ENERGIA EOLICA. Fundamentos, tecnologías y aplicaciones

David Pérez

Septiembre de 2023      Páginas: 366

Código 10698      ISBN/EAN: 9788426737151

CONTENIDO: La energía eólica se ha convertido en un pilar fundamental para la transición hacia un futuro energético sostenible y libre de emisiones. Si deseas sumergirte en el tema con un enfoque preciso y riguroso, has llegado al libro indicado. En él se abordan los fundamentos esenciales de la energía eólica, desde los conceptos básicos hasta las tecnologías de vanguardia.

El autor, David Pérez, investigador de la Universidad del Valle de México y el Centro de Investigación e Innovación y Desarrollo Tecnológico (CIIDETEC) – UVM Campus Coyoacán, ofrece en este libro un conocimiento profundo y actualizado en el campo de la energía eólica. Gracias a su lectura:

” Descubrirás cómo el viento se convierte en energía eléctrica mediante aerogeneradores.
” Analizarás las ventajas y desventajas de esta tecnología.
” Explorarás los aspectos técnicos y científicos que hay detrás de su funcionamiento eficiente.
” Aprenderás acerca de la influencia del viento y los factores que afectan a la producción de energía, y te informarás sobre los avances en aerodinámica y mecánica de los aerogeneradores.

Además, este libro te guiará a través de la instalación y puesta en marcha de parques eólicos, la integración de la energía eólica en la red eléctrica, y la gestión eficiente de la energía generada. También examinarás el impacto ambiental de la energía eólica y las medidas de mitigación necesarias para su desarrollo sostenible.

Energía eólica. Fundamentos, tecnologías y aplicaciones es una herramienta con un valor incalculable tanto si eres un profesional como si eres un estudiante que desea profundizar sus conocimientos en esta materia. Te servirá de apoyo para abordar los desafíos actuales y futuros en la generación de energía limpia y renovable.

No pierdas la oportunidad de explorar el vasto potencial de la energía eólica y contribuir al avance de una sociedad más sostenible. ¡Prepárate para adentrarte en el mundo técnico y científico de la energía eólica y marcar la diferencia en el futuro energético global!.

INDICE EXTRACTADO:

