1 LAS CENTRALES EÓLICAS Ilustración 1: Portada Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B 2 Contents ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ............................................................................................................ 3 ÍNDICE DE TABLAS ......................................................................................................................... 4 La central eólica ............................................................................................................................ 5 ¿Qué es una central eólica? ...................................................................................................... 5 El funcionamiento de un aerogenerador .................................................................................. 5 Partes principales de un aerogenerador ................................................................................... 6 Torre: .................................................................................................................................... 7 Góndola:............................................................................................................................... 7 Rotor: .................................................................................................................................... 7 Freno: ................................................................................................................................... 7 Caja de cambios: ................................................................................................................ 7 Generador:........................................................................................................................... 7 Rotor de guía: ..................................................................................................................... 7 Tipos de aerogeneradores ........................................................................................................ 7 Aerogeneradores verticales .................................................................................................. 7 Aerogeneradores horizontales .............................................................................................. 8 Ventajas e inconvenientes de la energía eólica ........................................................................ 8 Los diversos usos de los aerogeneradores ................................................................................ 9 Historia de la energía eólica ...................................................................................................... 9 Parques eolicos Onshore y Offshore ....................................................................................... 10 Ventajas e inconvenientes Onshore.................................................................................... 11 Ventajas e inconvenientes Offshore ................................................................................... 11 FUNCIONAMIENTO DEL ACTUAL MERCADO ELÉCTRICO ............................................................ 12 Mercado Diario........................................................................................................................ 13 ................................................................................................................................................. 14 Mercado Intradiario ................................................................................................................ 14 Mercado De Servicios Complementarios ................................................................................ 14 POSICIÓN DE LA ENERGÍA EÓLICA EN EL POOL ESPAÑOL ........................................................... 15 VALORACIÓN PERSONAL ............................................................................................................. 15 Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B 3 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Portada .................................................................................................................... 1 Ilustración 2: Modificación de la energía ...................................................................................... 5 Ilustración 3 ................................................................................................................................... 6 Ilustración 4:Partes de un aerogenerador .................................................................................... 6 Ilustración 5: Aerogenerador vertical ........................................................................................... 7 Ilustración 6: Aerogenerador particular antiguo .......................................................................... 8 Ilustración 7: Historia de las energia elólica iberdrola .................................................................. 9 Ilustración 8:Rosa de los vientos ................................................................................................. 10 Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B 4 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1:Ventajas e inconvenientes Energía Eólica ........................................................................ 