Haize-sorgailu

Haize-sorgailuak edo aerosorgailuak (batzuetan sorgailu eolikoak) haizearen energia zinetikoa energia elektriko bihurtzen duen gailuak edo makinak dira. Funtsean, haizeak abiarazten duen turbina batek (turbina eolikoa) mugitzen duen sorgailu elektriko bat litzateke.

Offshore sorgailu eolikoak (Belgika)

Sorgailu eoliko indibiduala
(1,75 Kw, diametroa 2m), Donostiako udaletxearen aurrean.

Aurrekari zuzena haize-errotak dira, antzinean putzuetatik ura ateratzeko edo zerealak txikitzeko erabili oi ziren makinak.

Haizearen energia zinetikoak errotore-helize bati ematen dio energia eta palen aerodinamikari esker, biraka jartzen du errotorea, energia mekaniko bilakatuz. Biraka dabilen errotoreak sorgailu elektriko baten errotorea birarazten du, kutxa biderkatzaile batetik igaro ostean. Sorgailuak modu alternoan sortzen du elektrizitatea maiztasun irregularrean, sareratzea ezinezkoa izanik. Horregatik, KA/KZeko bihurgailu baten bidez korronte zuzenera bihurtzen da, gero, beste KZ/KA bihurgailu baten bidez, korronte alternora bilakatzeko. Azken pausu honetan, sarera injektatu ahal izateko maiztasun zehatz bat ezartzen zaio.

Aerosorgailuak bakarka lan egin dezakete, modu isolatu batean, edo taldeka, parke eolikoetan edo jenerazio eolikoen plantetan.

Aerosorgailu mota ezberdinak existitzen dira eta potentziaren arabera, errotazio ardatzaren disposizioaren arabera, sorgailuaren arabera... sailkatzen dira.

Bideragarritasun ekonomikoa frogatu ondoren, haize-energia gero eta ezagunagoa bihurtzen ari da gaur egun. Energia elektrikoa modu garbian eta banatuan sortzeko garatutako teknologia da, eskaria hazi egin zelako eta erregai tradizionalen eremuan gero eta egoera geopolitiko konplexuagoa zegoelako.

Haize-sorgailu elektrikoak XX. mende erditik aurrera erabiltzen hasi ziren landa-eremuetako etxe bakartuetan.

Historia

James Blyth en elektrizitatea sortzeko ardatz bertikaleko haize-turbina, 1891. urtean.

Nashtifan haize turbinak, Sistan-en (Iran)

Historian dagoen lehen haize makinaren aztarna, Alexandriako Heroiaren errotatxoarena da, (KO 10. eta KO 70. urteen artean).

Hala ere, ezagutzen den lehenengo instalazio eolikoa Pertsia ekialdeko probintzia batean (gaur egungo Iran) eraiki zen, VII. mendearen inguruan. Makina eoliko honek, "Panemone" izena zeukan, ohialez estalitako 12 besok osatzen zuten eta gaur egungo ardatz bertikaleko makina eoliko baten deskripziora hurreratzen zen, mota honetako historiako lehenengoa izan zelarik. Honek, alea energia eolikoa erabiliz ehotzeko aukera eman zuen antzina.

Europan aldiz, energia eolikoa Erdi Aroan agertu zen eta agertu ziren lehenengo erregistroei erreparatuz gero, XI. eta XII. mendeetako erregistroak daude gaur egungo Erresuma Batuan.

Garai hartako gurutzatu alemanen txostenak daude hauen osaera eta funtzionamendua azallduz haize-errotak fabrikatzeko trebetasunak Siriara eraman zituztelarik 1190. urtearen inguruan.

XIV. mendean, Herbehereetako haize-errotak Rin ibaiko deltaren eremuak drainatzeko erabiltzen ziren haize errotak eta Fausto Veranzio asmatzaile kroaziarrak turbina eoliko aurreratuak deskribatu zituelarik garai hartan lehen aldiz. Machinae Novae (1595) zeukan izena liburu honek, eta bertan hosto - kurbatudun edo "V" formako paladun ardatz bertikaleko aerosorgailuak deskribatu zituen asmatzaile honek.

Elektrizitatea sortzen zuen lehen haize-turbina 1887ko uztailean instalatu zuen James Blyth akademiko eskoziarrak. Asmakizunari eman zitzaion lehen erabilera, asmatu zuenaren oporretako etxea argindarrez hornitzea izan zen, hau Marykirk-en (Eskozia) kokatzen zelarik.

