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El sector eólico tiene el reto de reducir costes y mejorar el rendimiento de las turbinas eólicas.
Investigadores de la Universidad de Córdoba junto con expertos de la Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED) y la Universidad Autónoma de Zacatecas en Méjico están trabajando en el desarrollo de un software de control de aerogeneradores que mejora el rendimiento de estos equipos.
En concreto, han simulado un sistema en el que, utilizando técnicas de control multivariable, se demuestra la reducción de las fluctuaciones energéticas, es decir, se obtiene la misma energía aunque el recurso eólico cambie (debido al carácter aleatorio del viento). Actualmente tratan de demostrar que también se reducen las vibraciones estructurales en estas instalaciones, lo que conseguiría aumentar su vida útil.
Investigadores del equipo de Francisco Vázquez
Los investigadores consideran un aerogenerador como un proceso multivariable y con gran interacción entre entradas y salidas de viento y energía. Por ello, han aplicado un conjunto de técnicas que contribuyen a mejorar el rendimiento del equipo teniendo en cuenta esta variabilidad. En primer lugar, han desarrollado un modelo matemático que describe el comportamiento dinámico del proceso. “Hemos implementado algoritmos que tienen en cuenta aspectos como la aerodinámica del generador, las fuerzas en el mecanismo de rotación y la potencia producida”, explica a la Fundación Descubre el coordinador del proyecto, Francisco Vázquez, de la Universidad de Córdoba.
En esta fase, los expertos han conseguido optimizar el control del aerogenerador en un ordenador de forma que se mejora el rendimiento del equipo. El siguiente paso será trasladar el sistema a un simulador instalado en la Universidad de Córdoba. Se trata de un aerogenerador de pequeña potencia dentro de una cabina cerrada que incluye un ventilador que emula distintas condiciones de viento. “Es un equipo único en el ámbito universitario ya que nos permite controlar las variables que influyen en el proceso de generación de energía eólica”, reconoce Vázquez.
En concreto, los expertos pueden manipular en este prototipo el paso de la pala (pitch, en su terminología inglesa) del aerogenerador y el par eléctrico del generador, manteniendo bajo control la potencia que produce, así como la velocidad de giro. “Las palas, además de su movimiento giratorio tipo ventilador, pueden rotar sobre su propio eje, de forma individual o todas en conjunto. Cuando hay exceso de viento, las palas se mueven para no extraer toda energía, es el denominado paso de pala (pitch). Otra variable que controlamos es el par eléctrico: la capacidad del generador eléctrico conectado a la turbina de producir más o menos energía”, explica el investigador.
El objetivo de los investigadores es modelar ambas variables de forma independiente para que una no afecte a la otra, un proceso que se denomina desacoplo. “Si comparamos la rotación de las palas y la potencia con los dos grifos de una ducha, vemos que si abrimos el del agua caliente, aumenta la temperatura, pero también la cantidad de agua. Y si abrimos el del agua fría, disminuye la temperatura, y también la cantidad de agua. Esto se conoce como interacción: dos variables (los grifos), que inciden sobre un mismo objetivo (la temperatura y la cantidad de agua). Un desacoplo persigue conseguir un sistema en el que temperatura y caudal estuvieran separados. En nuestro caso, trabajamos para que potencia y rotación de las palas estén desacoplados”, precisa.
El control de estos parámetros persigue que los aerogeneradores sean más estables, tanto mecánicamente (no vibren) como energéticamente (la potencia no fluctúe), es decir, conseguir que las transiciones sean suaves ante vientos cambiantes para obtener la misma energía (o una energía lo más constante posible).
Los investigadores estudian estas variables de forma que los resultados pudieran ser extrapolables a otros equipos de mayor potencia. Para ello, han firmado un acuerdo de colaboración con Centro Nacional de Energías Renovables (CENER) para trasladar las simulaciones a instalaciones reales.
