Implementación y Tipos de Sistemas de Control en Aerogeneradores Eólicos

Sistemas de Control de Potencia en Aerogeneradores

Estos sistemas modifican la respuesta aerodinámica del rotor para conseguir mantener las condiciones de seguridad en todo momento, maximizar el aprovechamiento de energía y frenar aerodinámicamente en caso de avería.

A. Control de Paso Fijo (Pitch Fijo)

El ángulo de inclinación de la pala respecto al viento no puede ser modificado (las palas no pueden girar sobre su eje). Por lo tanto, el control de la potencia máxima se debe realizar de manera pasiva.

• El comportamiento aerodinámico de las palas debe cambiar según la velocidad del viento, siendo menos eficiente a plena carga para que la potencia no aumente. Esto se conoce como el fenómeno de pérdida aerodinámica o sustentación (stall).
• Debido al diseño de la pala, la velocidad del aire se desliza produciendo mayor presión en la cara inferior (intradós) que en la superior (extradós). Esto genera una fuerza de empuje que hace ascender a la pala en su movimiento de rotación, conocida como sustentación.

B. Control de Paso Variable (Pitch Variable)

Estos sistemas pueden cambiar la inclinación de las palas en función de la velocidad del viento, rotándolas en su eje longitudinal y modificando las propiedades del perfil aerodinámico frente al viento incidente.

Sistemas de Regulación de Velocidad en Aerogeneradores

A. Sistemas de Velocidad Fija

Giran en régimen permanente a una velocidad constante, independiente de la velocidad del viento.

• Solo estarán en la zona óptima para una determinada velocidad del viento. En el resto de los casos, el coeficiente de potencia será menor que el valor máximo y el aerogenerador estará produciendo menos energía.
• Generan mucho ruido aerodinámico, ya que el ruido aumenta a la quinta potencia de la velocidad de la punta de pala.
• Gran simplicidad de sus sistemas eléctricos, pues no necesitan convertidores electrónicos de frecuencia.
• Sistemas robustos y fiables.

B. Sistemas de Velocidad Variable

El rotor puede girar a diferente velocidad, adaptando el ritmo a la intensidad del viento.

Ventajas de la Velocidad Variable:

• La velocidad específica se mantiene constante.
• El coeficiente de potencia está siempre cercano al valor máximo.
• Mayor producción de energía a bajas velocidades.
• Menor ruido.
• Reducción de esfuerzos en el tren de potencia, ya que el cambio de velocidad del rotor frente a variaciones bruscas del viento no es instantáneo.
• El arranque del aerogenerador es más suave.
• Se controla mejor la inyección de potencia reactiva, lo que resulta en una mejor calidad de la potencia eléctrica generada.

Desventajas y Consideraciones Técnicas:

• Al variar la velocidad del rotor, también se varía la frecuencia de la potencia eléctrica suministrada al generador. Por ello, es necesario un convertidor (que produce ciertas pérdidas).
• En la actualidad, hay poca diferencia entre la eficiencia global con respecto a la de máquinas de dos velocidades.
• Mayor coste y mantenimiento, lo que implica una mayor probabilidad de fallo.

C. Sistemas de Dos Velocidades

Ofrecen la posibilidad de fijar el ritmo de giro a dos valores diferentes: una velocidad mayor para plena carga y otra para vientos menos intensos.

• La velocidad específica es más próxima al valor óptimo que con la velocidad fija, lo que mejora el coeficiente de potencia y la producción eléctrica.
• La ganancia energética se reduce solo un 2-3% respecto a la velocidad fija, aunque no causa tanto ruido.
• Opciones de Generación:
  • Es posible utilizar dos generadores diferentes, cada uno con su propia frecuencia, y conmutar de uno a otro en el cambio de velocidad.
  • O utilizar dos generadores iguales conectados a dos ejes rápidos de velocidades diferentes.
  • Se puede utilizar un solo generador de inducción con dos devanados independientes para reducir el coste de un segundo generador.
• Durante el cambio de velocidad no hay producción eléctrica.