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E-7. Energía eólica integrada en edificios

Energía

Objetivo general

Los objetivos de actuación dentro del área de la energía son minimizar las emisiones de gases a la atmósfera (CO2, SO2 y NOx ) mediante el máximo abastecimiento energético a partir de sistemas de energías renovables y a través de la reducción de la demanda a partir de estrategias de captación solar, acumulación energética, bajo consumo y gestión eficaz de los mecanismos.


Objetivo 1: Minimización de las emisiones a la atmósfera

Este objetivo persigue reducir al máximo las emisiones de gases a la atmósfera mediante el máximo abastecimiento energético a partir de sistemas de energías renovables.


Contribución a los impactos medioambientales

La minimización de las emisiones a la atmósfera contribuye a la reducción de sus impactos medioambientales asociados, que son:

  • Cambio climático (efecto invernadero): es un cambio en el clima, atribuible directa o indirectamente a la actividad humana, que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la variabilidad climática natural observada durante períodos de tiempo comparables". La causa más importante del aumento de la temperatura del planeta observado en los últimos cincuenta años se debe a las emisiones de gases de efecto invernadero, el más importante de los cuales es el CO2, que se emite como consecuencia de la quema de combustibles fósiles para producir energía.
  • Pérdida de fertilidad (lluvia ácida): la lluvia ácida es un fenómeno que se produce por la combinación de los óxidos de nitrógeno (NOx)  y azufre (SO2 ) emitidos a la atmósfera como consecuencia de la combustión de combustibles fósiles para el consumo energético, con el vapor de agua presente en la atmósfera, los cuales se precipitan posteriormente a tierra acidificando suelos y produciendo la pérdida de fertilidad. Ésta se debe a que la variación del pH del suelo provoca la liberación de los iones que constituyen los elementos nutritivos y su lixiviación a capas más profundas desde donde no pueden ser absorbidos.
  • Agotamiento de los recursos naturales (sobre explotación de combustibles fósiles): El agotamiento de los recursos naturales es fruto de una sobreexplotación de las materias primas, derivada de unos hábitos de consumo no sostenibles. El agotamiento de las materias primas no renovables, tales como los combustibles fósiles, supone un impacto irreversible por lo que su sobreexplotación tienen efectos difícilmente recuperables desde el punto de vista del desarrollo sostenible.


Estrategias de diseño

La incorporación de esta tecnología a los edificios responde a la aplicación de las siguientes estrategias de diseño dentro del área de actuación de la energía:

  • Minimización emisiones de CO2, SO2, NOx: la adopción de medidas encaminadas a la disminución de las emisiones a la atmósfera provenientes de la utilización de combustibles fósiles para consumo energético.
  • Integración energías renovables: favorecer la utilización de energías renovables (biomasa, solar térmica, solar fotovoltaica, etc.)  frente a los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural, etc.)


Tecnologías: miniturbinas eólicas

Tipo de Instalación

La energía eólica integrada en edificios es un novedoso avance en la arquitectura sostenible

 

Tipo de Turbinas

Los sistemas de generación eléctrica basados en las miniturbinas eólicas son ideales para aplicaciones diversas que requieran un suministro de energía independiente de la red eléctrica convencional, o bien que complemente a ésta.

Un metro cuadrado de estas turbinas puede llegar a producir 130KW/h.

Presenta las siguientes ventajas, además de las propias como energía renovable (inagotable, respetuosa con el medio ambiente, autóctona, etc.):

  • Proximidad desde el punto de generación al punto de consumo -que minimiza las pérdidas de energía.
  • Versatilidad de las aplicaciones.
  • Accesibilidad para pequeñas economías.
  • Desahogo para las redes de distribución sin producir sobrecargas.
  • Menor impacto visual que las máquinas grandes.
  • No requiere complejos estudios de viabilidad.
  • Posibilita instalaciones híbridas,  etc.

Este tipo de instalaciones no contaminan, apenas ocupan espacio, requieren un bajo mantenimiento y proporcionan la electricidad que puede suponer una notable mejora en la calidad de vida.


Descripción

La mayoría de los micro-generadores son de eje horizontal con rotor a barlovento respecto a la torre (el viento encuentra primero las palas y luego el soporte) y conicidad nula (el plano de rotación de las palas forma una línea paralela ideal con la horizontal).

