eolica basico aae

7/31/2019 Eolica Basico Aae

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TECNOLOGIA

Asociacin Empresarial [email protected]

Tech4CDM

Taller sobre Energa Elica - 2009


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INDICE1.LA ENERGIA EOLICA UNA FORMA DE GENERACION SITUACIN A ACTUAL POTENCIA INSTALADA A NIVEL MUNDIAL2.LA TECNOLOGIA DE APROVECHAMIENTO DEL VIENTO EL RECURSO ELICO CARACTERIZACIN DE LOS VALORES MEDIOS DE VIENTO DISTRIBUCIN DEL VIENTO CON LA ALTURA

VALORES EXTREMOS DEL VIENTO ESTIMACIN DEL RECURSO ELICO CRITERIOS DE INSTALACIN DE UN PARQUE ELICO Y LOCALIZACIN DE

AEROGENERADORES3. LA ENERGA PRODUCIDA POR UN AEROGENERADOR POTENCIA AERODINMICA EXTRADA POR EL ROTOR RENDIMIENTO DE CAPTACIN ENERGTICO Cp - LMITE DE LANCHESTER - BETZ

FUNCIONAMIENTO DEL AEROGENERADOR DE EJE HORIZONTAL EL COMPORTAMIENTO DEL AEROGENERADOR CONTROL DE POTENCIA DEL AEROGENERADOR CURVA DE POTENCIA Y CONTROL DE POTENCIA DEL AEROGENERADOR4. CALCULO ENERGTICO SELECCIN DEL AEROGENERADOR

5.- TIPOLOGIAS DE AEROGENERADORES IMPORTANCIA DE LA VARIACION DE VELOCIDAD DE GIRO Y DE PASO SISTEMAS ELCTRICOS DE LOS AEROGENERADORES SIN VARIACIN DE VELOCIDAD TIPOS DE GENERADORES SISTEMAS ELCTRICOS DE LOS AEROGENERADORES SIN VARIACIN DE VELOCIDAD SISTEMAS ELCTRICOS DE LOS AEROGENERADORES VARIACIN DE VELOCIDAD

LIMITADA

SISTEMAS ELCTRICOS DE LOS AEROGENERADORES CON VARIACIN DE VELOCIDAD

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1.LA ENERGIA EOLICA UNA FORMA DEGENERACION


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LA ENERGA ELICA EN EL MUNDO. SITUACIN ACTUAL

Potencia acumulada a nivel mundial y tasa de variacin. 1995-2008

La potencia elica instalada a nivel mundial alcanz los 120.798 MW a finales

del ao 2008, segn el informe publicado por Global Wind Energy Council(GWEC), lo que supuso una tasa de crecimiento del 29%, incrementoligeramente superior al del ao 2007 que se situ en un 27%.

4800 61007600

1020013600

17400

23900

31100

39341

47620

59091

74288

93835

120798

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

MW

Potenciainstalada acumulada (MW)Tasadevariacin

Fuente:GWECyAEE

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LA ENERGA ELICA EN EL MUNDO. POTENCIA INSTALADA

Potencia instalada anual. 1996-2008

De los 27.051 MW instalados en el ao 2008 a escala mundial, el 87,8% de esta potenciaha sido emplazado en 10 pases, en el siguiente orden de mayor a menor potencia:Estados Unidos (8.358 MW), China (6.300 MW), India (1.800 MW), Alemania (1.665MW), Espaa (1.609 MW), Italia (1.010 MW), Francia (950 MW), Reino Unido (836

MW), Portugal (712 MW) y Canad (526 MW).

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

MW Potenciainstalada anualmente

Fuente:GWECyAEE

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LA ENERGA ELICA EN EL MUNDO. REPARTO POR REGIONES DE LA

POTENCIA ELICA INSTALADA ACUMULADA

En cuanto a la potencia elica instalada por regiones, aunque Europa ha pasado asegundo lugar en el liderazgo mundial en el ao 2008, contina siendo el mercado

ms importante con 65.971 MW instalados.. En Norte Amrica, Estados Unidos ha superado todos los records en cuanto a

potencia elica instalada se refiere, con aproximadamente 8.358 MW instalados en2008, superando por tanto los 25.000 MW acumulados a finales de dicho ao.

China ha doblado su potencia elica instalada por cuarto aoconsecutivo, incrementando su potencia en 6,3 GW, alcanzando un total de 12,2 GWinstalados a finales del ao 2008, ocupando as el liderazgo en la regin de Asia.

En Amrica Latina, Brasil ha sido el pas que ms ha incrementado su parque elicode generacin, con 295 MW nuevos. En el extremo opuesto se encuentra Argentina

que tan slo ha instalado 2 MW, segn los datos publicados por GWEC. En frica y Este Medio se han instalado 130 MW nuevos, de los cuales 55 MW se

ubican en Egipto y 34 MW en Tnez.

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POTENCIA INSTALADA PARA LOS AOS 2007 y 2008 COMPUTO MUNDIAL

Installed Accu. Installed Accu. % of installed

MW MW MW MW MW

2007 2007 2008 2008 2008Total Americas 5,815 19,391 9,527 28,918 33.8%

Total Europe 8,285 56,824 9,179 65,971 32.6%

Total South & East Asia 5,010 13,973 8,201 22,174 29.1%

Total OECD-Pacific 597 3,220 1,056 4,272 3.7%

Total Africa 83 469 228 696 0.8%Total other continents and

areas:3 127 0.0 127 0.0%

Annual MW installed

capacity19,791 28,190

Cumulative MW installed

in the world94,005 122,158

Source: BTM Consult ApS - March 2009

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POTENCIA INSTALADA PARA LOS AOS 2007 y 2008 COMPUTO MUNDIAL CONTINENTE AMERICANO

Installed Accu. Installed Accu.

MW MW MW MW

2007 2007 2008 2008

Argentina 0 31 2.0 33

Brazil 161 392 295.0 687

Canada 386 1,845 526 2,371

Costa Rica 0 79 25 104Mexico 0 86 246 332

USA 5,244 16,879 8,358 25,237

Other Americas 23 79 75 153

Total Americas 5,815 19,391 9,527 28,918Source: BTM Consult ApS - March 2009

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LA ENERGA ELICA UNA FORMA DE

GENERACIN ELCTRICA

Utiliza los recursos autctonos.

Permite la creacin de empleo local.

Mejora el impacto sobre el medioambiente.

Con una incidencia muy baja en la operacin del sistema.

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LA ENERGA ELICA EN LA GENERACION ELCTRICA: EUROPA

83.674

55.245

2.921 1.907 1.183

6.251

11.21913.021

20.000

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

Gas Elica Hidrulica Biomasa Otras* Nuclear Carbn FuelOil

MW

Fuente:EWEAandPlattsPowerVision

8.484

6.932

2.495

762473

296 149 60

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

Elica Gas FuelOil Carbn Hidrulica Biomasa Otras* Nuclear

MW

Fuente:EWEAandPlattsPowerVision10


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2.LA TECNOLOGIA DE APROVECHAMIENTODEL VIENTO


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EL RECURSO ELICO

INTRODUCCIN:El recurso elico es simplemente la energa del viento, tambin llamada energaelica, que es una fuente alternativa renovable.