Hilabete batzuk geroago, Charles F. Brush asmatzaile estatubatuarrak automatikoki operatutako lehen turbina eolikoa eraiki zuen eta hau egin ostean, honek unibertsitateko irakasleei eta Jacob S. Gibbs eta Brinsley Coleberd ikasleei kontsulta egin zien, Cleveland (Ohio) ko elektrizitate sorkuntzarako baimenak lortu zituen, proiektua era arrakastatsu batean martxan jarri zelarik orduan.

Erresuma Batuan aldiz, Blyth en turbinaren bitartez produztitutako energia garestia zela esaten zen. Hala ere, Biztanleria sakabanatuta zegoen lurraldeetan energia mota honen kostuaren eta produzitutako energiaren arteko erlazioa oso ona zela ikusi zen, zenbait tokitan arrakasta handia lortu zuen energia elektrikoa lortzeko metodo honek.

Danimarkan ostera, 1900. urtean, 2500 bat haize errota zeuden instalaturik eta esatekoa da garai hartan hauek lan mekanikoak egiteko soilik erabiltzen zirela, ur ponpaketa eta aleen ehoketa egiteko adibidez.

Makina eoliko hauen nondik norako batzuk aipatuz, handienak 24 metroko inguruko garaiera zeukaten, herrialde osoari dagokionez 30 MW ko potentzia instalatu bat zegoelarik.

1908. urterako, Estatu Batuetan 72 sorgailu elektriko zeuden instalaturik eta hauek, 5 eta 25 KW arteko potentzia izendatua ematen zuten orduan. Urte haietan lehen mundu gerra piztu zen eta AEB etan, urtero nekazaritzarako (ponpaketa lanak eta aleen ehoketa egiteko batik bat) 100.000 haize errota ekoizten ziren.

1930eko hamarkadan ostera, elektrizitate-sorgailu eolikoak ohikoak ziren baserrietan, batez ere Estatu Batuetan. Lurraldeak oso zabalak zirenez, eta distantzia luzeak zeudenez sorkuntza zentraletatik sakabanatuta zeuden landetxeetara, hemen bizi ziren biztanleek sorgailu eolikoak instalatu zituzten, landetxeak energia elektrikoz hornitu zituztelarik. Fenomeno hau bultzatu zuten zenbait faktore, garai hartan erresistentzia altuko altzairuaren prezio baxua eta aerosorgailuen eraikuntza sinplea izan ziren, sorgailua aurrefabrikatutako dorre bertikal baten gainean muntatzen zelarik.

Gaur egungo aerosorgailu modernotik gertuen dagoen aintzindaria, Yaltan (SESB) instalatu zen, 1931. urtean. Hau, 100 kW ko potentzia izendatua zeukan sorgailu elektriko bat zen, 30 metroko garaiera zeukan eta elektrizitatea zuzenean 6300 V ra produzitzen zuen, tokiko banaketa sarera hau zuzenean konektatzeko aukera zegoelarik. Aipatzekoa da halaber, urte betean eduki zuen lan faktorea %32 koa izan zela, gaur egungo turbina eolikoetara gerturatzen delarik zifra hau.

1941eko udazkenean, MW batetik gorako potentzia izendatua zeukan lehen turbina eolikoa jarri zen martxan. Hau Vermonteko banaketa sare publikoari konektatu zitzaion garai honetan eta sorgailuak 1.100 orduz lan egin ostean, matxura larri bat jasan zuen. Garai hartan II. mundu gerra puri purian zegoenez, ez zen berau konpondu, material falta zela eta.

10 urte beranduago, Erresuma batuan banaketa sarera zuzenean konektatuta zegoen lehen turbina eolikoa eraiki zen. John Brown & Company-k ekoiztu zuen eta Orkney artxipielagoan instalatu zen.

1950 eta 1960 eko hamarkadetan, erregai fosilek eta energia nuklearrak hartu zuten protagonismo handia zela eta, aerosorgailuen gainean zeuden ikerketak eta berrikuntzak bertan behera gelditu ziren, energia berri haiek zituzten abantaila potentzialak zirela eta.

1973. urtean gertatu zen petroleoaren krisiak eta gizartean zenbat eta indar handiagoa hartzen zijoan mugimendu antinuklearrak, Danimarka-ko zenbait biztanle beraiek sortutako 22 Kw inguruko turbinak sortzera bultzatu zituen eta bertako gobernuak hauen emaitza onak ikusi ostean, 1980. hamarkadan turbina handi eta indartsuagoak sortzeko dirulaguntzak eman zituen, energia eolikoak garai hartan aurrerapausu handia eman zuelarik gertaera hauei esker.

1990 eko hamarkadan, turbina eolikoen garapena, europako eta beste hainbat tokitara zabaldu zen, alemaniako gizarte mugimenduak, espainiako turbina eraikitzaileak eta estatu batuetako inbertsoreak batu zirelarik momentu hartan.

