adr_t07_10e (nota 10)

MÁSTER DE ENERGÍAS RENOVABLES

NOTA: 10 IMF – Universidad de San Pablo CEU MATERIA 5 Energía eólica.

TRABAJO 7

MATERIA 5 Energía eólica TRABAJO 7

Código del trabajo: T07_10E 2

ÍNDICE 1. PLANTEAMIENTO ............................................................................................................. 3

2. CRITERIOS DE DISEÑO ...................................................................................................... 4

2.1. Clasificación de la instalación .................................................................................... 4

3. RECURSO EÓLICO ............................................................................................................. 5

4. PRODUCCIÓN ENERGÉTICA ........................................................................................... 11

5. ESTUDIO ECONÓMICO ................................................................................................... 18

5.1. Normativa tarifaria reguladora ................................................................................ 18

5.2. Estimación del coste de la instalación ..................................................................... 19

5.3. Amortización de la instalación ................................................................................. 20

5.4. Beneficio total .......................................................................................................... 21

6. CONCLUSIONES .............................................................................................................. 22

7. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 23



1. PLANTEAMIENTO

En el presente trabajo, nos proponen hacer un estudio comparativo del recurso eólico entre dos localidades españolas como son Navacerrada (Madrid) y Simancas (Valladolid), así como la comparativa entre dos aerogeneradores de la misma marca, pero diferente potencia (Bornay 3000 y Bornay 6000). Ambos aerogeneradores se colocarán a 30 metros de altura para las dos localizaciones y su función será la venta de energía eléctrica a la red principal.

Para realizar el estudio comparativo, tendremos que tener en cuenta los siguientes factores a desarrollar por el alumno:

RECURSO EÓLICO

Rosa de los vientos. Tendrá que apreciarse tanto la velocidad como la frecuencia de éstos según las direcciones. Se establecerá la dirección óptima en la que se situaría el aerogenerador.

Distribución Weibull de velocidades.

AEROGENERADORES

Producción esperada a 25 años. Habrá que incluir los gastos producidos durante todo el proceso hasta la instalación de los equipos (mano de obra, material, administrativos, financieros…). A criterio del alumno.

NOTA: Para la realización de este ejercicio, no bastará con la información que se obtiene del libro de Energía Eólica proporcionado por el Máster, sino que el alumno deberá recurrir a fuentes diversas de información. Necesita que le eches una mano haciendo cálculos técnicos y económicos, para determinar cuál de las opciones le interesaría mas y porque.



2. CRITERIOS DE DISEÑO Se trata un sistema eólico de baja potencia a 30 metros de altura situado en Navacerrada

(Madrid) y en Simancas (Valladolid); los aerogeneradores son dos modelos de la marca Bornay de 3000 y de 6000 W.

La finalidad de la instalación es la venta de energía a la red.

2.1. CLASIFICACIÓN DE LA INSTALACIÓN Según la norma IEC 61400‐2 Ed.3; las instalaciones que cumplan los siguientes requisitos se

consideran instalaciones mini eólicas:

‐ Área inferior a 200 m²

‐ Diámetro < 15 m

‐ Potencia unitaria: 0‐65KW

Según el R.D. 661/2003 nuestra instalación pertenece al grupo “b.2” (Instalaciones que únicamente utilizan como energía primaria la energía eólica), y dentro de este grupo, al subgrupo “b.2.1” (Instalaciones eólicas en tierra).

Según la norma IEC 61400‐2 Ed.3; las instalaciones que cumplan los siguientes requisitos se consideran instalaciones mini eólicas:

‐ Área inferior a 200 m²

‐ Diámetro < 15 m

‐ Potencia unitaria: 0‐65KW



3. RECURSO EÓLICO Consultamos el Atlas eólico del IDAE para obtener la velocidad y la frecuencia del viento en

cada emplazamiento (http://atlaseolico.idae.es/).

