesta
con mayor frecuencia como forma de conexión a red de pequeña generación eólica. Los tamaños de generación pueden llegar hasta los 100 kW.
Esta opción está abierta también a aquellos emplazamientos que, por motivos medioambientales y/o normativos, no está permitida la instalación de un parque eólico, pero sí una instalación de menor
potencia.
Aerogeneradores en entorno urbano: montados sobre la azotea del edificio
En este caso, el aerogenerador está físicamente unido a la estructura del edificio. De esta forma el
edificio es utilizado como torre para el aerogenerador, para darle altura, lo que supondría una importante reducción del coste total. El edificio debe ser capaz de soportar el aerogenerador, tanto
en términos de las cargas transmitidas como de las vibraciones producidas. En este caso, el edificio
influye de forma notable en el recurso eólico pues, además de ser utilizado como torre, es también
Mini-eólica 39
un obstáculo importante situado muy cerca, por lo que produce una alteración del flujo, disminuyendo su capacidad energética y aumentando su turbulencia.
Esta opción se propone como forma de producir energía allí donde se consume, normalmente de forma conjunta con otras formas de generación distribuida (fotovoltaica, fundamentalmente). Por
ello, las posibilidades serían tremendas en las ciudades del mundo desarrollado. Pero todavía está por demostrarse que la influencia del edificio no imposibilite la aplicación, debido a que reduzca tanto el
potencial eólico que haga la aplicación inviable económicamente, y haga el flujo tan turbulento que los aerogeneradores no resistan las condiciones de trabajo impuestas. De hecho, son varias las voces
de expertos del sector de la pequeña generación eólica que opinan que la integración en edificios no
es una aplicación apropiada para la generación eólica.
Los aerogeneradores propuestos para esta aplicación son de pequeño tamaño, típicamente de menos de 5 kW. El ruido y las vibraciones son especialmente importantes. Por ello ha resurgido en los
últimos años la propuesta de aerogeneradores de eje vertical.
Aerogeneradores integrados en el edificio
En este caso, el edificio se diseña desde el principio para albergar la generación eólica, por lo que
puede tener la forma necesaria para no sólo no disminuir el potencial eólico sino incluso aumentarlo.
Lo que se busca es que la forma del edificio sea tal que favorezca la captación eólica. Aunque no es una idea nueva, pues ya los antiguos molinos intentaban aprovechar en su diseño el recurso eólico,
son muy pocas las experiencias existentes en el mundo de edificios modernos de este tipo, pero cada vez son más los arquitectos interesados. El tamaño de la generación eólica puede llegar a ser de
hasta varios centenares de kilovatios.
Experiencias en aplicaciones de mini-eólica conectada a red en Latinoamérica y Caribe
De todas las configuraciones analizadas, ésta es la más novedosa y todavía no existe una
experimentación significativa en la región LAC, más allá de algún proyecto de demostración.
Sistemas aislados con acumulación en baterías
En este apartado de sistemas donde se dispone de almacenamiento de energía eléctrica, la
denominación de sistemas aislados con energía eólica debería pasar a ser sistemas aislados con energías renovables, debido a que ya en la selección del sistema deberían ser tenidas en cuenta otras
formas de energías renovables en el estudio técnico y de viabilidad del sistema. Esta visión, sin duda,
da más robustez a los sistemas, y mucha más versatilidad a la solución, haciendo difícil que no exista una solución con energías renovables que se pueda incluir en cualquier aplicación aislada que se nos
pueda presentar en un rango de potencias de hasta 50 kW. Al sistema resultante lo denominaremos sistema híbrido.
La explicación del funcionamiento de estos sistemas se encuentra en el
capítulo anterior, en el apartado “Sistemas aislados: sistemas con acumulación de energía eléctrica; camino en continua”
Para saber +
Mini-eólica 40
Otras formas de generación renovable: fotovoltaica, muy frecuente; hidráulica, menos
Normalmente, las energías involucradas en un sistema híbrido serán la fotovoltaica y la eólica, por ser las de uso más universal y más extendido, pero existen experiencias así mismo de electrificación de
sistemas aislados con energía mini-hidráulica (ya sea sola, o combinada con una o con las otras dos opciones). Éstas son soluciones más dependientes del emplazamiento concreto, pero por supuesto no
deben ser olvidadas si la viabilidad lo permite. Este apartado se centrará exclusivamente en las
soluciones con eólica y/o fotovoltaica.
En la actualidad, el tipo de energía renovable que cuenta con un mayor nivel de desarrollo en lo que se refiere a alimentación de sistemas aislados de pequeña potencia es sin duda la energía solar
fotovoltaica. La solución fotovoltaica ha conseguido transmitir la imagen de fiabilidad y calidad de la instalación y, por ello, ha sido aceptada a todos los niveles (profesional, usuario, decisión) como una
solución válida. No obstante, las limitaciones de la fotovoltaica en cuanto a suministros de cantidades
importantes de energía sin que aumente en exceso el coste del sistema, pueden ser paliadas en gran medida con la participación de la energía eólica. Con la inclusión de energía eólica, además, se
aumenta la fiabilidad del suministro. Por lo tanto, al analizar los sistemas aislados que incluyen energía eólica, y puesto que una parte muy importante del sistema es común a todos los sistemas
aislados con energías renovables, es conveniente aprovechar el desarrollo ya alcanzado en sistemas
con energía fotovoltaica.
Acumulación: baterías
La mayor parte de los sistemas eólicos aislados han utilizado baterías de Plomo-ácido como sistema de almacenamiento para nivelar el desacoplo entre la disponibilidad del viento y los requerimientos
de los consumos. Siguen siendo utilizados en sistemas de poca potencia aislados de la red. Comparado con cualquier otro elemento del sistema eólico aislado, las baterías son caras, de corta
duración, y no demasiado eficientes; sin embargo, siguen siendo la solución más universal en cuanto
a sistema de acumulación para instalaciones de pequeña potencia.
Una batería es un dispositivo electroquímico que almacena energía eléctrica en forma de enlaces químicos. El bloque constructivo básico de una batería es la célula electroquímica. Las células operan
a un potencial nominal de unos pocos voltios (la mayoría) cada uno y, dentro de unos límites
prácticos, su capacidad en amperios-hora y en amperios es proporcional a su dimensión física. Las células están conectadas en configuraciones serie/paralelo apropiadas para proporcionar los niveles
de voltaje, intensidad y capacidad de batería deseados.
El tipo más común de batería es la batería estacionaria de plomo-ácido. Un segundo tipo muy distante en cuanto a su utilización es el tipo níquel-cadmio, aunque en determinados casos en los que
el mayor coste no es problema y sí lo es la dificultad del mantenimiento, todavía se sigue utilizando.
Ocasionalmente se emplean pilas de combustible como sistema de almacenamiento en esta configuración, pero casi siempre asociado a alguna limitación particular al uso de baterías
electroquímicas.
