Aerogeneradores no convencionales

Casi todas las turbinas eólicas modernas utilizan rotores con tres palas, pero algunas utilizan solo dos. Este era el tipo utilizado en Kaiser-Wilhelm-Koog , Alemania, donde una gran unidad experimental de dos palas —la GROWIAN , o Große Windkraftanlage (gran turbina eólica)— operó de 1983 a 1987. Otros prototipos y tipos de turbinas eólicas fueron fabricados por NedWind. El parque eólico Eemmeerdijk en Zeewolde, Países Bajos, utiliza solo turbinas de dos palas. Las turbinas eólicas con dos palas son fabricadas por Windflow Technology , Mingyang Wind Power , GC China Turbine Corp y Nordic Windpower . ^{[ 1 ]} Las turbinas eólicas de la NASA (1975–1996) tenían cada una rotores de 2 palas, produciendo la misma energía a un menor costo que los diseños de rotores de tres palas.

Casi todas las turbinas eólicas colocan el rotor delante de la góndola cuando sopla el viento (diseño a barlovento). Algunas turbinas colocan el rotor detrás de la góndola (diseño a sotavento). Este diseño tiene la ventaja de que la turbina puede alinearse pasivamente con el viento, lo que reduce los costos. El principal inconveniente es que la carga sobre las palas cambia al pasar por detrás de la torre, lo que aumenta la fatiga del material y puede provocar resonancias en otras estructuras de la turbina.

Un proyecto de investigación, ^{[ 2 ]} el rotor entubado consiste en una turbina dentro de un conducto que se ensancha en la parte posterior. También se les conoce como turbinas eólicas con difusor (es decir, DAWT). Su principal ventaja es que puede operar en un amplio rango de vientos y generar una mayor potencia por unidad de área del rotor. Otra ventaja es que el generador opera a una alta velocidad de rotación, por lo que no requiere una caja de engranajes voluminosa , lo que permite que la parte mecánica sea más pequeña y ligera. Una desventaja es que (aparte de la caja de engranajes) es más complicado que el rotor sin conducto y el peso del conducto aumenta el peso de la torre. La Éolienne Bollée es un ejemplo de una DAWT.

Dos o más rotores pueden montarse en un solo eje de transmisión, y su corrotación combinada hace girar el mismo generador: el viento fresco llega a cada rotor mediante un espacio suficiente entre ellos, combinado con un ángulo de desviación (alfa) respecto a la dirección del viento. La vorticidad de la estela se recupera cuando la parte superior de una estela golpea la parte inferior del siguiente rotor. La potencia se multiplicó varias veces utilizando múltiples rotores coaxiales en pruebas realizadas por el inventor e investigador Douglas Selsam en 2004. La primera turbina multirrotor coaxial disponible comercialmente es la American Twin Superturbine de doble rotor patentada por Selsam Innovations en California, con dos rotores separados por doce pies (3,7 m) . Es la turbina de siete pies de diámetro (2,1 m) más potente disponible, debido a este rotor adicional. En 2015, los ingenieros aeroespaciales de la Universidad Estatal de Iowa, Hui Hu y Anupam Sharma, estaban optimizando diseños de sistemas multirrotor, incluido un modelo de doble rotor coaxial de eje horizontal. Además de un rotor convencional de tres palas, cuenta con un rotor secundario más pequeño de tres palas, que cubre la región cercana al eje que normalmente se aprovecha de forma ineficiente. Los resultados preliminares indicaron ganancias del 10 al 20 %, menos eficientes que las que afirman los diseños de contrarrotación existentes. ^{[ 3 ]}  

Cuando un sistema expulsa o acelera masa en una dirección, la masa acelerada genera una fuerza proporcional pero opuesta sobre dicho sistema. La pala giratoria de una turbina eólica de un solo rotor produce un flujo de aire tangencial o rotacional significativo. La energía de este flujo de aire tangencial se desperdicia en el diseño de una turbina de un solo rotor. Para aprovechar esta energía desperdiciada, la colocación de un segundo rotor detrás del primero aprovecha el flujo de aire perturbado y puede obtener hasta un 40 % más de energía de un área barrida determinada en comparación con un solo rotor. Otras ventajas de la contrarrotación incluyen la ausencia de cajas de engranajes y el autocentrado con el viento (no se requieren motores ni mecanismos de guiñada). Existe una solicitud de patente de 1992 basada en el trabajo realizado con el Trimblemill. ^{[ 4 ]}

Cuando las turbinas de rotación contraria se encuentran en el mismo lado de la torre, las palas delanteras se inclinan ligeramente hacia adelante para evitar chocar con las traseras. Si las palas de la turbina están en lados opuestos de la torre, es mejor que las palas traseras sean más pequeñas que las delanteras y se ajusten para que entren en pérdida a una velocidad del viento mayor. Esto permite que el generador funcione en un rango de velocidad del viento más amplio que un generador de una sola turbina para una torre determinada. Para reducir las vibraciones simpáticas , las dos turbinas deben girar a velocidades con pocos múltiplos comunes, por ejemplo, una relación de velocidad de 7:3.

Cuando el terreno o el mar para una segunda turbina eólica no suponen un coste adicional, la ganancia del 40 % con un segundo rotor debe compararse con una ganancia del 100 % mediante el coste de una cimentación y una torre separadas con cableado para la segunda turbina. El coeficiente de potencia total de una turbina eólica de eje horizontal contrarrotatoria puede depender del desplazamiento axial y radial de los rotores ^{[ 5 ]} y del tamaño de los rotores. ^{[ 6 ]} A partir de 2005No se comercializan turbinas eólicas de eje horizontal grandes y contrarrotatorias.

Además de las palas de paso variable, las colas enrollables y las palas de torsión son otras mejoras en las turbinas eólicas. Al igual que las palas de paso variable, también pueden aumentar considerablemente la eficiencia y utilizarse en la construcción "hágalo usted mismo". ^{[ 7 ]}

De Nolet es un aerogenerador en Schiedam disfrazado de molino de viento .

En lugar de las palas de ala inspiradas en los aviones, el diseño se basa en la turbina de tornillo de Arquímedes , una tubería con forma de hélice utilizada en la antigua Grecia para bombear agua desde una fuente más profunda. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

La turbina de capa límite, o turbina Tesla , utiliza capas límite en lugar de álabes.

Una versión moderna es la turbina Fuller. ^{[ 10 ]} El concepto es similar a una pila de discos sobre un eje central, separados por un pequeño espacio de aire. La tensión superficial del aire en estos espacios crea fricción, haciendo girar los discos alrededor del eje. Las paletas dirigen el aire para mejorar el rendimiento, por lo que no es estrictamente sin álabes.

Un generador de viento iónico sin aspas es un dispositivo teórico que produce energía eléctrica utilizando el viento para mover la carga eléctrica de un electrodo a otro.

Las turbinas eólicas piezoeléctricas funcionan mediante la flexión de cristales piezoeléctricos al girar, lo suficiente para alimentar pequeños dispositivos electrónicos. Operan con diámetros del orden de 10 centímetros. ^{[ 11 ]}

Las turbinas eólicas pueden utilizarse junto con un colector solar para extraer energía del aire calentado por el sol y que asciende a través de una gran torre vertical de tiro ascendente.

El dispositivo Vortex Bladeless maximiza el desprendimiento de vórtices , utilizando la vorticidad del viento para hacer vibrar un poste vertical ligero, que entrega esa energía a un generador en la base del poste. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} El diseño ha sido criticado por su eficiencia del 40%, en comparación con el 70% de los diseños convencionales. ^{[ 16 ]} Sin embargo, los postes individuales se pueden colocar más cerca unos de otros, compensando las pérdidas. El diseño evita los componentes mecánicos, lo que reduce los costos. El sistema tampoco amenaza la vida de las aves y funciona silenciosamente. ^{[ 17 ]}

El diseño saphoniano utiliza un plato oscilante para accionar un pistón, que luego se conecta a un generador. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

El generador Windbeam consta de una viga suspendida por resortes dentro de un marco exterior. La viga oscila rápidamente al exponerse al flujo de aire debido a múltiples fenómenos de flujo de fluidos. Un alternador lineal convierte el movimiento de la viga. La ausencia de cojinetes y engranajes elimina las ineficiencias por fricción y el ruido. Los costos son bajos debido a los componentes de bajo costo y la construcción simple. ^{[ 20 ]}

Windbelt es una correa flexible y tensada que vibra debido al flujo de aire que la rodea, por efecto de la vibración aeroelástica. Un imán, montado en un extremo de la correa, oscila dentro y fuera de bobinas enrolladas, generando electricidad. El inventor es Shawn Frayne. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

La turbina helicoidal de Gorlov (GHT) es una modificación del diseño de la turbina Darrieus que utiliza álabes/láminas helicoidales . ^{[ 25 ] [ 26 ]}

Un diseño utiliza muchas palas de nailon para accionar un generador. Sus imanes permanentes se encuentran en las puntas de las palas, mientras que el estator es un anillo situado fuera de las mismas. ^{[ 27 ]}

El giromolino es una turbina de eje vertical que hace girar una pala en una dirección mientras la otra se mueve en la dirección opuesta. Por consiguiente, solo una pala funciona a la vez. Su eficiencia es baja. ^{[ 28 ]}

Las turbinas eólicas de ala giratoria, o turbinas eólicas de ala rotatoria, son una categoría de turbinas eólicas de eje vertical de tipo sustentador que utilizan un perfil aerodinámico vertical no helicoidal para generar una rotación de 360 ​​grados alrededor de un eje vertical que atraviesa el centro del perfil aerodinámico.

Una turbina omnidireccional que utiliza el principio de Bernoulli para generar energía a partir del viento procedente de cualquier dirección. Su diseño es esférico, con varios conductos que atraviesan su superficie; la diferencia de presión provoca la rotación. Este diseño ganó el premio James Dyson 2018. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

La tecnología INVELOX de SheerWind fue desarrollada por Daryoush Allaei. Una gran entrada en forma de embudo actúa como concentrador de viento, que termina en una sección Venturi . El viento sale por un difusor; las turbinas se colocan dentro de la sección Venturi. Dentro del Venturi, la presión dinámica es alta mientras que la presión estática es baja. La turbina convierte la presión dinámica o energía cinética en rotación mecánica y, por lo tanto, en energía eléctrica mediante un generador. ^{[ 31 ] [ 32 ]} El dispositivo ha sido construido y probado, pero ha sido criticado por su falta de eficiencia. ^{[ 33 ]} A partir de 2017, se están instalando prototipos. ^{[ 34 ] [ 35 ]}

Las turbinas eólicas pueden instalarse en los tejados de los edificios. Algunos ejemplos son Marthalen Landi-Silo en Suiza y Council House 2 en Melbourne , Australia . Ridgeblade, en el Reino Unido, es una turbina eólica vertical colocada de lado en la cumbrera de un tejado inclinado. Otro ejemplo, instalado en Francia, es el Aeolta AeroCube. Discovery Tower , un edificio de oficinas en Houston , Texas , incorpora diez turbinas eólicas.

El Museo de Ciencias de Boston, Massachusetts, comenzó la construcción de un laboratorio de turbinas eólicas en la azotea en 2009. ^{[ 36 ]} El laboratorio está probando nueve turbinas eólicas de cinco fabricantes diferentes. Las turbinas eólicas en azoteas pueden sufrir turbulencias, especialmente en las ciudades, lo que reduce la producción de energía y acelera el desgaste de la turbina. ^{[ 37 ]} El laboratorio busca abordar la falta general de datos de rendimiento para las turbinas eólicas urbanas. ^{[ 36 ]}

Debido a las limitaciones estructurales de los edificios, el espacio limitado en las zonas urbanas y las consideraciones de seguridad, las turbinas eólicas en los edificios suelen ser pequeñas (con capacidades de pocos kilovatios ). Una excepción es el Centro de Comercio Mundial de Baréin, que cuenta con tres  turbinas eólicas de 225 kW instaladas entre dos rascacielos gemelos.

Las propuestas plantean generar energía a partir de la energía del aire generado por el tráfico. ^{[ 38 ] [ 39 ]}

Algunas instalaciones han instalado centros de visitantes en las bases de las turbinas o han habilitado zonas de observación. ^{[ 40 ]} Las turbinas eólicas en sí mismas suelen tener un diseño convencional, si bien cumplen funciones poco convencionales como la demostración de tecnología, las relaciones públicas y la educación.