Energia Eòlica
Que es la Energia Eòlica?
La energia eòlica es un tipus d'energia renovable amb un gran potencial en moltes zones del nostre país, i que es basa en la transformació de la energia cinètica del vent en energia mecànica rotacional, generada per les corrents d'aire, i que després pot ser transformada en altres tipus d'energia, avui dia, generalment en energia elèctrica.
L'energia eòlica s'aprofita des de temps ancestrals per dotar de moviment els vaixells impulsant-los a través de les veles o per fer funcionar molins de tots tipus, però en la actualitat, la energia eòlica s'utilitza principalment per produir electricitat mitjançant aerogeneradors.
A continuació podeu veure la evolució a Espanya de potència eòlica instal·lada en MW (font AEE) i els rànquing mundial i europeu de potencia instal·lada en MW (font GWEC):
Conceptes bàsics
La energia eòlica es considerada una energia verda i renovable, i ajuda a disminuir les emissions de gasos d'efecte hivernacle i la contaminació evitant la utilització de combustibles fòssils (centrals termoelèctriques i nuclears).
Els beneficis d'utilitzar la energia eòlica son:
-
no contamina, ja que no fa servir cap tipus de combustible,
-
és inesgotable,
-
frena l’esgotament de combustibles fòssils contribuint a evitar el canvi climàtic,
-
redueix el consum d'energies convencionals no renovables
-
és una de les fonts més barates,
-
no altera ni posa en compromís els aqüífers, ni per consum, ni per contaminació per residus o abocaments
-
pot produir durant les 24 hores del dia, incloses les nocturnes (en condicions climatològiques favorables)
-
reduir la contaminació del medi ambient (no produeix CO2 ni contaminació ambiental durant la transformació)
-
creació de nous llocs de treball
-
vida útil de 20 anys o superior segons el disseny
-
possibilitat de coexistència en camps de cultiu extensius (p.ex.)
-
autonomia de la xarxa elèctrica de les instal·lacions en poblacions aïllades (amb la instal·lació de bateries)
-
evitar la sobregeneració i pèrdues en el transport (si s'instal·la al lloc de consum o es compensa)
Per contra, alguns dels seus aspectes negatius son:
-
impacte sobre les aus, la flora i la fauna,
-
pot tenir efectes directes en la destrucció dels habitats existents a la zona,
-
impacte visual,
-
produeix contaminació acústica,
-
impacte per erosió durant la seva construcció,
-
interferències electromagnètiques sobre radio, telèfon, televisió, ...
-
dependència de les condicions climàtiques,
-
impossibilitat d'instal·lació a les vivendes o dins dels propis pobles i ciutats
-
necessitat de grans zones obertes amb corrents d'aire adequades per a una òptima generació
-
te limitacions de treball en la velocitat del vent (mínima de 12 km/h i màxima de 65 km/h)
-
la baixa densitat energètica de l'energia eòlica per unitat de superfície, que fa necessària la instal·lació de més màquines per a l'aprofitament dels recursos disponibles (parcs eòlics)
En que consisteix la eòlica?
El vent s'origina gracies a la incidència de la radiació solar sobre les masses d'aire que componen la terra, escalfant en major mesura les masses que es troben sobre els continents durant el dia (aquest absorbeixen una menor quantitat de llum solar) i en menor mesura les que es troben sobre els llacs, mars i oceans, i a la nit, al refredar-se mes les masses d'aire continentals que les de les masses d'aire; això provoca que les masses d'aire mes calentes s'expandeixin i s'elevin, i les mes fredes properes n'ocupin el seu espai en cada moment, originant el que anomenem vent.
El vent, transmet la seva energia cinètica a les pales dels aerogeneradors, transformant-se en energia mecànica de rotació, ja sigui per aprofitar-la com a tal o per transformar-la a energia elèctrica mitjançant un generador cinètic (habitualment amb un alternador).