Hablar del recurso elico en un determinado emplazamiento, se refiere a laenerga elica o al potencial elico que hay disponible en ese determinado lugar.Si hablamos de viento, lo primero que podemos definir sencillamente es que elViento es el aire en movimiento. Y cuando la masa de aire se pone enmovimiento, adquiere una determinada energa cintica de traslacin, y esprecisamente esta energa la que hemos aprovechado con mayor o menor eficacia.Aunque la definicin de viento es muy sencilla la caracterizacin analtica delviento no es simple en realidad, dado que la corriente general de aire que sedesplaza a lo largo y ancho de la corteza terrestre no es uniforme en todo sucampo.La distribucin vertical del viento en altura o a lo ancho de la corriente, fenmenos

de rafagosiad y de turbulencia en el seno de la propia corriente, hacen que elestudio del viento, como recurso aprovechable, sea muy complejo en si mismo.


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EL RECURSO ELICOMecanismo bsico de formacin del viento: En zonas de mayor calor, el aire al calentarse disminuye su densidad y se eleva la masa

de dicho aire. Al ascender dicha masa y alejarse del suelo, tendera a dejar un hueco, noquedando ms remedio que se hueco sea rpidamente rellenado por el aire ms fro

proveniente del rea circundante a la zona caliente. Si a escala planetaria tuvisemos solo dos zonas bien diferenciadas, debido a que el ejede giro fuese perpendicular al plano de la elptica y la tierra tuviese una rotacin de unavuelta por ao, una correspondera a la zona caliente sobre el ecuador y la otra a una frasobre cada uno de los polos, definindose solo dos celdas de circulacin.

Pero en realidad como la tierra va ms de prisa, dando 365 vueltas sobre si misma a lolargo del ao y el eje de giro no es perpendicular, como lo sabemos todos, debemosconsiderar segn el principio de DAlembert a las fuerzas de inercia, fundamentalmente laCentrfuga y la de Coriolis, haciendo que el movimiento de las masas de aire sea mscomplejo.

Adems de lo anteriormente expuesto, tenemos tambin que el aire es un gas quetermodinmicamente su densidad depende de la presin y de la temperatura, con uncontenido determinado de humedad, no siendo esta ltima constante en todo el planeta.Por otro lado la capacidad calorfica de los ocanos y de los continentes es diferente.Sumado a que las condiciones de contorno son distintas a nivel de suelo que en altura, alo que tambin se aade la rugosidad propia del terreno, vemos que finalmente el Vientoes un movimiento de masas de aire terriblemente complejo y difcil de describiranalticamente de una forma precisa.


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EL RECURSO ELICO Mecanismo de formacin del viento: LA CIRCULACIN GENERAL DE LA ATMSFERA

Mecanismo de formacin de celdas de recirculacin a escala planetaria debido a larotacin de la Tierra sobre si misma (Efecto Coriolis).

Alisios del SE

Alisios del NE

Corrientes de chorro

Vientos polaresdel Este

Vientos del Oeste

Posicin principalde corrientes de

chorro subtropicales

Vientos del OesteVientos polares

del Este

Posicin principal de corrientesde chorro polares


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EL RECURSO ELICO

Mecanismo de formacin del viento

Desigual calentamiento de la tierra

Fuerzas debidas al giro de la tierra Centrfugas

Coriolis


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EL RECURSO ELICO


Variacin del viento en la macro-escala.

Equilibrio entre las fuerzas de presin y de Coriolis


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EL RECURSO ELICO


Equilibrio de fuerzas -

FUERZA DE CORILIS FUERZA DE PRESIN

FUERZA CENTRFUGA, debida al movimiento circular

baja

alta

alta

alta

baja


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EL RECURSO ELICO


Variacin del viento en la meso-escala Brisas nocturnas y diurnas

Desigual calentamiento por radiacin de la tierra y del mar

Aire fro pesado que se desliza por las laderas de las montaas Aire caliente que sube de los valles

Asociado a grandes cordilleras


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EL RECURSO ELICO


Variacin del viento en la microescala

Pequeos obstculos, cerros, colinas Estelas de aeroturbinas u otros obstculos

Variacin del viento en la escala de la turbulencia


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CARACTERIZACIN DE LOS VALORES MEDIOS DE VIENTO

El viento sufre variaciones temporales, por lo que conviene clasificarlas en dos grandesgrupos: Variaciones, anuales, estacionales, diarias, etc y Turbulencia.

ESPECTO DE LA VARIACIN DEL VIENTO

Hay que distinguir entre lo que son oscilaciones de largoplazo, diarias, mensuales, estaciones, etc, y lo que es turbulencia. Debemos porconsiguiente buscar el perodo ms apropiado para hacer la media.

En margen de frecuencias entre 0,5 y 5 ciclos por hora (Ventana Espectral)correspondiente a perodos entre 10 minutos y dos horas, la variacin del contenidoenergtico del viento es muy pequeo.

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Ejemplo de la medida del viento en un anemmetro y como se sacan las medidas cadadiez minutos. Distincin entre turbulencia y variacin media del viento.

Se piensa que en el margen marcado por la venta espectral se puede elegir el perodo Tpara hacer la media. Se suele elegir T=10 minutos. De esta forma se separan lasvariaciones diurnas o estacionales de lo que es propiamente turbulencia. Las oscilacionesturbulentas son con frecuencias mayores que 0,1 ciclos por minuto. Las frecuenciaspropias de las estructuras elicas, as como los tiempos tpicos de respuesta de los

diversos sistemas elctricos y de control son con frecuencias mayores que 0,1 ciclos porminuto, y deben estudiarse estadsticamente, a partir de las caractersticas de laturbulencia.

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Para poder predecir la variacin de la velocidad media del viento durante un largo perodode tiempo se suele utilizar la funcin de distribucin acumulada o curva de duracin delviento, que expresa la probabilidad de que la velocidad V exceda un valor lmite, V0durante el perodo considerado.

Cuando dicha probabilidad se multiplica por 8.760 tendramos el nmero de horas del aoen que esperamos en que se exceda dicha velocidad:

Distribucin de Weibull

Contiene dos parmetros para ajustar a los datos reales: c y k . El parmetro c estrelacionado con la velocidad media.

Caso Particular; K=2, Distribucin de Rayleigh:

En la norma IEC 61400 distribucin de Rayleigh, con Vave = 0,2 Vref

k

r CVVVPVF )/(exp)()( 000 =


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Representacin grfica de la Curva de Weibull

Durante un nmero de horas del aohay una velocidad mayor que la indicada

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2v(m/s)

curva distribucnfrecuencias y funcinweibull


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Si se aplicase la distribucin de Rayleigh en un lugar donde:

La probabilidad de que se excediese una velocidad de 12 m/s sera:

Se excedera durante:

8760x0,33=2827 horas al ao

smV /10=

33,0/102

/12exp)/12Pr(

2

=

=

smx

smsmV


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Clculo de la Curva de Weibull Los valores de k y C se deben obtener a partir de las medidas en el lugar elegido. Un

mtodo consiste en ajustar mediante mnimos cuadrados los datos de las medidas a lasiguiente recta, obtenida a partir de la curva de Weibull

La pendiente de la recta nos da k y su interseccin con el eje y C

kXYY += 0 donde ))ln(ln( FY = ( )0ln VX =

( )CkY ln0=


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ROSA DE LOS VIENTOS La informacin anterior se refiere a la distribucin de la velocidad del aire. Sin embargo,

como se ver posteriormente, para la estimacin del recurso elico es necesario conocertambin la direccin del viento. La informacin simultnea sobre la direccin del viento y

su intensidad se suele dar mediante la rosa de los vientos, bien en forma grfica o enforma tabular.