Control: distintas posibilidades
La complejidad de los controles depende del tamaño y la complejidad del sistema y de las preferencias del cliente. El controlador puede programarse para encender y apagar los componentes
conforme se necesite, sin la intervención del usuario, esto es, puede realizar la gestión de cargas
para optimizar la calidad del suministro. Las opciones de control de sistema en esta configuración de sistemas aislados pueden resumirse en dos:
Mini-eólica 41
Sistemas sin control supervisor: la configuración utilizada para explicar el
funcionamiento en el apartado “Sistemas aislados: sistemas con acumulación de energía eléctrica; camino en continua” no incluía control supervisor alguno, pues las labores del
control supervisor las realiza la batería de forma pasiva mediante las reacciones químicas que en ella ocurren. Esta opción es muy sencilla, pero las posibilidades del control son
limitadas. Control integrado de sistemas híbridos: La tendencia en cuanto al control de
sistemas híbridos con baterías, es un sistema de gestión global, con capacidad de gestión
de la batería (lado CC), con capacidad también de gestión energética (lado AC), con
optimización de la gestión y de los consumos. Se pretende conseguir un sistema de generación de altas prestaciones, típicamente transportable en un contenedor, con un
alto porcentaje de generación renovable, pero con grupo electrógeno de apoyo. Una de las claves en esta concepción es el convertidor electrónico bidireccional, que
permite el paso de continua a alterna y viceversa, y es capaz de mantener la estabilidad eléctrica y la calidad de energía. Esta configuración facilita la conexión de los
componentes tanto en el lado de continua como en el lado de alterna, indistintamente,
por lo que con frecuencia se la denomina como configuración con acoplo en alterna.
Grupo auxiliar: de apoyo
En el caso de sistemas de pequeña potencia, sistemas con acumulación de energía eléctrica, en lugares donde no existe suministro alguno de electricidad, a la hora de diseñar y evaluar
económicamente el sistema híbrido óptimo, el grupo electrógeno suele ser considerado como posible grupo auxiliar de apoyo, es decir, para proporcionar la energía que el sistema de generación
renovable (y con la acumulación de las baterías) no es capaz de suministrar en el momento que se le
requiere.
Existen equipos cargadores-inversores que arrancan automáticamente el grupo. Normalmente, una vez que el control da la orden de arranque al grupo, éste carga la batería, con objeto de que trabaje
en un punto cercano a la potencia nominal del grupo. La influencia de la presencia del grupo auxiliar
en el dimensionado del sistema es notable, en lo relativo al tamaño del generador renovable y de la batería, principalmente. Normalmente, son criterios económicos los que determinan si es conveniente
o no su inclusión, y el tamaño óptimo en caso de que la presencia sea adecuada.
Diseño de sistemas aislados híbridos
En gran medida, un sistema híbrido eólico-fotovoltaico no es más que un sistema aislado fotovoltaico al que se le ha añadido generación eólica, por lo que el diseño es en muchos aspectos similar. Pero la
presencia de generación eólica aporta algunas diferencias que deben ser tenidas en cuenta. A
continuación se presenta una propuesta simplificada de diseño de sistemas aislados híbridos, desglosado en las siguientes etapas:
- Recolección de información sobre los siguientes aspectos: topográficos, recursos
renovables (solar y eólico como mínimo), consumos, y documentación técnica de posibles equipos a utilizar.
- Diseño preliminar, basado en el uso de expresiones sencillas para obtener una estimación inicial de los tamaños óptimos de la generación eólica y/o fotovoltaica, el tamaño de la batería, así
como de la posible inclusión de un grupo electrógeno de apoyo. Estos métodos son muy utilizados en sistemas solo fotovoltaicos, pero no tanto en sistemas híbridos. En sistemas híbridos es más
frecuente el uso de hojas de cálculo con las que se calcula la producción energética esperada del
aerogenerador en el emplazamiento, tal y como se ha descrito en el apartado “Producción energética
Mini-eólica 42
teórica” del capítulo 2, y a partir de ellas se calcula la mejor combinación de generación mediante un
procedimiento iterativo, ya sea manual o automático. Para la realización de esta fase, pueden utilizarse tanto hojas de cálculo disponibles (como la HYCAD, presentada por Bergey) o de diseño
propio.
- Dimensionado, que incluye un estudio de pre-factibilidad con mayores prestaciones, como
simulación horaria de los datos o análisis de sensibilidad de las principales variables. La herramienta recomendada para esta fase es HOMER, desarrollada por NREL y accesible actualmente de forma
gratuita en www.homerenergy.com. También puede incluirse en esta etapa un análisis más detallado que tenga en cuenta aspectos del comportamiento casi-dinámico de los componentes, para lo cual se
suele acudir a herramientas de diseño propio, aunque esto no es frecuente en sistemas híbridos con
baterías, considerándose normalmente suficiente el estudio de pre-factibilidad.
Normativa para sistemas aislados híbridos
La aplicación de generación mini-eólica aislada ha sido la principal dentro de la pequeña generación eólica. Aunque la normativa de los sistemas aislados que incluyen eólica es compleja debido a los
numerosos aspectos y tecnologías implicados, se están realizando distintos esfuerzos por abordarla, que se describen en este apartado.
Normativa internacional (CEI)
Se está trabajando dentro del Grupo TC82 dentro del CEI, en el que se debaten las normas
correspondientes a “Energía Solar Fotovoltaica”, en unas recomendaciones: la serie 62257,
“Recomendaciones para sistemas de pequeña potencia e híbridos con energías renovables en aplicaciones de electrificación rural”. En ellas se abordan diferentes aspectos
técnicos relacionados con la electrificación rural y, entre otras tecnologías, se incluye la generación eólica aislada de pequeña potencia. Estas recomendaciones son muy útiles para sistemas eólicos
aislados, en todo lo referente a los otros componentes del sistema (baterías, grupo electrógeno, etc.).
Hay que hacer notar que no se trata de estándares internacionales, sino de especificaciones técnicas, consistentes en un grupo de documentos que abordan todos los aspectos implicados, desde la
identificación de las necesidades de consumo, hasta las especificaciones de los equipos. Este trabajo parte de unas normas elaboradas inicialmente por Electricité de France, y que fueron adoptadas
posteriormente por CEI como Especificaciones de Disposición Pública (las PAS 62111), y ahora se están convirtiendo en especificaciones técnicas de la CEI.
La serie 62257 de documentos de la CEI está compuesta por 31 especificaciones técnicas,
estructuradas en tres partes: una primera introducción a la electrificación rural, una segunda de gestión de proyectos y guías de implementación, y una tercera que incluye las especificaciones
técnicas para los componentes y los sistemas.
Trabajo en la Agencia Internacional de la Energía (AIE)
Dentro también de la AIE, en el Programa de Sistemas de Generación Fotovoltaica (FV), se ha realizado la Tarea 11 en el tema “Sistemas Híbridos con FV y MiniRedes”, en el que se han
abordado aspectos técnicos de la electrificación aislada con este tipo de sistemas: la generación mini-
eólica se engloba dentro de estos sistemas como uno de los principales medios de hibridación de los sistemas FV.