NAVACERRADA DIRECCIÓN

FRECUENCIA% VELOCIDADm/s POTENCIA%

WEIBULL C m/s

WEIBULL K

N 7,58 5,8 8,54 6,443 2,287NNE 3,59 4,611 2,09 5,109 2,188NE 2,33 4,347 1,18 4,748 2,009ENE 3,62 4,864 2,42 5,247 2,06E 5,39 5,208 4,57 5,776 2,171ESE 6,25 4,998 5 5,619 2,111SE 8,17 5,332 7,55 5,998 2,238SSE 5,96 4,6 3,58 5,235 2,302S 5,85 4,482 3,48 5,102 2,131

SSW 5,53 4,702 3,45 5,253 2,222SW 4,52 4,81 3,61 5,331 1,831WSW 3,14 4,11 1,49 4,556 1,913W 4,26 5,466 4,95 5,98 1,788

WNW 9,61 6,165 13,61 6,893 2,213NW 13,4 6,16 18,42 6,869 2,366NNW 10,82 6,241 16,06 7,05 2,269

Observamos que la dirección más probable es la noroeste debido a que la frecuencia indica que el 13,4 % del tiempo el viento sopla en esa dirección, además para esa dirección la velocidad media se encuentra entre las máximas,6,16 m/s; por todo esto, esta dirección es la óptima para nuestro aerogenerador.



A continuación se muestran unas representaciones gráficas de elaboración propia de la rosa de los vientos de 16 rumbos para la frecuencia y para la velocidad en Navacerrada.



MEDIA ANUAL

NAVACERRADA 30 m. 60 m. 80 m. 100 m.Velocidad (m/s) 3,78 4,96 5,38 5,66 Weibull C (m/s) 4,26 5,54 6,01 6,34

Weibull K 2,201 2,137 2,072 2,008

La variación del viento en un emplazamiento típico suele describirse utilizando la llamada Distribución de Weibull.

NAVACERRADAVelocidad del viento

Probabilidad Weibull

0 0,00%1 8,75%2 17,34%3 21,44%4 20,07%5 15,05%6 9,24%7 4,69%8 1,97%9 0,69%10 0,20%11 0,05%12 0,01%13 0,00%14 0,00%15 0,00%

A continuación se muestra un gráfico de elaboración propia que representa la distribución Weibull obtenida para el emplazamiento de Navacerrada y para una altura de 30 m.



Observamos que la dirección más probable es la noreste debido a que la frecuencia indica que el 17,97 % del tiempo el viento sopla en esa dirección, además para esa dirección la velocidad media se encuentra entre las máximas, 6,047 m/s; por todo esto, esta dirección es la óptima para nuestro aerogenerador.

SIMANCAS DIRECCIÓN

FRECUENCIA% VELOCIDAD

m/s POTENCIA%

WEIBULL C m/s

WEIBULL K

N 3,530 4,065 1,520 4,537 1,904NNE 6,520 4,736 4,400 5,487 2,139NE 17,970 6,047 19,300 6,723 2,607ENE 8,570 4,860 5,000 5,365 2,350E 4,120 4,339 2,290 4,909 1,878ESE 2,530 3,728 1,030 4,263 1,725SE 2,380 3,888 1,040 4,409 1,758SSE 3,720 4,940 2,870 5,658 2,046S 4,930 4,983 3,780 5,633 2,034

SSW 5,230 5,617 7,010 6,413 1,766SW 8,380 6,009 12,970 6,888 1,862WSW 11,720 6,288 18,180 7,235 2,135W 10,000 6,047 14,170 7,028 2,141

WNW 4,460 4,624 2,720 5,207 2,023NW 3,270 4,624 1,910 5,152 2,043NNW 2,690 4,570 1,800 5,091 1,768



A continuación se muestran unas representaciones gráficas de elaboración propia de la rosa de los vientos de 16 rumbos para la frecuencia y para la velocidad en Simancas.



MEDIA ANUAL

SIMANCAS 30 m. 60 m. 80 m. 100 m.Velocidad (m/s) 4,3 5,04 5,37 5,61 Weibull C (m/s) 5,01 5,77 6,09 6,3

Weibull K 2,001 1,985 1,974 1,929

La variación de la velocidad del viento en cada emplazamiento la describiremos utilizando la llamada Distribución de Weibull.

