La gran mayoría de las turbinas eólicas que se están instalando actualmente tienen tres palas. ¿Por qué no cuatro? O dos? ¿O mucho más para coger tanto viento como sea posible?
La respuesta rápida es que un aerogenerador de dos palas ya es excelente para una gran eficiencia. Con dos cuchillas, necesita significativamente menos costos de material, construcción y mantenimiento. Una tercera o cuarta pala del rotor hace que la turbina eólica sea ligeramente más eficiente, mientras que los costos de construcción y materiales aumentan considerablemente. Las cuatro palas de nuestros molinos de viento históricos eran una opción más práctica.
Las cuatro palas de nuestros molinos de viento históricos eran una opción más práctica.
Ley Betz
Albert Betz formuló la ley en 1919 de que un rotor ideal puede extraer un máximo del 59% de la energía del viento. Si obtiene más energía del viento, el viento se ralentiza aún más, lo que reduce el suministro de viento a la turbina. Un rotor ideal tiene palas de turbina infinitamente estrechas, pero según un documento que Siemens elaboró en 2007 en el que tratan nuestra pregunta, se afirma que las turbinas eólicas modernas de tres palas alcanzan el 80% del límite Betz gracias a un diseño inteligente de palas y una velocidad de rotación bien elegida; una turbina de dos palas alcanzaría un 5% menos de eficiencia, pero tendrá un mayor retorno de la inversión debido a los costos más bajos.
Los aerogeneradores de dos palas ofrecen una serie de ventajas distintivas sobre los aerogeneradores de tres palas.
La principal ventaja de tener un número reducido de palas (y accionamientos de paso) es el peso del rotor (y, por lo tanto, el material), aproximadamente un 30% menos pesado que un rotor de tres palas comparable (Aerodyne engineering GmbH, 2014). Además, como los rotores de dos palas funcionan a una velocidad de rotación más alta, el par en el eje es más bajo y, en consecuencia, el rotor y la góndola (que alberga, por ejemplo, el generador y la transmisión) son más ligeros. Otra conveniencia de un rotor con menos de tres palas es que se pueden girar horizontalmente durante las tormentas, por lo que es menos probable que sean golpeados por un rayo.
Los rotores de dos palas son aproximadamente un 30% menos pesados que un rotor comparable de tres palas
Otra ventaja se puede encontrar durante el transporte y la construcción: un rotor de dos palas se puede transportar completamente montado y probado previamente en la cubierta de un barco al sitio del parque eólico (De Vries, 2011). Por último, las cargas extremas se pueden reducir considerablemente mediante el estacionamiento horizontal del rotor (Aerodyne engineering GmbH, 2014). Debido a las cargas extremas reducidas, la torre y los cimientos pueden diseñarse más ligeros.
Materia de gusto
Roberto Delgado, ingeniero principal de 2-B Energy: «es cuestión de gusto elegir entre dos o tres turbinas eólicas de palas». Algunos simplemente prefieren los modelos de tres hojas porque dicen que son más estéticos. Delgado quiere dar nueva vida a los aerogeneradores de dos palas. En Eemshaven se ha instalado un aerogenerador de energía de dos palas de 6 MW y 2 B desde hace seis años. A través del control de paso individual (IPC), que controla de forma independiente el paso de cada álabe de la turbina, esta turbina eólica puede eliminar gran parte de la carga dinámica. Echa un vistazo a cómo funciona nuestra técnica de lanzamiento https://windenergysolutions.nl/technology/
Resistencia a las tormentas
Una gran desventaja en las áreas con el viento bueno más constante es que pueden convertirse en tormentas y huracanes fuertes periódicamente. La mayoría de las turbinas eólicas no pueden soportar las altas velocidades del viento que implican estas condiciones climáticas. las turbinas eólicas de 2 palas se pueden derribar rápidamente fácilmente con una grúa en lugar de las dos grúas que la mayoría de las turbinas con palas requieren.
Nuestra grúa de elevación a bordo puede reducir en gran medida los costos de mantenimiento de las instalaciones de energía eólica de dos palas.
Toda nuestra gama de aerogeneradores se puede equipar con una grúa de elevación a bordo que se puede operar fácilmente para asegurar toda la instalación técnica de la turbina, sin grúa externa en pocas horas. De este modo, no es necesario incurrir en altos costos para el suministro y el uso de cualquier instalación de grúa móvil.
Una segunda ventaja de esta construcción de ascensor incorporada es que las inspecciones en el rotor y el mantenimiento importante también se pueden llevar a cabo sin equipos de fuentes externas. Además de las ventajas de la instalación en comparación con las turbinas eólicas de tres palas, esto reduce en gran medida los costos de mantenimiento de las instalaciones de energía eólica de dos palas.
Echa un vistazo a nuestra animación de la grúa de elevación a bordo en acción.
Pronóstico
Delgado prevé que las turbinas de 10, 12 o más megavatios volverán al diseño de dos palas. La carga dinámica siempre se puede controlar mejor con una buena dirección. Según Delgado, un diseño de dos palas para un aerogenerador en el año 2019 tiene menos de un 3% menos de eficiencia que su contraparte de tres hojas con el mismo diámetro. A continuación, obtiene electricidad adicional de palas de turbina más largas, mientras que puede seguir beneficiándose de menores costos de construcción, material y mantenimiento.
Varias empresas han comenzado a desarrollar y construir grandes turbinas eólicas de dos palas (Schorbach y Dalhoff, 2012; Clover y Snieckus, 2014). Este renovado interés en las turbinas eólicas de dos palas está motivado principalmente por el mayor enfoque en la energía eólica marina. Se indica un coste de reducción de energía del 10-12% y en Clover y Snieckus (2014) se menciona una reducción del 20%, en papel, para los aerogeneradores de dos palas. El costo potencial de la reducción de energía hace que las turbinas de dos palas sean una oportunidad interesante que los fabricantes están explorando activamente.