El objetivo de esta tarea es fortalecer el conocimiento de sistemas de generación de múltiples tecnologías, así como la distribución asociada. Este objetivo global se desglosa a su vez en otros
objetivos específicos, como definir nuevos conceptos para sistemas híbridos que tengan en cuenta
factores locales; o proporcionar recomendaciones sobre los diseños que permitan mejorar su calidad, fiabilidad y economía; o compilar y diseminar las buenas prácticas de este tipo de sistemas.
Mini-eólica 43
Experiencias de electrificación rural con sistemas con baterías y con pequeña eólica en Latinoamérica y Caribe
Como ya se ha indicado, la tecnología renovable que más se ha utilizado en programas de electrificación rural en el mundo, en general, y LAC, en particular, es la fotovoltaica. No obstante,
existen algunas experiencias de programas y proyectos en los que se ha incluido la tecnología mini-eólica en esta zona LAC, algunos de los cuales se pasan a revisar a continuación. De nuevo hay que
indicar que la muestra que se presenta se considera representativa de las experiencias habidas en la región, pero no pretende ser exhaustiva. La presentación se hará por países:
Argentina: seguramente el país más activo en esta tecnología en la zona. Después de programas como el Programa de electrificación en aldeas escolares rurales (durante las décadas de los 80 y 90) o el Programa de electrificación rural (en la década de los 90), dentro del PERMER, el Plan de Electrificación Rural Mediante Energías Renovables, se ha llevado a cabo el mayor programa de electrificación rural usando mini-eólica de toda la región LAC. El programa se inició en 2003 con una fase piloto con 115 molinos (Aerowind), consistiendo el programa principal en la instalación de 1500 Sistemas Eólicos Residenciales; este programa principal salió a concurso público en 2008 en la provincia de Chubut con el apoyo financiero del Banco Mundial, y fue ganado por la unión de empresas Incro S.A. (ingeniería)-Giacobone (fabricante). La instalación tipo, con suministro en continua a 12 Vcc, consta de:
o Aerogenerador de 500 W
o Tablero y regulador de voltaje
o Batería 200 Ah
o Luminarias de 18 y 36 W de bajo consumo y 25 W incandescente
o Tomas corriente
Brasil: dentro del programa Luz para Todos (que se inició en 2003) se han definido los llamados proyectos especiales, “Proyectos de electrificación rural para el atendimiento de comunidades aisladas, por medio de generación de energía eléctrica descentralizada, de forma sostenible, priorizando la utilización de fuentes renovables de energía y mitigando el impacto ambiental”, entre cuyas opciones tecnológicas se encuentran los sistemas híbridos. Se plantea para comunidades aisladas, preferiblemente en la Amazonía. A modo de ejemplo se muestran a continuación los datos técnicos y el diagrama de bloques del sistema de generación del Proyecto de la Isla de Lençóis, en el municipio de Cururupu, Estado de Maranhão:
o Generación Solar: 162 Módulos Fotovoltaicos de 130 Wp - Potencia Total: 21,06 kW
o Generación Eólica: 3 Turbinas Eólicas de 7,5 kW - Potencia Total: 22,5 kW
o Generación Diésel: 1 Motor-generador diésel de 42,4 kW (back-up)
o Distribución: Red de distribución trifásica a tensión de 380/220 Vca, 60 Hz.
o Iluminación Pública: 4 circuitos con lámparas fluorescentes compactas de 20 W
o Uso Productivo de Energía: Instalación de una fábrica de hielo en escamas para atender las necesidades de los pescadores.
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Ilustración 11. Diagrama de bloques del sistema de generación del Proyecto de la Isla de Lençóis, en Brasil
Chile: dentro del Plan de Electrificación Rural se encuentra el Proyecto “Remoción de
Barreras al Uso de las Energías Renovables en Electrificación Rural” (GEF: US$ 6 millones no
reembolsables), 2001 – 2007. Una de las actividades enmarcadas dentro de este proyecto
incluye el estudio de “Sistemas de Generación con Eólica y Diésel para 10 Islas del Archipiélago de Chiloé”, con la configuración estudiada en este apartado dentro de los
sistemas con almacenamiento de energía eléctrica con baterías. El estudio considera el diseño de tres sistemas de generación con eólica y diésel, modulares, para tres rangos de potencia
(aproximadamente de 5, 10 y 20 kW), a ser adaptados a las necesidades energéticas de 9 sistemas eléctricos. Ya se había realizado un sistema análogo en otra isla, la Isla Tac, en el
mar interior de Chiloé, para dar electricidad a 72 familias. El sistema consta de 3 turbinas
eólicas de 7,5 kW, cada una, una batería de 100 kWh e inversores sinusoidales de 4,5 KW cada uno, a fin de alimentar la red local de 220V. Se estima que la red tendrá un consumo de
85 kWh por día. El sistema trabaja en forma autónoma controlando, incluso, el sistema de respaldo constituido por un grupo generador de 15 kW, el cual suple el aumento de la
demanda de la isla o durante periodos de escaso viento. Se proyecta que el sistema requerirá
solamente 5000 litros de combustible por año, reduciendo el consumo en un 85% respecto de cualquier otro sistema alternativo a la solución actual, según la empresa diseñadora e
instaladora.
Méjico: país pionero en la región en la implantación de sistemas híbridos y su análisis, instaló en la década de los 90 algunos de los sistemas más emblemáticos de esta tecnología a nivel mundial, algunos de ellos ampliamente documentados, con la participación en la evaluación de algunos del Departamento de Energía (DOE) de EE.UU. En la siguiente tabla se muestran los proyectos llevado a cabo, con sus principales características:
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Tabla 2. Principales proyectos de sistemas híbridos llevados a cabo en Méjico, en los 90.
