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Las turbinas eólicas arrojan sus engranajes
Los fabricantes de turbinas eólicas se están alejando de las cajas de engranajes y generadores estándar de la industria en un intento por aumentar la confiabilidad y reducir el costo de la energía eólica.
Anillo de poder: Esta turbina eólica de tres megavatios utiliza imanes permanentes y un diseño que la hace significativamente más ligera que una turbina de engranajes convencional.
Siemens ha comenzado a vender una turbina de tres megavatios utilizando un sistema de transmisión directa que reemplaza el generador convencional de alta velocidad por un generador de baja velocidad que elimina la necesidad de una caja de cambios. Y el mes pasado Energia General anunció una inversión de 340 millones de euros en instalaciones de fabricación para construir sus propias turbinas de propulsión directa de cuatro megavatios para parques eólicos marinos.
La mayoría de los observadores dicen que el cambio de la industria a la transmisión directa es una respuesta a las fallas de la caja de cambios muy publicitadas. Pero Henrik Stiesdal, director de tecnología de la unidad de energía eólica de Siemens, dice que los problemas de la caja de cambios son exagerados. Él dice que Siemens está adoptando la transmisión directa como un medio para generar más energía a un costo menor. Las turbinas se pueden hacer más competitivas a través de la transmisión directa, dice Stiesdal.
Los planes de Siemens se basan en un nuevo diseño que reduce el peso del generador del sistema. En las turbinas eólicas convencionales, la caja de cambios aumenta la velocidad del rotor impulsado por el viento varios cientos de veces, lo que reduce radicalmente el tamaño del generador requerido. Los generadores de transmisión directa funcionan a la misma velocidad que las palas de la turbina y, por lo tanto, deben ser mucho más grandes, más de cuatro metros de diámetro para la turbina de tres megavatios de Siemens. Sin embargo, Siemens afirma que la góndola completa de la turbina pesa solo 73 toneladas métricas, 12 toneladas menos que en sus turbinas menos potentes de 2,3 megavatios accionadas por engranajes.
Gran parte de la reducción de peso proviene del uso de imanes permanentes en el rotor de los generadores, un truco que también está usando GE. Los generadores de turbina convencionales utilizan electroimanes: bobinas de cobre alimentadas con electricidad del propio generador. Henk Polinder, experto en generadores de imanes permanentes en Holland's Universidad Tecnológica de Delft , dice que un segmento de 15 milímetros de espesor de imanes permanentes puede generar el mismo campo magnético que una sección de 10 a 15 centímetros de bobinas de cobre.
Stiesdal dice que Siemens redujo aún más el peso al invertir el diseño de su generador. En lugar de un rotor de acero cubierto con imanes permanentes que gira dentro de un estator estacionario en forma de rosquilla (el diseño que GE está usando en su turbina de transmisión directa de cuatro megavatios), el rotor de Siemens es un cilindro de acero con imanes permanentes en el interior, y este rotor gira. alrededor de un estator en forma de columna.
Siemens erigió un prototipo de su máquina en Brande, Dinamarca, en diciembre y planea instalar 10 más este año, principalmente en Dinamarca, antes de comenzar la producción en masa en 2011. Tecnología de GE, que adquirió con la compra del productor de turbinas noruego ScanWind el año pasado. , se está demostrando en un sitio de prueba en Noruega; La comercialización de su máquina de cuatro megavatios está programada para 2012.
Hay más competencia en camino. La firma de capital de riesgo New Enterprise Associates está respaldando una startup con sede en Boulder, CO llamada Energía eólica de Boulder , que está desarrollando una turbina de accionamiento directo de 1,5 megavatios. La empresa fue fundada en diciembre por Sandy Butterfield, quien era ingeniero jefe del centro de tecnología eólica del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. (NREL), donde dirigió un importante estudio del proceso de diseño de la caja de engranajes.
Si las fallas de la caja de cambios son un problema de toda la industria sigue siendo un tema de controversia. NREL inició su estudio en 2007, cuando hubo varias fallas: una empresa con sede en EE. UU., Energía eólica Clipper , experimentó serios problemas con la caja de cambios pocos meses después de instalar la primera de sus turbinas de 2,5 megavatios en un parque eólico en Lackawanna, Nueva York, mientras que las cajas de cambios en las 30 turbinas de Vestas Wind Systems que forman el parque eólico marino Kentish Flats del Reino Unido tuvieron que ser reemplazadas después solo dos años de funcionamiento. NREL concluyó que la mayoría de las cajas de engranajes de las turbinas eólicas fallarían mucho antes de sus 20 años de vida útil.
Stiesdal dice que los propios estudios de Siemens muestran que las cajas de cambios son bastante confiables, en general. Un análisis de 2008 de las máquinas Siemens instaladas de 1983 a 1989 en los EE. UU. Encontró que la gran mayoría todavía funcionaba con sus cajas de cambios originales. Pero espera una mayor confiabilidad del sistema de transmisión directa, que tiene aproximadamente la mitad de piezas que una turbina convencional.
Sin embargo, los sistemas de transmisión directa presentan un problema potencial. Existe una preocupación constante con respecto al suministro futuro de los metales de tierras raras que se utilizan para fabricar imanes permanentes. Ese es un problema serio, dice Stiesdal.