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Una turbina eólica más duradera
Una startup canadiense ha desarrollado un pequeño prototipo de turbina eólica que utiliza fricción en lugar de una caja de cambios para convertir la energía eólica en electricidad. CWind , con sede en Owen Sound, Ontario, recientemente comenzó a trabajar en un prototipo más grande de dos megavatios. La compañía afirma que su sistema de transmisión por fricción es más eficiente y confiable, y menos costoso de mantener, que las turbinas eólicas convencionales, que son propensas a costosas fallas en las cajas de engranajes.
Ruedas girando: Las palas de la turbina eólica de CWind mueven un volante interno y varios ejes que se conectan a pequeños generadores dentro de la góndola. En la imagen inferior, una rueda de goma rueda en la pared interior de un volante dentro de un prototipo de turbina de 65 kilovatios.
Las palas de la mayoría de las turbinas utilizan el viento para hacer girar un eje de transmisión conectado a una caja de cambios. La caja de cambios gestiona la rotación de un segundo eje que se conecta a un gran generador eléctrico. La caja de cambios es el equipo más pesado en la góndola de una turbina eólica (la sección en la parte superior de la torre de la turbina). También es una pieza que se encuentra entre las más vulnerables al fracaso. Las ráfagas de viento repentinas someten a la caja de cambios a una tremenda tensión mecánica. Con el tiempo, esto puede desgastar o romper los dientes de sus engranajes metálicos.
El diseño de CWind elimina la caja de cambios por completo. En cambio, el eje de transmisión está conectado directamente a un gran volante de metal. Abrazando el exterior del volante hay ocho ejes secundarios más pequeños, cada uno conectado a un generador de 250 kilovatios y cada uno revestido con varios neumáticos especialmente diseñados que se adhieren a la superficie del volante. A medida que el volante gira, activa los generadores girando estos ejes revestidos de neumáticos. Estamos usando la fricción. No está acoplado mecánicamente, dice Na'al Nayef, ingeniero de CWind y co-inventor del sistema.
Nayef dice que el sistema usa software para controlar los ocho ejes secundarios. Los neumáticos también están diseñados para patinar temporalmente si una ráfaga de viento hace que el volante se acelere repentinamente. Esta característica alivia el impacto en los generadores. Cada eje secundario también puede desacoplarse del volante si el viento disminuye, de hecho, reduce la fricción y permite que los ejes que todavía están conectados mantengan sus generadores funcionando a alta capacidad. Del mismo modo, conectar más ejes, lo que agrega más fricción cuando aumenta el viento, activará los generadores inactivos. Podemos operar los generadores a una velocidad óptima todo el tiempo, dice Nayef, y agrega que las pruebas en el prototipo más pequeño de 65 kilovatios muestran ganancias de eficiencia con respecto a las turbinas eólicas estándar de hasta un 5 por ciento.
El fundador de CWind, Paul Merswolke, persiguió el diseño por primera vez hace siete años después de ver un documental sobre la Ojo de londres , una noria de 135 metros de altura en la orilla del río Támesis. Vio que se usaban llantas de camión simples como rodillos de fricción para hacer girar la noria y concluyó que el mismo enfoque podría adaptarse para las turbinas eólicas. Nayef subió a bordo para elaborar un diseño preliminar, y en 2004 CWind se acercó a la empresa de ingeniería energética Asociados MPR en Washington, DC, para obtener ayuda sobre la construcción de un prototipo.
Dijimos: 'No, no estamos convencidos de que esto tenga sentido', dice Larry Cundy, director de desarrollo de MPR. Pero CWind convenció a MPR para que hiciera un análisis básico del diseño y, finalmente, la empresa de ingeniería acordó construir el prototipo. Es una aplicación muy novedosa, francamente, dice Cundy. Realmente es un golpe de genialidad.
Cundy dice que la mayor ventaja del diseño de CWind es que es más fácil y menos costoso de mantener durante la vida útil del equipo. Cuando falla una caja de cambios en una turbina convencional, la turbina queda fuera de servicio por completo. Conseguir una caja de cambios de repuesto lleva mucho tiempo y retirar el enorme dispositivo de la góndola de la turbina eólica requiere una grúa grande y muchos días de trabajo. Cada día que la turbina no genera electricidad para la red equivale a una pérdida de ingresos para el operador.
En un sistema de tracción por fricción con múltiples llantas, si pierde una llanta, las otras siguen ahí, dice Cundy, y agrega que reemplazar las llantas es rápido (aproximadamente un día de trabajo) y que los diseños futuros permitirán el mantenimiento mientras la turbina aún está en funcionamiento. . La misma redundancia se aplica a los generadores: si uno falla, los otros aún pueden funcionar. Cundy dice que los pequeños generadores estándar utilizados en el diseño de CWind se pueden obtener rápidamente y se instalan con bastante facilidad con la ayuda de una pequeña grúa incorporada en la góndola.
Nayef dice que las llantas usadas están diseñadas para durar tres años, y se espera que reemplazar todas las llantas usadas en una turbina eólica de dos megavatios cueste $ 30,000, o casi $ 200,000 en 20 años. Por el contrario, las cajas de engranajes tienen una vida útil promedio de seis años y su reemplazo cuesta alrededor de $ 600,000, o casi $ 2 millones en 20 años. Tendremos un precio competitivo con las turbinas eólicas de caja de cambios convencionales, pero tenemos las ventajas de alta disponibilidad, alta eficiencia y todas las ventajas que vienen con la facilidad de servicio.
El mes pasado, CWind firmó un acuerdo de fabricación con el fabricante mundial de autopartes. Linamar , que ha comprometido a su equipo de ingenieros McLaren Performance (famoso en las carreras de Fórmula 1) a producir el prototipo de dos megavatios. Como parte del contrato de 10 años, Linamar también fabricará turbinas listas para el mercado, probablemente a partir de 2011. Nayef dice que ya se están trabajando en diseños de cinco megavatios y 7.5 megavatios dirigidos al mercado eólico marino y remoto en tierra. sitios donde el fácil mantenimiento se convierte en una característica de venta clave.