SIMANCASVelocidad del viento(m/s)


0 0,00%1 8,20%2 14,43%3 17,48%4 17,28%5 14,69%6 11,00%7 7,35%8 4,42%9 2,40%10 1,18%11 0,53%12 0,21%13 0,08%14 0,03%15 0,01%

A continuación se muestra un gráfico de elaboración propia que representa la distribución Weibull obtenida para el emplazamiento de Simancas y para una altura de 30 m.



4. PRODUCCIÓN ENERGÉTICA A continuación se muestran unas gráficas de potencia obtenidas de la página web del

fabricante que muestran la potencia generada por cada uno de los 2 aerogeneradores en estudio, Bornay 3000 y Bornay 6000.

‐ Bornay 3000

VELOCIDAD DE CONEXIÓN (m/s) VELOCIDAD DE DESCONEXIÓN (m/s)

BORNAY 3000 3,50 14,00



‐ Bornay 6000

VELOCIDAD DE CONEXIÓN (m/s) VELOCIDAD DE DESCONEXIÓN (m/s)

BORNAY 3000 3,50 14,00

A partir de las curvas de potencia de los aerogeneradores podemos calcular un promedio de las horas durante las cuales sopla el viento durante el año, con una simple regla de tres:

Lo calcularemos con ayuda de la distribución de Weibull; para después calcular una estimación de la potencia anual producida por el aerogenerador.



NAVACERRADA Velocidad viento


N horas (h)

0 0,00% 0,0001 8,75% 766,5002 17,34% 1518,9843 21,44% 1878,1444 20,07% 1758,1325 15,05% 1318,3806 9,24% 809,4247 4,69% 410,8448 1,97% 172,5729 0,69% 60,44410 0,20% 17,52011 0,05% 4,38012 0,01% 0,87613 0,00% 0,00014 0,00% 0,00015 0,00% 0,000

NAVACERRADA BORNAY ‐ 3000

Velocidad viento a 30m. (m/s)


Nº horas Potencia

(W) Potencia anual

(KWh) 0 0,00% 0,000 0 0 1 8,75% 766,500 0 0 2 17,34% 1518,984 0 0 3 21,44% 1878,144 230 431,97312 4 20,07% 1758,132 490 861,48468 5 15,05% 1318,380 530 698,7414 6 9,24% 809,424 1050 849,8952 7 4,69% 410,844 1450 595,7238 8 1,97% 172,572 1900 327,8868 9 0,69% 60,444 230 13,90212 10 0,20% 17,520 2800 49,056 11 0,05% 4,380 2700 11,826 12 0,01% 0,876 2900 2,5404 13 0,00% 0,000 3200 0 14 0,00% 0,000 3400 0 15 0,00% 0,000 3200 0

TOTAL 3843,02952



A partir de la producción anual, hallamos el factor de carga (FC), es decir, las horas de funcionamiento a plena carga del aerogenerador.

Esto significa que un 14,62% del tiempo el aerogenerador funciona a plena carga.

NAVACERRADA BORNAY ‐ 6000



Nº horas Potencia

(W) Potencia anual

(KWh) 0 0,00% 0 0 0 1 8,75% 766,5 0 0 2 17,34% 1518,984 0 0 3 21,44% 1878,144 480 901,50912 4 20,07% 1758,132 730 1283,43636 5 15,05% 1318,38 1400 1845,732 6 9,24% 809,424 1750 1416,492 7 4,69% 410,844 2300 944,9412 8 1,97% 172,572 3250 560,859 9 0,69% 60,444 4300 259,9092 10 0,20% 17,52 4800 84,096 11 0,05% 4,38 5400 23,652 12 0,01% 0,876 5900 5,1684 13 0,00% 0 6100 0 14 0,00% 0 6200 0 15 0,00% 0 5900 0

TOTAL 7325,79528 A partir de la producción anual, hallamos el factor de carga (FC), es decir, las horas de

funcionamiento a plena carga del aerogenerador.

Esto significa que un 13,93% del tiempo de funcionamiento del aerogenerador, este, lo hace a plena carga.