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ROSA DE LOS VIENTOS EN FORMA TUBULAR


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DISTRIBUCIN DEL VIENTO CON LA ALTURA

Distribucin del Viento con la altura En particular y debido a la condicin de contorno que impone la velocidad nula justo

en el suelo, siempre se desarrolla un perfil vertical de velocidades (cortadura vertical)

que en realidad no obedece a una ley determinada, ya que la turbulencia y larafagonsidad se suman y lo modifican.

El viento vara con la altura, y esto influye de forma importante en:Produccin de energa. A mayor altura mayor produccin y tambin mayor coste. Esnecesario optimizar el sistema.

La pala al girar se encuentra con viento ms variable. Por lo tanto se producen cargas variables que afectan a los esfuerzos variables del

rotor.


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Variacin del viento con la altura. Capa lmite terrestre

El viento por encima de una cierta altura est sujeto a un equilibrio entre las fuerzas depresin y las de Coriolis. Sin embargo, a medida que nos vamos acercando al suelo el

viento es frenado por efecto del rozamiento con el mismo. Este proceso de frenado ocurreen la capa lmite terrestre.


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Variacin del viento con la altura. Capa superficial

Factores que intervienen:

- La orografa - La rugosidad del terreno

- Estabilidad atmosfrica

Para atmsfera neutra y terreno llano:

=

0

ln*5,2

z

zuV

Donde:

- z es la distancia al suelo

- z0 es la rugosidad del terreno

=( rugosidad de Nikuradse en diagrama de Moody)/30

- u* es la velocidad de friccin turbulenta que es proporcional a la desviacin tpicade las oscilaciones turbulentas alrededor del valor medio (10 minutos)


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Variacin del viento con la altura. Capa superficial. Frmula alternativa

Otra forma alternativa de expresar la variacin del viento con la altura:

Donde H es una altura de referencia y es un exponente que se puede relacionar con la

rugosidad a travs de la ecuacin:

( )( )

=H

z

HV

zV

=

m

z

25,15ln

1

0


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Variacin del viento con la altura. Capa superficial. Frmula alternativa

- El exponente a vara con la hora del da, la estacin, el tipo de terreno, la velocidad del

viento y la estabilidad atmosfrica. Por las noches con fuerte estabilidad y cortadura puedellegar a valer 0,5 y por el da bajar hasta 0,1.

- Lo mejor es, si se conoce la distribucin del viento con la altura, calcular a de forma quelas medidas aproximen lo mejor posible la frmula anterior.

- Si se quiere predecir su valor se pueden usar la correlacin anterior.

- En general aumenta con la rugosidad del terreno y disminuye con la velocidad y con elgrado de estabilidad atmosfrica

- La norma IEC define para los clculos de seguridad un perfil normalizado de velocidad(Normal wind profile model, NWP), e indica que las aeroturbinas deben estar calculadas

con el exponente =0,2.


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Variacin del viento con la altura. Valores del exponente a


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Variacin del viento con la altura. Estabilidad atmosfrica

Cuando la atmsfera es estable la cortadura o variacin del viento con la altura es msintensa. Las medidas representadas en la figura dan la diferencia de velocidad entre dos

puntos a distintas alturas dividida por la velocidad a una altura intermedia. Se puede vercomo durante la noche esa diferencia es muy grande y durante el da disminuyeconsiderablemente


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La atmsfera es:

- Estable, en noches fras de poco viento

- Neutra, en das nublados de mucho viento

- Inestable, en das de poco viento soleados

En atmsferas estables el suelo est fro y recibe calor, la variacin de la temperatura conla altura debe cumplir la condicin:

km

C

c

g

dz

dT

p

8,9=>

Para el caso de inversin atmosfrica la temperatura aumentara con laaltura y la atmsfera sera muy estable.

Para atmsferas inestables el suelo estara ms caliente que l aire y

emitira calor. La condicin sera la opuesta a la anterior.


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Variacin del viento con la altura. Estabilidad atmosfrica Una forma de medir la estabilidad atmosfrica es mediante el inverso de la longitud de

Monin-Obukhov, L.

donde p es la presin absoluta atmosfrica y H es el flujo de calor que emite el suelo haciala atmsfera por conveccin turbulenta. Cuando el suelo est fro y recibe calor del aire H

es negativo, L es positivo y la atmsfera es estable Si 1/L es positivo mayor de 0,1 1/m atmsfera muy estable,

Si 1/L es negativo menor de -0,1 1/m atmsfera muy inestable,

Si 0,02


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Variacin del viento con la altura. Capa de Eckman

El viento geostrfico, por encima de la capa lmite no tiene la misma direccin que en elsuelo. Hay un cambio de direccin a travs de la capa lmite terrestre

Vientogeostrfico

enatmsfera

libre

Viento enel suelo

ngulo degiro


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Variacin del viento con la altura. Viento geostrfico.

La componente del viento geostrfico paralela a la que hay en el suelo viene dada deforma aproximada por la ecuacin:

A es una constante que vara entre 4 y 6, B vale alrededor de 12 para vientos fuertes, h es

el espesor de la capa lmite terrestre, que se puede estimar a partir de la ecuacin:

= A

z

huVxg

0

ln*5,2 *BuVyg =

f

u

bh

*

=

donde b es una constante que con vientos fuertesvale alrededor de 0,2, y f es el parmetro deCoriolis, definido por:

,,2),(2 latitudda

radsenf =

==

En Espaa, f vale aproximadamente1,2x10-4 rad/s


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Recursos a 50 metros sobre el suelo para 5 condiciones topogrficas:1) Terreno resguardado 2) llanuras abiertas, 3) Costa, 4) Mar 5) Colinas y acantilados.

Aplicacin del trasvase de informacin deestaciones meteorolgicas, conjuntamente conclculos que luego se vern


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VALORES EXTREMOS DEL VIENTO

Valores extremos del viento

Adems de las descripciones anteriores del viento, basadas en valores medios y laoscilacin turbulenta del viento alrededor de ese valor medio, es tambin de intersconocer los valores extremos del viento que pueden ocurrir a largo plazo.

- Concretamente, se desea saber cul sera el viento medio mximo durante un ao.

- Obviamente, de las medidas de viento anuales se puede extraer esta informacin, y siesta medida se repite durante muchos aos se obtendra una estadstica de dichos valoresextremos.

- Dicha estadstica se podra obtener a partir de la distribucin de Weibull (u otra similar)estimando el nmero de picos de velocidad que habra en un ao, sin embargo, losresultados no seran muy exactos y se prefiere usar la ley conocida como de Gumbel oFisher-Tippett, que dice:

( ) ( )

==

mzparaz 30,7,0


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ESTIMACIN DEL RECURSO ELICO

Estimacin de recursos. Modelos numricos, ecuaciones completas

- El problema en general consiste en la resolucin de las ecuaciones del movimiento fluidoalrededor de una configuracin ms o menos compleja.

