Optimización y Evaluación Energética en Aerogeneradores: Más Allá de Betz

Limitaciones de la Ecuación de Betz y Evaluación de la Producción Energética en Aerogeneradores

5.0 La Ecuación de Betz: Límites y Consideraciones Prácticas

La ecuación de Betz proporciona el límite superior de las posibilidades de un aerogenerador, pero no tiene en cuenta:

• La resistencia aerodinámica de las palas.
• La pérdida de energía por la estela generada en la rotación.
• La compresibilidad del fluido.
• La interferencia de las palas.

El rendimiento práctico depende del tipo de rotor y del rendimiento de los diversos mecanismos que componen el aerogenerador (AG).

Rendimiento Típico de Componentes:

• Betz: 59.3%
• Hélice: 85%
• Multiplicador: 98%
• Alternador: 95%
• Transformador: 98%

6. Evaluación de la Energía Producida por Aerogeneradores

La evaluación precisa de la energía generada por un aerogenerador es crucial para la planificación y operación. Existen diferentes métodos para estimar la producción energética:

6.1. Método Estático

Se realiza de forma analítica o gráficamente a partir de la curva de duración del viento del lugar correspondiente y del periodo representativo, y de la curva de funcionamiento del aerogenerador (AG). La curva de probabilidades de velocidades del viento da la probabilidad de ocurrencia, o el porcentaje estimado de tiempo que ocurre cada intervalo de velocidad. La curva de potencia del aerogenerador da la potencia producida para cada intervalo de velocidad. De su comparación, se obtiene la curva de probabilidad de ocurrencia de cada intervalo de potencia, cuya integral da como resultado la producción energética estimada para el periodo considerado.

Ventaja: Simplicidad.

Desventaja: Ignora efectos no estacionarios, pérdidas por cambios de dirección, periodos de mantenimiento, etc.

6.2. Método Semiestático

Una serie temporal de valores de viento se compara con la curva de funcionamiento del aerogenerador (AG) para obtener una serie temporal de la potencia eólica suministrada, e integrando en el tiempo, de la producción energética.

Ventaja: Puede proporcionar información acerca de los arranques y paradas experimentados por la aeroturbina, investigar sobre las estrategias de arranque y parada y orientación de la máquina.

Desventaja: Se basa en la curva de potencia idealizada.

6.3. Modelo Cuasidinámico

Utiliza una serie temporal de datos de viento como entrada a un modelo numérico de funcionamiento de la aeroturbina. Así se obtienen de forma más fiable la energía producida, el comportamiento ante la orientación y los arranques y paradas, y el estudio de diversas opciones de control de la aeroturbina.