Ubicación del Proyecto
Año de Instalación
Potencia Fotovoltaica
(kW)
Potencia Eólica (kW)
Generador Diésel (kW)
Población servida
Ma. Magdalena 1991 4.3 5 18 168
Nva. Victoria 1991 8.6 - 28 355
Oyamello 1991 0.76 5 4 -
X-Calak 1992 11.2 60 125 232
El Junco 1992 1.6 10 - 250
La Gruñidora 1992 1.2 10 - 230
I. Allende 1992 0.8 10 - 140
Calabazal 1992 0.8 10 - 130
Agua Bendita 1993 12.4 20 48 250
Villas Carrousel 1995 0.15 0.5 - -
Isla Margarita 1997 2.25 15 60 200
San Juanico 1999 17 70 85 400
Perú: otra experiencia muy interesante de electrificación rural con mini-eólica, fabricada localmente, es la desarrollada dentro del PNER (Plan Nacional de Electrificación Rural). Con 20 sistemas híbridos (100W eólico, 50 W FV) ya implementados en el anterior Plan de Electrificación Rural, se calcula que existen 3500 viviendas potencialmente atendibles con sistemas que incluyan mini-eólica. Dentro de la actividad ya realizada, es reseñable el Proyecto El Alumbre (2007), cuyo objetivo era dotar de electricidad a 33 familias rurales, una posta médica y una escuela de la comunidad de El Alumbre, así como probar el funcionamiento de la tecnología e implementar un modelo de gestión. La configuración (y los costos) del sistema típico se incluyen en la siguiente tabla:
Tabla 3. Configuración y costos de instalación típica en El Alumbre, Perú
Componentes principales USD
Aerogenerador 100 W 600
Batería 130 AH 180
Controlador eólico 35 A 160
Inversor 12 VDC/220VAC- 300 W 140
Llaves termomagnéticas 40
Cables eléctricos 75
Accesorios 35
Resistencia 200 W 30
TOTAL 1260
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Venezuela
El proyecto de electrificación rural para comunidades aisladas en Venezuela, se formalizó a finales del año 2009, habiendo siendo suministrado por Bornay (por un total de 2.4 millones de dólares),
fabricante español de aerogeneradores de pequeña potencia. El proyecto está compuesto por 48 sistemas híbridos, eólico - fotovoltaico - diésel, para el abastecimiento eléctrico de pequeñas
comunidades repartidas en comunidades de hasta 10, 20, 30 o 40 viviendas respectivamente.
El sistema híbrido está basado en torno a los equipos Sunny Island fabricados por SMA, alimentados
desde un banco de baterías de 48 Vcc, desde el cual los equipos en un punto centralizado crean una micro-red de CA. Partiendo de esta micro-red, la generación tanto eólica como fotovoltaica es
conectada en la parte de CA en paralelo con los consumos a través de un inversor de conexión a red,
de modo que la energía es consumida directamente por los diferentes consumos y el excedente pasa a cargar el banco de baterías, disminuyendo de este modo las perdidas por caída de tensión y la
máxima generación ya que los equipos van a trabajar en los puntos de máxima eficiencia en todo momento.
Las características principales de los sistemas son:
Tabla 4. Principales características de los sistemas híbridos instalados en Venezuela
Nº de viviendas
Potencia Fotovoltaica (kW)
Potencia Eólica (kW)
Baterías (C10, Ah)
Inversor (kW)
Generador Diésel (kVA)
10 3 3 800 10 10
20 5.4 6 2x800 10 15
30 8.4 6+3 2x1200 15 20
40 10.8 2x6 4x800 30 25
El proyecto EUROSOLAR
Por último, se presenta el proyecto EUROSOLAR, un proyecto cuyo objetivo era atender los servicios básicos comunitarios, como escuelas, postas de salud y locales comunales, en 600 comunidades en El
Salvador, Guatemala, Nicaragua, Honduras, Perú, Paraguay, Bolivia and Ecuador, con un presupuesto total de más de 36 millones de dólares, de los cuales la Comisión Europea aportó más de 8 millones
de dólares.
Los sistemas propuestos son sistemas aislados alimentados con energías renovables, la mayor parte de los cuales utilizan solo generación fotovoltaica, pero hay 177 instalaciones atendidas con sistemas
híbridos eólico-fotovoltaicos (las 55 instalaciones implementadas en Bolivia y 122 de las instaladas en Perú).
En estos casos, los kits híbridos eólico-fotovoltaicos de 1,4 kW cada kit, contienen: 1 aerogenerador, 6 paneles solares, 1 antena satelital, 5 computadoras laptop, 1 purificador de agua, 1 refrigerador
para vacunas, cargador de baterías, 1 equipo multifunción (impresora y escáner), 1 proyector y
servicio de conexión a internet.
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Ilustración 12. Kit híbrido eólico-fotovoltaico usado en el proyecto EUROSOLAR
Sistemas colectivos (mini-redes) con diésel. Sistemas eólico-diésel
A medida que el tamaño del sistema de electrificación aislado con renovables aumenta, hay determinados aspectos que tradicionalmente han dificultado la extrapolación de la configuración con
almacenamiento energético en baterías, de entre los que destaca la inviabilidad técnica y económica que supone un sistema de almacenamiento de energía similar de gran tamaño. Otro aspecto que ha
influido en el cambio de configuración ha sido el alto coste que la tecnología fotovoltaica imputaba al
sistema en el caso de grandes tamaños de generación. Si bien es cierto que estos factores se están viendo superados en la actualidad en cierta forma (principalmente en la inviabilidad técnica de
grandes baterías y en el alto coste de la generación fotovoltaica), lo que está posibilitando instalaciones comerciales con la misma configuración de gran tamaño (cientos de kWs), se presenta
en este apartado una configuración para sistema aislado de gran tamaño y no basado en baterías como elemento de estabilización eléctrica. En su lugar, el elemento base para la estabilización
eléctrica será el grupo electrógeno diésel.
Esta configuración basada en una red alimentada por un grupo (o central) diésel ha incorporado
tradicionalmente generación eólica para constituir la configuración denominada sistemas eólica-diésel, que será la que se analizará a continuación en términos de componentes más comunes.
La explicación del funcionamiento de estos sistemas se encuentra en el
capítulo anterior, en el apartado “Sistemas aislados: sistemas eólico-diésel; camino en alterna”
Otras formas de generación renovable: admite, pero no son frecuentes La configuración típica incluye generación eólica, además del grupo diésel; pero, por supuesto,
admite otras de generación tales como la fotovoltaica (cada vez más propuesta a partir de la
Para saber +
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disminución de costes experimentada en las instalaciones a gran escala) y la hidráulica (poco frecuente, aunque emblemática en el proyecto de la Isla del Hierro).
Acumulación: corto plazo Ya se describieron algunas de las distintas tecnologías existentes de acumulación de energía, y ya se
adelantaba entonces que, dentro de los diferentes tipos de acumulación en función del tiempo en que
son capaces de proporcionar suministro a la carga, el tipo empleado en sistemas eólico-diésel de alta penetración eólica es el de corto plazo (<1 minuto). Este corto plazo sirve (en los sistemas eólico-
diésel de alta penetración, porque los de baja penetración no necesitan acumulación puesto que el grupo está siempre encendido) tanto para filtrar las variaciones más rápidas del viento como para
dotar al sistema de suministro durante el tiempo que tarda el grupo en arrancar, ambas cuando el
sistema funciona en modo SÓLO EÓLICO.