- En general las ecuaciones de conservacin a resolver son:

- Masa

- Cantidad de movimiento (3 ecuaciones)

- Energa- Fraccin msica de vapor de agua

- - Aunque a veces se prescinde de estas dos ltimas, sobre todo para atmsferas neutras.

- - Tambin se suele suponer que las variaciones de densidad son muy pequeas,


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Estimacin de recursos: modelos numricos , ecuaciones completas

Para simular la turbulencia se suelen utilizar diferentes modelos de cierre turbulentos conlos que se calculan los trminos de transporte turbulentos

- A estas ecuaciones hay que imponerle condiciones de contorno apropiadas, que incluyenel efecto de la orografa.

- Por otra parte se debe conocer el flujo entrante, cuyas propiedades se suponenestadsticamente conocidas a partir de una estacin meteorolgica cercana ytrasvasndolas al terreno considerado a travs del viento geostrfico.

Se pueden realizar cdigos propios para implementar estos modelos, aunque a veces esms sencillo la utilizacin de cdigos comerciales.

Generalmente se requieren estaciones de trabajo, aunque para configuraciones sencillaspuede bastar con un PC.


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Contornos de velocidad horizontal en un corte bidimensional calculados con el modelointroducido en FLUENT . El viento viene de la izquierda.


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Contornos de la componente vde la velocidad, segn ladireccin del viento incidenteen una superficie paralela alsuelo a una distancia de 45 m.Direccin 337 a partir del N ensentido horario. El eje y apuntahacia el norte. Calculados conel modelo introducido enFLUENT.


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Contornos deintensidad

turbulentacalculados conFLUENT. Colina

trapezoidal.


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Contornos develocidad en la

direccin principalcalculados conFluent. Colinatrapezoidal


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Estimacin de recursos: modelos numricos , Mtodos basados en la conservacin de lamasa

- Se supone que se dispone de un campo de velocidades vectorial Vx0, Vy0, Vz0 obtenidoa partir de medidas y de su interpolacin

- Obviamente, cuanto mayor sea el nmero de anemmetros, y a cuantas ms alturas semida en cada anemmetro, mejor ser esta estimacin inicial.

- Se trata de determinar otro campo de velocidades Vx, Vy, Vz, que nicamente satisfaga laecuacin de conservacin de la masa

y que difiera lo menos posible de Vx0, Vy0, Vz0. - Se puede demostrar que para esto se cumpla los dos campos de velocidades deben

estar relacionados por las ecuaciones siguientes:

0= Vr


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CRITERIOS DE INSTALACIN DE UN PARQUE ELICO Y

LOCALIZACIN DE AEROGENERADORES Criterios de instalacin de un parque elico Disponibilidad del terreno Potencial elico disponible

Autorizaciones Tcnicos-Administrativas Tipo de Aerogenerador Accesos Complejidad del terreno Red elctrica y evacuacin Impacto socioeconmico Impacto medioambientales Estudios Econmico Apoyos Financieros

DISTRIBUCIN ESPACIAL HORAS EQUIVALES SALIDA WAsP

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55

CRITERIOS DE INSTALACIN DE UN PARQUE ELICO Y

LOCALIZACIN DE AEROGENERADORES Localizacin de aerogeneradores Zonas de mayor potencial Direcciones predominantes Conos de estelas

Separacin lneas: 7 10 d Separacin aerogeneradores: 3d Accesos Pendientes Restricciones medioambientales Disponibilidad del terreno limitada

ADJUDICACIONES, PROPIETARIOS, ETC Criterios estticos Obstculos existentes

ANTENAS, LINEAS ELCTRICAS, CARRETERAS, ETC Tipo de mquina Curva de potencia Curva de empuje H optimizada Anlisis comparativo Horas equivalentes EJEMPLO SALIDA WAsP

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56

LA ENERGA PRODUCIDA POR UN AEROGENERADOR

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LA ENERGA PRODUCIDA POR UN AEROGENERADOR

Comportamiento global de la aeroturbina.. La potencia que se extrae del aire es la energacintica que ste pierde a su paso por la aeroturbina

En esta ecuacin se puede observar que cuanto mayor sea el bloqueo que produce laaeroturbina, o mayor sea el factor de velocidad inducida amenor ser V

2y mayor ser el

segundo factor, pero por otra parte menor ser Vturbina

y menor ser el primer factor.

Debe haber por tanto un valor ptimo de aque d mxima potencia

Ejemplos de energa producida tomando Cp=0,5 V=10 m/s =1,2 kg/m3 D=5 m POTENCIA=5.900 W = 5,9 kW D=20 m POTENCIA=94.300 W = 94,3 kW D=100 m POTENCIA=2.400.0000 W=2,4 MW

3

1=a

= 2221

2

2

1

2

1

4VV

DVW turbina

( ) ( )( )

2

2

31 2111

421 aaDVW =

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58

POTENCIA AERODINMICA EXTRADA POR EL ROTOR

Velocidad en el plano del rotor

La velocidad en el plano del rotor vale exactamente la semisuma de las velocidad enlos extremos del tubo de corriente, es decir la semisuma entre la velocidad entre el

infinito aguas arriba y el infinito aguas abajo. Potencia aerodinmica extrada por el rotor del viento

Al observar esta ecuacin tenemos una potencia WR del rotor es proporcional a:densidad del aire, el rea de rotor, la velocidad en el plano del rotor y la diferencias delas energas especficas entre los extremos del tubo.

Pregunta: habr un valor de V2 para que la potencia se haga mxima: S porque es unproblema de mximos. Por lo cual si a la expresin principal de WR en su miembroderecho la multiplicamos y la dividimos por V13 , la expresin no variar y me facilitaragruparla en otros trminos , dando como resultado:

LLAMANDO A FACTOR DE DESCENSO VELOCIDADES

Derivamos la expresin y la igualamos a cero. ( ). Y siendo una ecuacin desegundo grado tenemos dos soluciones, eligiendo solo la de : valor a=1/3, su valorpositivo. Reemplazando tenemos entonces que:

2

21 VVV+

=

+=

222

2

2

2

121 VVVVAWR

+=

2

1

2

1

23

1 112

1

2

1

V

V

V

VAVWR

1

2

V

Va =

3

127

8

AVWMAX

R =

0=da

dW


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POTENCIA AERODINMICA EXTRADA POR EL ROTOR

POTENCIA AERODINMICA EXTRADA POR EL ROTOR DEL VIENTO: Para una velocidad de viento dada, para una densidad dada y para un rea de rotor dada, la

ecuacin siguiente nos da la mxima potencia que se podra obtener del viento, encondiciones ideales, con una aeroturbina tambin ideal:

RENDIMIENTO ENERGTICO DE CAPTACIN C p . EL RENDIMIENTO CON QUE FUNCIONA UNA MQUINA, DEPENDE POR UNA

PARTE DEL DISEO DE LA MQUINA Y POR OTRA PARTE, DE SU ACTITUD ENEL MOMENTO EN EL CUAL MEDIMOS DICHO RENDIMIENTO. LA POTENCIA DELRECURSO ELICO O VIENTO VIENE DADA POR LA SIUGUIENTE ECUACIN:

donde SE DEFINE COMO COEFICIENTE DE POTENCIA DE UNA

AEROTURBINA, AL RENDIMIENTO AERODINMICO CON EL CUAL FUNCIONA ELROTOR DE LA MISMA Y VIENE A EXPRESAR, LA CANTIDAD DE POTENCIA QUEREALMENTE ES CAPTURADA POR EL ROTOR, DE LA POTENCIA TOTAL QUEPOSEE EL VIENTO INCIDENTE SIN PRETURBAR.

