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Mejores turbinas eólicas
Tecnologías ExRo , una startup con sede en Vancouver, BC, ha desarrollado un nuevo tipo de generador que es muy adecuado para recolectar energía del viento. Podría reducir el costo de las turbinas eólicas mientras aumenta su producción de energía en un 50 por ciento.
Carcasa de energía: El cableado de cobre se extiende a partir de un prototipo de un nuevo tipo de generador, que fue diseñado teniendo en cuenta la variabilidad de la velocidad del viento.
El nuevo generador funciona de manera eficiente en una gama más amplia de condiciones que los generadores convencionales. Cuando el eje que atraviesa un generador ordinario gira a la velocidad óptima, más del 90 por ciento de su energía se puede convertir en electricidad. Pero si acelera o desacelera, la eficiencia del generador cae drásticamente. Esto no es un problema en las centrales eléctricas convencionales, donde las turbinas giran a un ritmo constante, alimentadas por un suministro constante de energía a partir del carbón o algún otro combustible. Pero la velocidad del viento puede variar enormemente. Las palas de la turbina que cambian de paso para atrapar más o menos viento pueden ayudar, al igual que las transmisiones que median entre las palas giratorias y el eje del generador. Pero las transmisiones añaden costos de fabricación y mantenimiento, y hay un límite en cuanto a cuánto puede compensar el cambio de ángulo de la hoja los vientos cambiantes.
El nuevo diseño de ExRo reemplaza una transmisión mecánica con lo que equivale a una electrónica. Eso aumenta el rango de velocidades del viento a las que puede operar de manera eficiente y lo hace más receptivo a ráfagas y calma repentinas. Mientras que a las velocidades más altas del viento, las palas aún deberán inclinarse para eliminar el viento, el generador permitirá que la turbina capture más energía en vientos y ráfagas de alta velocidad. Como resultado, la turbina podría producir un 50 por ciento más de energía en promedio en el transcurso de un año, dice Jonathan Ritchey , Director de tecnología de ExRo. De hecho, en algunos lugares, la producción de energía podría duplicarse, dice Ed Nowicki , profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad de Calgary, que ha sido asesor de ExRo.
El generador funciona con los mismos principios que muchos generadores ordinarios: los imanes unidos a un eje giratorio crean una corriente a medida que pasan bobinas de cobre estacionarias dispuestas alrededor del eje. En los generadores ordinarios, todas las bobinas están conectadas entre sí. En el generador de ExRo, por el contrario, las bobinas individuales se pueden encender y apagar con interruptores electrónicos. A bajas velocidades del viento, solo se encenderán algunas de las bobinas, lo suficiente para recolectar de manera eficiente la pequeña cantidad de energía en el viento a baja velocidad. (Si hubiera más bobinas activas, proporcionarían más resistencia a los imanes giratorios). A velocidades del viento más altas, se encenderán más bobinas para convertir más energía en electricidad. Los interruptores se pueden accionar rápidamente para adaptarse a las velocidades del viento que cambian rápidamente.
Mirada interior: Dos anillos de imanes (azul grisáceo), uno dentro y otro fuera de una serie de bobinas de cobre (rojo y verde), giran para generar electricidad.
Otra parte del diseño hace que el generador responda mejor a los cambios de velocidad del viento. La recolección de grandes cantidades de energía requiere muchas bobinas. Estos podrían colocarse dentro de un generador de diámetro muy grande, pero luego el rotor en el que se montan los imanes también tendría que ser más grande. Eso dificultaría el movimiento del rotor o cambiar su velocidad de rotación. (La mayor distancia entre el centro del generador y las bobinas aumenta lo que se conoce como el momento de inercia). En cambio, el generador ExRo distribuye las bobinas entre varios generadores de pequeño diámetro, que los investigadores llaman pilas, a lo largo del eje. Los diámetros más pequeños facilitan el cambio de velocidades de rotación. El diseño de pila múltiple también facilita la personalización del generador para un sitio eólico en particular. Para un sitio con vientos de baja velocidad, se necesitarían pocas chimeneas. Para un sitio con vientos de alta velocidad, se podrían agregar más, permitiendo que el generador convierta más energía en electricidad.
Otras empresas han desarrollado diseños que incorporan múltiples generadores, que se pueden activar por separado, dependiendo de la velocidad del viento. Pero estos deben activarse y desactivarse mecánicamente, lo que agrega peso y complejidad al generador y aumenta los costos. Reducir el mantenimiento y el peso al eliminar la necesidad de engranajes y embragues mecánicos podría permitir a ExRo mantener bajos los costos. Y eso dice Paul Sclavounos , profesor de ingeniería mecánica en el MIT, es la consideración clave para determinar si se intenta capturar más energía eólica. ExRo puede tener una ventaja, dice, porque la clave de su tecnología es el control electrónico, que es económico. De hecho, la compañía afirma que un operador de turbinas eólicas podría ganar un 57 por ciento más de dinero con una turbina en el transcurso de un año utilizando el nuevo generador.
ExRo ha desarrollado y probado un prototipo a escala de laboratorio. Sus estimaciones de una mayor producción de energía provienen de modelos que utilizan datos de los sitios de turbinas eólicas existentes. Para fines de este año o principios del próximo, la compañía comenzará a probar en el campo una pequeña turbina eólica de cinco kilovatios. Ritchey dice que la compañía no tendrá cifras firmes para la producción de energía hasta que se completen esas pruebas. El siguiente paso será instalar generadores más grandes a escala de megavatios en las turbinas eólicas existentes.