Existen sistemas eólico-diésel que utilizan baterías como sistema de acumulación de corto plazo, pero resulta más interesante analizar ahora la utilización del volante de inercia como acumulación a corto
plazo en sistemas eólico-diésel de alta penetración eólica. En el apartado "Sistemas Eólicos Aislados" se mencionó la existencia de las dos filosofías de utilización de volantes de inercia:
volantes muy pesados, metálicos, girando a relativamente (de 3.000 a 5.000 rpm) bajas
vueltas (no es raro que giren solidarios con el motor diésel). No necesitan control alguno pues el balance de potencia es mecánico, en función de las vueltas, pero por contra el rango
de velocidades permitidas es pequeño, pues la frecuencia eléctrica de la red depende directamente de la velocidad de giro, y la frecuencia tiene un rango admisible limitado;
volantes ligeros, que incluyen materiales compuestos, girando a altas vueltas (de 30.000 a
50.000 rpm), y que precisan de un convertidor electrónico para conectarse a la red eléctrica del sistema eólico-diésel, y de un control que le diga en cada momento la potencia que el
volante debe entregar o tomar del sistema. El rango de velocidades de giro permitido es mucho mayor (el convertidor electrónico desacopla la velocidad de giro de la frecuencia
eléctrica de la red), con lo que las posibilidades de utilización de la energía acumulado son
mayores. Por el contrario, el control es más sofisticado.
Control: supervisor El control supervisor varía en sistemas eólico-diésel en función del nivel de penetración eólica, según
el funcionamiento descrito en el capítulo anterior, en el apartado “Sistemas aislados: sistemas eólico-diésel; camino en alterna”. Así:
- En sistemas de baja penetración eólica, el control del propio grupo diésel es capaz de mantener la estabilidad eléctrica de la red, puesto que la generación eólica nunca sobrepasa
el consumo mínimo de la red, por lo que la generación eólica se comporta simplemente como una reducción del consumo que atiende el grupo diésel, lo que conlleva un ahorro del
combustible consumido. El control supervisor, como tal, no sería imprescindible para estos sistemas.
- En sistemas de penetración eólica media, el grupo diésel está siempre funcionando, al igual que en los sistemas de baja penetración eólica, pero ahora la generación eólica sí puede
superar el consumo demandado, por lo que, para esos momentos, el control del grupo diésel no es capaz de mantener la estabilidad eléctrica pues no es capaz de consumir potencia. En
este caso, sí es imprescindible un control supervisor que mantenga la estabilidad eléctrica en
Mini-eólica 49
el sistema en los momentos en los que la generación eólica supere la demanda. Son varias las formas de hacerlo: regulando la generación eólica, conectando cargas regulables
(bombeo, desalación,…) o conectando cargas de volcado (resistencias).
- En sistemas de alta penetración eólica, el control supervisor es todavía más
imprescindible, pues en estos sistemas se contempla el modo de funcionamiento SOLO EÓLICA, con el grupo diésel apagado, lo que supone que es el control supervisor el que toma
la estabilización eléctrica del sistema. Esta tarea resulta extremadamente compleja, por lo que se suele incluir una unidad estabilizadora (típicamente compuesta por un sistema de
almacenamiento de energía de corto plazo, como pueden ser volantes de inercia, y un
convertidor electrónico que actúa de interfaz con la red) para ayudar al control supervisor en este modo de funcionamiento.
El control supervisor del Sistema Eólico-Diésel coordina y supervisa la operación del Sistema,
mediante un control distribuido. El control distribuido se realiza permitiendo que los componentes del
sistema usen sus propios sistemas de regulación y control para salvaguardar la operación. El control supervisor es responsable de seleccionar el mejor modo de operación del sistema, teniendo en cuenta
los objetivos específicos de operación, la configuración del sistema y las restricciones. El control supervisor también puede determinar las consignas de funcionamiento de los diferentes componentes
para los diferentes modos de operación y enviárselos a los respectivos controladores locales.
Grupo electrógeno: imprescindible
El mismo nombre del sistema, "Eólico-diésel", nos informa de la importancia del grupo diésel en el funcionamiento del sistema. A diferencia del grupo en los sistemas híbridos, donde desempeña una
labor de apoyo y no forma parte esencial de su funcionamiento, en los sistemas eólico-diésel el grupo electrógeno desempeña una labor fundamental: arranca la red eléctrica, mantiene la estabilidad
eléctrica en gran parte de los modos de funcionamiento, y es parte imprescindible para garantizar un
correcto funcionamiento del sistema.
Precisamente, este papel tan importante del grupo diésel hace muy interesante la incorporación de energía eólica a las redes diésel ya existentes, que son muchas en todo el mundo, puesto que una
parte considerable del sistema (Planta diésel, tendido eléctrico, distribución,...) ya se encuentra instalada, y sólo hay que diseñar la mejor opción de la componente eólica.
En el caso de aplicaciones eólico-diésel, la viabilidad del sistema se realiza en función del ahorro de combustible que trae consigo la incorporación de energía eólica a un grupo diésel, normalmente
existente antes del estudio, junto con otros aspectos como el mantenimiento, el coste del transporte de combustible, emisiones, etc.
Consumos: conviene incluir cargas regulables
En estos sistemas, se trata de pequeñas redes de distribución, con lo que los consumos son los
típicos que se puedan encontrar en este tipo de redes. No obstante, es muy recomendable que aquellos consumos que puedan ser controlados por el control supervisor (cargas regulables), puedan
ser gestionados por éste para una optimización de la gestión energética del sistema. Dentro de estos consumos se encuentran: bombeo de agua, plantas desalinizadoras, plantas de fabricación de hielo,
sistemas de precalentamiento, etc.
Mini-eólica 50
Experiencias de electrificación rural con sistemas eólico-diésel en Latinoamérica y Caribe Se presentan a continuación algunos proyectos eólico-diésel emblemáticos en la región LAC:
Sistema eólico-diésel de San Cristobal, en las Islas Galápagos, Ecuador
El objetivo principal del proyecto era reemplazar en la medida de lo posible la generación existente de
energía en base a la combustión de diésel, por una fuente limpia de energía, consiguiendo así además la disminución de la factura del combustible, la reducción del riesgo de catástrofe ecológica.
La financiación del Proyecto Eólico ha sido posible en base a la donación por parte de los miembros del E8 y la Fundación de las Naciones Unidas, así como del Gobierno del Ecuador.
A la hora de abordar la solución tecnológica del proyecto, hay que tener en cuenta los siguientes aspectos:
• La generación energética se realiza a partir de una planta diésel, cuyos 3 grupos principales son de 650 kW (812 kVA) e instalados en 1992, son integrados en la operación del conjunto.
• De acuerdo con las previsiones de crecimiento de la demanda energética en la isla de San Cristóbal, se decide la instalación de 3 aerogeneradores del modelo AE59 de MADE (ahora integrado en
GAMESA), paso y velocidad variable, cuya potencia nominal unitaria es de 800 kW.
• El control de los parámetros fundamentales de la red, tensión y frecuencia, lo realizan los grupos diésel, por lo que es necesario en todo momento tener al menos un diésel arrancado. De acuerdo con
lo expuesto anteriormente, esto significa que se trataría de un sistema con baja penetración eólica. • El funcionamiento de continuo de un grupo diésel, no debe ser por debajo del 25% de su potencia
nominal (dato aportado por el fabricante).