LMITE DE LANCHESTER BETZ :

1v

Rp

W

WC = 3

112

1AVWV =

3

127

8

AVWMAX

R =

60,05925,027

16

2

127

8

3

1

3

1

1

1 ====AV

AV

W

WC

v

MAX

VMAX

P

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RENDIMIENTO DE CAPTACIN ENERGTICO Cp

LMITE DE LANCHESTER - BETZ Energa Cintica:

Energa Cintica :

La Ley de Betz: desarrolla matemticamente la relacin entre la velocidad de entrada y la desalida. Demuestra que existe una relacin de mximo rendimiento, cuando la relacin develocidades es de un tercio. El mximo rendimiento posible es del 59%.

Naturalmente este rendimiento mximo es aproximado, y hoy en da las turbinas alcanzan valoresde Cp del 50% o superiores cuando las mquinas son grandes en tamao.

Ahora bien, si elegimos la ecuacin que da la potencia en funcin del K (factor de descenso develocidades) , tenemos que

Y si ahora dividimos ambos miembros por que representa precisamente lalpotenciadel viento , quedar

que es el valor de Cp.

Expresin cbica que nos da el Cp en funcin del parmetro adimensional k. Si ahorarepresentamos este Cp en funcin del parmetro k, tenemos una curva adimensional y por lotanto universal tal y como se indica en la figura siguiente:

2

2

1mVEC =

)(2

1 22seC VVmE =

3

12

1VAra

)1)(1(2

1

2

12

3

1

kk

VA

W

ra

+=

)1)(1(2

1

2

1 231 kkVAW ra +=


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RENDIMIENTO DE CAPTACIN ENERGTICO Cp

LMITE DE LANCHESTER - BETZ

60,05925,0

27

16

21

27

8

31

3

1

1

====AV

AV

W

WC

V

MAX

RMAX

P

)1)(1(2

1 2aaC

p

+=


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FUNCIONAMIENTO DE UN AEROGENERADOR DE EJE

HORIZONTAL

( ) ( )( )212

1 VarW +=

( )r

Va

1

1tan =

Fuerza motriz

cosDsenL

Consideracionesqueaparecenenlafigura:Serepresentauncortedelapalaauna

ciertadistanciardelejedegiro.Dichocorteseralaformadelperfilaerodinmico.

Suponemosquedebidoalgirodelperfilsemuevealaderechaconunavelocidad

r,lavelocidadrelativadelairedebidaalgiroserportantolamismahaciala

izquierda.

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HORIZONTAL

Las fuerzas L y D, que actan sobre un perfil adimensional, son en realidad fuerzas por unidad delongitud.

Sus valores adimensionales se denominan coeficientes de sustentacin, CL y coeficiente de

arrastre CD . El factor que aparece en el denominar al adimensionalizarlas se pone por convenio

universal, ya que as representa la presin dinmica. C es la cuerda o longitud del perfil.

cW

LCL

2

2

1

=

cW

DCD

2

2

1

=

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HORIZONTAL El factor (1 - a) que aparece est multiplicado por a r, se debe al giro de lacorriente inducido por el rotor.

En la misma mquina el viento toma un valor (1-a)V1. Suponemos que el

eje de giro de la mquina es horizontal y paralelo al viento, con lo que lavelocidad del viento y la de giro r sern perpendiculares, y sucomposicin nos da los siguientes valores de la magnitud y direccin(respecto al plano de giro) de la velocidad relativa al perfil.

La fuerza sobre el perfil es fundamentalmente de sustentacin y tiene ladireccin perpendicular a la velocidad relativa, denominndose L (en inglslift)

Fuerza de arrastre denomina D ( en ingls Drag). La contribucin del perfila la fuerza motriz que tira de la pala en la misma direccin de giro, es

mayor cuando menor es D: L sen D cos . La contribucin del perfila la fuerza de tumbado es mayor cuando mayor es D : L cos D sen .

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HORIZONTAL La mayor parte de las aeroturbinas modernas, de amplia utilizacin, sebasan en el principio de sustentacin aerodinmica. Similar al de las alasde un avin, las palas de una hlice, o mucho de los sistemas denavegacin a vela.

La ventajas de las mquinas que se mueven por fuerza de sustentacinson varias: MAYOR COEFICIENTESDE POTENCIA

MAYORES VELOCIDADES DE GIRO, con lo que los requerimientossobre la caja de transmisin, ser menores. El elemento de unamquina que se mueve porque es arrastrada por el viento, nunca podrmoverse a mayor velocidad que la del propio viento.

MENOR EMPUJE: sobre la mquina, con lo que las cargas y losefectos de estela son menores.

La explicacin de la aparicin de la fuerza de sustentacin est asociada ala existencia de una circulacin del fluido alrededor del perfil.

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HORIZONTAL Los dos coeficientes de sustentacin y resistencia dependen fundamentalmente delngulo de ataque

Zona perdida aerodinmica

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HORIZONTAL Parmetros adimensionales ms importantes que definen el comportamiento de la aeroturbina. Simples consideraciones de anlisis dimensional. Primeramente trataremos de

identificar aquellos parmetros de los que depende el comportamiento dela aeroturbina, ms concretamente sobre la potencia (W) que produce:

V hub, viento incidente supuestamente uniforme

densidad del aire. viscosidad del aire D dimetro de la aeroturbina rugosidad de la superficie de las palas

ngulo de paso (grado de libertad para girar las palas alrededor de suenvergadura) ngulo de guiada (puede no estar alineada con el viento) velocidad angular

),,,,,,,,( formakDVfW hub =

.

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EL COMPORTAMIENTO DEL AEROGENERADOR

Parmetrosadimensionalesms

importantes

que

definen

elcomportamientodela

aeroturbina

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Esta dependencia funcional se puede simplificar teniendo en cuenta que lasvariables adimensionales no pueden depender de variables condimensiones, cuyo valor puede ser arbitrario escogiendo aproximadamente lasunidades fundamentales.

En nuestro caso los parmetros V hub , y D son dimensionalmente independientesy con ellos se pueden adimensionalizar todas las otras variables, y las magnitudesresultantes adimensionalizadas no pueden depender de estos tres parmetros. Deesta forma la relacin anterior se convertira en:

En muchas situaciones prcticas el efecto de viscosidad, dado por el inversodel denominado nmero de Reynolds (/Vhub D), y de la regosidadrelativa, k/D, son poco importantes, ya que estos dos nmeros adimensionalesson muy pequeos.