Prólogo .......................................................................................................................... XV CAPÍTULO 1 Introducción a la energía eólica ................................................................................ 1 1.1 ¿Qué es energía? ................................................................................................. 1 1.1.1 ¿Qué energías son renovables? .............................................................. 2 1.1.2 ¿Qué energías no son renovables? ........................................................ 2 1.2 ¿Por qué es importante y trascendental contar con energías limpias? .......... 5 1.3 ¿Qué es el efecto invernadero? .......................................................................... 5 1.4 ¿Qué es el cambio climático? ............................................................................. 6 1.5 ¿Qué está haciendo la comunidad internacional para mitigar las emisiones de los gases de efecto invernadero? ............................................................... 6 1.6 ¿Qué hacen los países latinos para mitigar el efecto invernadero? ................ 7 1.6.1 ¿Qué hace España para mitigar el cambio climático? .......................... 7 1.7 Acuerdos internacionales para proteger el medio ambiente ........................... 8 1.8 Energía eólica ...................................................................................................... 8 1.8.1 Importancia de la energía eólica para mitigar el cambio climático ...... 9 CAPÍTULO 2 Antecedentes de la energía eólica ........................................................................... 11 2.1 Introducción ......................................................................................................... 11 2.2 ¿Qué es la energía eólica y cómo funciona? ..................................................... 11 2.3 Historia de la energía eólica ............................................................................... 14 2.4 Ventajas y desventajas de la energía eólica ..................................................... 18 2.4.1 Ventajas de la energía eólica .................................................................. 19 2.4.2 Desventajas de la energía eólica ............................................................ 20 2.5 Países líderes en generación de energía eólica ................................................ 21 2.6 Potencial del viento en Europa ........................................................................... 23 2.7 Potencial del viento en Latinoamérica ............................................................... 25 2.8 España apuesta por la energía eólica para su futuro energético .................... 27 2.9 Autoevaluación Capítulo 2 .................................................................................. 29 CAPÍTULO 3 El viento como recurso energético ............................................................................ 31 3.1 Introducción ......................................................................................................... 31 3.2 Características de la atmósfera ......................................................................... 32 3.3 Origen del viento .................................................................................................. 33 3.4 Potencial energético del viento y Ley de Weibull .............................................. 34 3.5 Cálculos de energía eólica y factores que influyen en la producción de energía ............................................................................................................. 46 3.6 Influencia de obstáculos, relieve del terreno y estelas de los aerogeneradores en la producción de energía eólica ....................................... 51 3.6.1 Variación del viento con la altura ............................................................ 56 3.7 Dirección y velocidad del viento y tipos de vientos en la superficie ................ 61 3.7.1 Vientos locales ......................................................................................... 61 3.8 Escala Beaufort ................................................................................................... 63 3.9 Efecto Coriolis ...................................................................................................... 67 3.10 Distribución de Rayleight .................................................................................. 73 3.11 Medición del viento ........................................................................................... 75 3.12 Principios básicos de aerodinámica y mecánica de los aerogeneradores ... 77 3.12.1 Principios básicos de aerodinámica ..................................................... 78 3.12.2 Mecánica de los aerogeneradores ....................................................... 78 3.13 Autoevaluación Capítulo 3 ................................................................................ 79 CAPÍTULO 4 Tecnologías de aerogeneradores .............................................................................. 83 4.1 Introducción ......................................................................................................... 83 4.2 Diseño de aerogeneradores ............................................................................... 83 4.2.1 Aerogeneradores más comunes ............................................................. 88 4.3 Tipos de aerogeneradores .................................................................................. 91 4.3.1 Aerogeneradores de eje horizontal ......................................................... 92 4.3.2 Aerogenerador eje horizontal tipo offshore ............................................ 96 4.3.3 Aerogeneradores de eje vertical ............................................................. 97 4.3.4 Aerogeneradores «especiales» ................................................................ 99 4.4 Componentes y partes clave de un aerogenerador .......................................... 100 4.4.1 Torre de contención ................................................................................. 101 4.4.2 Álabes ....................................................................................................... 102 4.4.3 Rotor .......................................................................................................... 102 4.4.4 Góndola ..................................................................................................... 102 4.4.5 Generador ................................................................................................. 102 4.4.6 Caja de engranajes .................................................................................. 102 4.4.7 Sistema de frenado .................................................................................. 103 4.4.8 El sistema de control ............................................................................... 103 4.4.9 Convertidor de potencia .......................................................................... 103 4.4.10 El sistema de refrigeración ................................................................... 103 4.4.11 Sistema de lubricación .......................................................................... 104 4.4.12 El sistema de iluminación y señalización ............................................. 104 4.4.13 Sistema de orientación ......................................................................... 