PASO VARIABLE ELECTRÓNICO EN AEROGENERADORES DE PEQUEÑA POTENCIA

Como todos sabéis los aerogeneradores son máquinas que transforman la energía del viento en energía eléctrica. Esta conversión de energía se hace mediante el giro de un alternador que es movido por la rotación de las hélices que, a su vez, son movidas por la fuerza del viento.

La potencia disponible en el viento es directamente proporcional a la superficie que sean capaces de barrer las hélices. Por otro lado, la potencia que un aerogenerador es capaz de extraer ya convertida en energía eléctrica está relacionada con las revoluciones de giro y otros factores. Por tanto, es muy importante controlar estos términos para el correcto funcionamiento del aerogenerador.

La velocidad de giro del alternador debe estar siempre supervisada, para evitar que el aerogenerador se acelere en exceso y provoque problemas. Por estos motivos, los aerogeneradores necesitan siempre métodos de control para realizar esa tarea.

Los aerogeneradores de gran potencia utilizan sistemas mecánicos activos movidos por motores, con engranajes que, incluso, desorientan las maquinas del viento, etc.

En pequeña eólica se han utilizado siempre dispositivos mecánicos pasivos ya que, debido al tamaño y precio, no se justifica el uso de motores y sistemas mecánicos activos. Estos dispositivos suelen ser algo complejos ya que deben funcionar en sincronismo entre sí y llevan piezas mecánicas en cada una de las hélices. Algunos de estos dispositivos son más complejos que otros. Pero la gran mayoría están basados en unos contrapesos y un muelle central de forma que, al aumentar la velocidad de giro, el muelle se va desplazando. Mediante un conjunto de levas hacen girar las hélices sobre su propio eje. De ese modo se pierde eficiencia y se logra una reducción de la velocidad de giro de la máquina. Con esto se consigue modificar el Coeficiente de Potencia (Cp) del aerogenerador. Como se ha dicho antes, para un buen funcionamiento, este conjunto de elementos debe trabajar en perfecto sincronismo, ya que cualquier desajuste provocaría una descompensación en la posición, vibraciones y una segura avería en el aerogenerador.

Como conclusión, estos dispositivos mecánicos requieren un mantenimiento continuo para su correcto funcionamiento. Estos mecanismos están colocados normalmente en el buje, donde están las hélices, por lo que es una parte está sometida a movimiento giratorio. Son dispositivos que necesitan engrase. Por el efecto de la fuerza centrífuga, la grasa o lubricación que se use en el dispositivo se ve empujada hacia las paredes exteriores y, por tanto, deja de lubricar correctamente. En definitiva, si no se hace un constante y adecuado mantenimiento se derivará en averías, ya que esos elementos de los que hemos hablado no funcionarán como debería.

En Bornay hemos apostado por un sistema electrónico que aísla el problema de la parte mecánica.

Este sistema consiste en provocar el mismo efecto que se consigue con el paso variable mecánico (modificar el CP del aerogenerador), pero en este caso, hacerlo únicamente de forma electrónica. Al conocer la curva de potencia de la máquina y las condiciones de viento se puede saber el punto de trabajo en el que se encuentra el aerogenerador. Además, hemos conseguido obtener este punto de trabajo siendo independientes de la medición de viento. Esto lo hacemos a través del par mecánico calculado y del modelo matemático y aerodinámico del aerogenerador.

Una vez que conocemos el punto de trabajo en el que se encuentra el aerogenerador, se puede actuar en consecuencia. Lo que hace el sistema de control es darse cuenta de cuando la máquina empieza a necesitar ser controlada y reduce las revoluciones de giro, de forma que captura menor energía del viento y se protege. El efecto conseguido es el mismo que hace el paso variable mecánico, pero esta vez de una forma más limpia, eficiente y funcional.     

Para aclarar el funcionamiento vamos a poner un ejemplo.  Suponiendo que el aerogenerador esta funcionando a su régimen normal de potencia, cuando llega al 100% de la potencia y si el viento sigue aumentando, el sistema detectará que hay más par mecánico en la entrada, por lo que podría sacar más potencia. Un regulador normal frenaría por completo o haría que sacase mayor potencia. En este caso, lo que se hace es llevar al aerogenerador a unas revoluciones más bajas, por ejemplo, al 80% de las nominales. En ese punto seguimos sacando la máxima potencia en un entorno seguro y, además, mantenemos el aerogenerador controlado. Este método utiliza todas las variables medibles que tenemos disponibles en el aerogenerador.

La principal ventaja es que con este sistema se logra la independencia del mantenimiento mecánico que se tenía en el paso variable de siempre.

Actualmente en Bornay se sigue manteniendo el sistema llamado “Inclin” que consiste en provocar la inclinación del aerogenerador si las revoluciones de giro de las hélices superan un cierto valor. Con los controladores Wind+ se ha logrado extraer mayor potencia a menor revoluciones, por lo que el sistema Inclin prácticamente no entra en funcionamiento casi nunca. Este nuevo método de control abre las puertas a nuevos diseños de aerogeneradores más simples y eficaces.

En Bornay estamos trabajando continuamente en mejorar nuestras máquinas y controladores, para seguir siendo un referente en el sector de la minieólica.   

 Vicente Martínez
 Responsable I+D+i y SAT.