Distribución
de los aerogeneradores
en un parque eólico




Por Conrado Moreno Figueredo*

El rendimiento energético de un parque eólico también depende
del espaciamiento o distancia de un aerogenerador a otro,
para no provocar pérdidas aerodinámicas.

 


Los primeros aerogeneradores, de pequeño tamaño en sus inicios, cedieron paso a otros de mayor tamaño y potencia, hasta llegar a máquinas de varios megawatt. Evidentemente, el almacenamiento de la energía constituyó, desde los inicios de la generación a gran escala, el principal obstáculo para los aerogeneradores aislados, por lo que la generación conectada a la red eléctrica ha logrado una mayor diversificación y se ha impuesto.

La generación conectada a la red eléctrica se puede realizar de dos formas:

1. Con un aerogenerador individual. En este caso, un usuario de la red eléctrica instala un aerogenerador en su propiedad. El objetivo principal es satisfacer su demanda, y en segundo lugar, cuando se produce electricidad en exceso con respecto a las necesidades del propietario, éste vende la energía a la red eléctrica, por lo que se instalan metrocontadores que miden en ambos sentidos. Esta forma de producción de electricidad con energía eólica ha sido muy empleada en Dinamarca, estimulada por leyes establecidas al respecto, lo que ha permitido el alto desarrollo de esta fuente energética en ese país. No obstante, como norma esta solución no excede la potencia de 1 MW (Fig. 1).


Fig. 1. Esquema de un aerogenerador
individual conectado a la red.

2. Cuando el objetivo alcanza varios megawatt ya no se trata de usuarios independientes, sino de empresas productoras de electricidad que se conectan a la red eléctrica mediante transformadores o subestaciones de transformadores que alimentan líneas de media o alta tensión. Como las turbinas eólicas tienen una potencia limitada (hasta 5-6 MW en el 2006), se recurrió a la agrupación de aerogeneradores, conocida como parque eólico o granja eólica, que en esencia se trata de cierto número de aerogeneradores con una determinada distribución, interconectados entre sí y conectados a la vez a subestaciones transformadoras que se conectan a la red (Fig. 2). Dicho de otra forma, un parque eólico conectado a la red se configura mediante la instalación integrada de un conjunto de varios aerogeneradores, interconectados eléctricamente mediante redes eléctricas propias, compartiendo una misma infraestructura de accesos y control. La conexión a la red eléctrica de distribución se realiza mediante la correspondiente transformación de tensión, en dependencia de la capacidad técnica de las redes existentes y de la propia instalación.


Fig. 2. Esquema de un parque eólico constituido
por varios aerogeneradores conectados a la red.

Al determinar la configuración de un parque eólico, es decir, la distribución de los aerogeneradores sobre el terreno, deben tenerse en cuenta tanto los aspectos puramente del viento, como velocidades medias, direcciones predominantes, rafagosidad y vientos extremos, así como los aspectos correspondientes al terreno disponible: la disposición característica de las máquinas y la distancia entre ellas, además de las características de los propios aerogeneradores, como el tamaño y el tipo y la altura de las torres.

En la figura 3 se muestra la configuración típica cuando los aerogeneradores se disponen sobre una elevación. Los círculos indican los aerogeneradores, en tanto que las flechas señalan la dirección del viento dominante.


Fig. 3. Parque eólico dispuesto en
una sola fila sobre una elevación.

Cuando el terreno es llano y hay una dirección de viento dominante bien definida, los aerogeneradores se suelen disponer en filas alineadas (Fig. 4).


Fig. 4. Configuración del parque
eólico en filas alineadas.

Cuando el terreno es llano, pero el viento presenta frecuentes cambios de dirección, los aerogeneradores se suelen disponer al tresbolillo (así se denomina cuando un grupo de objetos se dispone en filas paralelas, de modo que los de cada fila correspondan al medio de los de la fila inmediata) (Fig. 5).


Fig. 5. Configuración del parque
eólico al tresbolillo.

En las figuras 6 y 7 se muestran configuraciones típicas de parques eólicos sobre terrenos que presentan colinas.


Fig. 6. Configuración del parque eólico
sobre colinas no alineadas.


Fig. 7. Configuración del parque eólico
sobre colinas alineadas.

Como se puede observar, existe un espaciamiento o distancia de un aerogenerador
a otro, tanto de frente al viento o transversal, como en la dirección del viento. Estos espaciamientos configuran la geometría del parque y determinan las pérdidas aerodinámicas del parque, o pérdidas por su configuración.

En estas pérdidas influye lo que se denomina la sombra que un aerogenerador provoca sobre el aerogenerador que le sigue, por lo que debe mantenerse una distancia mínima entre uno y otro. Esto lo provoca la conocida estela aerodinámica. Una turbina que se encuentre detrás de otra podrá extraer menos energía por ser la velocidad menor debido
a la estela que se forma, o dicho de otra manera, por la sombra aerodinámica de una turbina sobre otra. Lo expuesto ocurre en los parques eólicos donde la interferencia de una turbina sobre otra trae como resultado una disminución de la energía extraída.
A este fenómeno se le conoce como pérdidas aerodinámicas del parque (Fig. 8).


Fig. 8. La distribución de los aerogeneradores en un
parque eólico influye en su rendimiento energético.

Un espaciamiento muy cercano de las turbinas permite instalar más turbinas en el sitio, pero reducirá la energía promedio captada por cada turbina en el parque eólico.
Las pérdidas aerodinámicas pueden reducirse optimizando la geometría del parque eólico. Diferentes distribuciones de tamaños de turbinas, la forma general, el tamaño de la distribución y el espaciamiento dentro del parque eólico influyen sobre los efectos de la estela, que reduce la captación de energía.

En resumen, cuando existe un viento con una dirección predominante, en general se recomienda una distribución en filas alineadas, con separación transversal (perpendicular a la del viento dominante) entre turbinas de tres a cinco veces el diámetro del rotor, y de cinco a nueve veces el diámetro del rotor en dirección del viento dominante. Cuando el viento tiene frecuentes cambios de dirección con respecto a la velocidad predominante, los aerogeneradores se colocan al tresbolillo.

El cálculo de las pérdidas aerodinámicas del parque necesita del conocimiento de la ubicación y características de las turbinas en el parque y del régimen de viento, además de poseer un modelo de las estelas de las turbinas, para determinar el efecto de las turbinas corriente arriba sobre las turbinas corriente abajo.

* Doctor en Ciencias Técnicas. Especialista en energía eólica
del Centro de Estudio de Tecnologías Energéticas Renovables (CETER).
Miembro de la Junta Directiva de CUBASOLAR.
tel.: (537) 2663637.
e-mail:conrado@ceter.ispjae.edu.cu