curva de potencia de un aerogenerador

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Zona de trabajo en la curva de potencia de un aerogenerador

Características que diferencia a un aerogenerador de otro


Una de las principales características que diferencia a un aerogenerador de otro es la potencia nominal, es decir, la máxima potencia a la que puede trabajar la máquina para una velocidad de viento determinada. ¿Es determinante la potencia nominal de un aerogenerador en la cantidad de energía que produce?, ¿trabaja un aerogenerador siempre a su potencia nominal?, ¿cuáles son las zonas de trabajo del aerogenerador que deben mejorarse para aumentar la producción de energía?

A primera vista, se puede pensar que cuanto mayor sea la potencia nominal de un aerogenerador, mayor será la producción energética de este. La realidad es que la potencia nominal sólo se alcanza para valores de velocidad de viento a partir de los 11-14 m/s (dependiendo del modelo de aerogenerador), que son velocidades bastante altas y poco probables, según la distribución de  probabilidad de velocidades de viento en el emplazamiento bajo estudio.

En base a lo expuesto anteriormente se deduce, como es obvio, que en ningún caso un aerogenerador va a estar trabajando constantemente a su potencia nominal, y por tanto es necesario conocer en qué parte de la curva de potencia nos encontramos la mayor parte del tiempo, para poder conocer el comportamiento de nuestro aerogenerador y poder entender la producción eléctrica estimada que generará.

La zona de trabajo de la curva de potencia de un aerogenerador comienza con el denominado punto de conexión y termina en el punto de desconexión. Dentro de esta zona, existe mayor probabilidad de trabajar a velocidades más bajas, en el rango 3-10 m/s, tal y como suele representar la distribución de velocidades de viento.

Las conclusiones que podemos sacar son las siguientes:

  • Los aerogeneradores suelen trabajar un porcentaje muy bajo del tiempo a su potencia nominal.
  • Para mejorar la producción de un aerogenerador es necesario disminuir la velocidad de conexión del mismo y hacer que la curva de potencia crezca más rápidamente.

La curva de potencia y coeficientes de empuje

Para analizar la producción de un parque eólico es necesario disponer de los datos técnicos del aerogenerador a simular. Esta información viene recogida en la curva de potencia y en los coeficientes de empuje.

Curva de potencia

La información necesaria para evaluar la cantidad de energía producida por un aerogenerador viene definida por la curva de potencia de la máquina. La curva de potencia del aerogenerador es por tanto una función que relaciona la potencia a la que trabaja la máquina en función de la velocidad de viento que atraviesa el rotor. El tiempo en el que el aerogenerador esté trabajando a una potencia determinada, nos dará la cantidad de energía producida por el mismo.

Formula tiempo en el que el aerogenerador esté trabajando a una potencia

Los pares de valores de la curva de potencia de un aerogenerador dependen de la densidad del aire. Cuánto mayor sea la densidad del aire, mayor será el contenido energético del mismo, y por tanto mayor será el valor de potencia asociado a una velocidad de viento. A continuación se muestra un ejemplo de pares de valores de una curva de potencia para dos densidades distintas:

Grafica ejemplo de pares de valores de una curva de potencia para dos densidades distintas

La velocidad de viento a la que el aerogenerador empieza a trabajar se denomina velocidad de conexión o cut-in wind speed

En el ejemplo anterior, la velocidad de arranque sería 2 m/s.

La velocidad de viento a la que se alcanza la potencia nominal del aerogenerador también es un parámetro importante, ya que define el punto a partir del cual la máquina trabaja a máxima potencia.

En nuestro ejemplo, la velocidad a la que se alcanza la potencia nominal del aerogenerador es de 18 m/s.

Por último, la velocidad de viento a la que se desconecta el aerogenerador (por motivos de seguridad) se denomina velocidad de desconexión o cut-out wind speed.

 

Coeficientes de empuje

Los coeficientes de empuje determinan la capacidad de dispersión del aire al pasar por el rotor. Con velocidades de viento bajas los coeficientes de empuje son altos y viceversa. Estos coeficientes nos ayudan a entender el comportamiento del aire que atraviesa el rotor del aerogenerador, ya que a velocidades de viento bajas los coeficientes de empuje son altos porque el viento tiene poca fuerza y se dispersa con facilidad al atravesar el rotor; por el contrario, a velocidades de viento altas, el viento lleva más fuerza y es más difícil de dispersar al atravesar el rotor del aerogenerador.

Cuanto menor es la dispersión que sufre el aire al atravesar el rotor del aerogenerador, más fácilmente recuperará el viento su régimen de velocidad; de esta manera, podrá recuperar contenido energético antes de atravesar el siguiente aerogenerador del parque eólico, y por tanto menores serán las pérdidas energéticas debido al efecto estela.

Los coeficientes de empuje vienen determinados por el propio diseño del aerogenerador, de manera que es un parámetro sobre el que no podemos actuar. Los coeficientes de empuje también varían con la densidad del aire, aunque de una manera mucho menos significativa que los valores de potencia.

Finalmente se presenta un ejemplo de curva de potencia y coeficientes de empuje para una densidad determinada:Ejemplo de curva de potencia y coeficientes de empuje para una densidad determinada

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