SIMANCAS BORNAY ‐ 3000



Nº horas Potencia

(W) Potencia anual

(KWh) 0 0,00% 0 0 0 1 8,20% 718,32 0 0 2 14,43% 1264,068 0 0 3 17,48% 1531,248 230 352,18704 4 17,28% 1513,728 490 741,72672 5 14,69% 1286,844 530 682,02732 6 11,00% 963,6 1050 1011,78 7 7,35% 643,86 1450 933,597 8 4,42% 387,192 1900 735,6648 9 2,40% 210,24 230 48,3552 10 1,18% 103,368 2800 289,4304 11 0,53% 46,428 2700 125,3556 12 0,21% 18,396 2900 53,3484 13 0,08% 7,008 3200 22,4256 14 0,03% 2,628 3400 8,9352 15 0,01% 0,876 3200 2,8032

TOTAL 5007,6364

SIMANCAS Velocidad viento

Probabilidad Weibull N horas (h)

0 0,00% 0,000 1 8,20% 718,320 2 14,43% 1264,068 3 17,48% 1531,248 4 17,28% 1513,728 5 14,69% 1286,844 6 11,00% 963,600 7 7,35% 643,860 8 4,42% 387,192 9 2,40% 210,240 10 1,18% 103,3680 11 0,53% 46,428 12 0,21% 18,396 13 0,08% 7,008 14 0,03% 2,628 15 0,01% 0,876




Esto significa que un 19,05% del tiempo el aerogenerador funciona a plena carga.

SIMANCAS BORNAY ‐ 6000



Nº horas Potencia

(W) Potencia anual

(KWh) 0 0,00% 0 0 0 1 8,20% 718,32 0 0 2 14,43% 1264,068 0 0 3 17,48% 1531,248 480 734,99904 4 17,28% 1513,728 730 1105,02144 5 14,69% 1286,844 1400 1801,5816 6 11,00% 963,6 1750 1686,3 7 7,35% 643,86 2300 1480,878 8 4,42% 387,192 3250 1258,374 9 2,40% 210,24 4300 904,032 10 1,18% 103,368 4800 496,1664 11 0,53% 46,428 5400 250,7112 12 0,21% 18,396 5900 108,5364 13 0,08% 7,008 6100 42,7488 14 0,03% 2,628 6200 16,2936 15 0,01% 0,876 5900 5,1684

TOTAL 9890,81088


Esto significa que un 18,82% del tiempo de funcionamiento del aerogenerador, este, lo hace a plena carga.



Se muestra una tabla resumen de los resultados obtenidos:

LOCALIDAD AEROGENERADOR Producción año (KWh)

F.C.

NAVACERRADA Bornay 3000 3843,02952 14,62 Bornay 6000 7325,79528 13,93

SIMANCAS Bornay 3000 5007,6364 19,05 Bornay 6000 9890,81088 18,82



5. ESTUDIO ECONÓMICO

Se debe realizar un estudio económico a la hora de valorar con qué opción escoger.

5.1. NORMATIVA TARIFARIA REGULADORA En primer lugar se debe acudir a la normativa tarifaria reguladora en este campo de la

energía, más concretamente, al real decreto R.D. 661/2007, que indica los valores de la tarifa regulada correspondientes a las instalaciones de subgrupo b 2.1, al cual pertenece esta instalación como se ha mencionado en apartados anteriores, se obtienen los siguientes valores de dicho real decreto:

Se supone instalación eólica con conexión a red para realizar el cálculo de rentabilidad económica.

Régimen económico (Fuente: RD. 661/2007. Tabla 3, Art.36 )



5.2. ESTIMACIÓN DEL COSTE DE LA INSTALACIÓN Se conoce el coste de los aerogeneradores que representa aproximadamente un 74% de la

inversión al que, posteriormente, se debe sumar al coste del aerogenerador todos los costes debidos al equipo eléctrico, conexión a red, los costes de obra civil…:

BORNAY 3000 9.000 € BORNAY 6000 12.000 €

El resto de costes representan, el siguiente tanto por ciento:

‐ Equipos eléctricos y conexión a red: 12%.

‐ Obra civil: 9%.