8 Tabla 2:Ventajas e inconvenientes Onshore ............................................................................... 11 Tabla 3:Ventajas e inconvenientes Offshore .............................................................................. 11 Tabla 4 Potencia por paises......................................................................................................... 12 Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B 5 La central eólica ¿Qué es una central eólica? Una central eólica o aerogenerador se trata de un aparato que usa el viento para transformar la energía cinética en energía mecánica que posteriormente es transformada por un generador a energía eléctrica. Los aerogeneradores son una de las fuentes principales de energía renovable del mundo, estando detrás de la energía solar. Siendo esta una energía limpia. El funcionamiento de un aerogenerador La radiación solar no incide por igual en toda la superficie de la Tierra: hay zonas que se calientan más que otras y en esas el aire, que pesa menos, tiende a ascender generando áreas de bajas presiones; en cambio, en las más frías el aire desciende y pesa más creando áreas de altas presiones. La diferencia entre presiones hace que el aire se mueva y se origine el viento, un elemento tan poderoso que puede utilizarse para generar energía. El viento hace girar las palas, que comienzan a moverse con velocidades de viento de unos 3,5 m/s y proporcionan la máxima potencia con unos 11 m/s. Con vientos muy fuertes (25 m/s) las palas se colocan en bandera y el aerogenerador se frena para evitar tensiones excesivas. Ilustración 2: Modificación de la energía Las palas tienen forma de perfil alar, generando al paso del viento una baja presión por uno de los lados del la pala y una alta presión por el otro, de esta manera se genera una fuerza de sustentación haciendo que la pala rote. Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B 6 Tal como se puede observar en la siguiente imagen, la parte de color azul de la pala representa una baja presión y la parte de color roja, la zona de alta presión: Ilustración 3 Dependiendo de la velocidad del viento, las palas se colocan mediante unos motores a diferentes ángulos para generar más o menos fuerza de sustentación. Si la dirección del viento varia, un sensor transmite esa variación a un controlador, rotando la parte superior del aerogenerador. Una vez generada la fuerza mecánica, esta pasa a una caja multiplicadora lo que hace es multiplicar la velocidad de rotación a una relación de 1:90. Después de multiplicar la velocidad de rotación la energía mecánica se transmite a un generador eléctrico, generando corriente alterna, para su posterior distribución. Partes principales de un aerogenerador Ilustración 4:Partes de un aerogenerador Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B 7 Torre: Las torres de la mayoría de las turbinas modernas están hechas de tubos de acero redondos. Una regla general para una torre de turbina es que tenga la misma altura que el diámetro del círculo que hacen sus palas al girar. En general, cuanto más alta es la turbina, más susceptible es a los vientos de alta velocidad. Góndola: La góndola la parte donde se alojan todos los componentes del aerogenerador. Rotor: El rotor de un aerogenerador es la parte rotatoria sobre el que están colocadas las palas. Freno: Es la parte que se encarga de frenar el movimiento del rotor en caso de averías, vientos muy fuertes… Caja de cambios: Es la parte del aerogenerador que se encarga de modificar la velocidad de rotación transmitida al generador eléctrico. Generador: El generador es el dispositivo encargado de transformar la energía mecánica en energía eléctrica. Rotor de guía: Es el eje encargado de direccionar la góndola hacia la dirección del viento. Tipos de aerogeneradores Aerogeneradores verticales En este tipo de aerogeneradores, las palas del aerogenerador rotan sobre un eje vertical ubicado en el centro del mismo. Hay tres principales ventajas: - La sujeción de las palas es de fácil diseño y ejecución. - No precisan sistema de orientación para captar la energía del viento. - Fácil ubicación del tren de potencia, generador y transformador, a nivel del suelo. De forma general podemos decir que el rendimiento de los aerogeneradores de eje vertical se encuentra Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B Ilustración 5: Aerogenerador vertical 8 por debajo de la mitad que el correspondiente a aerogeneradores de eje horizontal, hecho que ha dirigido la industria al desarrollo de aerogeneradores de eje horizontal. Aerogeneradores horizontales Este tipo de aerogeneradores, con disposición de su eje en horizontal, se caracterizan por girar las palas en dirección perpendicular a la velocidad del viento. Hay dos principales tipos: aeroturbinas lentas y rápidas. Las aeroturbinas lentas tienen entre 6 y 24 aspas, funcionando a baja velocidad, normalmente se usan en el bombeo de agua. Las aeroturbinas rápidas, constan de entre 2-3 aspas, funcionando a gran velocidad dedicadas a la generación de electricidad. Ilustración 6: Aerogenerador particular antiguo Ventajas e inconvenientes de la energía eólica Tabla 1:Ventajas e inconvenientes Energía Eólica VENTAJAS INCONVENIENTES ENERGÍA SOSTENIBLE, YA QUE EL VIENTO ES UNA FUENTE INAGOTABLE LA ENEREGÍA PROPORCIONADA INTRMITENTE Y VARIABLE ENERGÍA VERDE LA FABRICACIÓN DE LOS AEROGENERADORES