¿Cuáles son los tipos comunes de turbinas eólicas?

Las turbinas eólicas comunes se dividen principalmente en dos categorías según la dirección de su eje de rotación: turbinas eólicas de eje horizontal y turbinas eólicas de eje vertical, siendo las de eje horizontal el tipo de aplicación más común. A continuación, se presentan las principales clasificaciones y características:

1、 Turbina eólica de eje horizontal (HAWT)
El eje de rotación del aerogenerador es paralelo al suelo y sus palas se asemejan a las hélices de un avión. Representa más del 95 % de la capacidad instalada mundial de energía eólica.

Tipos principales:

1. tipo ceñida

El aerogenerador gira delante de la torre de cara al viento, lo que requiere un sistema de guiñada para contrarrestar el viento.

Ventajas: Reduce el efecto sombra de la torre (interferencia de la torre con el flujo de aire), alta eficiencia.

Desventajas: Requiere un dispositivo de guiñada y tiene una estructura compleja.

La gran mayoría de las turbinas eólicas modernas de gran escala (más de 1,5 MW) adoptan este diseño.

2. Tipo de viento a favor

El aerogenerador está situado detrás de la torre y puede adaptarse automáticamente al viento (sin necesidad de un sistema de guiñada activo).

Desventaja: El efecto sombra de la torre provoca fluctuaciones de tensión en las palas, haciéndolas propensas a la fatiga.

Se utiliza con menos frecuencia en turbinas eólicas tempranas o pequeñas.

2、 Turbina eólica de eje vertical (VAWT)
El eje de rotación del aerogenerador es perpendicular al suelo y puede captar el viento desde cualquier dirección sin necesidad de un sistema de orientación. Actualmente, se utiliza principalmente para la generación de energía distribuida a pequeña escala o en escenarios especiales.

Tipos principales:

Tipo Darrieus

Las palas son curvas (como en forma de "Φ") y giran mediante sustentación aerodinámica.

Ventajas: Alta velocidad y alta eficiencia.

Desventaja: No puede iniciarse por sí solo, requiere equipo auxiliar; la tensión estructural es alta, lo que dificulta la ampliación.

Tipo Savonius

Las palas tienen forma de S y de barril y son impulsadas por la resistencia del viento.

Ventajas: Alto par de arranque, fácil arranque a bajas velocidades del viento, estructura simple.

Desventajas: Baja eficiencia (menos del 15%), comúnmente utilizado en anemómetros o pequeños dispositivos de carga.

En forma de H (hoja recta Darius)

Adopción de una combinación de cuchillas rectas y varillas de soporte para una fácil fabricación.

En los últimos años se ha prestado una renovada atención a la integración de edificios o a las pruebas de energía eólica flotante en alta mar.

3、 Clasificado por escenario de aplicación y escala
Gran turbina eólica conectada a la red

La potencia suele ser ≥ 1 MW, con un diámetro de aerogenerador de 80-200 metros, utilizado para parques eólicos.

La corriente principal es el tipo de eje horizontal de tres palas con viento ascendente, con tecnología madura.

Aerogeneradores pequeños y medianos distribuidos

Potencia ≤ 100kW, utilizada en zonas rurales, estaciones base de comunicaciones, granjas, etc.

Incluyendo ejes horizontales o verticales (como tipo H, tipo Savonius).

turbina eólica marina

La mayoría de ellos son grandes aerogeneradores de eje horizontal (5-15 MW o más) con estructuras de cimentación especiales (de un solo pilote, flotantes, etc.).

Se requiere un diseño resistente a la corrosión y a los tifones, lo que genera altos costos de mantenimiento.

Ventilador especial

Difusor tipo mejorado: La estructura en forma de campana acelera el flujo de aire y mejora la eficiencia, pero tiene un costo elevado.

Energía eólica de gran altitud: uso de cometas aéreas o globos de helio para transportar generadores, en fase experimental.

4、 Tendencias tecnológicas y diseños emergentes
Megaescala: la capacidad unitaria de las turbinas eólicas marinas ha alcanzado entre 15 y 18 MW, con longitudes de pala que superan los 120 metros.

Cimentación flotante: adecuada para la energía eólica en aguas profundas, con turbinas eólicas instaladas sobre plataformas flotantes.

Diseño de eje vertical híbrido: Combinando las ventajas de elevación y arrastre, mejora el rendimiento y la eficiencia de arranque.

Inteligencia: Utilización de sensores y algoritmos de IA para optimizar los ángulos de guiñada y de las palas, adaptándose a condiciones de viento complejas.

5、 Resumen y comparación
1. Aerogenerador de eje horizontal de tres palas

Ventajas: La eficiencia de conversión de energía eólica es la más alta (hasta un 50% o más), la tecnología es extremadamente madura, la escala y la economía son las mejores y actualmente es la corriente principal absoluta de los proyectos de energía eólica a gran escala.

Desventajas: Requiere un sistema de guiñada preciso para alinearse con la dirección del viento, con ruido relativamente alto, altos costos de mantenimiento (especialmente para unidades grandes) y altos requisitos técnicos.

Principales aplicaciones: parques eólicos terrestres centralizados, parques eólicos marinos (modelos centrales actuales y futuros).

2. Aerogenerador de eje vertical - tipo Darío

Ventajas: Puede captar el viento desde cualquier dirección sin necesidad de un sistema de orientación. El generador y otros equipos pueden instalarse en el suelo para facilitar el mantenimiento, y el ruido durante su funcionamiento es relativamente bajo.

Desventajas: La eficiencia general es menor que la de un ventilador de eje horizontal y, por lo general, no puede arrancar automáticamente. Al aumentar su tamaño, el desafío de la tensión estructural es mayor y su grado de comercialización es bajo.

Principales aplicaciones: generación de energía distribuida a pequeña escala, energía eólica integrada en edificios, proyectos experimentales y entornos especiales.

3. Aerogenerador de eje vertical - tipo Savonius

Ventajas: Alto par de arranque, capaz de arrancar incluso con baja velocidad del viento y flujo turbulento, estructura muy simple y robusta, bajos costos de fabricación y mantenimiento.

Desventajas: La eficiencia de conversión de energía eólica es muy baja (generalmente menos del 20%) y la velocidad es lenta.

Aplicaciones principales: Pequeños dispositivos de carga, ayudas de ventilación, instrumentos de medición de la velocidad del viento y otros escenarios de bajo consumo.

En resumen, el aerogenerador de eje horizontal de tres palas domina el mercado eólico mundial gracias a su alta eficiencia y a su consolidada cadena industrial. Los aerogeneradores de eje vertical, especialmente el tipo Darío, se han investigado y explorado continuamente en escenarios distribuidos, miniaturizados y de aplicación especial gracias a sus ventajas únicas, y constituyen un complemento importante para el desarrollo diversificado de la tecnología eólica.