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El primer generador eléctrico superconductor para molinos eólicos de mediana potencia

Este prototipo es el primero del mundo pensado para ser utilizado en aerogeneradores standard de mediana potencia. Los materiales superconductores simplifican el sistema, y lo hacen más fiable y eficiente. Es un proyecto de investigadores del CSIC y la empresa Gamesa.

Esquema de un aerogenerador convencional. La caja de engranajes del multiplicador es mucho más voluminoso que el generador. Con el nuevo generador superconductor, el multiplicador podría ser menos pesado y voluminoso. Los superconductores son materiales sin resistencia eléctrica (por lo que pueden conducir electricidad sin pérdidas). También en el campo de la generación de energía son prometedores: el uso de imanes basados en bobinas superconductoras en generadores eléctricos disminuye su peso y dimensiones, así como las pérdidas por calentamiento.

Avanzar en este campo es lo que se persigue con el proyecto desarrollado por Gamesa Innovation and Technology, empresa española líder en el campo de la energía eólica, junto al Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona del CSIC y el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, centro mixto del CSIC y de la Universidad de Zaragoza.

El proyecto, que ha sido parcialmente financiado por el Ministerio de Innovación y Competitividad (Retos Colaboración RTC-2014-1740-3), ha finalizado con éxito la primera fase de desarrollo con un primer prototipo de generador eléctrico superconductor de mediana velocidad para ser utilizado de forma directa en molinos eólicos convencionales de potencia intermedia (de la clase 2 Megawatios).

Se trata de un generador más ligero que puede obtener la misma potencia o más que los generadores convencionales con menor velocidad de rotación (un tercio de la habitual). Además, es más ligero que un generador convencional, por lo que el multiplicador (el conjunto de engranajes que transmite y multiplica el movimiento de las palas al generador) no debe hacer tanto esfuerzo para moverlo. Eso permite reducir el peso del conjunto, así como el número de engranajes del multiplicador, lo que simplifica y aligera la estructura del conjunto mecánico general.

Es un generador más ligero que obtiene la misma potencia o más que los generadores convencionales con menor velocidad de rotación

Este es un punto crítico de los aerogeneradores, según explican los científicos del proyecto. Los engranajes del multiplicador deben resistir un gran esfuerzo mecánico. Si se reduce la velocidad de rotación se reduce el número de engranajes necesarios, se aligera el peso y, el resultado es un menor esfuerzo mecánico y menosr inercia. Se reduce el riesgo de paradas por averías y el mantenimiento es menos complejo.

Vista parcial del generador superconductor, en la fase de pruebas en laboratorio. El generador eléctrico superconductor, además, no incorpora hierro en su circuito magnético y usa mucho menos cobre que los convencionales, lo que da lugar a una mayor eficiencia y a menor disipación de energía en forma de calor, lo que a su vez reduce la necesidad de refrigeración.

Las ventajas que ofrece este nuevo tipo de generadores eléctricos con materiales superconductores son múltiples: se simplifica toda la estructura mecánica interior del aerogenerador así como su sistema electrónico; se simplifica el montaje y el mantenimiento; disminuye el riesgo de averías; se alarga el tiempo de intervención para el mantenimiento.

En un horizonte próximo, cuando se incremente la producción de materiales superconductores y se reduzca su precio, también se reducirán los costes de aplicaciones derivadas. La futura implantación de este tipo de generador eléctrico superconductor en los aerogeneradores abre una nueva perspectiva para la industria eólica, haciendo más eficientes y robustos los molinos eólicos y abaratando la producción de energía.

Este prototipo supone la culminación de la primera fase de este proyecto, que se finalizó a principios del 2016. El prototipo se ha construido a tamaño real y se han realizado con éxito los ensayos en laboratorio.

El Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona, el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, y Gamesa continúan actualmente colaborando para realizar ensayos de campo y ofrecer nuevas soluciones tecnológicas innovadoras y viables en este sector.

Este prototipo es el primero del mundo pensado para ser utilizado en aerogeneradores standard de mediana potencia. Los materiales superconductores simplifican el sistema, y lo hacen más fiable y eficiente.