Otra consideracin: la mquina debe estar alineada con el viento =0

),2

,,,,(

42

1 23forma

VD

Dk

DVf

DV

WChubhub

hub

p

==

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Con la mquina de forma prefijada tendramos:

),( fCp = hubV

D 2/

= 421

2

31 DV

WCp

=

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Podemos observar de esta dependencia funcional que el valormximo de Cp, para un fijo, se obtiene para un valor dado de , olo que es lo mismo, que si queremos mantener siempre el mximoCp al variar la velocidad del viento, deberamos cambiarproporcionalmente la velocidad de giro para mantener el

correspondiente. En principio si la aeroturbina funcionase de esta manera, con unavelocidad de giro que vara proporcionalmente al vientoincidente, se obtendra ms energa elica, sin embargo este tipo de

solucin no es factible por problemas de control y mecnicos.

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Podemos observar en la grfica (Cp-) que elvalor mximo de Cp, para =0, se obtienepara valores de entre 7 y 10. Esto explicapor qu las mquinas grandes tienenvelocidades de rotacin comparativamentemenores. El concepto es que si nos

queremos mantener en un constantetenemos que disminuir la velocidad derotacin a mayor viento

Un ejemplo: si elegimos que el valor mximode Cp corresponda a un viento de Vhub=10m/s , tendramos que D/2=Vhub=100m/s, con lo que una mquina de D=20 m

girara a =10 rad/s, n=95 rpm, mientras quesi la mquina tiene un D=50 m, girara a =4rad/s, n=38 rpm.

Dado que la mquina est unida a la redelctrica a travs de un generador, de

acuerdo con lo anterior, este debera girar a1500 rpm si tuviese dos pares de polos, y porlo tanto necesitaramos una caja detransmisin que aumentase dicha velocidadde las 38 rpm a 1500 rpm.. Una forma deevitarlos, o disminuir sus requerimientos, esaumentar el nmero de polos. Todo tiene susventajas e inconveniente.,

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Tambin podra pensarse en buscar diseos que admitiesen mayoresvalores de , manteniendo valores de Cp altos. Sin embargo esto tendra elinconveniente de que aumentara mucho la velocidad de la punta de pala;

por ejemplo si tomamos =30, con Vhub=10 m/s, tendramos una velocidadde punta de pala de 300 m/s, prxima a la velocidad del sonido, que daralugar a una serie de problemas tanto tcnicos, comomedioambientales, que tendran dfcil solucin con el estado actual de latecnologa.

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La brusca cada de la sustentacin y aumento de la resistencia para ngulos deataque superiores a unos 15 se debe a la entrada en prdida.

Fenmeno de inters para el control de ciertas aeroturbinas. CURVA DE POTENCIA DE UNA AEROTURBINA

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CONTROL DE POTENCIA DEL AEROGENERADOR

Disminuyendo el ngulo de paso se disminuye el ngulo de ataque y sedisminuye la fuerza de sustentacin sobre el perfil.

Aumentando el ngulo de ataque se puede hacer entra en prdida el perfil ytambin disminuye la fuerza de sustentacin.

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Para velocidad del viento inferiores a la velocidad de arranque la mquina no producepotencia.

PARA VELOCIDADES MAYORES QUE LA DE ARRANQUE Y MENORES QUE LADENOMINADA VELOCIDAD DE DISEO NOMINAL, LA POTENCIA DE LA MQUINAAUMENTA MONTONAMENTE.

PARA VELOCIDADES MAYORES QUE LA VELOCIDAD NOMINAL Y MENORES QUE LAVELOCIDAD DE CORTE LA AEROTURBINA PRODUCE UNA POTENCIAAPROXIMADAMENTE CONSTANTE, QUE SE SUPONE QUE NO DEBE EXCEDER LAPOTENCIA NOMNAL DEL GENERADOR ELCTRICO. ESTO SE PUEDE CONSEGUIR BIENPOR ENTRADA EN PRDIDA DE LOS PERFILES O CAMBIANDO EL PASO DE LOS MISMO.

PARA VIENTOS MAYORES QUE EL DE CORTE , LA MQUINA DEBE ESTAR PARADA, Y SILA MQUINA TIENE POSBILIDAD DE REGULAR EL PASO ( CAMBIAR ), SUS PALAS

ESTARAN EN LA POSICIN DE BANDERA.

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Al aumentar la velocidad del viento aumentan las fuerzas aerodinmicas, por lo que debe haber uncontrol de potencia para evitar sobrecargas mecnicas y elctricas.

Hay dos tipos de controles aerodinmicos para limitar la extraccin de potencia dentro del rango quepermite el generador

CONTROL DE PASO VARIABLE o SITEMA pitch RERUIERE UNA SEAL DE POTENCIA DEL GENERADOR HAY CONTROL DE POTENCIA BAJO TODAS LAS CONDICIONES DE VIENTO SIEMPRE QUE SE SUPERA LA POTENCIA NOMINAL DEL GENERADOR LAS PALAS GIRAN

ALREDEDOR DE SUS EJES LONGITUDINALES , LO QUE SIGNIFICA QUE CAMBIAN SU NGULO DEPASO, PARA REDUCIR EL NGULO DE ATAQUE.

PUEDEN ACCIONARSE ELCTRICA O HIDRULICAMENTE VENTAJAS:

MEJOR CONTROL DE LA POTENCIA BAJO TODAS LAS CONDICIONES MENORES ESFUERZOS Y MAYOR DURABILIDAD DE LA MQUINA EMPLEO DE PALAS COMO SISTEMA DE FRENO

CONTROL DE PASO FIJO o stall SISTEMA DE CONTROL PASIVO, QUE REACCIONA CON LA VELOCIDAD DEL VIENTO LOS ANGULOS DE PASO DE LAS PALAS NO PUEDE VARIASE

EL NGULO DE PASO SE ELIGE DE FORMA QUE PARA VIENTOS MAYORES QUE LA VELOCIDADDE VIENTO NOMINAL EL FLUJO DE AIRE SE SEPARE DE LA SUPERFICIE DE LA PALA (ENTRADAEN PERDIDA) , REDUCIENDOSE LAS FUERZAS DE SUSTENTACIN IMPULSORAS

VENTAJAS: MAYOR SIMPLICIDAD MENOR MANTENIMIENTO DEBIDO A UN MENOR NMRO DE PARES MVILES

MENORES MASAS DEL ROTOR, POR CONSIGUIENTE MENORES MASAS DE LA TURBINA

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CONTROL DE POTENCIA DEL AEROGENERADORALGORITMOS DE CONTROL

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IMPORTANCIA DE LA DETERMINACION DEL RECURSO

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-Energa producida por una aeroturbina aislada en terreno llano

-Si tenemos una aeroturbina aislada, de la que conocemos su curva depotencia,, y conocemos para el sitio en que est instalada la curva de duracin develocidad, a partir de la informacin contenida en dichas curvas podemosfcilmente estimar la energa anual que dara esa mquina.

- Debemos suponer que la mquina de forma muy rpida se orienta y cambia el

paso, de forma que para cada velocidad de viento da la potencia que impone lacurva. El tiempo que el viento est comprendido entre las velocidades V y V+dV yal energa anual correspondiente seran:

dVdV

dFPPdt

corte

arranque

V

V

==8760

0

anualEnergadVdV

dFdt=

CLCULO ENERGTICO


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CLCULO ENERGTICO

Energa producida por una aeroturbina aislada en terreno llano.Combinacin de las curvas de potencia y duracin


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CLCULO ENERGTICO

Como ejemplo de ejercicio de clculo de energa producida por una aeroturbinaaislada en terreno llano y del factor de utilizacin, se adjunta una tabla Excel paravelocidades medias de 6 m/s (FU=0,2), 7,5 m/s (FU=0,33) y 10 m/s (FU=0,51).VER ANEXO EJEMPLO PRACTICO CURVA DE POTENCIA

Y CALCULO DE ENERGA

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http://xn--ener%20anual-con%20curva%20de%20potencia-crm.xls/http://xn--ener%20anual-con%20curva%20de%20potencia-crm.xls/


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Energa producida por una aeroturbina aislada en terreno llano.