Gaur egun energia eolikoak daukan hedapenak, turbina hauek osatzen dituzten material batzuen gaineko gatazka geopolitikoa handituko duela esaten dute zenbait iturrik, lur arraro deiturikoek haiengan dituzten elementu batzuk erabiltzen direnez( sorgailu elektrikoen ardatzetan eta hauek osatzen dituzten elektronika ekipo konplexuetan), neodimioa (iman iraunkorreko motor elektrikoetan), praseodimioa eta disprosioa.

Hau, pil-pilean dagoen eztabaida da, material hauek erabiltzen ez dituzten sistemak sortuta daudelako jadanik ( kanpo eszitazioa duten sorgailu sinkronoak) esate baterako.

Energia eolikoaren ustiaketa

Parke eolikoak Euskal Herrian

Energia eolikoa haizeak aerosorgailuaren palak mugitzerakoan sortzen den energia da. Haizeak duen energia mekanikoa energia elektriko bihurtu eta sare batean sartzean datza honen ustiaketa. Energia iturri honen ustiaketa garapen prozesuan da eta kontsumo energetikoaren eskaeragatik igotzen ari da.

Normalean, haize zonalde onenak diren tokietan ezarri ohi dira haize-sorgailuak. Honakoak dira gune horiek:

• Kostaldea, lur eta itsasoaren arteko aire-korronte termikoak direla eta;
• Ordoki kontinental handiak, gune ezberdinetako tenperatura ezberdintasunak aire-korronte egonkorrak sortzen baititu;
• Zonalde menditsuak, gailurren inguruan haizeak habiadura altuagoa izaten baitu.

Haize sorgailu motak

Aerosorgailu mota ezberdinak existitzen dira eta potentziaren arabera, errotazio ardatzaren disposizioaren arabera, sorgailuaren arabera... sailkatzen dira.

Ardatz horizontalekoak

Ardatz horizontaleko turbina baten eskema: # Oinarria # Sare elektrikora lotura # Dorrea # Eskilara # Orientazio sistema # Gondola # Sorgailua # Anemometroa # Galgak edo balaztak # Transmisioa # Palak # Palen orientazio sistema # Abatza edo bujea

Aerosorgailu hauek, ekipoaren errotazio ardatza lurrarekiko paraleloa izaten dute.

Ardatz horizontalaren zati nagusiak eta hauen funtzioak honakoak dira:

• Errotorea: errotorearen palak, material konposatuekin eraikitzen dira batez ere, eta biratzean, momentu angeluar bat sortzen dute sorgailuaren ardatzean. Errotore modernoek 42m-tik 80m-ko diametroa eduki dezakete eta MW askoko potentziak ekoitzi. Errotazioaren abiadura palaren puntako abiaduraren arabera mugatua da (palaren puntaren abiadura irizpide akustikoek mugatzen dute). Haizearen abiaduraren arabera orientazio sistema baten bidez palen irekidura aldatuko da, abiadura gehiegi har ez dezaten.
• Gondola edo nacelle-a: bertan kokatzen dira aerosorgailuaren elementu mekaniko eta elektriko guztiak (biderkatzailea, sorgailua, kontrol armairua,...)
• Engranaje-kutxa: hauen funtzioa errotorearen ardatzaren biraketa abiadura txikia sorgailuaren ardatzaren abiadura handira transformatzea da. Zenbait modelok ez dute horrelakorik.
• Sorgailua: mota askotakoak izan daitezke, aerosorgailuaren diseinuaren araberakoak. Sinkrononoak ala asinkrononoak, urtxintxa-kaioladunak edo bi aldiz elikatuak, elektroimanekin edo iman permanenteekin izan daitezke. Beraz, sorgailuak energia mekanikoa elektrizitate bihurtzen du.
• Dorrea: sorgailua leku altuenean mantentzen du, bertan haizeak intentsitate handiagoa duelako eta horrela palek bira egin dezakete eta ekipoaren kargak lurrera transmititu ahal dira.
• Kontrol sistema: ekipoaren funtzionamenduaren segurtasunaz arduratzen da, gondolaren orientazioa, palen posizioa eta ekipoak emandako potentzia totala kontrolatzen du.

Ardatz bertikalekoak

Darrieus motako ardatz bertikaleko haize-sorgailu bat, antarktidan.

Haize-sorgailu hauetan, errotazio ardatza lurrarekiko perpendikularra da.

Hauen abantailak honakoak dira:

• Dorrerik ez dute behar, eta ondorioz, bere sistemen instalazioa eta mantentzea errazagoa da.
• Orientazio mekanismorik ez dute behar.
• Zarata gutxiago sortzen dute.

