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ABB Revista 3/2000 31
WindformerTM
Mikael Dahlgren, Harry Frank, Mats Leijon, Fredrik Owman, Lars Walfridsson
Impulsado por las nuevas tecnologías, el aprovechamiento de la energía eólica para producir energía
eléctrica ha superado todas las previsiones, con aproximadamente 13,4 gigavatios de potencia ins-
talada en la actualidad, lo cual equivale a más de 20 grandes centrales de combustibles fósiles.
Actualmente, una nueva tecnología promete todavía más: un sistema integrado llamado Wind-
former™, proyectado para generar energía eólica en alta mar y en zonas costeras, transmitiéndola
después a la red eléctrica. Windformer aumenta la potencia de salida hasta un 20%, reduciendo a la
mitad los costes de mantenimiento durante la vida útil del sistema. Utilizando tecnología de cable
desarrollada originalmente para el generador de alto voltaje Powerformer™ de ABB, los ingenieros
de la compañía han creado un generador eólico que no requiere ni caja de engranajes ni transforma-
dor y consigue que los parques eólicos sean más fiables y tengan menores pérdidas eléctricas.
Energía eólica a gran escala
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Transmission and Distribution
a energía eólica es la fuente de energía
con mayor crecimiento a nivel mundial,
habiendo registrado un aumento anual del 40%
durante los últimos cinco años. Las nuevas insta-
laciones de 1999, con una potencia próxima a
los 4 gigavatios, supusieron un incremento del
51% con respecto al año anterior. A finales de
1999, la potencia total instalada alcanzó los
13.932 MW, con aproximadamente 30 TWh de
energía eléctrica generada durante el año [1].
Se prevé una mayor demanda de electricidad
en los países en vías de desarrollo, mientras que
en los industrializados su crecimiento se estima
únicamente en un 1,8% anual, lo que correspon-
de aproximadamente a 3.500 TWh durante el
mismo período de tiempo. Se estima asimismo
que la demanda de nueva capacidad de produc-
ción para responder a las necesidades de electri-
cidad en todo el mundo será de aproximada-
mente 10.000 TWh en el año 2020 [2].
Si los aspectos ecológicos siguen teniendo
una gran repercusión en la capacidad de pro-
ducción de instalaciones recientes, es de esperar
que la demanda de fuentes de energía renova-
bles aumente más rápidamente que si el único
factor a tener en cuenta fuera el económico. El
Protocolo de Tokio, con su especial atención a
los problemas derivados del CO2 y otros gases
de efecto invernadero, muestra la gran preocu-
pación mundial sobre el medio ambiente y
subraya la importancia de las energías renova-
bles. Aquellas zonas del mundo en las que los
aspectos medioambientales influyen más en los
mercados de la energía, como por ejemplo Amé-
rica del Norte, Europa Occidental, Japón, Austra-
lia y Nueva Zelanda [1], serán testigos de un cre-
cimiento más rápido de las energías renovables.
En 1999 se instalaron 3.922 MW adicionales
de energía eólica y las tendencias apuntan a que
este valor se duplicará en los próximos tres o
cuatro años. La facturación del mercado mundial
fue de 3.000 de millones de dólares USA en
1999, creciendo a un ritmo aproximado del 20%
por año.
La energía eólica posee un importante poten-
cial de crecimiento. Gran parte de la capacidad
de generación está localizada en el mar ,
donde las altas velocidades medias del viento se
traducen en una mayor producción de energía.
La situación en el mar también reduce el impac-
to sobre el medio ambiente local, dado que las
turbinas están lo suficientemente alejadas para
que no puedan ser vistas ni oídas. Diversos pro-
yectos de desarrollo siguen en marcha con el
objeto de producir unidades de mayor tamaño,
de modo que hoy en día se puede considerar la
energía eólica como una importante fuente de
energía, con grandes parques eólicos que pue-
den suministrar cientos de megavatios. Esto se
ve acompañado por la seguridad de que el sec-
tor de la energía eólica ha llegado a una fase en
que los vendedores de equipos deben pensar en
algo más que en suministrar pequeños genera-
dores de turbinas eólicas (WTG) individuales, es
decir, deben pasar a ofrecer soluciones comple-
tas que cubran la totalidad del sistema de ener-
gía eólica. Para tener éxito en el mercado, los
suministradores deben comprender la cadena
energética en su totalidad, demostrando que su
experiencia y conocimientos abarcan desde la
fuente de energía hasta las necesidades del usua-
rio final.
