Hiztegia

Haize-sorgailua

Gaur egun energia elektrikoa lortzeko erabiltzen diren haize-sorgailuak hegaztiek eta hegazkinek hegan egiteko erabiltzen duten printzipio beraz baliatzen dira; eusteaz, alegia. Besoen ebakidura berezia dute, eta, hori dela eta, haizeak abiadura desberdina hartzen du besoaren alde ganbiletik eta lautik igarotzen denean. Alde ganbiletik haizea arinago igarotzen da alde lautik baino, eta, horren eraginez, presio-diferentzia sortzen da besoaren bi aurpegien artean. Ondorioz, euste-indarra sortzen da, eta horixe da besoak ardatzaren inguruan birarazten dituena. Ardatzak biratu, eta sorgailu elektrikoari eragiten dio, eta, hala, elektrizitatea ekoizten da.

haize-sorgailua

Osagaiak

Energia elektrikoa ekoizteko erabiltzen diren haize-sorgailuen osagai nagusiak honako hauek dira: errotorea, kaxa eta dorrea. Errotoreak haizea jasotzen du, eta, kaxan, errotorearen energia mekanikoa energia elektriko bihurtzen da. Dorreak errotoreari eta kaxari eusten die. Gaur egun, gehien erabiltzen diren aerosorgailuak 500-2.000 kW-ekoak dira. 80 metro arteko besoak izaten dituzte, eta dorreen luzera, berriz, 40 eta 120 metro artekoa izaten da.

Errotorea besoek eta abatzak osatzen dute. Besoek haizearen energia zinetikoa jaso eta abatzera zuzentzen dute, eta hegazkin-hegoen antzeko diseinua dute. Besoak egiteko, beira-zuntza eta poliesterra erabiltzen dira. Normalean, aerosorgailu bakoitzeko hiru beso erabiltzen dira, egitura horrek egonkortasun handiagoa eman diolako haize-sorgailuari. Besoen diseinuan kontuan hartzen dira erresistentzia aerodinamikoa eta euste-galera; izan ere, luzera handiko besoen ertzetan gertatzen den abiadura handiak muturrera eramaten du materialen erresistentzia. Gaur egun erabiltzen den teknikaren helburua da pisua murriztea, erresistentzia handitzea eta sortzen den hotsa gutxitzea.

besoen luzeraren eta lortutako potentzia izendatuaren arteko erlazioa

Kaxaren oinarrizko osagaiak biderkagailua eta sorgailu elektrikoa dira. Errotoreko abatza abiadura txikiko ardatz batera akoplatuta dago, eta hori, era berean, biderkagailura konektatuta dago. Ohiko haize-turbinetan, abiadura txikiko ardatzaren abiadura nahiko txikia izaten da, 30-50 b/min ingurukoa. Ardatz hori biderkagailura lotuta dago, eta biderkagailua, beste aldetik, abiadura handiko ardatzera. Biderkagailuari esker, abiadura handiko ardatzaren biratze-abiadura aurrekoarena baino 50 bat aldiz handiagoa izatea lortzen da (1.500-2.000 b/min inguru). Ardatz horrek sorgailu elektrikoari eragiten dio. Gehienetan, sorgailu asinkronoa edo indukziozkoa erabiltzen da, eta potentzia maximoa 500-1.500 kW bitartekoa izaten da. Kaxaren barruan beste osagai hauek ere badaude: sistema hidraulikoa, besoen biratzea kontrolatzeko; haizagailu elektrikoa, sorgailua hozteko (batzuetan urez hozten dira); eta olio-bidezko hozte-unitatea, biderkagailuko olioa hozteko.

Kaxaren kanpoaldean haize-orratza eta anemometroa daude, haizearen norabidea eta abiadura neurtzeko, hurrenez hurren. Bi osagai horiek kaxaren barruko ordenagailuaren edo kontrol elektrikoaren unitatera konektatuta daude. Unitate horren bidez, haize-turbinaren egoera aztertu eta orientazio-mekanismoa kontrolatzen da. Anemometroak neurtutako abiadura 5 m/s ingurukoa denean, haize-sorgailua martxan jartzen da; 25 m/s baino handiagoa denean, berriz, gelditu egiten da, turbina eta inguruko osagaiak babesteko. Haize-orratzaren seinalearen arabera, ordenagailuak, orientazio-sistema baten bidez, haizearen kontra birarazten du haize-sorgailua. Funtzionamendu-arazoren bat detektatuz gero, sistema elektrikoak automatikoki geldiarazten du haize-sorgailua, eta, modem bidezko telefono-linea baten bidez, mezua bidaltzen du ordenagailu nagusira.