PRODUCE SUSTANCIAS CONTAMINANTES MANTENIMIENTO ECONÓMICO TIENE UN IMPACTO MEDIOAMBIENTAL LARGA VIDA ÚTIL AEROGENERADORES DE LOS CREACIÓN DE PUESTOS DE TRABAJO INGRESOS MUNICIPALES ES ADAPTABLE ESPACIO A CASI Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B CUALQUIER ES COMPLEJO RECICLAJE DE LAS PALAS CARENCIAS EN EL SISTEMA ALMACENAMIENTO EFECTIVO DE 9 Los diversos usos de los aerogeneradores Es cierto, que el principal uso de los aerogeneradores es generar electricidad, sea de uso doméstico y particular, con aerogeneradores de menor escala o de uso general con aerogeneradores de mayor escala. No obstante, a los aerogeneradores se les puede dar diferentes usos, como los siguientes: - - - Bombeo de agua. La energía eólica se puede utilizar para la extracción de agua del subsuelo utilizando aerobombas, que son unos molinos capaces de bombear hasta seiscientos litros por hora, lo que equivale a cubrir las necesidades de una pequeña explotación agrícola. Hidrógeno renovable. La energía eólica se utiliza para producir la corriente eléctrica continua que se necesita para producir el hidrógeno renovable. Este tipo de hidrógeno se utiliza, por ejemplo, para producir los combustibles sintéticos o ecocombustibles. Desalinización. Otro de los usos es la desalinización de agua, El viento es una fuente de energía renovable popular y establecida que puede generar electricidad para la desalinización por ósmosis inversa. La mayoría de los proyectos de desalinización a gran escala impulsados por energía renovable aprovechan el viento. Historia de la energía eólica El uso de la energía eólica se remonta al año 4500 d.C. cuando los antiguos egipcios comenzaron a navegar por el Nilo Los molinos de viento son de origen lejano. Se utilizaron para riego y molienda en Asia Central sobre el siglo VII. Estos primeros molinos tenían un eje vertical con una rueda horizontal que sujetaba las cuchillas. En Europa, los primeros molinos se construyeron en Francia e Inglaterra en el siglo XII y desde allí se extendieron por todo el continente. Se trataba de estructuras de madera: torres de molino que giraban manualmente alrededor de un pilar central para dirigir las aspas hacia el viento. El molino de torre se desarrolló en Francia en el siglo XIV. Consistía en una torre de piedra rematada por una estructura giratoria de madera que soportaba el eje del molino y los equipos superiores. De la parte superior del molino sobresalía un eje horizontal, del que se ramificaban de cuatro a ocho alas con una longitud de 3 a 9 metros. Sus finalidades eran muy Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B Ilustración 7: Historia de las energia elólica iberdrola 10 diversas: moler todo tipo de material, principalmente cereales, preparar pasta de papel, prensar aceitunas, mover bombas de agua, etc. En el siglo XIX se construyeron alrededor de 9.000 molinos de viento en los Países Bajos, muchos de los cuales se utilizaron para suministrar agua a los pólderes. El uso de molinos para bombear agua estaba muy extendido en el siglo XIX. El uso de aerogeneradores para generar electricidad comenzó en Dinamarca a finales del siglo XIX. Las pequeñas turbinas eólicas generaban electricidad antes de la construcción de las redes de distribución, principalmente en los Estados Unidos, en las décadas de 1930 y 1940. Parques eolicos Onshore y Offshore Un aerogenerador moderno de última generación es capaz de generar 6MW/año lo cual abastece entorno a unas 5.000 viviendas anualmente. Para abastecer ciudades enteras, se instalan muchísimos aerogeneradores en un recinto, consiguiendo abastecer ciudades enteras. En España, la energía eólica supone un 10% de la energía producida para el abastecimiento del país. Para construir un parque eólico se comienza estudiando el terreno donde se va a instalar dicho parque. Primero se estudia la velocidad del viento a lo largo de un cierto tiempo y se hace una rosa de los vientos, donde se indica cual es la dirección mas frecuente por donde sopla el viento y las distintas velocidades medias registradas. Después se escoge el modelo de aerogenerador mas adecuado para el terreno y las necesidades que se deben abastecer, no obstante, se hace un estudio de la rentabilidad e impacto medioambiental. Hay dos principales tipos de parques eólicos: Offshore y Onshore los parques Onshore son parques eólicos construidos sobre un terreno Ilustración 8:Rosa de los vientos firme, donde se desarrollan vientos potentes frecuentemente. Los parques Offshore son parques eólicos construidos en el mar, entorno a unos 47 km de la costa. Los parques Offshore son parques que generan muchísima mas energía que los parques Onshore, debido a los fuertes Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B 11 vientos generados en el mar. Un aerogenerador Offshore es capaz de producir 10MW lo cual es 30% mas que los aerogeneradores Onshore. Uno de los principales inconvenientes de que no se construyan parque eólicos offshore, es el complejo montaje de las estructuras cimentadas al fondo del mar, para sujetar los aerogeneradores, además de su posterior mantenimiento. Ventajas e inconvenientes Onshore Tabla 2:Ventajas e inconvenientes Onshore VENTAJAS INCONVENIENTES INSTALACIÓN ECONÓMICA MAYOR IMPACTO VISUAL Y ACÚSTICO MAYOR ACCESIBILIDAD MENOR POTENCIA UNITARIA TECNOLOGÍA MAS AVANZADA MENOR CAPACIDAD INSTALADA Ventajas