Windformer™ es un nuevo sistema de ener-
gía eólica desarrollado por ABB para parques
eólicos situados en el mar o en zonas costeras.
Los generadores WTG con Windformer tienen
una alta potencia de salida, típicamente del
orden de 3 a 5 MW, que conlleva varias ventajas.
En primer lugar reduce la superficie necesaria,
dado que se necesitan menos máquinas para
que una estación genere una determinada poten-
cia. Esto, por su parte, disminuye el impacto
1
1 La velocidad media del viento en el mar se traduce en una mayor
generación de energía y un menor impacto medioambiental local.
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visual y las emisiones de ruido de los WTG.
Basado en la tecnología Powerformer‘ [3, 4, 5], el
generador Windformer tiene un rotor de veloci-
dad variable con imanes permanentes conectado
directamente a la turbina. La tensión de baja fre-
cuencia (superior a 20 kV) producida por el
generador es convertida en corriente continua
mediante diodos. Los WTG se conectan en 
grupos, transmitiéndose la energía eléctrica por
medio de conductores hasta una subestación
conectada a la red general .
Una tecnología ‘sencilla’
Windformer fue concebido como una tecnología
‘sencilla’, de modo que incorporara sistemas
estables para el suministro de energía con alta
fiabilidad y bajas pérdidas. Esta ‘sencillez’ puede
ser resumida de la forma siguiente:
Sistema eléctrico del Windformer
A medida que avanza el desarrollo comercial de
los parques eólicos crece la necesidad de que los
suministradores de equipos se responsabilicen
enteramente del sistema de energía eléctrica.
Debe optimizarse la totalidad del mismo, y no
solo sus componentes. Esto exige aplicar un
enfoque general con soluciones que abarquen
todos los aspectos del sistema, desde la conver-
sión de la energía eólica en energía eléctrica 
hasta la transmisión de dicha energía eléctrica 
a la red de distribución.
El sistema eléctrico de Windformer de ABB
está basado en una solución total de parque
eólico con los sistemas más adecuados para las
condiciones existentes.
Grupos para parques eólicos
En la figura se muestra un grupo Wind-
former con varios generadores WTG con
capacidad para suministrar hasta 40 MW.
El grupo se conecta a una red de distribución
de alta tensión por medio de un invertidor situa-
do en una estación de red. Los parques eólicos
situados en el mar utilizan estaciones de red ubi-
cadas en tierra, fácilmente accesibles para los tra-
bajos de mantenimiento y servicio. La estación de
red controla individualmente la potencia de salida
real y reactiva, lo que permiten conectar los par-
ques eólicos incluso a una red débil. Con la tec-
nología Windformer, las variaciones de la veloci-
4
3
2
3 Esquema del sistema Windformer. La corriente continua del parque eólico es transmitida por cable a una estación de
red con invertidor, la cual se conecta directamente a la red de distribución.
2 Debido a la mayor potencia nominal de WindformerTM se requiere un menor
número de generadores de turbinas eólicas (a la izquierda) que en un parque eólico
comparable con generadores WTG convencionales (a la derecha). (Photomontage)
Energía Viento, disponible sin coste
primaria alguno
Rotor Hierro, imanes permanentes
Estator Hierro, conductores
Rectificador Diodos
Transmisión Cables
Invertidor Transistores
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dad del viento o la sombra producida por otros
WTG no producen fluctuaciones en la tensión de
red, que pudieran afectara los usuarios próximos.