haize-sorgailuaren osagaiak

Lehen esan bezala, dorrea da kaxari eta errotoreari eusten dien egitura. Dorrearen barruan, halaber, kaxara igotzeko eskailera, sorgailuan lortutako tentsioa handitzeko transformadorea, hainbat funtzio betetzen dituen kontrolgunea eta parkeko haize-sorgailu guztien lotura zentralizatzen duen konexio-kabina daude. Dorreak altzairuz fabrikatutako hodi-itxurako elementuak dira. Gero eta garaiagoak dira, diametro handiagoko errotoreei eutsi ahal izateko eta, beraz, energia gehiago sortzeko; izan ere, zenbat eta gorago, haizearen abiadura handiago da.

Haize-sorgailuak, oro har, bi eratakoak izan daitezke: ardatz horizontalekoak (sorgailu sinkronoa edo asinkronoa izan dezakete) eta ardatz bertikalekoak. Haizetik lortzen den energia hartutako azaleraren araberakoa da, ez besoen azaleraren araberakoa. Horregatik, beso-kopurua ez da beti bera izaten, eta, eskuarki, 1 eta 3 bitartekoa izaten da. Hala ere, simetria-arazoengatik eta jasan beharreko indarren orekagatik, haize-sorgailu moderno gehienak 3 besokoak izaten dira, eta erabilienak sorgailu asinkronoa eta ardatz horizontala dutenak dira. Horietan, besoek abiadura konstantean biratzen dute, eta biderkagailuaren bidez alternadore asinkronora akoplatzen dira. Abiadura finkoa dutenez, biratze-abiadura mantentzeko bultzada aerodinamikoaren arabera orientatzen dira.

haize-sorgailu-motak

Haize-sorgailuaren errendimendua

Haizean eskuragarri dagoen energia

Haizeak duen energia adierazpen honek ematen digu:

P haizearen norabideari zut den azalera-unitateko haize-potentzia da. m, ostera, denbora- eta azalera-unitateko zirkulatzen duen haizearen masa da. v, azkenik, haizearen abiadura da. Masa beste adierazpen honek ematen digu:

Kasu honetan,  airearen dentsitatea da. Itsasoaren mailan 1,25 Kg/m3 ingurukoa da; zenbat eta gorago, airearen dentsitatea hainbat eta txikiagoa da. Beraz, azken hori presioaren adierazpenean ordezkatuta, hauxe lortzen dugu:

<> ikurrak denbora jakin bateko batez besteko balioak adierazten ditu. Kontuan hartu behar da abiaduraren kuboaren batezbestekoa eta abiaduraren batezbestekoaren kuboa ez direla gauza bera. Bien arteko erlazioa honako hau da:

'a' faktorea haizearen <v> abiaduraren araberakoa eta haizea dabilen lur-eremuaren ezaugarrien araberakoa da, eta haizearen turbulentzia neurtzen du.

Haizearen abiadura neurtzeko, anemometroa erabiltzen da. Arruntena zaliak dituen anemometroa da, segundo bakoitzeko bira-kopurua elektronikoki neurtzen duena. Beste anemometro batzuek helize, ultrasoinu, laser eta abarren bidez neurtzen dute abiadura, baina ez dira asko erabiltzen. Aukeratutako lekuan haizeak duen abiadura neurtzeko, haize-sorgailuak izango duen garaiera bereko haga batean jartzen da anemometroa. Haizearen norabidea, ostera, haize-orratzaren bidez detektatzen da.

Ordu eta urte-sasoi desberdinetan jasotako bi datu horiekin haize-arrosa deritzon diagrama marrazten da. Diagrama horren bidez, haizearen norabideen maiztasun erlatiboa eta abiadura bakoitzak batez besteko abiadurari eta haizearen energia-edukiari egiten dion ekarpena zehazten dira. Datu horiek ezagututa, energia-ekarpen handiena egiten duen norabidean, haize-sorgailuei ahalik eta oztopo gutxien jartzen ahalegindu behar da.

