Síguenos en Facebook
Síguenos en Twitter

Funcionamento

O AEROXERADOR


Un aeroxerador é un dispositivo que transforma a enerxía cinética do vento en enerxía mecánica. Na actualidade, case a totalidade das turbinas eólicas son do tipo eixe horizontal e tripalas.

FUNCIONAMENTO DO AEROXERADOR


O funcionamento das antigas turbinas eólicas, de modo similar aos muíños de vento, baseábase no principio da resistencia ao arrastre que ofrecen as pas fronte á acción do vento. Este deseño, non aerodinámico, conducía a un rendemento de conversión da enerxía cinética do vento en enerxía mecánica no eixe da máquina moi pequeno, con valores en torno ao 12%. As turbinas modernas funcionan baixo o principio da forza de sustentación que se desenvolve na pa debido ao seu deseño aerodinámico, de modo similar á dun avión. O avance no deseño aerodinámico e estrutural das pas, permitiu incrementar o rendemento de conversión a valores próximos ao límite teórico.

Os sistemas principais dun aeroxerador son:

  • Sistema de captación. (Atópase no exterior)1
    • Rotor: Inclúe a buxa e as pas.
    • Pas: Elementos que capturan a enerxía do vento e transmiten a súa potencia cara á buxa. As pas poden ser de dous tipos:
      • Paso fixo: Neste tipo de pas a súa posición permanece invariable. Para esta clase de sistemas, cando a velocidade do vento excede un determinado valor e se fai necesario limitar a enerxía capturada, o perfil da pa entra en perda aerodinámica provocando turbulencias que manteñen dentro dunhas marxes a enerxía extraída.
      • Paso variable: Aquelas que modifican a súa posición, é dicir, o ángulo que forma o perfil da pa coa corrente de aire incidente nesta. Permiten controlar a enerxía mecánica subministrada ao aeroxerador modificando este ángulo.
    • Buxa: Une as pas solidarias ao eixe lento. Está ensamblado ao eixe de baixa velocidade do aeroxerador.
  • Sistema de transmisión.
    • Eixe lento: O eixe de baixa velocidade do aeroxerador conecta a buxa do rotor ao multiplicador. Polo interior, discorren condutos do sistema hidráulico ou eléctrico, para accionamento dos freos aerodinámicos, do paso variable e do control dos sensores do rotor.
    • Multiplicador: Á súa entrada encóntrase o eixe de baixa velocidade, e mediante un sistema de engrenaxes, consegue que o eixe de saída, de alta velocidade, xire a maior frecuencia (entre 80 e 50 veces máis rápido, dependendo do modelo da turbina).
    • Eixe de alta velocidade: Xira aproximadamente a 1.500 revolucións por minuto (r.p.m.), o que permite o funcionamento do xerador eléctrico. Está equipado cun freo de disco mecánico de emerxencia.
  • Sistema de orientación.
    • Motores de xiro: Nas turbinas eólicas grandes, é necesario un mecanismo que as posicione enfrontadas ao vento. Este movemento circular, conséguese cuns motores e redutores fixos á góndola que engrenan nun dentado da parte superior da torre, chamada coroa de orientación. O sinal de posicionamento correcto recíbeo do controlador da turbina, a partir das lecturas do viraventos e do anemómetro instalados en cada aeroxerador.
    • Freo en orientación: Teñen como misión evitar desprazamentos radiais da góndola non desexados, ben por efecto do vento incidente ou por xiro do rotor. Así mesmo, reducen o desgaste das engrenaxes de orientación. O seu accionamento pode ser hidráulico ou eléctrico, actuando en pinzas de freo ou motor eléctrico respectivamente.
  • Sistema de xeración.
    • Xerador eléctrico. Son os elementos da turbina encargados de converter a enerxía mecánica (en forma rotatoria) en enerxía eléctrica. A electricidade producida no xerador condúcese ata a base da torre, onde é transformada (elevación de tensión e redución de intensidade) e enviada á rede.
    • Cableado de potencia. Transporta a enerxía eléctrica xerada dende o alternador ata o transformador do fuste, pasando polas distintas proteccións de máxima ou mínima tensión, sobreintensidade ou frecuencia, evitando así posibles danos á rede ou á propia turbina en caso de producirse continxencias no aeroxerador ou rede de distribución.
    • Transformador interno. Eleva a tensión de xeración dende os 690 V ou 1.000 V (en función do aeroxerador) ata 20 kV, reducindo a intensidade e con iso as perdas eléctricas e o quentamento do cableado.
  • Sistema de control.
    • Controlador de turbina. O controlador continuamente supervisa as condicións da turbina eólica, recolle estatísticas do seu funcionamento e regula interruptores, bombas hidráulicas, válvulas e demais elementos do aeroxerador.
    • Sensores de control. Utilízanse para medir os parámetros físicos de funcionamento e supervisión da turbina. Os sinais electrónicos son utilizados polo controlador electrónico para conectar o aeroxerador cando o sinal recibido é correcto. O controlador parará o equipo automaticamente se a información recibida dos sensores é errónea, co fin de protexer a turbina.
    • Sinais de control e regulación. Dende o controlador de turbina, sobre a base da análise da información dos sensores, xéranse ordes que afectan á operación e funcionamento do aeroxerador.
  • Sistema de soporte.
    • Torre. Soporta a góndola e o rotor. Pode ser tubular ou de celosía (estas últimas, aínda que máis baratas, están en desuso xa que as tubulares son moito máis seguras). Teñen varias seccións para facilitar o transporte. A unión dos distintos tramos realízase mediante bulóns nas bridas de unión.
    • Cimentación. É a parte que permite manter a verticalidade da estrutura. A súa misión é absorber as tensións do resto da estrutura e transmitilos ao terreo.
  • Sistema hidráulico.
    • Grupo de presión. Encárgase de subministrar fluído hidráulico a unha presión determinada para permitir o accionamento de sistemas de captación, orientación ou transmisión.
    • Condutos hidráulicos. Canalizan o fluído hidráulico ata o punto de utilización.
    • Válvulas de control. Adaptan a presión e caudal do fluído sobre a base do actuador a accionar.
  • Sistemas de refrixeración.
    • Ventiladores. Funcionan por requirimento do controlador para crear unha circulación de aire.
    • Intercambiadores de calor. Disipan a calor do compoñente a refrixerar (xerador, multiplicador ou central hidráulica) cara á corrente de aire creada polos ventiladores.