Esta es una consideración importante, especial-
mente en el caso de las redes eléctricas débiles.
El uso de un invertidor para controlar la 
tensión de corriente continua permite regular
indirectamente la velocidad del generador y por
tanto optimizar la producción de energía en el
proceso. Aunque se regula el paso de los álabes
de la turbina, esto sirve únicamente para ajustar
la potencia de entrada a fin de evitar una excesi-
va velocidad de la turbina. Un rotor con imanes
permanentes convierte la energía cinética en
energía eléctrica. El generador está directamente
conectado a la turbina, funcionando a una 
frecuencia comprendida entre 5 y 10 Hz. La
selección de la tensión, de 20 kV como mínimo,
depende de la optimización del sistema
Windformer. Un rectificador a diodos convierte
la tensión de corriente alterna de baja frecuencia
en corriente continua.
Un parque eólico Windformer está formado
por varios grupos. En la configuración actual, los
grupos tiene una potencia nominal máxima de
40 MW, estando conectados mediante cables de
corriente continua a un invertidor situado en una
estación de red en tierra.
4 Grupo Windfomer con varios WTG. Capaz de suministrar hasta 40 MW de
potencia, el grupo se conecta por medio del invertidor a una red de distribución 
de alta tensión.
Windformer Parque eólico basado en generador asíncrono
Turbina Turbina
Caja de engranajes
Generador Powerformer Generador asíncrono
Rotor de imanes permanentes Equipo de corrección del factor de potencia
Rectificator de diodo Dispositivo de arranque suave
Transformador de turbina
Cable de grupo de corriente Cable de grupo de corriente alterna
continua
Tabla: Comparación de Windformer y un parque eólico convencional basado en un generador asíncrono
<100 km <40 km >40 km
Transformador de transmisión Transformador de transmisión
Estación HVDC Light
Plataforma de alta mar para el Plataforma marina para HVDC Light 
transformador de transmisión y transformador de transmisión
Cable de transmisión de corriente Cable de transmison de corriente Cable de transmisión de
continua alterna corriente continua
Invertidor Estación SVC Estación HVDC Light
Transformador del sistema Transformador del sistema Transformador del sistema
En el mar
En tierra
➜ ➜ ➜
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La configuración de tensión del parque eóli-
co se selecciona, entre otras cosas, en función
de la conexión de red existente y de la normati-
va local sobre la misma, así como de la potencia
de salida del parque eólico, de la máxima poten-
cia de salida por unidad de superficie, de la 
distancia a la conexión de red y de su impacto
medioambiental (especialmente visual).
A título de ejemplo, un parque eólico con-
vencional a nivel de red de distribución com-
prende actualmente entre 10 y 100 generadores
WTG que suministran entre 500 kW y 2 MW
cada uno, con generadores asíncronos de 0,7 kV
de tensión nominal. Los generadores se conec-
tan en serie con un transformador elevador de
tensión. En un gran parque eólico, el transforma-
dor de la subestación eleva el nivel de tensión
hasta 130-230 kV. En la Tabla se muestran las
diferencias entre Windformer y un parque eólico
convencional.
El sistema energético Windformer de ABB
presenta varias ventajas características: las pérdi-
das del sistema son muy bajas, la electrónica de
potencia en cada WTG se reduce al mínimo
aumentando así su disponibilidad, se reducen las
fluctuaciones de la corriente alterna en la red y
se puede controlar individualmente la potencia
real y la reactiva.
En resumen, el sistema de regulación ubica-
do en tierra optimiza la producción de energía
en la totalidad del parque eólico. Esto es una
diferencia importante con respecto a los sistemas
que regulan la potencia de salida de cada uno
de los WTG individualmente.
Instalación piloto en 
preparación
Muy pronto se instalará en Näsuden (Suecia) una
planta piloto Windformer, projecto en el que
participan ABB, Scanwind, Vattenfall AB y la
Administración Sueca de la Energía. Aunque se
trata de una versión marina estará ubicada en
tierra para facilitar la realización de las pruebas y
la evaluación de los programas requeridos. Cada
WTG tiene una potencia nominal de 3,0 MW,
que será mayor en caso de aplicación marina.