Betzen muga: haizetik lor daitekeen energia maximoa

Haize-sorgailu batek haize-energiatik lor dezakeen energia zinetikoa mugatuta dago. Izan ere, haizea, haize-sorgailua zeharkatu ondoren, ezin daiteke zero abiadurarekin atera, eta, aldentzean, hurbiltzean zuen energiaren parte bat darama berekin.

A. Betz zientzialari alemaniarrak haize-sorgailu batek haizetik lor dezakeen energia maximoa energia zinetiko guztiaren 16/27 dela frogatu eta honako adierazpen hau eman zuen:

Pmhaize-sorgailu baten bidez lor daitekeen potentzia maximoa da; parentesi arteko terminoa haize-sorgailuaren sekzioa (S) denbora-unitateko zeharkatzen duen masari dagokion energia zinetikoa da. Adierazpen horretan, jotzen da errotoreak ez duela datorkion haizearen abiadura aldatzen.

Betzen mugak hauxe adierazten du: haize-sorgailu batek ezin du haizearen energia zinetikoaren % 59 baino gehiago lortu. Balio horri, gainera, energia zinetikoa energia erabilgarri bihurtzeko prozesuan galdutako energia kendu behar zaio.

Aurreko adierazpena errotorearen diametroaren (D) funtzioan jarriz gero, beste adierazpen hau izango dugu:

Pm, beraz, D diametroko haize-sorgailu baten bidez lor daitekeen haize-potentzia maximoa da. Diametroa metrotan eta haizearen abiadura m/s-tan jarriz gero, potentzia watt-etan kalkulatzen da.

Urteko produkzioa haize-sorgailuaren potentziaz zatituz gero (2.000.000/600), urteko 3.300 ordu (4,5 hilabete) ateratzen dira. Balio horri 'urteko ordu-kopuru baliokidea' deritzo, eta urtebetean produkzio hori izateko haize-sorgailuak potentzia maximoan funtzionatu beharko lukeen ordu-kopurua adierazten du. Horrek, hala ere, ez du esan nahi haize-sorgailua urtean 3.300 ordutan bakarrik egongo denik martxan. Urte osoan funtzionatuko du, eta haizearen ezaugarrien arabera potentzia desberdina izango du. Erreferentzia gisa, urteko ordu-kopuru baliokidea 2.500 ordu baino handiagoa denean hartzen da kokagunea ontzat.

Haize-sorgailuaren potentzia-kurba

Potentzia-kurbetan, haizearen abiadura bakoitzarekin eskuragarri dagoen potentzia adierazten da. Ondoko grafikoan, 600 kW-eko haize-sorgailu baten kurba karakteristikoa ikus daiteke.

600 kW-eko haize-sorgailuaren potentzia-kurba

Kurbako abiadura aipagarrienak honako hauek dira:

• Abiatze-abiadura (va): haize-sorgailua energia elektrikoa ekoizten hasteko behar den abiadura txikiena.

• Abiadura izendatua (vi): potentzia izendatua (potentzia maximoa) lortzeko behar den abiadura. Abiadura horrekin bihurketa-errendimendu handiena lortzen da.

• Abiadura izendatua baino abiadura handiagoetan, haize-sorgailuaren potentzia balio izendatura mugatzen da, hainbat kontrol-sistema elektriko edota mekanikoren bidez.

• Gelditze-abiadura (vg): abiadura horretatik gora, haize-sorgailua gelditu egiten da, segurtasun-arrazoiengatik.

Esan behar da haize-sorgailuak potentzia maximoan (izendatuan) lan egiten duen urteko ordu-ehunekoa oso txikia dela. Grafikoan ikusten den bezala, vi-ren balioa 16 m/s ingurukoa da (57,6 km/h). Beraz, normal funtzionatuta, abiatze-abiadura (va) gainditzen den guztietan, haize-sorgailuaren produkzioa potentzia izendatua baino txikiagoa izango da.

Haize-sorgailu batek urte batean ekoizten duen energia elektrikoa zenbatekoa den jakiteko, hauxe egin behar da: abiadura-tarte bakoitzerako, urtean zehar abiadura hori izandako ordu-kopuruaren eta abiaduraren arteko biderketa egin, eta tarte guztietako balioak batu.

