Diseño

Para la ubicación de parques eólicos – con aerogeneradores sobre 1,5 MW de potencia – se recomienda una velocidad media del viento mínima de 6 m/s, permitiendo a través de este parámetro cuantificar la potencialidad de diferentes lugares. Cabe señalar que el viento tiene ligada una variabilidad importante que puede ser tanto diaria como durante el año, por lo que es necesario conocer su comportamiento, ya que esta intermitencia afecta el desempeño que tienen los aerogeneradores para generar energía.

Para realizar una evaluación preliminar del recurso eólico en un determinado lugar, se encuentra disponible el Explorador de Energía Eólica. Es una herramienta de análisis del recurso eólico disponible, que entrega resultados de una simulación numérica de las condiciones de viento y densidad del aire. Ingresar al Explorador de Energía Eólica aquí.

Para su mejor operación, también es necesario ubicar los aerogeneradores en lugares donde el viento tenga menos turbulencia, sin obstáculos. Por ello, en ocasiones se construyen en grandes planicies cercanos al mar (onshore) o mar adentro (offshore), en estructuras fijas al suelo marino o en plataformas flotantes, donde el recurso eólico presenta mayor potencial (con mayores velocidades, más constante y menos turbulencia).

El estudio de potencialidad de algún sitio para la eventual construcción de un proyecto eólico -además de considerar las condiciones del viento- debe analizar y buscar un equilibrio entre las condiciones socio-ambientales y las tecnologías disponibles.

En el caso de la pequeña generación también se recomiendan velocidades medias sobre los 6 m/s para mantener la factibilidad económica interesante, además de alturas superiores a los 12 metros para evitar el efecto de turbulencia provocado por las estructuras adyacentes (edificios, árboles, etc.).

Costos

El dimensionamiento del sistema eólico depende de la tecnología escogida; la localización del emplazamiento (que provee de magnitudes de viento y costos de energía particulares a cada zona) y el perfil de demanda del sistema afectan directamente los costos de inversión y su amortización, siendo muy importante el revisar a conciencia estas variables al momento de pensar en una solución de este tipo, siendo importante asesorarse técnicamente para evaluar la factibilidad de estos sistemas como solución energética.

Al ser equipos con una gran cantidad de componentes mecánicos necesitan mantenciones periódicas. En particular en el sector de pequeña generación, los costos de operación y mantenimiento dependen directamente de la confiabilidad y robustez de los equipos, así como en la disponibilidad de mano de obra calificada para hacer este trabajo.

Sistemas Conectados y Aislados

En el caso de sistemas aislados (off grid), las turbinas eólicas proveen energía autónomamente, como por ejemplo para el autoconsumo de en un hogar sin conexión a un sistema eléctrico o bien pueden ser parte de sistemas aislados híbridos, los que utilizan más de una tecnología para abastecer el consumo.

Figura: Sistema conectado a la red. Fuente: Modificado desde Wind Exchange, U.S. Department of Energy. Small Wind Guidebook.

Figura: Sistema híbrido aislado. Fuente: Modificado desde Wind Exchange, U.S. Department of Energy. Small Wind Guidebook.

Historia y Usos Tradicionales

Desde la antigüedad se ha aprovechado la energía eólica directamente como energía mecánica en sistemas como bombeo de aguas subterráneas. En Chile, por ejemplo, se ha utilizado para bombeo de aguas en las salitreras y molienda de mineral, y para bombeo de agua y molienda de granos.

En Villa Alemana, región de Valparaíso, se llegó a tener 330 molinos previos a la llegada del agua potable a la zona (más información aquí). Si bien actualmente existe comercialización de estos equipos, han sido desplazados por el bombeo eléctrico y motobombas.

Imagen: Molino de viento para bombeo de agua en Villa Alemana. Fuente: Soy Chile

Tipos de Aerogeneradores

Figura: Componentes de un aerogenerador.
Fuente: Modificado desde Wind Energy Technology Office, U.S. Department of Energy.  How a wind turbine works.

Componentes de un sistema de aerogeneración pequeño:

• Base: sección soporte de todo el sistema, generalmente es de hormigón y se encuentra enterrado. La base debe soportar el peso del equipamiento y estabilizar el mismo de las cargas de viento que soportará. En el caso de aerogeneradores muy pequeños estos puede que no mantengan este elemento.
• Torre: estructura inmediatamente superior a la base que mantiene al aerogenerador elevado a una altura a la cual puede acceder a vientos de mayor magnitud. Esta estructura puede ser desde una barra hueca, o una estructura tipo mecano, hasta una estructura de acero tubular en el caso de los grandes generadores.
• Góndola: estructura adosada a la torre, pero que mantiene la posibilidad de rotación horizontalmente, que contiene la mayoría de los componentes para la generación eléctrica:
  • Eje de baja velocidad (desde el rotor): Encargado de transmitir la energía mecánica captada por las aspas al sistema de generación.
  • Sistema de frenado: detiene la rotación del aerogenerador en caso de fallas o de mantenimiento del equipo.
• Caja multiplicadora: encagarda de traspasar la energía desde el rotor a baja velocidad de rotación a un eje que rota a mayor velocidad para el funcionamiento del generador eléctrico.
• Generador eléctrico: motor de generación normalmente sincrono o de inducción.
• Rotor y aspas: Sección encargada de transformar la energía del viento en energía mecánica, las aspas están conectadas al rotor. En el caso de las aspas más grandes pueden cambiar la posición de sus caras o ángulo de ataque según las condiciones del viento del lugar. El rotor por su parte se encuentra adosado al eje que transmite la energía hacia el interior de la góndola.

Los aerogeneradores se pueden dividir según la posición del eje del rotor:

• Aerogeneradores de eje horizontal: mantienen el eje paralelo al suelo y las aspas perpendiculares al eje de rotación del sistema generador. Son los  más reconocidos, manteniendo un desarrollo y maduración sostenido.
• Aerogeneradores de eje vertical: presentan su eje perpendicular al suelo, sus aspas también se encuentran en la misma dirección por lo que el viento puede incidir desde todas las direcciones, no necesitando posicionamiento. De este tipo se pueden encontrar los siguientes ejemplares:
  • Darrieus: consisten en dos o tres arcos que giran alrededor del eje.
  • Panemonas: cuatro o más semicírculos unidos al eje central.
  • Sabonius: dos o más filas de semicilindros colocados de forma opuesta.

Los parques eólicos también se pueden clasificar según su lugar de instalación: Off-Shore (ubicados en mar abierto) y On-Shore (ubicados en tierra firme). Al 2024 no existe ningún proyecto Off-Shore en Chile.

Video: Energía Eólica – Ministerio de Energía