Capaz de funcionar a velocidad variable, con
velocidades de viento comprendidas entre 5 y 
28 m/s, la instalación alcanza la potencia nomi-
nal de salida para una velocidad del viento de
13 m/s. Por debajo de la velocidad nominal de
la turbina, el ángulo de pala se mantiene cons-
tante mientras que, a la velocidad nominal del
viento, la pala se gira hacia la posición de ban-
dera.
La potencia de salida se reduce gradualmen-
te de 3 MW a 500 kW para velocidades de vien-
to de entre 18 y 27 m/s. Esto afecta poco a la
producción anual de energía, pero contribuye
significativamente a optimizar la vida útil del
WTG. Considerando una velocidad media anual
del viento de 8,0 m/s, se calcula que la produc-
ción anual de energía con los WTG situados en
el mar será de aproximadamente 11 GWh. 
La turbina tiene tres palas de fibra de vidrio
epoxídica de 90 metros de diámetro. La altura del
buje en la central de Näsudden es de 70 metros.
Windformer se basa en
Powerformer
El concepto de Windformer consiste en un genera-
dor con arrollamiento de cable (Powerformer)
conectado directamente a la turbina. La velocidad
variable, en torno a 18 rpm, reduce los esfuerzos,
así como el nivel de ruidos a baja velocidad de viento.
5 Comparación de la góndola de un WTG de Windformer con la de 
un WTG convencional.
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Transmission and Distribution
Windformer no tiene caja de engranajes ,
. La eliminación de este componente reduce
tanto las pérdidas como el mantenimiento.
Merece la pena subrayar que un generador de
velocidad fija a 1.500 rpm, accionado mediante
caja de engranajes, gira en un mes tantas veces
como un WTG Windformer accionado directa-
mente durante diez años.
Al reducir el número de componentes 
vulnerables, Windformer puede alcanzar unos
niveles de fiabilidad y disponibilidad extremada-
mente altos. Estas dos características, y el menor
mantenimiento, son fundamentales para las 
aplicaciones en el mar, ya que el acceso a los
WTG es limitado.
Se han tomado medidas especiales para 
asegurar que el generador soporte condiciones
climáticas muy duras, provocadas por la 
constante humedad y por el aire salino.
Estator
El estator se basa en la tecnología Powerformer
[3, 4, 5], lo que conlleva el uso de cables de 
sección circular en lugar de conductores 
aislados de cobre, de sección cuadrada, como
ocurre en un generador convencional.
Dado que el campo eléctrico se encuentra
totalmente confinado en el cable, en este sistema
no se presenta ninguno de los problemas habi-
tuales provocados por las descargas en los deva-
nados finales y en las conexiones, como sucede
en los generadores convencionales. Las pérdidas
en los devanados disminuyen debido al mayor
nivel de tensión. La utilización de cables reduce
también el riesgo de que se produzcan averías
de fase a fase. El concepto en si hace que las
corrientes de cortocircuito sean bajas.
Y el menor número de componentes eléctri-
cos, además, reduce la probabilidad de aparición
de problemas de seguridad que afecten al gene-
7
6
5
7 Prototipo de WTG de Windfomer durante las pruebas de producción iniciales.
Puede apreciarse claramente el estator con bobinado de cable y el rotor con imanes
permanentes.
6 Sección del generador Windformer, mostrando el rotor y el estator con 
bobinado de cable.
rador. Se puede afirmar, en definitiva, que un
generador basado en la tecnología Powerformer
ofrece más disponibilidad y eficiencia y que,
dado que la instalación tiene menos componen-
tes, los costes de explotación y de mantenimien-
to son menores.
Durante el desarrollo de Windformer se reali-
zaron diversas mejorasadicionales en la tecnolo-
gía Powerformer. Por ejemplo, la totalidad del
devanado del generador del Windformer se
construye sin empalmes de cables.