Una forma usual de expresar dicha energa es mediante el factor de utilizacin:

-Un buen valor del factor de utilizacin sera mayor que 0,3, y un valor aceptable

superior a 0,25; aunque por supuesto esto depende de muchas circunstancias.-Otra forma alternativa de expresar esta idea es mediante las horas equivalentes quese definen como:

( ) horasx8760nominalPotenciaanualEnerganutilizacideFactor =

( ) horasx8760nutilizacideFactoresequivalentHoras =

CLCULO ENERGTICO


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-Energa producida por una aeroturbina aislada en terreno llano.- Factor de utilizacin

-Si la curva de duracin es del tipo de Rayleigh, viene caracterizada por un soloparmetro, la velocidad media, Vave.

- La curva de potencia, tiene una forma ms o menos prefijada, funcin deVarranque, Vnominal, Vdesconexin, Pnominal.

- Las Varranque y Vdesconexin influyen poco en la energa producida, una por serpequea, y la otra por durar poco tiempo las velocidades mayores que ella.

- En definitivas cuentas, el factor de potencia slo va a depender deVnominal, Pnominal y Vave.

-Como el factor de utilizacin es un nmero sin dimensiones, slo puede depender delcociente: Vave/Vnominal.

- El factor de utilizacin ser tanto mayor cuanto mayor sea la velocidad media dellugar y menor sea la velocidad de diseo de la aeroturbina. Una mquina tendr tantoms mrito cuanta ms baja sea su velocidad nominal para la misma potencianominal. Obviamente, un lugar ser mejor cuanto mayor sea su velocidad media.

CLCULO ENERGTICO


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Energa producida por una aeroturbina aislada en terreno llano. Factor de utilizacin

CLCULO ENERGTICO


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SELECCIN DEL AEROGENERADOR

SELECCIN DEL AEROGENERADOR TENIENDO EN CUENTA EL VIENTO PREDOMINANTE

CLASE I II III ESPECIALES

Vref (m/S) 50 42,5 37,5 Valores definidospor el diseadorA Iref (-) 0,16

B Iref (-) 0,14

C Iref (-) 0,12

Los valores de los parmetros se aplican a la altura del buje.Vref (m/S): es la velocidad e referencia del viento promediada en 10 minutos; Vave: 0,2 VrefA: designa la categora de turbulencias ms altasB: designa la categora de turbulencias mediasC: designa la categora de turbulencias ms bajas

Iref : es el valor esperado de la turbulencia parea 15 m/sLa velocidad media del viento no aparece en la tabla como parmetro bsico para las clases de losaerogeneradores conforme a la norma en vigor.La Iref es un valor medio en vez de un valor representativoLa vida til de diseo para aerogeneradores en todas sus clases debe ser de al menos 20 aos.Las condiciones extremas definidas para las clases enumeradas no estn pensadas para instalacionesmarinas off shore, ni para tormentas tropicales, huracanes , tifones o ciclones

DATOS REFERIDOS A LA NORM A IEC-61400-01-2005 SOBRE REQUISITOS DE DISEO

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5.TIPOLOGIA DE AEROGENERADORES


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TIPOS DE GENERADORES

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IMPORTANCIA DE LA VARIACION DE VELOCIDAD DE GIRO Y DE


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IMPORTANCIA DE LA VARIACION DE VELOCIDAD DE GIRO Y DEPASO

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CAJA MULTIPLICADORA: La velocidad de giro del eje del generador en sincronismo con lared, est impuesta por la frecuencia de esta y los polos del generador y ambas cantidades soninvariantes. N=60 f/p

Si los generadores cuentas con pocos polos, 4 o 6 por ejemplo, pues el coste o peso de lamquina puede resultar muy importante desde el punto constructivo, significa que giran a

1500/1000 rpm. Las turbinas son operativas en el entorno de 20-40 rpm, por lo tanto se precisa de una Caja

Multiplicadora en la transmisin. La caja, importante sealar, es un elemento caro, voluminoso, pesado, a veces poco robusto e

introduce prdidas. El rendimiento de la caja multiplicadora depende de dos factores:

EL N DE ETAPAS (CADA ETAPA SUPONE UN MXIMO DE 1/6 DE REDUCCIN RELACIN POTENCIA TRANSMITIDA / POTENCIA NOMINAL CAJA MULTIPLICADORA Y

FRENO

SISTEMAS ELCTRICOS DE LOS AEROGENERADORES SIN

VARIACIN DE VELOCIDAD


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MAQUINAS DE INDUCCIN EN AEROGENERADORES DE FRECUENCIA FIJA En aerogeneradores directamente acoplados a la red, siempre se emplean mquinas de

INDUCCIN Buena respuesta a transitorios de carga Amortiguamiento de oscilaciones El rotor adapta su n de pares de polos al estator Muy robusto Sincronismo natural con la red; arranque elctrico La dependencia del par/deslizamiento flexibiliza la respuesta transitoria del sistema Capacidad de sobrecarga Unin Generador-Red flexible Pobre control de reactiva

COMPOSICIN SISTEMA EOLICO CON MAQUINA DE INDUCCIN

Generador de jaula Sistema compensador de reactiva Convertidor de arranque suave

Conmutador de polos (opcional) Transformador elevador

SISTEMAS ELCTRICOS DE LOS AEROGENERADORES SINVARIACIN DE VELOCIDAD


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ALTERNADORES SNCRONOS EN AEROGENERADORES DE FRECUENCIA FIJA Sistemas muy rgidos. No amortigua ni oscilaciones ni rfagas. Produce fatiga en los ejes y

potencia oscilante en la red. Lenta respuesta a los transitorios de carga Pobre amortiguamiento de oscilaciones No se puede cambiar el n de pares de polos Se precisa sincronizar con la red No arranque elctrico Buena respuesta ante huecos de tensin pero requieren compensacin externa.

SISTEMAS ELCTRICOS DE LOS AEROGENERADORES SINVARIACIN DE VELOCIDAD

SISTEMAS ELCTRICOS DE LOS AEROGENERADORES


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AEROGENERADOR DE INDUCCIN DE ROTOR BOBINADO CON CONTROL DE DESLIZAMIENTO

Sistema con resistencia fija y control electrnico de la intensidad de circuito rotrico Regular la intensidad del rotor modificando la tensin aplicada a una resistencia fija es

equivalente a modificar la resistencia

VARIANTE: Sistema Optislip de sistema de control electrnico de la intensidad en el

circuito rotrico sin 2anillos rozantes ni escobillas. Control del aerogenerador a carga parcial: Con viento escaso, permite optimizar el

rendimiento, interesa deslizamiento mnimos, actuando dicho control en un margen unestrecho, menor al 2 %, siendo positivo que amortigua de forma muy rpida pequeasoscilaciones.

CONTROL MIXTO: A viento alto consigue actuar al lmite de potencia, acta de control de

paso de pala que regula de forma grosera el par aerodinmico, no siendo un problema elrendimiento ya que las prdidas se hace cargo el viento que es excedente. Tiene problemascon las grandes oscilaciones de potencia provocadas por el viento rafagoso y la actuacindel regular de paso de pala. El control rpido de par le permite un margen ancho para eldeslizamiento mayor del 10 %. Se debe observar la evacuacin del calor en las resistenciasconectadas al rotor.

LIMITACIONES: EN EL CONTROL DINMICO DE DESLIZAMIENTO

Solo regular el par electromagntico en la zona de potenciaconstante

No interviene en el control de reactiva ni de factor de potencia

del generador. CONCLUSIN: LA APORTACIN FUNDAMENTAL DE ESTOS SISTEMAS

ES QUE PERMITEN EL EMPLEO DEL REGULADOR DE PASO DE PALAPARA LIMITAR LA POTENCIA, YA QUE SUAVIZAN LA RESPUESTA DELAEROGENERADOR

SISTEMAS ELCTRICOS DE LOS AEROGENERADORESVARIACIN DE VELOCIDAD LIMITADA

SISTEMAS ELCTRICOS DE LOS AEROGENERADORES CON


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TECNOLOGAS CON GENERADOR DE INDUCCIN

Mquina asncrona de rotor bobinada y doble alimentacin

A fin de mantener la condicin de transmisin depar, elconvertidor del rotor deber suministrar una frecuencia variable en funcin de la velocidad deleje

Mquina de mantenimiento ms complejo Con criterio de funcionamiento como Motor, el par solo depende de la potencia activa del

estator y la potencia del rotor es solo una fraccin de la del estator Con criterio como generador, absorber la potencia del eje y ceder la potencia a la red

SISTEMAS ELCTRICOS DE LOS AEROGENERADORES CONVARIACIN DE VELOCIDAD


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ASPECTOS GENERALES: El generador se acopla a la red a travs de un convertidor de frecuencia

Elimina la rigidez de la unin generador-red

Regula potencia activa y reactiva inyectada a red

VENTAJAS: Red y generador desacoplados

Control sobre la produccin de potencia reactiva: regulacin de tensin Eliminacin de fluctuaciones de la tensin: control dinmico sobre el par transmitido

Mxima eficiencia energtica: ptimo de operacin para todos los vientos

ELECCIN DE LAS VARIABLES DE CONTROL Estrategia de consiga de potencia elctrica

Relacin potencia-rpm

Funcin, seguimiento del punto de mxima potencia ELECCIN DE LA ESTRATEGIA DE REGULACIN

Limitar la potencia elctrica: proteger vientos altos

Limitar la velocidad de giro: por cargas estructurales y aerodinmicas Reducir cargas de fatiga en estructuras y ejes: comportamiento volante de inercia

Reducir la velocidad de cambio de paso de pala: evitar frecuencias de trabajo propias alas del sistema (tren de potencia, torre, arrastre y abatimiento palas)

Realizar seguimiento del punto de mxima potencia: ptimo, mx. energa viento




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REGULACIN EN REGIMEN ESTACIONARIO: SEGUIMIENTO DEL PUNTO DE MXIMA POTENCIA (SPMP) RETARDO : La turbina tiene gran inercia y poca rigidez, lo que presenta una gran constante de tiempo de

respuesta FILTRADO DE RFAGAS: Afecta mucho a las turbinas grandes, la inercia depende del R5 . La turbina acta

como un filtro de Paso Bajo de las rfagas. LA EFECTIVIDAD DEL SPMP SE VE LIMITADA POR LA GRAN CONSTANTE DE TIEMPO CON QUE

REPONDE EL SISTEMA JUNTO A LA RPIDA MODIFICACIN DE LAS CONDICIONES DE VIENTO. EL AUMENTO REAL DE ENERGA CAPTADA SE CIFRA ENTRE UN 5% Y UN 12 % RESPECTO A UN

SISTEMA DE VELOCIDAD CONSTANTE.REGULACIN EN RGIMEN DINMICO:

EFECTO SOBRE ELEMENTOS DE TRANSMISIN: Control de efectos de una rfaga: el par electromagntico se controla y se mantiene constante, la energa de

la rfaga se almacena en forma cintica, acelerando la masa inercial rodante. El par transmitido es constante. Control de las componentes oscilantes del par: Efectos como la estratificacin del viento, la sombra de la

torre, la desalineacin de la gndola, etc., crean componentes oscilatorias del par aerodinmico aportado porla turbina. En sistemas cuya variable de control sea la potencia o el par elctrico, el establecimiento del valorde consigna a travs de un filtrado, permite eliminar la propagacin de estas oscilaciones. En los sistemas

cuya variable de control sea la velocidad de giro rpm, se pueden aadir una red compensadora. EFECTO SOBRE EL MECANISMO DE CONTROL DE PASO DE PALA En sistemas de velocidad variable, el mecanismo de control del ngulo de calado para limitar la potencia, se

realiza tomando como variable la referencia de la velocidad de giro (rpm) a la que se consigue la potencianominal. Como la variacin de la velocidad de giro es lenta, hace que el sistema de regulacin sea suave.




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TECNOLOGAS CON GENERADOR SNCRONO

Con bobinado de excitacin:

bobina y convertidor en el rotor. Mnima intensidad inducido, bobinado-amortiguadores.

Con excitacin de imanes permanentes: Tamao rectificador. No bobinado-amortiguadoras. Desmagnetizacin.

Rotor sin bobinas, sin convertidor, radio reducido

Generadores multipolares sin multiplicador Generador de gran radio.

Eliminacin de caja multiplicadora





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PRINCIPALES CONCLUSIONES SORE GENERADORES SNCRONOS MULTIPOLOPARA ACOPLAMIENTO DIRECTO A AEROTURBINAS

Dada la alta penetracin de la energa elica se requieren sistemas de velocidad variable

El uso de generadores elctricos multipolares elimina el multiplicador develocidad, aunque requiere un convertidor electrnico de elevada potencia.

Por otro lado el nmero elevado de polos supone una tecnologa an hoy no convencionalen el mundo de las mquinas elctricas.

Para los sistemas con generadores de polos bobinados, la tecnologa resulta accesible ypermite una regulacin de reactiva. Sin embargo el convertidor de excitacin con difcilequilibrio mecnico, requiere de un mayor mantenimiento.

Para los sistemas con generadores de imanes permanentes, la tecnologa an resulta algodesconocida, con dificultad en la regulacin de reactiva. Sin embargo no requiere deconvertidor de excitacin, permitiendo un fcil equilibrio mecnico, y facilitando un menormantenimiento.

En cuanto al tamao los Gen. I.P. son menores que los Gen. P.B. En cuanto al rendimiento los Gen. I.P. son mejores que los Gen. P.B.

En cuanto a precios son ms econmicos los Gen. I.P. frente a los Gen. P.B.

Y en cuanto a la vulnerabilidad lo son menos los Gen. P.B. frente a los Gen. I.P.

SISTEMAS ELCTRICOS DE LOS AEROGENERADORES CONVARIACIN DE VELOCIDAD

eolica basico aae

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