ESTRATEXIA DE FUNCIONAMENTO


  • Arranque do Aeroxerador.

    Cando a turbina detecta vento en calquera dirección, polos sensores de velocidade de vento (anemómetros de turbina), o controlador realiza as seguintes ordes ao aeroxerador, a través dos motores correspondentes:

    • Entre 2 - 3 m/s. Envía a orde de posicionarse fronte ao vento. Esta orde denomínase orientación da turbina.
    • A partir de 3 m/s. A orde de desaplicar freos para permitir o xiro da turbina e comezar a xirar polo efecto unicamente do pulo do vento.
      • Paso variable, ademais envía a consigna de posición das pas progresivamente
        de 90º - 0º.
    • Rpm >= 1500. Ao chegar á velocidade de sincronismo do xerador solicitado (dependendo do vento, selecciónase un xerador ou outro con velocidades diferentes), conéctase o xerador á rede de forma suave, contando para iso con electrónica de potencia mediante tiristores (un tipo de interruptor continuo de semicondutor, que pode ser controlado electronicamente). Ao realizar a conexión (dura entre 3 e 4 segundos), conéctase directamente o xerador á rede, mediante un interruptor.
    • Conexión directa á rede. A partir deste momento, o xerador queda conectado directamente á rede eléctrica xeral, enviando a enerxía ao sistema nacional. A velocidade é constante e limitada unicamente pola frecuencia da rede.
      • Paso Fixo. Cando o vento é demasiado elevado, o deseño aerodinámico das pas de paso fixo incrementa as turbulencias do fluxo de aire, limitando con iso a potencia.
      • Paso Variable. O control do aeroxerador realízase mediante a actuación no ángulo de paso, capturando ou limitando a potencia extraída do vento. A velocidade de xeración pode ser variable.
    • En turbinas de dobre debandado. A finalidade é optimizar a enerxía xerada para diferentes rangos de velocidade de vento, seleccionándose un xerador ou outro en función deste.

  • Parada do Aeroxerador.

    Pode acontecer polos seguintes motivos:

    • Ventos altos. Cando o vento supera unha marxe (>25 m/s ou 90 km/h), ou ben cando un erro é detectado sobre a base da lectura dos sensores de vento.
    • Erro de funcionamento. Detéctase un erro de funcionamento mediante a información dos sensores.
    • Parada por pouco vento. Iníciase a secuencia se se detecta pouca xeración ou ventos moi baixos.
    • Parada Manual. Realízase baixo a supervisión do persoal de operación e mantemento.

    Na parada da turbina distínguense os seguintes procedementos:

    • Parada Suave.
      • Paso fixo. O controlador envía unha orde ao sistema de captación para despregar os aerofreos. Simultaneamente desconecta o xerador, revisa a diminución das rpm e emprega os freos de forma suave. Ao cabo de varios segundos, aplica unha presión de freada cada vez maior ata conseguir a detención total.
      • Paso Variable. A orde envíaa aos actuadores do calaje de pas (pitch) aumentando os graos ata os 90º. Simultaneamente desconecta o xerador e realiza de igual forma un incremento paulatino de presión no circuíto secundario de freada.
    • Parada de Emerxencia. Prodúcese ante erros importantes, perigo para persoas ou integridade da turbina. Aplícanse freos coa máxima presión dende o primeiro momento.
    • Cambio debandado xerador. Non se chega a realizar unha parada, só unha diminución da velocidade de xiro no caso de pasar do xerador grande ao pequeno. No caso contrario, a turbina desensámblase e permite o embalamento co vento ata alcanzar a nova velocidade de sincronismo.

1. Os restantes sistemas atópanse no interior da Góndola, que contén os compoñentes clave do aeroxerador, incluíndo o multiplicador e o xerador eléctrico. O persoal de servizo pode entrar na góndola dende a torre da turbina.