Rotor
En todas las aplicaciones anteriores de Power-
former las espiras en los núcleos polares indu-
cen el flujo magnético. La corriente magnetiza-
dora y los anillos colectores requeridos son cau-
sa directa de pérdidas eléctricas.
El campo magnético del estator de Wind-
former es creado por imanes permanentes, no
siendo necesario utilizar equipos auxiliares para
inducir el flujo magnético en el circuito del rotor
. Un rotor con imanes permanentes no nece-
sita refrigeración, ya que sus pérdidas son bajas.
Además de la mayor eficiencia, el rotor de ima-
nes permanentes aporta otras ventajas, tales
como la mayor disponibilidad y fiabilidad y el
menor mantenimiento.
Durante el desarrollo del generador de
Windformer se prestó especial atención a la opti-
mización del circuito magnético, inclusive el
dimensionado del circuito para evitar la desmag-
netización de los imanes permanentes. 
El rotor es multipolar, con un gran diámetro
del entrehierro, superior a 6 m; probablemente
es el mayor rotor permanentemente magnetiza-
do que se haya fabricado nunca.
Windformer se adapta al funcionamiento en
el mar. Así, para minimizar los niveles de mante-
nimiento y soportar las severas condiciones
ambientales se utiliza material resistente a la
corrosión en los imanes permanentes. Asimismo,
los devanados de cable del estator de Power-
former han sido diseñados para resistir el duro
clima marítimo, con lo cual no existe peligro de
descarga disruptiva. 
Diversas evaluaciones del ciclo de vida, 
efectuadas en otras instalaciones que utilizan
Powerformer, muestran las claras ventajas
medioambientales del generador. Entre ellas
cabe destacar su contribución a reducir el impac-
to medioambiental gracias a un mayor rendi-
miento global y el uso de materiales no agresi-
vos para el medio ambiente.
Los cables utilizados en los devanados del
estator están aislados con polietileno entrecruza-
do (XLPE) y no contienen aceite. No se precisan
transformadores de distribución aislados con
aceite o material epoxídico y por tanto se elimi-
na el peligro de incendio y el alto riesgo propio
de la manipulación de aceite. Además, práctica-
mente todas las piezas del generador pueden ser
recicladas al término de su vida útil. La utiliza-
ción de imanes permanentes también tiene 
efectos positivos sobre el medio ambiente.
Resumen
La energía eólica, plenamente renovable, es la
fuente generadora de electricidad con mayor cre-
cimiento en todo el mundo. Superando en todo
momento las previsiones, la capacidad instalada
ha crecido desde prácticamente cero en 1990 has-
ta aproximadamente 13,4 gigavatios en la actuali-
dad y se estima que la tasa de instalación podría
alcanzar los 10 gigavatios anuales en 2005. Con
sus múltiples ventajas, principalmente su alta
potencia generada, su eficiencia y la sencillez de
su diseño, el sistema Windformer está destinado a
liderar la penetración de la energía eólica en el
mercado de las energías renovables.
8
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8 Cálculo del flujo magnético generado en los
imanes permanentes del WTG de Windformer.
Bibliografía
[1] International Wind Energy Development, World Market Update 1999. BTM Consultant ApS (2000).
[2] International Energy Outlook Report DOE/EIA-0484 (1999).
[3] M. Leijon: PowerformerTM, una máquina rotativa radicalmente nueva. Revista ABB 2/98, 21-26.
[4] M. Leijon et al: Breaking conventions in electrical power plants. CIGRE 1998, paper 11:1.1.
[5] R. Dettmer: The heart of a new machine. IEE Review 44, no 6, 1998.
Autores
Dr. Mikael Dahlgren
Harry Frank
Dr. Mats Leijon
Dr. Fredrik Owman
Lars Walfridsson
ABB Corporate Research
SE-721 78 Västerås
Suecia
E-mail:
mikael.dahlgren@se.abb.com
Telefax: +46 21 32 30 66