Las turbinas de energía eólica de palas tradicionales podrían ser sustituidas en el futuro por parques eólicos con turbinas verticales más compactas y eficientes.
Una nueva investigación de la Universidad de Oxford Brookes ha descubierto que el diseño de las turbinas verticales es mucho más eficiente que el de las turbinas tradicionales en los parques eólicos a gran escala, y que cuando se colocan por parejas las turbinas verticales aumentan el rendimiento de las demás hasta en un 15%.
Un equipo de investigación de la School of Engineering, Computing and Mathematicss (ECM) de Oxford Brookes, dirigido por el profesor Iakovos Tzanakis, ha realizado un estudio exhaustivo con más de 11.500 horas de simulación por ordenador para demostrar que los parques eólicos pueden ser más eficientes si se sustituyen los aerogeneradores tradicionales de eje horizontal (Horizontal Axis Wind Turbines, HAWT, por sus siglas en inglés) por aerogeneradores compactos de eje vertical (Vertical Axis Wind Turbines, VAWT).
Las turbinas verticales son más eficientes que las turbinas eólicas tradicionales
Por primera vez, la investigación demuestra a escala real el potencial de las VAWT de gran tamaño para competir con las actuales turbinas eólicas HAWT.
Las VAWT giran en torno a un eje vertical al suelo y presentan un comportamiento opuesto al conocido diseño de hélice (HAWT). La investigación descubrió que los VAWT aumentan el rendimiento de los demás cuando se disponen en forma de cuadrícula, como se muestra en la foto de portada. El posicionamiento de los aerogeneradores para maximizar su rendimiento es fundamental para el diseño de los parques eólicos.
El profesor Tzanakis explica que «este estudio demuestra que el futuro de los parques eólicos debería ser de tipo vertical. Las turbinas verticales de los parques eólicos pueden diseñarse para estar mucho más juntas, lo que aumenta su eficiencia y, en última instancia, reduce los precios de la electricidad».
«A largo plazo, los VAWT pueden contribuir a acelerar la transición a la energía verde de nuestros sistemas energéticos, de modo que una mayor cantidad de energía limpia y sostenible proceda de fuentes renovables.»
Con la previsión de que la capacidad de energía eólica del Reino Unido casi se duplicará de aquí a 2030, los resultados son un paso adelante en el diseño de parques eólicos más eficientes, la comprensión de las técnicas de captación de energía eólica a gran escala y, en última instancia, la mejora de la tecnología de las energías renovables para sustituir más rápidamente a los combustibles fósiles como fuentes de energía.
Una forma rentable de alcanzar los objetivos de la energía eólica
Según el Global Wind Report 2021, el mundo necesita instalar energía eólica tres veces más rápido durante la próxima década, para cumplir los objetivos de energía limpia y evitar los peores impactos del cambio climático.
El autor principal del informe y licenciado en ingeniería, Joachim Toftegaard Hansen, comentó: «Los parques eólicos modernos son una de las formas más eficientes de generar energía verde, sin embargo, tienen un gran defecto: cuando el viento se acerca a la primera fila de turbinas, se generan turbulencias aguas abajo. Las turbulencias perjudican el rendimiento de las siguientes filas«.
«En otras palabras, la primera fila convertirá en electricidad aproximadamente la mitad de la energía cinética del viento, mientras que en la fila posterior esa cifra se reduce al 25-30%. Cada turbina cuesta más de 2 millones de libras por MW. Como ingeniero, se me ocurrió naturalmente que debía haber una forma más rentable».
El estudio es el primero que analiza exhaustivamente muchos aspectos del rendimiento de los aerogeneradores, en relación con el ángulo del conjunto, el sentido de giro, la separación de las turbinas y el número de rotores. También es el primer estudio que investiga si las mejoras de rendimiento son válidas para tres turbinas VAWT colocadas en serie.
El Dr. Mahak, coautor del artículo y profesor titular de ECM, hace los siguientes comentarios: «No se puede subestimar la importancia de utilizar métodos computacionales para entender la física del flujo. Este tipo de estudios de diseño y mejora suponen una fracción del coste en comparación con las enormes instalaciones de pruebas experimentales. Esto es especialmente importante en la fase inicial de diseño y es extremadamente útil para las industrias que intentan conseguir la máxima eficiencia de diseño y potencia.»
Para más información, visite: Universidad de Oxford Brookes
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