Beste faktore batzuk

Kontuan hartu beharreko beste bi faktore erliebearen zimurtasuna eta haizearen zizailadura dira. Alde batetik, zenbat eta oztopo gehiago egon ingurunean, hainbat eta txikiagoa izango da haizearen abiadura. Basoek eta hiriek, adibidez, haizea geldiarazi egiten dute; eremu zabalek, ordea, ez diote oztoporik ipintzen. Haizearen norabide nagusietan kilometro bat baino hurbilago dauden oztopoak dira eragin handienekoak. Horrenbestez, zimurtasun-mailak definitzen dira. Zuhaitz edota eraikin ugari dauden inguruneek 3-4 bitarteko zimurtasuna dute, hormigoizko pistek (aireportuek) 0,5 ingurukoa, eta itsasoko azalak, 0. Lehenago abiadurarekin eta norabidearekin egin bezala, zimurdura neurtzeko ere zimurdura-arrosa erabil daiteke.

Beste alde batetik, zizailadura dela eta, lurrera hurbildu ahala haizearen abiadura txikiagotu egiten da. Horregatik, besoak ahalik eta goren jartzen dira, zenbat eta gorago hainbat eta energia gehiago jasotzen dutelako.

Era berean, kontuan hartu behar da haizearen abiadura une batetik bestera ere alda daitekeela. Hala ere, aldaketa gehienak konpentsatu egiten dira haize-sorgailuaren inertziarekin. Horrekin batera, ezagun da haizeak gehiago jotzen duela egunez gauez baino, lurraren eta itsasoaren tenperaturen arteko diferentzia handiagoa delako. Beraz, turbulentziak ere handiagoak dira egunez. Egunez elektrizitate gehiago produzitu ahal izatea abantaila da ekoizleentzat, kontsumoa ere handiagoa baita egunez gauez baino.

Beste faktore bat haize-sorgailutik irteten den aire-lasterra da. Energiaren parte bat besoetan uzten duenez, hurbildutakoan baino abiadura txikiagoaz aldentzen da haize-sorgailutik. Horren ondorioz, abiadura txikiko eta turbulentzia handiko aire-lasterra eratzen da, eta horrek inguruko haize-sorgailuen funtzionamendua oztopa dezake. Hori saihesteko, haize-sorgailuen arteko distantzia diametroaren hirukoitza baino handiagoa izatea komeni da.

Bukatzeko, ingurunearen orografia aipatu behar da, horren egiturak tunel- eta muino-efektuak eragiten baititu. Gune estuetan haizearen abiadura eremu zabalean baino handiagoa izatea da tunel-efektua. Horrelako tokiak ez dira komeni, malkartsuak izanik turbulentzia handiak sortzen direlako. Muino-efektua, ostera, haizea muino batera heldu eta, beste aldean barreiatzean, haizearen abiadura handitzea da.

etorkizunera begira

Lehenago esan bezala, gaur egun erabiltzen diren haize-sorgailuak 500 eta 2.000 kW artekoak dira, oro har, eta 80 m arteko besoak eta 40 eta 120 m bitarteko dorreak izaten dituzte. Dena den, 4,5 MW-ekoak ere merkatuan dira jada, 120 m-ko dorreekin.

Gaur egun, 5 MW-etik gorako potentzia duten haize-sorgailuak garatzen ari dira, eta sorgailu horiek bereziki prestatuta daude itsasoko instalazio eolikoetarako (off-shore instalazioak). 2012. urtearen amaierarako, 5 MW-eko lehenengo prototipoarekin probak egiten hastea espero da, eta 7 MW-ekoa, berriz, 2015erako prest egon liteke.

Etorkizunera begira, aeronautikaren alorreko enpresak diseinu berriak aplikatzen ari dira, besoen eta materialen garapenean sakontzeko eta, ondorioz, errendimendua hobetzeko. Horretaz gain, potentzia elektronikoan ere sistema berriak garatzen ari dira makinen eraginkortasuna hobetzeko. Horren guztiaren helburua da haize-sorgailuen kalitatea hobetzea eta prezioaren eta errentagarritasunaren arteko erlazioa handitzea.

Bixente Alonso (Enerlan)