Los fabricantes de turbinas eólicas se están alejando de las cajas de cambios y los generadores estándar de la industria en un intento de impulsar la fiabilidad y reducir el coste de la energía eólica.

Siemens ha empezado a vender una turbina de tres megavatios que usa un sistema llamado de accionamiento directo que reemplaza al generador de alta velocidad convencional con uno de baja velocidad que elimina la necesidad de una caja de cambios. Además, el mes pasado, General Electric anunció una inversión de 340 millones de euros en instalaciones de fabricación para construir sus propias turbinas de accionamiento directo de cuatro megavatios de uso en parques eólicos marinos.

La mayoría de los observadores afirman que el cambio de la industria hacia el accionamiento directo es una respuesta a algunos fallos de las cajas de cambio de gran difusión. Sin embargo, Henrik Stiesdal, director de tecnología de la unidad de energía eólica de Siemens, afirma que los problemas de las cajas de cambio son exagerados. Él indica que Siemens está adoptando el accionamiento directo como medio para generar más energía a menor coste. "Las turbinas se pueden hacer más competitivas a través de la transmisión directa", afirma Stiesdal.

Los planes de Siemens se basan en un nuevo diseño que reduce el peso del generador del sistema. En las turbinas eólicas convencionales, la caja de cambios aumenta la velocidad del rotor movido por el viento varios cientos de veces, lo que reduce radicalmente el tamaño del generador requerido. Los generadores de transmisión directa funcionan a la misma velocidad que las hojas de la turbina y por lo tanto tienen que ser mucho más grandes--más de cuatro metros de diámetro para los motores de turbina de tres megavatios de Siemens. Sin embargo, Siemens afirma que la góndola de la turbina entera pesa sólo 73 toneladas métricas--12 toneladas menos que sus turbinas de menor potencia basadas en caja de cambios de 2,3 megavatios.

Gran parte de la reducción de peso proviene de la utilización de imanes permanentes en el rotor de los generadores--un truco que GE también está usando. Los generadores de turbina convencionales usan electroimanes--bobinas de cobre alimentadas con electricidad generada por el propio generador. Henk Polinder, experto en generadores de imanes permanentes de la Delft University of Technology en Holanda, afirma que un segmento de 15 milímetros de espesor de imanes permanentes puede generar el mismo campo magnético que una sección de 10 a 15 centímetros de bobinas de cobre.

Stiesdal señala que Siemens redujo aún más el peso de su generador inviertiendo su diseño. En lugar de un rotor de acero cubierto con imanes permanentes girando dentro de un estator fijo en forma de rosquilla (el diseño que GE está utilizando en su turbina de accionamiento directo de cuatro megavatios) el rotor de Siemens es un cilindro de acero con imanes permanentes en el interior, y el rotor gira alrededor de un estator en forma de columna.

Siemens construyó un prototipo de su máquina en Brande, Dinamarca, en diciembre y planea instalar 10 más este año, principalmente en Dinamarca, antes de comenzar la producción en masa en 2011. La tecnología de GE, que adquirió con la compra de la productora de turbinas noruega ScanWind el año pasado, se está testando en una zona de pruebas en Noruega; la comercialización de su máquina de cuatro megavatios está prevista para 2012.

Hay más competencia en camino. La empresa de capital riesgo New Enterprise Associates está respaldando a una startup llamada Boulder Wind Power, con sede en Boulder, Colorado, que está desarrollando una turbina de accionamiento directo de 1,5 megavatios. La empresa fue fundada en diciembre por Sandy Butterfield, quien fue ingeniero jefe del centro de tecnología eólica del National Renewable Energy Laboratory (NREL) de los EE.UU., donde lideró un importante estudio sobre el proceso de diseño de las cajas de cambios.

Determinar si los fracasos de las cajas de cambios son un problema de toda la industria es algo que sigue siendo motivo de cierta controversia. El NREL inició su estudio en 2007, fecha en que se dieron varios fallos: una empresa con sede en EE.UU., Clipper Windpower, tuvo graves problemas de cajas de cambios a los pocos meses de la instalación de la primera de sus turbinas de 2,5 megavatios en un parque eólico en Lackawanna, Nueva York, al mismo tiempo que las cajas de cambios de 30 turbinas Vestas Wind Systems parte de la granja eólica marina Kentish Flats del Reino Unido tuvieron que ser sustituidas después de sólo dos años de funcionamiento. El NREL concluyó que la mayoría de las cajas de cambios de las turbinas de viento fallarían "mucho antes" de sus 20 años de vida diseñados.

Stiesdal afirma que Siemens dispone de estudios propios que muestran que las cajas de cambio son bastante fiables, en términos generales. Un análisis de 2008 de las máquinas de Siemens instaladas entre 1983 y 1989 en los EE.UU. encontró que la "gran mayoría" sigue funcionando con sus cajas de cambio originales. Sin embargo, Stiesdal espera un aumento de la fiabilidad mediante el sistema de accionamiento directo, que tiene aproximadamente la mitad de piezas que una turbina convencional.

Los sistemas de transmisión directa introducen otro problema potencial. Hay una preocupación permanente sobre la futura disponibilidad de los metales tierras raras que se usan para hacer imanes permanentes. "Éste es un serio problema", afirma Stiesdal.