La quantitat d'energia transformada per un aerogenerador depen tant de les condicions meteorològiques com de la seva situació i orientació respecte a les corrents d'aire, però també depen del tipus d'aerogenerador i de la longitud de els seves pales. Durant els darrers anys els aerogeneradors han sofert una gran evolució en aquest sentit augmentant la potencia que son capaços de convertir en electricitat al augmentar la longitud de les seves pales, tal i com es mostra a la següent imatge (font EWEA):
Càlculs elementals aprofitament recursos eòlics (potència eòlica)
Per obtenir la potència que ens pot arribar a donar un tipus concret d'aerogenerador, s'utilitza la formula:
Sabent que l'area d'una circunferencia es pot obtenir mitjançant la formula:
i substituint-ho a la expressió anterior obtenim la següent expressió:
Per lo tant, en igualtat de condicions de vent, i com la densitat del aire es la mateixa, si agafem el coeficient de potència o rendiment de cada aerogenerador en els diferents casos d'estudi, podem deduir que si col·loquem diversos aerogeneradors en iguals condicions, el que determinarà si obtenim mes o menys potència, serà la superfície escombrada per les pales, es a dir, el seu diàmetre, a part del seu rendiment intrínsec, que depen també de la velocitat en cada moment, així com de les limitacions electròniques internes en alguns casos de cada aerogenerador).
A continuació es mostra una taula on s'han obtingut els valors de rendiment totals a diferents velocitats mínimes, nominals i màximes de diversos aerogeneradors, per posteriorment obtenir-ne les potencies corresponents per a cada cas:
Tipus de turbines
Existeixen diferents tipus de turbines per a l'aprofitament de la energia cinètica del vent i els podem classificar segons la seva capacitat de generar energia elèctrica o coeficient de potència del rotor (font www.researchgate.net):
la posició del seu eix (font Grup 23):
-
vertical
-
horitzontal
o inclús la seva forma o el seu nombre de pales, on al afegir pales, es duplica o triplica la velocitat del vent (font www.monografias.com):
-
monopala
-
bipala
-
tripala
-
multipala
-
pales a proa
-
pales a popa
-
multi-rotor
-
Savonius creuat
-
Moli holandès
-
...
Aerogenerador d'eix horitzontal
Els mes emprats actualment per a la generació d'energia elèctrica son els aerogeneradors d'eix horitzontal de pales variables (1 a 3 habitualment), i les parts que els composen son (font Interempresas):
L'element que conté tota la maquinaria per a la transformació d'energia s'anomena góndola, i es situen sobre una torre degut a que la velocitat del vent augmenta amb la alçada; a més, s'intenten situar ben lluny d'obstacles (arbres, edificis, ...) que creen turbulències a l'aire i en llocs on el vent bufa amb una intensitat força constant per tal de que el seu rendiment sigui el mes òptim possible.
Depenent de les mesures de la velocitat del vent obtingudes per l'anemòmetre i de la direcció mitjançant el penell o "veleta", situats a la part posterior de la góndola, s'orienten les pales del aerogenerador per tal d'optimitzar-ne la velocitat o parar-la en cas necessari (vent > 24m/s durant mes de 10 minuts) posant-les en posició de bandera (en la direcció del vent), a més d'utilitzar el fre, per evitar possibles danys tant als mecanismes interns com a la pròpia estructura, evitar que comprometre la seva integritat i que aquesta pugui arribar a col·lapsar.
També disposen d'un sistema per a l'arrencada, que els permet començar a funcionar quan el vent arriba a una velocitat de 3-4 m/s, tot i que no arriba a la màxima producció fins als 13-14 m/s.
Els grans aerogeneradors moderns tenen rotors de mes de 90 metres de diàmetre, metres que les mes petites (que habitualment s'instal·len en paisos en desenvolupament) tenen uns 30 metres de diàmetre; i les torres oscil·len entre els 25 i els 100 metres d'alçada.
Amb les lectures de direcció del vent obtingudes mitjançant el penell o "veleta", la part mòbil del aerogenerador (góndola) també s'orientarà en direcció perpendicular al vent mitjançant unes rodes dentades o engranatges, al igual que les pròpies pales, per tal que obtingui un major rendiment.
