Criterio de clasificación
Los aerogeneradores industriales se clasifican en 5 familias según dos criterios fundamentales: el sistema de control del paso de pala (pitch) y el tipo de generador eléctrico y su conexión a la red. Estas dos características determinan el comportamiento dinámico de la máquina, su rango de operación y su capacidad de aportar servicios a la red eléctrica.
Comprender las diferencias entre estas familias es esencial para cualquier profesional del sector, ya que cada una requiere estrategias de operación, mantenimiento y diagnóstico diferentes.
Familia 1: Velocidad fija — Palas fijas + Generador de jaula de ardilla
La configuración más sencilla y la primera en utilizarse a escala comercial. Las palas tienen un ángulo fijo optimizado para una velocidad de viento determinada. El generador es un motor de inducción de jaula de ardilla (SCIG) conectado directamente a la red a través de un arrancador suave (soft-starter).
Características principales
Potencia típica: hasta ~300 kW
Época de dominio: décadas de 1980 y principios de 1990
Ventajas: Máxima simplicidad mecánica y eléctrica. Bajo coste de fabricación. Robustez y fiabilidad probada. Mínimo mantenimiento del sistema eléctrico.
Desventajas: Velocidad de giro fija (determinada por la frecuencia de red). No hay control de potencia activo: la regulación se realiza por stall aerodinámico pasivo. Bajas prestaciones ante ráfagas. Elevado consumo de reactiva. No cumple los códigos de red actuales.
Aplicaciones: Primeras generaciones de parques eólicos. Referencia histórica y didáctica.
Familia 2: Active Stall — Palas variables + Jaula de ardilla directa a red
Evolución de la Familia 1 que incorpora un sistema de control del ángulo de paso de pala. A diferencia del pitch-to-feather convencional, estas máquinas utilizan active stall: giran las palas en sentido contrario para aumentar la pérdida aerodinámica de forma controlada. Muchos modelos incorporan un generador de doble velocidad (dos bobinados o polos conmutables) para operar a dos regímenes: baja y alta velocidad.
Características principales
Potencia típica: ~1.000–1.300 kW
Época de dominio: finales de los 1990 y principios de 2000
Ventajas: Control de potencia activo sin convertidor de frecuencia. Coste moderado. Buena robustez. Mejor rendimiento a cargas parciales que la Familia 1 gracias a la doble velocidad.
Desventajas: Velocidad aún vinculada a la red (1 o 2 velocidades discretas). Control de potencia menos preciso que con convertidor. Respuesta limitada ante ráfagas rápidas. Elevado consumo de reactiva.
Aplicaciones: Parques eólicos de primera y segunda generación. Modelos representativos: Bonus/Siemens, NEG Micon, Nordex N60/N80.
Familia 3: Resistencia rotor variable — Palas variables + Resistencia externa
Un paso intermedio hacia la velocidad variable plena. Utiliza un generador de inducción de rotor bobinado (WRIG) con una resistencia variable conectada al rotor (sistema OptiSlip de Vestas). Esto permite variar el deslizamiento del generador y, por tanto, la velocidad de giro en un rango limitado (típicamente desde la velocidad sincrona hasta un +10% por encima de la velocidad sincrona).
Características principales
Potencia típica: ~1.500–1.800 kW
Época de dominio: finales de los 1990 y 2000s
Ventajas: Velocidad parcialmente variable (mejora la captura de energía en ~2–3%). Mejor respuesta ante ráfagas que las Familias 1 y 2. Sin convertidor en el estator (menor coste). Compatibilidad con redes débiles.
Desventajas: La energía del deslizamiento se disipa como calor en las resistencias (pérdida). Rango de velocidad variable limitado. No permite control total de reactiva. Requiere acceso eléctrico al rotor (anillos rozantes).
Aplicaciones: Vestas V66, V80, V90 (serie OptiSlip). Fue la base sobre la que Vestas desarrolló posteriormente sus modelos DFIG.
Familia 4: DFIG — Generador de inducción doblemente alimentado
La topología más extendida en la industria eólica durante las décadas de 2000 y 2010. El generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) tiene acceso a los bobinados del rotor a través de anillos rozantes. Un convertidor de frecuencia back-to-back conectado al rotor (dimensionado para solo ~30% de la potencia nominal) permite controlar la velocidad del generador en un rango amplio (típicamente ±30% respecto a la velocidad síncrona).