Existen diferentes configuraciones de turbinas eólicas: monopala, bipala, tripala, multipala. El aumento del número de palas disminuye la velocidad de rotación, aumenta el rendimiento y encarece el precio de estas turbinas. 

La mayor parte de las turbinas mini-eólicas utilizan palas fabricadas con metal plaqueado: poliéster reforzado con fibra de vidrio o, en menor proporción, con fibras de carbono, y raramente madera. Se ha dejado de utilizar el aluminio por su tendencia a deformarse bajo esfuerzo.

El tamaño reducido de las turbinas mini-eólicas no permite colocar motores con orientación del rotor en la dirección del viento u otros componentes metálicos que tienen las turbinas de tamaño mediano: casi todas las miniturbinas tienen brazos direccionales para orientar el rotor en la dirección del viento.

Para obtener un buen rendimiento, las turbinas tienen que situarse en lugares batidos por vientos consistentes: para las máquinas de minieólica, teniendo en cuenta su reducido tamaño, es fundamental la robustez.

En régimen de viento fuerte, las turbinas tienen que tener un sistema de posicionamiento pasivo del rotor que desvíe el eje respecto al de rotación de la pala. La mayor parte de las micro y miniturbinas se dobla sobre una bisagra, de modo que el rotor gire hacia el brazo direccional: algunas en vertical, otras en horizontal. La velocidad del viento a la que se realiza la desalineación y la forma en la que se verifica dependen de la bisagra colocada entre el brazo direccional y la góndola.

La mayor parte de las turbinas eólicas utiliza alternadores de imán permanente: se trata de la configuración más sencilla y robusta. Para las turbinas de uso doméstico, las configuraciones de alternador pueden ser las siguientes: imán permanente, alternador convencional con devanado del campo y generador de inducción.

 

Componentes y sistema de ejecución

Miniturbina

El rotor de la miniturbina está compuesto por palas ancladas a un elemento soporte de acero, llamado buje, acoplado directamente al generador. De esta forma puede generar corriente a un número reducido de revoluciones, haciendo innecesaria la utilización de un multiplicador, por lo que la máquina apenas necesita mantenimiento. La torre utilizada puede ser tubular o de celosía, con vientos o autoportante. Su altura varía entre los 6 metros y los 18 metros.

 

Regulador y sistema de acumulación

Como el suministro y la demanda pueden variar, la corriente trifásica que proporciona el generador se rectifica en el controlador de tensión o regulador de carga, pasándola a continua antes de ser almacenada en baterías de 12, 24, 48, ó 120 V. La corriente de las baterías puede ser usada directamente para alimentar cualquier equipo eléctrico de corriente continua que tenga el mismo voltaje que éstas. El regulador se encarga de mantener la batería conectada mientras la tensión en bornas del rectificador se encuentre dentro de cierto rango de valores. Además controla el nivel de carga de las baterías, evitando las sobrecargas y sobre descargas que reducen su vida útil. Para paliar las sobrecargas deriva la corriente a las resistencias de disipación.

 

Inversor

Además de consumos en corriente continua, también es posible obtener de nuevo corriente alterna de 110 o 220 V a 50/60 Hz, mediante la utilización de un inversor, que es un sistema de conmutación electrónico que transforma la corriente continua de las baterías en corriente alterna.

 

Costes / aspectos económicos

Los elementos de costes que se deben considerar son los siguientes:

  • Coste del aerogenerador, coste de las obras adicionales y coste del proyecto.

Además de estos costes, hay que tener en cuenta los siguientes, una vez que la instalación está en marcha:

  • Costes de utilización, costes de mantenimiento y costes de las tasas.

Los costes se comparan con los ingresos procedentes de:

  • Venta de energía eléctrica, ahorro (coste ahorrado) de energía eléctrica, venta de certificados verdes e ingresos de otros incentivos.

El coste de una instalación eólica con potencia inferior a 100 kW puede variar de 1.000 a 3.000 €/kW.

 

Contribución a la reducción de impactos

  • Reducción de emisiones de CO2ALTA
  • Reducción de emisiones de SO2ALTA
  • Reducción de emisiones de NOx: MEDIA
  • Reducción del consumo de combustibles fósiles: MEDIA


Prioridad medioambiental

MEDIA


 

Documentación gráfica

 

Figura 1. Cubierta con tres aerogeneradores

 

Figura 2. Detalle de aerogenerador en edificio

 

Figura 3. Prototipo de aerogenerador

 

Figura 4. Aerogeneradores en cornisa