Energía anual disponible en un aerogenerador

Ahora estamos preparados para calcular la relación entre las velocidades de viento medias y la energía anual disponible en un aerogenerador.
Para dibujar el gráfico de la derecha hemos utilizado el programa de cálculo de la potencia de la página anterior, y la curva de potencia del ejemplo por defecto de un aerogenerador de 600 kW. Se ha utilizado una atmósfera estándar con una densidad del aire de 1,225 kg/m³.
Para cada uno de los parámetros de Weibull 1'5, 2'0 y 2'5 se ha calculado la energía anual disponible a diferentes velocidades de viento medias a la altura del buje del aerogenerador.
Como puede ver, a una velocidad del viento media baja, de 4,5 m/s, la energía disponible puede variar hasta un 50 por ciento dependiendo del parámetro de forma mientras que, a una velocidad media del viento muy alta, de 10 m/s a la altura del buje, puede variar alrededor del 30 por ciento.

La salida varía casi con el cubo de la velocidad del viento
Fijémonos ahora en la curva roja con k = 2, que es la curva que normalmente muestran los fabricantes:
Con una velocidad media del viento a la altura del buje de 4,5 m/s la máquina generará alrededor de 0,5 GWh por año, es decir, 500.000 kWh al año. Con una velocidad media del viento de 9 m/s generará 2,4 GWh/año = 2.400.000 kWh al año. Así pues, al doblar la velocidad media del viento la producción de energía ha aumentado 4,8 veces.
Si en lugar de eso hubiésemos comparado 5 con 10 m/s, hubiésemos obtenido una producción de energía casi exactamente 4 veces mayor.
La razón por la que no se obtienen exactamente los mismos resultados en ambos caso, es que la eficiencia de los aerogeneradores varía con las velocidades del viento, tal y como se ve en la curva de potencia. Observe que la incertidumbre que se aplica a la curva de potencia también se aplica a los resultados de arriba.
Puede refinar sus cálculos teniendo en cuenta que, p.ej., en climas templados, el viento tiende a ser más fuerte en invierno que en verano, y más fuerte durante el día que durante la noche.

El factor de carga
Otra forma de conocer la producción anual de energía de un aerogenerador es mirar el factor de carga de una turbina en su localización particular. Con factor de carga queremos decir la producción anual de energía dividida por la producción teórica máxima, si la máquina estuviera funcionando a su potencia nominal (máxima) durante las 8766 horas del año.
Ejemplo: si una turbina de 600 kW produce 1,5 millones de kWh al año, su factor de carga es 1.500.000 : (365,25 * 24 * 600) = 1.500.000 : 5.259.600 = 0,285 = 28,5 por ciento.
Los factores de carga pueden variar en teoría del 0 al 100, aunque en la práctica el rango de variación va del 20 al 70 por ciento, y sobretodo alrededor del 20 al 30 por ciento.

La paradoja del factor de carga
Aunque generalmente se preferiría tener un gran factor de carga, puede no ser siempre ventajoso desde el punto de vista económico. Esto puede ser difícil de comprender para aquellos que están acostumbrados a la tecnología convencional y nuclear.
En localizaciones con mucho viento, por ejemplo, puede ser ventajoso usar un generador más grande con el mismo diámetro de rotor (o diámetro de rotor más pequeño para un tamaño determinado de generador). Esto tendería a disminuir el factor de carga (utilizando menos de la capacidad de un generador relativamente grande), pero puede significar una producción anual sustancialmente mayor, tal y como podrá verificar si usa el programa de cálculo de la potencia de este sitio web.
Si vale o no la pena tener un menor factor de carga con un generador relativamente mayor, depende tanto de las condiciones eólicas como, por supuesto, del precio de los diferentes modelos de turbinas.
Otra forma de ver la paradoja del factor de carga es decir que, hasta cierto punto, se tiene la posibilidad de elegir entre tener un producción de potencia relativamente estable (cerca del límite de diseño del generador) con un alto factor de carga, o bien una alta producción de energía (que fluctuará) con un bajo factor de carga.