Conexión
indirecta a red de aerogeneradores
Generación
de corriente alterna (CA) a frecuencia variable
La mayoría de aerogeneradores funcionan a una
velocidad casi constante con conexión directa a red. Sin
embargo, con conexión indirecta a red, el generador
de la turbina eólica funciona en su propia mini-red separada
de corriente alterna, como se ilustra en el gráfico. Esta
red está controlada electrónicamente (utilizando
un inversor), por lo que puede variarse la frecuencia de la corriente
alterna en el estator del generador.
De esta forma se puede hacer funcionar la turbina a una velocidad
de giro variable. Así pues, la turbina generará
corriente alterna exactamente a la frecuencia variable aplicada
al estator.
El generador puede ser bien un generador
síncrono o un generador
asíncrono, y la turbina puede tener una caja multiplicadora,
como en la imagen de arriba, o no tenerla, si el generador tiene
muchos polos, como se explica en la página siguiente.
Conversión
a corriente continua (CC)
La corriente alterna de frecuencia variable no puede
ser tratada en la red eléctrica pública. Deberemos,
por tanto, rectificarla, es decir, convertirla en corriente continua
(CC). La conversión de corriente alterna de frecuencia
variable a corriente continua puede hacerse utilizando tiristores
o grandes transistores de potencia.
Conversión
a corriente alterna de frecuencia fija
Posteriormente convertimos la corriente continua (fluctuante)
a corriente alterna (utilizando un inversor) de exactamente la
misma frecuencia que la de la red eléctrica pública.
Esta conversión de corriente alterna en el inversor también
puede hacerse utilizando tiristores o transistores.
Los tiristores o transistores de potencia
son grandes interruptores de material semiconductor que funcionan
sin partes mecánicas. A primera vista, la clase de corriente
alterna que se obtiene de un inversor tiene un aspecto bastante
feo (nada que ver con la suave curva sinusoidal que aprendimos
cuando estudiábamos corriente
alterna). En lugar de eso, lo que se tiene es una serie de
saltos bruscos en la tensión y en la corriente, como puede
verse en la animación de arriba.
Filtrado
de la corriente alterna
Sin embargo, las formas de onda rectangulares pueden
ser suavizadas utilizando las inductancias y condensadores apropiados,
en lo que se da en llamar filtro. Sin embargo, la apariencia
más o menos dentada de la tensión no desaparece
completamente, tal y como se explica más abajo.
Ventajas
de la conexión indirecta a red: velocidad variable
La ventaja de la conexión indirecta a red es
que permite hacer funcionar la turbina eólica a velocidad
variable.
La principal ventaja es que permite que el
rotor gire más rápidamente durante ráfagas
de viento, y almacenar así parte del exceso de energía
en forma de energía rotacional hasta que la ráfaga
haya terminado. Obviamente, esto requiere de una estrategia de
control muy inteligente, pues debemos ser capaces de distinguir
entre ráfaga y altas velocidades de viento en general.
De está forma es posible reducir el par torsor máximo
(reduciendo así deterioro del multiplicador y del generador),
así como las cargas
de fatiga en la torre y en las palas del rotor.
La ventaja secundaria es que con la electrónica
de potencia se puede controlar la potencia reactiva (es decir,
el desfase de la corriente respecto a la tensión en la
red de corriente alterna), y así mejorar la calidad de
potencia de la red eléctrica. Esto puede ser particularmente
útil en turbinas funcionando en un red eléctrica
débil.
Teóricamente, la velocidad variable
también supone una ligera ventaja en términos de
producción anual, puesto que permite hacer funcionar una
máquina a la velocidad óptima de giro, dependiendo
de la velocidad del viento. Sin embargo, desde el punto de vista
económico la ventaja es tan pequeña que apenas
merece la pena mencionarlo.
Desventajas
de la conexión indirecta a red
La desventaja básica de la conexión
indirecta a red es el coste. Como acabamos de ver, la turbina
necesitará un rectificador y dos inversores, uno para
controlar la corriente del estator, y el otro para generar la
corriente de salida. Actualmente, parece ser que el coste de
la electrónica de potencia excede a los beneficios que
reporta el hecho de construir turbinas más ligeras, aunque
esto puede cambiar cuando el coste de la electrónica de
potencia disminuya. Mirando las estadísticas de operación
de aerogeneradores con electrónica de potencia (publicadas
por el instituto alemán ISET), parece también que
las tasas de disponibilidad de estas máquinas están
por debajo de las de las máquinas convencionales, debido
a fallos en la electrónica de potencia.
Otras desventajas son la pérdida de
energía en el proceso de conversión CA-CC-CA, y
el hecho de que la electrónica de potencia puede introducir
distorsión armónica de la corriente alterna en
la red eléctrica y, por tanto, reducir la calidad de potencia.
La distorsión armónica se produce
porque el proceso de filtrado mencionado arriba no es perfecto,
y puede dejar algunos "tonos agudos" (múltiplos
de la frecuencia de la red) en la corriente de salida.
© copyright 2000 Søren Krohn.
Actualizado el 17 de abril 2000
http://www.windpower.org/es/tour/wtrb/indirect.htm