• La carga de la isla sigue la curva de demanda de una carga residencial.
En este caso el tamaño de la generación eólica está fuera del rango de la mini-eólica, pero se muestra como ejemplo de aplicación de esta configuración. En el siguiente diagrama unifilar se
muestra la configuración de este sistema eólico-diésel de baja penetración eólica, con las características principales de los componentes que forman el sistema.
Ilustración 13. Esquema unifilar sistema eólico-diésel en Galápagos, Ecuador
Mini-eólica 51
El proyecto Nazareth, en Colombia
Hasta mediados de 2011, los poblados de Nazareth y Puerto Estrella en la región de La Guajira (Colombia), con una población superior a los 2000 habitantes, no gozaban de la prestación del
servicio de energía eléctrica a pesar de contar con grupos electrógenos. El Instituto de Planificación y Promoción de Soluciones Energéticas para zonas no interconectadas (IPSE), entidad dependiente del
Gobierno colombiano, se propuso mejorar la calidad de vida de los habitantes de estos
corregimientos. Dado que el emplazamiento es una zona ventosa y con abundante irradiación solar, ADES le planteó al IPSE (propietario de la instalación) una solución consistente en minimizar el
funcionamiento del grupo electrógeno mediante la incorporación de distintas fuentes energéticas renovables (eólica y solar) en el sistema existente.
La instalación que finalmente se encuentra en funcionamiento integra dos aerogeneradores con tecnología monopala pivotante ADES de 100 kW y una altura de 20 m, un parque fotovoltaico de 100
kW con seguimiento, un banco de baterías, y tres grupos electrógenos que suman 250 kW de potencia, además de los correspondientes inversores, rectificadores y demás equipo eléctrico, y del
sistema de control que se encarga de optimizar la gestión del conjunto.
En la siguiente ilustración se muestra el diagrama unifilar de la instalación. A pesar de que la
configuración responde más a la de sistemas con baterías, más que a la de eólico-diésel objeto de este apartado, se ha incluido aquí por el tamaño considerable de la misma y por la gestión de
distintos grupos diésel, más propio de sistemas eólico-diésel, aunque sirve para comentar que en los últimos años también se están realizando instalaciones de gran tamaño con la configuración de
sistemas con acumulación en baterías.
Ilustración 14. Esquema unifilar del proyecto Nazareth, en Colombia
Mini-eólica 52
Sistemas eólico-agua
Ya se comentó cómo mantener la estabilidad eléctrica es una de las características que más influyen
en el diseño de los sistemas aislados. Pues bien, en este apartado se incluyen los sistemas que normalmente están libres de cumplir este requisito, la estabilidad eléctrica, lo cual puede permitir una
mayor sencillez en la solución en cuanto a los componentes que aparecen.
Acumulación: se almacena un producto de la generación eléctrica.
Esta configuración admite funcionar con baterías, por supuesto, pero precisamente una de las posibilidades que brinda esta solución es la eliminación del sistema de almacenamiento de energía
eléctrico a largo plazo (batería). En este tipo de sistemas el almacenamiento se realiza en el producto final (agua, hielo, calor,...), y no el producto intermedio (electricidad). Para que esta configuración
sea viable, el producto final debe poderse almacenar de una forma sencilla a un coste bajo.
Control: imprescindible, pero sencillo La ausencia de una necesidad de mantener la estabilidad eléctrica (tensión y frecuencia) puede
permitir la simplificación del control del sistema, contemplándose incluso la posibilidad de la conexión directa del aerogenerador a la aplicación (resistencia, motor,...). No obstante, incluso esta conexión
tan sencilla necesita de un mínimo control para proteger el sistema frente a situaciones de vientos
muy altos y/o consumos muy bajos. A partir de aquí, existen soluciones que cuentan con un control más sofisticados para conseguir un mejor funcionamiento del sistema.
Grupo electrógeno: puede existir La otra gran ventaja de esta configuración es la posibilidad de prescindir del grupo electrógeno, pues
el sistema puede funcionar cuando exista recurso renovable suficiente y no hacerlo en caso contrario. La garantía del producto generado se obtiene con el sistema de almacenamiento. No obstante, puede
darse el caso de precisar una garantía del producto frente a cualquier situación, en la cual sea
necesaria la inclusión de un grupo electrógeno que garantice el suministro del producto sea cual sea la relación entre recurso renovable y consumo del producto final.
Consumos: cargas regulables, no dedicadas Desde luego esta configuración es especialmente apropiada para cargas regulables, aquellas que
pueden ser actuadas de forma independiente del momento en el que se produce el consumo del producto final. No son apropiados, por tanto, en aplicaciones de cargas principales, en las que el
consumo eléctrico se produce exactamente en el momento que el usuario lo desee.
Experiencias en aplicaciones de pequeña eólica con agua en Latinoamérica y Caribe
En este apartado no se señalarán proyectos concretos, sino más bien se comentará la experiencia existente en la región sobre todo con los sistemas de bombeo eólicos basados en molinos multipala
mecánicos, una solución muy utilizada en América en general y, dentro de la región LAC, en países como Argentina o Colombia, país éste último donde se ha trabajado no solo en la instalación sino
también en la fabricación de molinos de este tipo.
Mini-eólica 53
Resumen del capítulo 4
Se presentan en este capítulo las aplicaciones representativas de las configuraciones introducidas en el capítulo anterior: sistemas conectados a red, sistemas aislados híbridos (sistemas con acumulación
de energía eléctrica), sistemas aislados eólico-diésel (con camino en alterna) y sistemas aislados sin
acumulación de energía eléctrica ni grupo electrógeno (aplicaciones eólico-agua). Para cada una de estas configuraciones, se han comentado las particularidades que presentan los componentes en ese
tipo de configuración, así como alguna de las aplicaciones más típicas que utilizan esa configuración. Se presentan igualmente las experiencias en cada configuración en la región LAC.
Así, la configuración de sistema conectado a red es la más sencilla de todas, por la ventaja que supone disponer de red eléctrica estable. Suelen incorporar solo el aerogenerador, pues la presencia
de acumulación, control supervisor y la implicación de los consumos dependen del marco normativo y retributivo, y no son por tanto una imposición técnica para que el sistema funcione correctamente.