El moviment rotacional de les pales es transmet al bogi o "bogie" on es troben unides aquest moviment de rotació, i d'aquest, al eix multiplicador i al generador, que transforma aquesta energia en energia elèctrica, i la transmet a través d'un cablejat fins a la base de la torre i a través de la cimentació d'aquesta, des de on anirà a parar a als corresponents sistemes de control i a la estació transformadora, que la elevarà a alta tensió per a un transport mes òptim cap a la xarxa elèctrica.
Habitualment, també incorporen una unitat de refrigeració mitjançant un ventilador elèctric utilitzat per a refredar el generador elèctric, i també utilitza oli per a refredar el multiplicador, encara que algunes turbines també poden ser refrigerades per aigua.
Tots aquests elements inclosos inclosos a la part superior que anomenem góndola, es troben suportats per unes torres que acostumen a tenir forma tubular i estan fetes d'acer o de formigó en alguns casos, generalment pintades de gris clar (es el color que es veu menys en la majoria de condicions de llum) i amb acabat mate per a reduïr els reflexes. Les pales també es pinten d'aquest mateix gris clar, però estan fetes de fibra de vidre (els permet certa flexibilitat i resistència) amb cor de fusta (els aporta rigidesa).
Camp d'Aerogeneradors o Parc Eòlic
Donada la baixa densitat energètica de l'energia eòlica per unitat de superfície, es fa necessària la instal·lació de més màquines per a l'aprofitament dels recursos disponibles anomenats Parcs Eòlics o Camps d'Aerogeneració.
Aquests es situen estratègicament en una zones propicies per a obtenir el rang de vent de treball necessari per al correcte funcionament dels aerogeneradors (habitualment sobre els cims de pujols, muntanyes o en zones costeres).
Per a produir electricitat amb una central eòlica cal que el vent bufi a una velocitat de 3 a 25 m/s. El vent fa girar les pales en incidir-hi al damunt i converteix l'energia cinètica del vent en energia mecànica, que es transmet al rotor. Aquesta energia es transmet mitjançant un eix de baixa velocitat a la caixa del multiplicador, de la qual surt a una velocitat 50 vegades superior, i és llavors quan es pot transmetre a l'eix del generador per a transforma-la en energia elèctrica.
Després es transmet aquesta electricitat a un transformador per a elevar-ne la tensió per tal de poder-la transportar per el Parc Eòlic, des de aquí i mitjançant cablejat de mitja tensió va a la subestació on es transforma en electricitat d'alt voltatge, i llavors ja es dirigeix cap a les les torres de la xarxa d'alta tensió per a la seva distribució arreu del territori.
Per suposat, tots aquests processos es porten a terme gracies als centres de control que gestionen un o varis d'aquests parcs on hi poden treballar entre unes 0 a 6 persones aproximadament; les quals s'encarreguen de regular la seva posada en marxa, controlen la energia produïda, reben els parts meteorològics, les lectures dels diferents aparells meteorològiques dels aerogeneradors, i realitzen les accions corresponents.eadors
Cada aerogenerador es revisat periòdicament i els ordinadors controlen els diferents components de la turbina, i en cas de detectar alguna anomalia, emeten una alerta per tal que un tècnic o enginyer ho revisi.
La seva construcció es veu supeditada a un estudi d'impacte ambiental previ, que inclogui l'impactes de les obres, les esteses elèctriques, afectacions de fauna i flora, impacte visual i possibles perjudicis dels valors culturals i històrics de la zona.
Quins altres usos se li donen a la energia eòlica?
S'ha estat aprofitant la energia del vent des de les generacions mes antigues com a:
-
mitjà de desplaçament marítim des de l'antic Egipte (segles IV i V a.C)
-
molins de vent que permetien el regadiu o moldre el gra, utilitzats des de fa segles a llocs com Persia, Irak, Egipte, Xina, Mesopotàmia
-
creació de sistemes de drenatge, recol·lecció de llavors i olis, quan va evolucionar i es va extendre entre el mon Oriental i Occidental
Mes informació, noticies i novetats
Podeu consultar mes informació sobre la energia eòlica a: