Los aerogeneradores ya forman parte del paisaje de España, con una producción de más de 68.000 GWh y hasta el 25% del mix energético, según datos de Red Eléctrica Española. Sin embargo, estos gigantescos molinos de viento no tienen un diseño único, y cada vez hay más propuestas alternativas, como la que no tiene aspas y se adapta a los cambios de viento para proporcionar luz a cientos de hogares. Una de las soluciones más extendidas, aunque todavía no tan común, es la que apuesta por turbinas de eje vertical o VAWT, que no giran paralelas al viento, sino perpendiculares a él.
Este tipo de aerogeneradores, cuya historia se remonta al siglo VIII en Oriente Medio y se utilizaban para moler cereales, presenta varias ventajas respecto a los convencionales: son Más silenciosos, tienen una mayor densidad energética y son menos peligrosos para las aves.. Sin embargo, tienen un punto débil importante, que impide su funcionamiento si no hay un flujo de aire continuo y los hace vulnerables a los fuertes vientos. Por eso hay investigadores como Sébastien Le Fouest, del Laboratorio de Diagnóstico de Flujo Inestable (UNFOLD) de la Facultad de Ingeniería de Lausana (Suiza), comprometidos en mejorar su diseño para aprovechar todas sus virtudes y eliminar sus desventajas.
En un estudio publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza, Le Fouest propone una combinación de sensores y aprendizaje automático para decidir la inclinación óptima de las palas y mejorar drásticamente el rendimiento de este tipo de turbinas. Su propuesta, afirma el equipo del que también forma parte Karen Mulleners, directora de UNFOLD, aumenta el rendimiento de estos aerogeneradores en un 200% y reduce en un 77% las vibraciones que amenazan su estructura en caso de fuertes ráfagas.
Más producción
El ambicioso objetivo fijado por Naciones Unidas que busca detener o incluso revertir el cambio climático fija un horizonte de emisiones netas cero para 2050. Y Europa está tratando de alcanzar ese objetivo, instalando unos 20 GW de energía renovable cada año, pero no lo hace lo suficientemente rápido. Para lograrlo, según Le Fouest, debería ampliarse a 30 GW por año.
“Los obstáculos no son financieros, sino sociales y legislativos. Hay muy poca aceptación social de los aerogeneradores por su tamaño y ruido”, afirma el investigador en una nota de prensa. Tanto una cosa como la otra tienen solución: nuevos diseños que solucionan estas barreras y amplían sus posibilidades.
Sébastien Le Fouest junto a un prototipo de aerogenerador de palas verticales
Alain Herzog
Omicrono
Todo parece encajar en los aerogeneradores VAWT. Sin embargo, para lograr una adopción masiva en comparación con las enormes turbinas que vemos tanto en tierra como en el mar, aún es necesario hay que resolver un problema importante: su necesidad de un flujo de aire moderado y continuo y sus dificultades para funcionar cuando el viento es más fuerte.
El fenómeno conocido como pérdida dinámica, que ocurre cuando una fuerte ráfaga de viento forma un vórtice Aumentar el ángulo entre el aire y la pala crea grandes problemas para este tipo de dispositivos. Esto les impide producir energía aprovechando los vientos más fuertes y puede romperlos, reduciendo sus ventajas competitivas frente a los HAWT o aerogeneradores horizontales.
[El curioso aerogenerador con hélices verticales para tener energía barata en casa: es modular y silencioso]
Los científicos de la EPFL llevan años trabajando para remediar esta falta de resistencia a los fuertes vientos en este tipo de turbinas. Para ello, han instalado sensores para medir con precisión la fuerza que ejerce el viento sobre el eje de transmisión de cada pala. Para ver cómo cambiaron estas fuerzas, Inclinaron la hoja en diferentes ángulos, velocidades y amplitudes. para obtener diferentes “perfiles de inclinación”.
Con todos estos datos, alimentaron un algoritmo genético, que propuso Más de 3.500 posibles diseños experimentales.. Imitando un proceso evolutivo, este sistema de aprendizaje automático seleccionó los perfiles de inclinación que mejores resultados ofrecían, recombinándolos hasta crear el mejor perfil posible.
Así, el equipo de EPFL pudo identificar Dos series de perfiles basculantes que optimizaron tanto el rendimiento como la robustez. de los aerogeneradores, convirtiendo en ventajas lo que previamente habían identificado como grandes puntos débiles de este tipo de aerogeneradores.
“La mayoría de los aerogeneradores dirigen la fuerza generada por las palas hacia arriba, lo que no facilita la rotación”, explica Le Fouest. “Cambiar este ángulo no sólo crea un vórtice más pequeño, sino que también lo empuja hacia atrás en el momento adecuado, lo que lleva a la formación de una segunda zona de producción de energía en la dirección del viento“
El aerogenerador Vertical Sky A32.
Energía eólica ágil 2022
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El siguiente paso será la construcción de un prototipo de este molino VAWT para demostrar si las simulaciones por ordenador corresponden a Funcionamiento óptimo en condiciones reales una vez instalado.. “Esperamos que este método de control del flujo de aire ayude a evolucionar la tecnología VAWT, haciéndola eficiente y confiable, para que pueda comercializarse”, concluye el investigador.
La versión italiana
Otros científicos, en este caso del Universidad de Pisa (Italia), también apuntan en la misma dirección. A través de la startup Gevi, han desarrollado unas Aerogeneradores verticales con sensores inteligentes integrados y software de inteligencia artificial. Esto les permite adaptarse a diversas ubicaciones y condiciones de viento con un único objetivo: maximizar la producción de energía limpia.
Aerogenerador vertical de Gevi Wind
Viento de Gevi
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En el caso de las turbinas desarrolladas por Gevi, Sus aspas pueden moverse independientemente unas de otras.. Su ángulo de inclinación se controla de forma remota y automática en tiempo real, para adaptar su posición según la dirección e intensidad del viento entrante.
El rendimiento resultante de la turbina es Un 45% superior a lo que podría obtener una turbina de palas verticales convencional. Además, el sistema automatizado de control de palas proporciona continuamente datos sobre la integridad y fatiga estructural de las diferentes partes del aerogenerador, para Reducir activamente las vibraciones y las cargas dinámicas en las palas. y la pequeña torre. Esto sirve para prolongar la vida útil del aerogenerador, hacerlo más ligero y simplificar su instalación.
Tras diseñar y fabricar pequeños prototipos, su último piloto tiene una potencia de 2 kW, 2,5 metros de diámetro y 1,8 metros de altura. Es un Tamaño ideal para poder instalarlo en un tejado.por ejemplo, aunque los planes de Gevi pasan por seguir aumentando esas dimensiones hasta llegar hasta los 20 kilovatios de potencia.