Desabantailak berriz, honakoak dira:

• Lurretik hurbilago daudenez, hartzen duten haizearen abiadura txikia da.
• Efizientzia txikiagoa dute.
• Ez dira automatikoki abian jartzen, sarera konektatuta egon behar dira sorgailua motor bat bezala erabili eta abiarazi ahal izateko.
• Kable tentsoreak behar dituzte.

Beste mota batzuk

Sorgailu eoliko txiki bat, ardatz bertikalekoa, Bristolen.

Sorgailu minieolikoak eta mikroeolikoak: 100 kW baino gutxiagoko potentziak sortzen dituzten instalazioak sartu ohi dira talde honetan. Norbanakoen erabilerara bideratuak dira, herrigunetik urrun dauden etxe edo zerbitzuetan, itsasontzi edo karabanetan eta abarretan topa daitezke. Instalazio handietan ere ezar daitezke,lantegietan, adibidez, kontsumo elektrikoa murrizteko.

Elikadura bikoitzeko sorgailuak: maiztasuna modulatzen duen gailu bat izatea da ezaugarri nagusia. Horri esker arazorik gabe lotu daitezke sarera, palen biraketa abiadura edozein dela ere maiztasun egokiko uhin elektrikoa eraginez.

Bi paladunak: turbina gehienek hiru pala dituzte, baina badira bi paladun sorgailuak ere, normalean txikiagoak direnak. Hiru paladunek egonkortasun mekaniko hobea dute, baina material gehiago eskaten dute.

Norabide bikoitzeko paladun sorgailuak: Energia eolikoa hobeki profitatzeaz gain, kontrako norantzan biratzen duten ardatzek tentsioak gutxitzen dituzte dorrean.

Palarik gabekoak: hainbat mota ezberdinetakoak existitzen dira.

Eraginkortasuna

Masaren kontserbazio legea betetzeko, turbina batean sartzen eta irteten den aire-kantitateak berdina izan behar du. Horren ondorioz, Betz-en legearen arabera haize-sorgailu batek xurga dezakeen gehinezko energia lor dezake. Hain zuzen ere %59,3 (16/27 ≈ 3/5)

Haize-sorgailu baten potentzia teoriko maximoa, beraz, airearen energia zinetikoa haize-sorgailuaren palen azalera eraginkorrera iristen den abiadura halako 16/27 da. Haize-sorgailuaren palen azalera eraginkorra A , haizearen dentsitatea ρ eta haizearen abiadura v bada, hau da irteerako potentzia teoriko maximoaren formula ($P_{max}$):

$P={\frac {16}{27}}{\frac {1}{2}}\rho v^{3}A={\frac {8}{27}}\rho v^{3}A$

Betzen teoriaz gain, beste faktore batzuk daude eranginkortasunean zuzenki eragiten dutenak. Lehena eta garrantzitsuena, errotorearen eraginkortasuna da, bertan, palen marruskadura eta arrastrea hartzen dira kontuan. Hortik aurrera dauden zati bakoitzak bere eraginkortasuna dauka, kutxa-biderkatzaileak edo sorgailu berak esaterako. Haize-sorgailuaren eraginkortasun totala lortzeko, eraginkortasun guztiak hartu behar dira kontuan, guztiak biderkatuz. Beraz, Betzen teoriarekin lortutako eraginkortasun maximoaren %80 inguruan ibiltzen dira haize-sorgailuen abiadura nominaleko eraginkortasunak, hau da, guztira %40 ingurukoak.

Denboraren poderioz eraginkortasunak beherakada bat jasan dezake, eta arrazoi nagusietako bat hautsa eta higadura mekanikoak dira. Denborarekin, perfil aereodinamikoa aldatu egiten da eta lehen aipatutako errotorearen eraginkortasuna murrizten da. Bestalde, higadura mekanikoaren ondorioz, barruko gailu guztien eraginkortasunak ere beherakada bat jasan dezake. Danimarkan 10 urtetik gorako 3128 turbina eolikoren analisiak erakutsi zuen turbinen erdiek ez zutela eraginkortasunean murrizketarik, eta beste erdiek, berriz, ekoizpena %1,2 murriztu zela urtean.

Airearen abiadura da turbinaren eraginkortasunaren eragile nagusia, horregatik garrantzitsua da leku egokia aukeratzea. Haizearen abiadura handia izango da kostatik hurbil, lurraren eta ozeanoaren arteko tenperatura-aldea dela eta. Beste aukera bat mendi-tontorretan jartzea da. Haize-sorgailua zenbat eta handiagoa izan, martxan jartzeko haize-abiadura gero eta handiagoa da.

Ikus, gainera

• Energia eoliko
• Energia berriztagarri

Kanpo estekak

• Datuak: Q49833
• Multimedia: Wind turbines / Q49833