104 4.4.14 Cimientos terrestres .............................................................................. 105 4.4.15 Cimientos offshore ................................................................................. 108 4.5 Innovaciones tecnológicas en aerogeneradores ............................................... 110 4.6 Proceso de conversión de la energía eólica cinética del viento en energía eléctrica .............................................................................................................. 112 4.6.1 Tipos de generadores .............................................................................. 114 4.6.2 Subsistemas de regulación y control ...................................................... 117 4.7 Curva de potencia de los tipos de aerogenerador ............................................ 123 4.8 Autoevaluación Capítulo 4 .................................................................................. 126 CAPÍTULO 5 Instalación y puesta en marcha de parques eólicos .............................................. 131 5.1 Introducción ......................................................................................................... 131 5.2 Selección ideal de ubicación de parques eólicos ............................................. 131 5.3 Construcción de parques eólicos ....................................................................... 134 5.3.1 Selección de la ubicación ........................................................................ 134 5.3.2 Equipamiento y construcción .................................................................. 134 5.3.3 Obtención de permisos y autorizaciones ................................................ 135 5.3.4 Pruebas y puesta en marcha .................................................................. 135 5.3.5 Operación y mantenimiento .................................................................... 135 5.4 Operación de parques eólicos y tipos de mantenimiento ................................ 136 5.4.1 Mantenimiento preventivo ...................................................................... 137 5.4.2 Mantenimiento correctivo ....................................................................... 137 5.4.3 Mantenimiento predictivo ........................................................................ 137 5.5 Autoevaluación Capítulo 5 .................................................................................. 139 CAPÍTULO 6 Integración de parques eólicos a la red eléctrica ................................................... 141 6.1 Introducción ......................................................................................................... 141 6.1.1 Estudios preliminares .............................................................................. 143 6.2 Diseño de la infraestructura eléctrica ................................................................ 144 6.3 Interconexión de aerogeneradores .................................................................... 146 6.3.1 Subestación del parque eólico ................................................................ 148 6.3.2 Líneas de transmisión ............................................................................. 150 6.3.3 Subestación de conexión ......................................................................... 152 6.3.4 Sincronización con la red eléctrica ......................................................... 154 6.3.5 Pruebas y certificación ............................................................................. 156 6.4 Sistema de almacenamiento de energía ........................................................... 158 6.4.1 Baterías ..................................................................................................... 159 6.4.2 Pilas de combustible ................................................................................ 159 6.4.3 Almacenamiento hidráulico ..................................................................... 160 6.4.4 Almacenamiento térmico ......................................................................... 160 6.4.5 Almacenamiento de aire comprimido ..................................................... 160 6.4.6 Almacenamiento de hidrógeno ............................................................... 161 6.5 Desafíos de la integración de la energía eólica en la red eléctrica ................. 162 6.6 Soluciones para la integración de energía eólica en la red eléctrica .............. 164 6.7 Autoevaluación Capítulo 6 .................................................................................. 166 CAPÍTULO 7 Perspectivas de la energía eólica ............................................................................ 171 7.1 Introducción ......................................................................................................... 171 7.2 Innovaciones futuras en tecnologías de aerogeneradores .............................. 172 7.2.1 Materiales compuestos reciclables ........................................................ 172 7.2.2 Álabes más largos y flexibles .................................................................. 173 7.2.3 Aerogeneradores con placas solares integradas ................................... 173 7.3 Mejoras en la eficiencia de la energía eólica .................................................... 174 7.3.1 Diseño aerodinámico de los álabes ........................................................ 174 7.3.2 Reducción de las pérdidas y la resistencia mecánica ........................... 175 7.3.3 Mejoras en la transmisión y distribución de la energía eólica .............. 175 7.3.4 Eficiencia en la captación y aprovechamiento del viento ..................... 176 7.4 Oportunidades de crecimiento y desarrollo en la industria de la energía eólica .................................................................................................................. 177 7.5 Nuevos materiales y tecnologías en la energía eólica ...................................... 179 7.6 Smart Grid ............................................................................................................ 182 7.6.1 Definición y características de los Smart Grids ..................................... 183 7.6.2 Descripción de la energía eólica y su importancia en el contexto de los Smart Grids ..................................................................................... 184 7.6.3 Integración de la energía eólica en la red eléctrica ............................... 186 7.6.4 Tecnologías de control utilizadas en los Smart Grids para la energía eólica ........................................................................................ 191 7.6.5 Tecnologías de comunicación utilizadas en los Smart Grids para la energía eólica ........................................................................................ 193 7.7 Autoevaluación Capítulo 7 .................................................................................. 196 CAPÍTULO 8 Casos de éxito de proyectos eólicos ......................................................................... 201 8.1 Introducción ......................................................................................................... 201 8.2 Casos de éxito en energía eólica en todo el mundo ......................................... 201 8.2.1 Casos de éxito en Europa ........................................................................ 202 8.2.2 Casos de éxito en América ...................................................................... 