Todas las partidas anteriormente mencionadas cubren el 95% de la inversión total. El restante 5% contempla las inversiones en los equipos de control del parque, en las torre meteorológicas y en otros componentes y el montante de la parte burocrática y legal de los terrenos donde se ubica el parque, gastos de financiación y promoción, etc.

Sabiendo que los aerogeneradores representan aproximadamente un 74% del coste total de la instalación con lo que, con una simple regla de 3 se obtiene un coste total de la instalación de:



Porcentaje del coste total

% BORNAY 3000 BORNAY 6000

Coste aerogenerador 74 % € €

Equipo eléctrico y conexión a red 12 % 1459,46 € 1945,95 €Obra civil 9 % 1094,59 € 1459,46 €Otros 5 % 608,11 € 810,81€TOTAL 100 % 12162,16 € 19216,22 €

5.3. AMORTIZACIÓN DE LA INSTALACIÓN A continuación se estudia el número de años necesarios para amortizar por completo la

instalación; teniendo en cuenta que la energía producida por nuestra instalación la venderemos y que la consumida por la vivienda la compraremos a la empresa suministradora ya que el coste de compra es inferior al de venta de energía. También consideraremos factores como: subvenciones, precio de venta KWh etc.

NAVACERRADA SIMANCAS

BORNAY 3000

BORNAY 6000

BORNAY 3000

BORNAY 6000

Subvención (25%) [€] 4256,76 6725,68 4256,76 6725,68 Coste – subvención [€] 7905,40 12490,54 7905,40 12490,54 Producción [KWh] 3843,03 7325,80 5007,64 9890,81 Venta primeros 20 años [€/KWh] 0,073228 0,073228 0,073228 0,073228 Beneficio venta energía/año [€/año] 281,42 536,45 366,70 724,28

Finalmente para saber el número de años que se necesitan para amortizar la instalación, dividiremos el coste de la inversión (Coste –subvención) entre los beneficios por la venta:

‐ NAVACERRADA:



‐ SIMANCAS:

5.4. BENEFICIO TOTAL Se observa que optando por el Bornay 6000 en Navacerrada se tardarán 23 años en

amortizar el coste de la instalación y para Simancas escogiendo el Bornay 6000 17 años. Estudiaremos el beneficio obtenido tras los años del periodo de amortización de la instalación, para saber hasta qué punto nos interesa una u otra opción:

NAVACERRADA SIMANCAS

PARTIDA BORNAY 3000 BORNAY 6000 BORNAY 3000 BORNAY 6000

Producción 3843,03 KWh 7325,80 KWh 5007,64 KWh 9890,81 KWh

Nº años en amortizar inst. 28,09 23,28 21,56 17,25

Años restantes hasta 25 años ‐3,09 1,72 3,44 7,75

Venta primeros 20 años 0,073228 0,073228 0,073228 0,073228

Beneficio venta energía/año 281,42 536,45 366,70 724,28 Beneficio total desde

amortización hasta fin de 25 años de vida

No es posible

920,79 € 1.262,08 € 5.616,56 €



6. CONCLUSIONES Si comparamos el recurso eólico de ambas localidades observamos que Simancas posee un

recurso mucho mayor; tanto en la rosa de vientos como en la producción de los aerogeneradores se refleja esta afirmación.

En cuanto a los aerogeneradores, el aerogenerador de 6000 W tiene una producción prácticamente del doble de la producción del de 3000 W, esto es debido a que le dobla la potencia.

Si tuviésemos que optar por un emplazamiento para un aerogenerador, optaríamos por el aerogenerador Bornay 6000 en Simancas ya que su amortización es la más reducida, unos 17 años, y a partir esta empezaremos a obtener beneficios.

Suponiendo una vida útil de nuestra instalación de 25 años, obtendríamos unos beneficios de poco más de 5600€.

Cabe destacar que el aerogenerador Bornay 3000 en Navacerrada no amortizaría la instalación en el tiempo de vida útil de la instalación.



7. BIBLIOGRAFÍA

‐ Máster de Energías Renovables: MATERIA V – Energía Eólica.

‐ IDAE.

‐ R.D. 661/2007

adr_t07_10e (nota 10)

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