Para la configuración denominada como sistemas aislados híbridos, las peculiaridades incluyen la presencia frecuente de generación fotovoltaica junto con la eólica, el uso de baterías como sistema
de almacenamiento más comúnmente empleado, distintas posibilidades del control del sistema en función del tamaño y de la arquitectura del mismo, y la presencia opcional de un grupo electrógeno,
como elemento de apoyo. Para esta configuración se ha presentado también un resumen de la normativa aplicable, tanto dentro del ámbito de la Comisión Electrotécnica Internacional como dentro
del trabajo realizado en la Agencia Internacional de la Energía. La revisión de actividades de
electrificación rural en la región LAC usando esta configuración se ha realizado de un forma más extensa que en los otros casos, dado que es la configuración más ampliamente utilizada de las tres
con diferencia. Así, se han revisado entre otras las experiencias con sistemas híbridos en Méjico en la década de los 90, el gran proyecto de electrificación con mini-eólica, con más de 1500 sistemas,
incluida dentro del PERMER en Argentina, o la interesante experiencia con fabricación local de
pequeños aerogeneradores en Perú. Además se ha presentado el proyecto EUROSOLAR, la principal apuesta de la Comisión Europea en proyectos de electrificación rural a nivel internacional en los
últimos años, desarrollada en la zona LAC y en la que se incluyen 177 sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos.
Respecto a los sistemas aislados eólico-diésel, se han puesto de manifiesto peculiaridades como la
posible (aunque poco frecuente hasta la fecha) presencia de otras fuentes de generación renovables
además de la eólica, la presencia casi obligada de algún sistema de almacenamiento de corto plazo (principalmente en los sistemas de alta penetración eólica), la necesidad de un control supervisor,
tanto más complejo cuanto mayor es el nivel de penetración eólica, la presencia obligada de un grupo o una central diésel que en este caso es un elemento esencial para el correcto funcionamiento del
sistema y, por último, la conveniencia de cargas regulables, además de las cargas dedicadas que
haya que alimentar.
Finalmente, los sistemas aislados eólico-agua vienen caracterizados por la ausencia de necesidad de mantener una estabilidad en tensión y en frecuencia estricta, como ocurre en las otras dos
configuraciones. Esta característica trae consigo el que no sea necesario el uso de sistemas de
almacenamiento de energía, sino que lo que se almacena es un producto derivado (agua, agua desalada, hielo, calor,…); trae consigo también la necesidad de un cierto control del sistema, aunque
sencillo; y trae consigo el que el tipo de cargas que pueden ser atendidos con esta configuración son solo cargas regulables, que varían en función del recurso eólico disponible.
Mini-eólica 54
Glosario
Ángulo de paso o de ataque: ángulo que determina la relación entre la posición de la pala y el plano de rotación de las palas.
Anemómetro: dispositivo utilizado para medir la velocidad de viento
Área de rotor: área barrida por el rotor, que se calcula a partir del radio R: A = π R2.
Barlovento: sistemas de captación en los que el viento entra de frente, es decir, pasa primero por el
rotor y después por la torre.
Buje: elemento de la máquina donde se apoya y gira el eje del rotor. Es frecuente describir la altura
del aerogenerador como “la altura de buje”.
Coeficiente de potencia relación entre la potencia mecánica captada por el rotor aerodinámico y la potencia cinética transportada por el viento, todo ello para la superficie de rotor.
Curva de potencia gráfica que muestra la relación entre la potencia eléctrica a la salida del aerogenerador y la velocidad de viento incidente, para el rango de velocidades de viento de uso.
Cambio de paso: estrategia en la que se permite modificar durante la operación el ángulo de paso.
Freno: cualquier sistema usado para detener el rotor.
Góndola cuerpo de aerogeneradores de eje horizontal, que se encuentra sobre la torre y tiene
capacidad de girar orientándose con la dirección del viento
Inversor: dispositivo electrónico usado para realizar una conversión la forma de energía eléctrica, de
corriente continua a corriente alterna.
Orientación: movimiento de la góndola para permanecer enfrentada al viento.
Palas: elemento que captura aerodinámicamente la energía transportada por el viento.
Perfil aerodinámico: forma de la pala en una sección transversal, utilizada en sistemas de captación eólica para mejorar la eficiencia de captación.
Potencia nominal salida de potencia media del aerogenerador cuando opera a la velocidad media nominal.
Producción energética anual, producida por un aerogenerador concreto en un emplazamiento
concreto. Se suele usar este parámetro para comparar el comportamiento entre aerogeneradores.
Rectificador dispositivo electrónico usado para realizar una conversión la forma de energía eléctrica,
de corriente alterna a corriente continua.
Mini-eólica 55
Rotor: parte rotatoria del aerogenerador que incluye las palas y el eje sobre el que se acoplan.
Sotavento: sistemas de captación en los que el viento entra por detrás, es decir, pasa primero por
la torre y después por el rotor.
Turbulencia: cambios en la velocidad y dirección del viento, frecuentemente causados por los obstáculos.
Velocidad específica: relación entre la velocidad lineal en la punta de la pala y la velocidad del viento incidente. Suele ser un requisito de diseño para los aerogeneradores.
Velocidad media de viento: valor medio de la velocidad de viento durante un periodo.
Velocidad de arranque: velocidad media de viento a la que el aerogenerador comienza a generar.
Velocidad nominal: menor velocidad media de viento a la que el aerogenerador produce la
potencia nominal.
Mini-eólica 56
Bibliografía y referencias recomendadas [1] Cádiz Deleito J.C. “Historia de las Máquinas Eólicas”. Endesa. Madrid 1992.
[2] Varios Autores, 2010. “Principios de Conversión de la Energía Eólica”. Serie Ponencias. Editorial CIEMAT Madrid
[3] Varios Autores, 2002. “Desarrollo Tecnológico de Sistemas Aislados con Energía Eólica”. Serie Ponencias. Editorial CIEMAT Madrid
[4] Varios autores, 2000. “Fundamentos, Dimensionado y Aplicaciones de la Energía Solar Fotovoltaica”. Serie Ponencias. Editorial CIEMAT. Madrid
[5] Rodríguez J.L., Burgos J.C., Arnalte S., 2003 “Sistemas Eólicos de Producción de Energía Eléctrica”. Editorial Rueda S.L Madrid
[6] I. Cruz, L. Arribas “Wind Energy THE FACTS”. Ed. 2009. Capítulo 6 de Tecnología:
“Small Wind Turbines”. ISBN: 978184407710
[7] “AWEA, 2002. ROADMAP. A 20-year industry plan for small wind turbine technology”.
[8] Varios autores, 2008. Ponencias de la “II Jornadas sobre generación minieólica y aplicaciones”, organizadas por el CIEMAT el 2 de diciembre de 2008.
[9] Avia F., Cruz I. (1998) Estado del arte de la tecnología de pequeños aerogeneradores
Documento Técnico CIEMAT. Ref. 875
[10] Johnson G.L. (1985). Wind Energy Systems. Prentice Hall. Englewood.