205 8.2.3 Casos de éxito en Asia ............................................................................. 208 8.2.4 Casos de éxito en África .......................................................................... 211 8.2.5 Casos de éxito en Oceanía ...................................................................... 215 8.3 Proyectos de energía eólica en condiciones climáticas extremas ................... 218 8.3.1 Energía eólica en las zonas polares ....................................................... 219 8.4 Autoevaluación Capítulo 8 .................................................................................. 222 CAPÍTULO 9 Economía y financiación de proyectos de energía eólica ...................................... 225 9.1 Introducción ......................................................................................................... 225 9.2 Análisis de coste-beneficio de proyectos de energía eólica ............................. 225 9.3 Vida útil de los aerogeneradores ........................................................................ 227 9.4 Autoevaluación Capítulo 9 .................................................................................. 230 CAPÍTULO 10 Marco legal y regulaciones en la energía eólica ..................................................... 233 10.1 Introducción ....................................................................................................... 233 10.2 Marco jurídico y regulatorio de la energía eólica en España ......................... 234 10.2.1 Ley del Sector Eléctrico ......................................................................... 234 10.2.2 Real Decreto de Acceso y Conexión a las Redes Eléctricas ............... 234 10.2.3 La Ley de Cambio Climático y Transición Energética .......................... 235 10.3 Licencias, permisos y autorizaciones para proyectos de energía eólica en España .......................................................................................................... 235 10.4 Introducción al Código de Red. ¿Qué es y por qué es importante? .............. 236 10.5 Requisitos técnicos del Código de Red para proyectos eólicos ..................... 237 10.5.1 Código de Red: Calidad ......................................................................... 237 10.5.2 Código de Red: Seguridad ..................................................................... 238 10.5.3 Estabilidad del suministro eléctrico ..................................................... 239 10.6 Normas y procedimientos del Código de Red para la conexión de proyectos eólicos en España ....................................................................... 240 10.6.1 Sistema eléctrico español ..................................................................... 240 10.6.2 Normas aplicables en España en la industria eléctrica ...................... 242 10.6.3 Requerimientos técnicos del Código de Red ....................................... 243 10.7 Cumplimiento y certificación del Código de Red en proyectos eólicos ......... 244 10.8 Normas y certificaciones internacionales de calidad aplicables a la operación y puesta en marcha de un parque eólico ................................ 245 10.9 Autoevaluación Capítulo 10 ............................................................................. 250 CAPÍTULO 11 Eficiencia energética y gestión de la energía eólica ............................................... 253 11.1 Introducción ....................................................................................................... 253 11.2 Técnicas para mejorar la eficiencia energética de la generación eólica en España .......................................................................................................... 253 11.3 Gestión de la energía producida por parques eólicos .................................... 255 11.4 Optimización de la distribución de la energía eólica en la red eléctrica ....... 256 11.5 Gestión de la energía producida por parques eólicos .................................... 257 11.6 Optimización de la distribución de la energía eólica en la red eléctrica ....... 259 11.7 Autoevaluación Capítulo 11 ............................................................................. 262 CAPÍTULO 12 Impacto ambiental de la energía eólica .................................................................. 265 12.1 Introducción ....................................................................................................... 265 12.2 Evaluación de los efectos ambientales de los parques eólicos .................... 265 12.3 Conservación de la vida silvestre y hábitats en áreas de la energía eólica .. 268 12.4 Mitigación de impactos sonoros y visuales ..................................................... 270 12.4.1 Impactos visuales .................................................................................. 270 12.4.2 Impactos sonoros .................................................................................. 272 12.5 Autoevaluación Capítulo 12 ............................................................................. 276 CAPÍTULO 13 Operación y mantenimiento de un parque eólico ................................................... 279 13.1 Introducción ....................................................................................................... 279 13.2 Tipos de mantenimiento ................................................................................... 279 13.2.1 Mantenimiento preventivo .................................................................... 280 13.2.2 Mantenimiento correctivo ..................................................................... 286 13.3 Planificación y programación del mantenimiento .......................................... 289 13.4 Gestión de repuestos y materiales .................................................................. 293 13.5 Seguridad y salud laboral en el mantenimiento ............................................. 294 13.5.1 Caída en altura ....................................................................................... 295 13.5.2 Arco eléctrico .......................................................................................... 296 13.5.3 Incendio .................................................................................................. 298 13.5.4 Protecciones para el ruido en el mantenimiento ................................ 299 13.5.5 Capacitación y entrenamiento .............................................................. 300 13.5.6 Procedimientos de trabajo seguros ...................................................... 301 13.5.7 Gestión de sustancias peligrosas ......................................................... 302 13.5.8 Cultura de seguridad ............................................................................. 302 13.6 Evaluación de la eficiencia y la calidad del mantenimiento .......................... 302 13.7 Autoevaluación Capítulo 13 ............................................................................. 305 Glosario ....................................................................................................................... 309 Solucionario ejercicios ............................................................................................... 333 Solucionario autoevaluación ..................................................................................... 341 Referencias ................................................................................................................. 345