e inconvenientes Offshore Tabla 3:Ventajas e inconvenientes Offshore VENTAJAS INCONVENIENTES MAYOR POTENCIA UNITARIA COSTOSA INFRAESTRUCTURA MAYOR CAPACIDAD INSTALADA CONDICIONES AMBIENTALES SEVERAS MENOR INPACTO VISUAL Y ACÚSTICO TECNOLOGÍA MENOS DESARRLLADA Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B 12 En el siguiente gráfico podemos observar la cantidad de energía producida por los siguientes países y el método (Marino o terrestre) Potencia en MW generada por paises 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Reino Unido España Alemania Suecia Noruega Terrestre Grecia Bélgica Dinamarca Otros Marina Tabla 4 Potencia por paises FUNCIONAMIENTO DEL ACTUAL MERCADO ELÉCTRICO En el actual mercado eléctrico español, intervienen distintos agentes implicados en dicha operación: Productores de energía, Transporte de la energía, Distribuidoras de energía, Comercializadoras, Operador del Mercado Ibérico Español (OMIE). Productores de energía: son las empresas que se encargan de generar la energía, puede ser renovable o no renovable. Transporte de la energía: En España, el transporte de la energía esta gestionado por la Red Eléctrica Española (REE) la cual es propietaria de todas las líneas de transporte de electricidad. Distribuidoras de energía: Son las encargadas de llevar la energía desde las subestaciones a las propiedades para su uso. Comercializadoras: Son las empresas que se encargan de ser el intermediario entre OMIE y consumidor final vendiendo la energía eléctrica. Operador del Mercado Ibérico Español (OMIE): es la organización que gestiona todos los mercados eléctricos existentes, tanto de España como de Portugal. Su misión principal es poner de acuerdo a todos los agentes que Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B 13 participan en el mercado eléctrico con el fin de hacer llegar la energía al consumidor final. El Mercado Español es de tipo marginalista, es decir, cada día los vendedores y compradores lanzan sus ofertas con diferentes precios. El día antes de la entrega de la electricidad, las comercializadoras y los productores presentan sus ofertas, para cada hora del próximo día a través del OMIE. Se divide en tres principales elementos: El mercado diario, el mercado intradiario y el mercado de servicios complementarios. Mercado Diario Son todas aquellas transacciones de compra y venta de energía que corresponden a la producción y entrega al día siguiente. Los mecanismos del mercado diario consisten en: - presentación de propuestas de compra y venta de energía (distribuidores, comercializadores y consumidores calificados). Estas ofertas se realizan para las 24 horas del día siguiente. - Después de que se reciben las ofertas, se hace un emparejamiento, comenzando con la oferta más barata para vender, hasta que satisfaga la demanda en ese punto se establece el precio de venta para toda la energía, obteniendo el precio de la puja más cara este punto de acuerdo, se llama precio casado. - Primero entran las centrales nucleares a 0€ debido a que no pueden parar la producción por temas técnicos, después de eso, entran las energías renovables con un precio superior, después entran las centrales de energía no renovable con un precio mucho mas alto que las demás. Este esquema es un incentivo importante para bajar el precio de la electricidad ya que los generadores tratan de ofrecer su energía al precio más bajo posible para asegurar que sus estaciones sean seleccionadas para operar. Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B 14 Mercado Intradiario Si después de crear un programa diario se hace necesario ajustar sus propuestas o requerimientos, se lanza el llamado mercado intradiario, que funciona con los mismos criterios. Este mercado eléctrico consta de seis sesiones, en las que pueden participar todos los agentes autorizados para operar el mercado diario. Una vez identificada la oferta y la demanda del mercado intradiario, se entregan de acuerdo con un programa diario factible, determinando así el programa final. Mercado De Servicios Complementarios Este mercado consiste en procesos para eliminar los desequilibrios que pueden surgir entre la producción y la demanda. Combina un conjunto de mecanismos competitivos que complementan el mercado manufacturero. Además, existen otros servicios adicionales que los actores del mercado brindan para la operación del sistema como requisito previo para la participación en el mismo. Todos los procesos que forman parte de este mercado eléctrico permiten controlar y operar en tiempo real el sistema de suministro eléctrico, de manera que la seguridad y calidad del suministro eléctrico esté garantizada en todo momento. Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B 15 POSICIÓN DE LA ENERGÍA EÓLICA EN EL POOL ESPAÑOL La energía eólica figura en primera posición en el pool eléctrico español según REE. En España, en el mes de septiembre de 2022, se ha generado un total de 29.512 MW de energía eólica, unos 3.000MW más que la central de ciclo combinado. VALORACIÓN PERSONAL Actualmente, las energías renovables están revolucionando el mundo, cada año, las distintas tecnologías están avanzando a niveles extraordinarios mejorando este sector, haciendo centrales mas eficientes, más rentables… reduciendo también uno de los problemas más importantes, el impacto medioambiental. Panayot Tihomirov Dimkov ARI-B