[11] EC (1998). Desalination guide using renewable energies. European Communities
[12] Carlin P.W., Laxson A.S., Muljadi E.B. (2001) The History and State of the Art Technology of Variable-Speed Wind Turbine. NREL/TP-500-28607
[13] Cruz I., Arribas L., et al, (1996), “Hybrid Wind Diesel System for a Village in the Canary Islands: Operation Results and Conclusions”, European Wind Energy
Conference, Goteborg, Sweden
[14] Fiffe R. P., Arribas L.M., Cruz I., Avia F. (2001), “A Review Of Wind Electric Pumping Systems (WEPS): CIEMAT’s Activities”, European Wind Energy Conference,
Copenhagen, Denmark
[15] Alliance for Rural Electrification (2012), “The potential of small and medium wind energy in developing countries. A guide for energy sector decision makers”. Position
paper: ARE ha lanzado recientemente la Campaña de Mini-eólica, que intenta eliminar los mitos erróneos y los cuellos de botella que han impedido a los encargados de
tomar las decisiones el incluir esta tecnología como opción para la electrificación rural.
[16] L. Arribas et al (2011), “World-wide overview about design and simulation tools for hybrid PV systems“. IEA PVPS Task 11, Report IEA-PVPS T11-01:2011
[17] M. Bergey, “Hycad Spreedsheet”, Village Power 2000 Conference Tutorial on Small Wind Systems.
[18] L. Arribas, I. Cruz (2010). “A revisited approach for the design of PV-Wind Hybrid Systems”, European Conference on PV Hybrids and Mini-Grids, Tarragona, Spain
[19] Varios autores (2012), “Guía sobre Tecnología Mini-eólica”, Comunidad de Madrid
[20] WWEA (2013), “Small Wind World Report Update”
Mini-eólica 57
Páginas Web [1] http://www.small-wind.org/, plataforma dedicada a la mini-eólica, dentro del portal de la
Asociación Mundial de Energía Eólica (WWEA). [2] http://www.awea.org/smallwind web dedicado a la generación eólica distribuida, dentro del
portal de la Asociación Americana de Energía Eólica (AWEA).
[3] http://www.renewableuk.com/en/renewable-energy/wind-energy/small-and-medium-scale-wind/index.cfm, web dentro del portal RenewableUK dedicada a los aerogeneradores de
pequeña y mediana potencia en el Reino Unido. [4] http://www.ieawind.org/task_27_home_page.html, web de la Tarea 27 de la Agencia
Internacional de la Energía (IEA), lanzada para promocionar el uso de una etiqueta orientada
al consumidor para mini-eólica. [5] http://www.solucionespracticas.org.pe/detalle_evento.php?id=80: ponencias del “Simposio
internacional de energía eólica de pequeña escala”, celebrado en Lima los días 5 y 6 de diciembre de 2012.
[6] http://www.allsmallwindturbines.com web con información de gran cantidad de fabricantes de aerogeneradores de pequeña potencia
[7] http://www.ruralelec.org/, web de la Alianza para la Electrificación Rural (ARE), donde se
encuentran, entre otras cosas, informes relacionados con la electrificación rural mediante sistemas aislados híbridos en los que se incluye mini-eólica.
[8] http://www.iea-pvps-task11.org/, web de la Tarea 11 de la Agencia Internacional de la Energía (IEA), con información sobre “Sistemas Híbridos con FV y Mini-redes”
[9] www.windpoweringamerica.gov/wind_diesel.asp presentaciones de conferencias de 2002 a
2009 sobre sistemas Eólico-Diésel. En inglés. [10] www.homepower.com muy interesante revista electrónica dedicada a todos los aspectos
energéticos para una casa, desde vehículos eléctricos al suministro con renovables de todo tipo, incluida la eólica, por supuesto. En inglés
[11] www.urbanwind.net web del Proyecto WINEUR, con abundante información sobre
integración de energía eólica en entornos urbanos. En inglés. [12] www.homerenergy.org web de la empresa que gestiona la herramienta de optimización de
sistemas híbridos HOMER, una referencia a nivel internacional. Incluye, además del software gratuito, ejemplos de aplicación y ayuda de manejo. En inglés.
INFORMACIÓN GENERAL
http://www.windpowerwiki.dk/ Página dedicada a la enseñanza de energía eólica abierta a
todos los niveles. Incluye algunas herramientas que permiten realizar ciertos cálculos. En inglés.
http://www.wind-energy-the-facts.org/ El objetivo del proyecto WIND ENERGY: THE FACTS
es responder a las preguntas y a los retos que aparecen junto con la energía eólica mediante esta publicación exhaustiva que es periódicamente actualizada. En inglés.
ALGUNOS FABRICANTES DE PEQUEÑOS AEROGENERADORES
www.bergey.com, fabricante norteamericano de larga tradición www.bornay.com, fabricante español de larga tradición
www.windspot.es , fabricante español más reciente, con un modelo certificado de 3.8kW www.windenergy.com, la web de Southwest Windpower, el principal fabricante occidental de
mini-eólica
www.kingspanwind.com, antigua Proven, fabricante británico de larga tradición www.zephyreco.co.jp/en , fabricante japonés con un modelo certificado de 1kW
www.marlec.co.uk , fabricante británico de aerogeneradores de muy pequeña potencia www.fortiswindenergy.com , fabricante holandés de larga tradición
NOTA: las direcciones referidas en esta página han sido accedidas en julio de 2013
Mini-eólica 58
Índice de tablas Tabla 1. Clasificación de aerogeneradores de pequeña potencia .......................................................... 3 Tabla 2. Principales proyectos de sistemas híbridos llevados a cabo en Méjico, en los 90. ................ 45 Tabla 3. Configuración y costos de instalación típica en El Alumbre, Perú .......................................... 45 Tabla 4. Principales características de los sistemas híbridos instalados en Venezuela ........................ 46
Índice de ilustraciones
Ilustración 1. Curva de potencia ............................................................................................................. 4 Ilustración 2. Aerogenerador de eje horizontal, bipala a barlovento ..................................................... 6 Ilustración 3. Componentes de un aerogenerador de pequeña potencia .............................................. 7 Ilustración 4. Anemómetro de cazoletas y veleta. ................................................................................ 16 Ilustración 5. Distribución de direcciones. Rosa de los vientos ............................................................ 18 Ilustración 6. Distribuciones de Weibull, Rayleigh e histograma de velocidades ................................. 19 Ilustración 7. Ejemplos de mapas eólicos en LAC ................................................................................. 22 Ilustración 8. Configuración típica para mini-eólica conectada a red................................................... 31 Ilustración 9. Esquema de funcionamiento básico de sistema aislado con almacenamiento de energía eléctrica ................................................................................................................................................. 32 Ilustración 10. Esquema de funcionamiento básico de sistema aislado eólico-diésel ......................... 33 Ilustración 11. Diagrama de bloques del sistema de generación del Proyecto de la Isla de Lençóis, en Brasil ...................................................................................................................................................... 44 Ilustración 12. Kit híbrido eólico-fotovoltaico usado en el proyecto EUROSOLAR ............................... 47 Ilustración 13. Esquema unifilar sistema eólico-diésel en Galápagos, Ecuador ................................... 50 Ilustración 14. Esquema unifilar del proyecto Nazareth, en Colombia ................................................ 51
Autor: Arribas, L. (2013). Energía Mini-eólica