Características principales
Potencia típica: 1,5–3 MW (onshore), hasta 6 MW en algunos modelos
Época de dominio: 2000s y 2010s — la topología más instalada en el mundo
Ventajas: Velocidad variable completa con convertidor de solo el 30% de la potencia (menor coste y pérdidas). Excelente control de potencia activa y reactiva. Capacidad de cumplimiento de códigos de red (fault ride-through con crowbar). Óptima captura de energía.
Desventajas: Requiere anillos rozantes y escobillas (mantenimiento). Multiplicadora necesaria (punto de fallo). Protecciones complejas ante huecos de tensión (crowbar). Vulnerabilidad a perturbaciones de red sin crowbar.
Aplicaciones: Vestas V90/V110/V126, Gamesa G87/G97/G114, GE 1.5/2.x, Nordex N90/N117, Suzlon S88/S111. El estándar de facto durante años.
Familia 5: Full Converter — Convertidor completo
La topología más avanzada y la que domina los nuevos desarrollos, especialmente en offshore. El generador (síncrono o asíncrono) se conecta a la red íntegramente a través de un convertidor de frecuencia back-to-back dimensionado al 100% de la potencia nominal. Esto desacopla completamente el generador de la red.
Existen varias sub-variantes:
- Con multiplicadora + generador asíncrono: similar a un DFIG pero con convertidor completo.
- Con multiplicadora de media velocidad + PMSG: compromiso entre tamaño del generador y eliminación de la caja multiplicadora de alta relación.
- Accionamiento directo (direct drive) + PMSG: sin multiplicadora, generador de imanes permanentes de gran diámetro y baja velocidad. Fabricantes: Siemens Gamesa, GE Vernova, Goldwind, Enercon.
- Accionamiento directo + EESG: generador síncrono de excitación eléctrica (Enercon).
Características principales
Potencia típica: 3–21 MW (el rango más amplio de todas las familias)
Época de dominio: 2015 en adelante, dominio absoluto en offshore
Ventajas: Máximo desacoplamiento de la red (inmunidad a perturbaciones). Control total de potencia activa, reactiva y frecuencia. Capacidad de grid-forming. Eliminación de multiplicadora en direct drive (menos mantenimiento, mayor disponibilidad). Compatible con todos los códigos de red actuales y futuros.
Desventajas: Convertidor dimensionado al 100% (mayor coste y pérdidas por conversión). Generador de gran diámetro en direct drive (peso, logística). Dependencia de imanes permanentes de tierras raras (PMSG). Mayor complejidad del sistema de control.
Aplicaciones: Siemens Gamesa SG 14-236 DD, GE Haliade-X 13–18 MW, Goldwind GWH 252-16 MW, Enercon E-175 EP5, Vestas V236-15.0.
Tabla comparativa de las 5 familias
| Familia | Paso de pala | Generador | Convertidor | Velocidad | Potencia típica |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Fijo (stall pasivo) | SCIG (jaula ardilla) | No (soft-starter) | Fija | ≤ 300 kW |
| 2 | Variable (active stall) | SCIG doble velocidad | No (soft-starter) | 2 velocidades | 1.000–1.300 kW |
| 3 | Variable (pitch) | WRIG (rotor bobinado) | Resistencia rotor | Variable limitada (±10%) | 1.500–1.800 kW |
| 4 | Variable (pitch) | DFIG (doble alimentado) | B2B parcial (~30%) | Variable (±30%) | 1,5–6 MW |
| 5 | Variable (pitch) | PMSG / EESG / SCIG | B2B completo (100%) | Variable total | 3–21 MW |
Evolución histórica
La evolución de las familias refleja la búsqueda constante de mayor eficiencia, mayor tamaño y mejor integración en la red:
- 1980s: Familia 1 — simplicidad y robustez, el inicio de la industria comercial.
- 1990s: Familias 2 y 3 — primer control activo, incremento de potencia y diámetro.
- 2000s: Familia 4 (DFIG) — el estándar de la industria, velocidad variable a coste optimizado.
- 2010s–presente: Familia 5 (Full Converter) — dominio en nuevos desarrollos, especialmente offshore.
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