proyecto zÉfir: en busca de la energÍa eÓlica...

PROYECTO ZÉFIR: EN BUSCA DE LA ENERGÍA

EÓLICA MARINA EN AGUAS PROFUNDAS

COLEGIO COR DE MARIA (VALLS)

HISTORIA (I)

El primer aerogenerador fue creado el 1887 por Charles F. Brush.

1

Charles F. Brush (1849-1929)

http://guidedtour.windpower.org/res/brush.jpg http:/ /guidedtour.windpower.org/es/pictures/brush.htm

Articulo de la revista Scientific American sobre la

turbina eólica de Brush 20 de diciembre de 1890

ht tp: / /guidedtour.windpower.org/res/sciam.jpg

El aerogenerador tenía una potencia

de 12 kW, 17 m de rotor y 144 palas.

Estuvo funcionando 20 años.




HISTORIA (II)

Cataluña fue pionera en el desarrollo de la energía eólica en España. El 10 de

febrero de 1984 se inauguró el primer aerogenerador de Cataluña en Vilopriu, (Baix

Empordà).

El aerogenerador donde se inició este trabajo. Se encuentra situado en Figuerola del

Camp en la comarca del Alt Camp y es uno de los más antiguos de Cataluña (año

1988).

2

Su estado de conservación es excelente y cr eemos que

debería de ser catalogado como una pieza de gran va lor

dentro del patrimonio industrial Catalán.

Este aerogenerador no tiene la estructura

cilíndrica como la mayoría de los parques

eólicos actuales, sino que esta formado por

tres soportes cilíndricos unidos por una

estructura triangulada. Sigue conservando

las tres palas, acopla un molinillo de viento

a cada lado para orientarse según la

dirección del viento y dos anemómetros,

uno a 7 metros y otro a 14 metros, para

medir la velocidad del viento.

Aerogenerador de Figuerola del Camp (Alt Camp).

Cataluña. Modelo Ecotècnia 12/30

Consta de tres palas de 12 metros de

diámetro de rotor y consta de una potencia

nominal de 25 kW.




MODELO ECOTECNIA 12/30

Izquierda: midiendo la bancada; Derecha: tomando medidas del spoiler (frenada de emergencia) parte móvil de la pala

3

Ecotècnia fue la primera empresa

española de aerogeneradores que

nació en Cataluña.

Buje

Acoplamiento pala

Caja multiplicadora

Generador 2

Generador 1

Hélices laterales

de orientación

Acoplamiento con amortiguador Disco de freno

Engranajes de orientación

Bancada




ECOTECNIA

En nuestra comarca podemos ver el salto en el tiempo de la empresa Ecotècnia: en

Figuerola las primeras tecnologias de 25 kW y en la sierra de la Voltorera 16 MW

mediante 10 aerogeneradores de 1,6 MW cada uno.

El aerogenerador Ecotècnia 12/30

propiedad de Josep Canela se

encuentra ubicado en Figuerola del

Camp en la comarca del Alt Camp en

las coordenadas:

N 41º 22.236’ E 001º 16.294’

El futuro parece ser que está con los aerogeneradores

marinos, esta vez no será la comarca del Alt Camp donde se

escribirá la historia pero sí muy cerca, en la costa de

tarragona...

4

El aerogenerador Ecotècnia ECO-74

del parque eólico de la Sierra de la

Voltorera (Cabra del Camp).




PARTES DE UN AEROGENERADOR

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PALAS

EJE DE BAJA VELOCIDAD

EJE DE ALTA VELOCIDAD

TORRE

MULTIPLICADORA

GENERADOR

BUJE

http://www.aeeolica.es/userfiles/file/reoltec2010/3-2-Pep-Prats_ALSTOM-WIND.pdf




COMO FUNCIONA UNA PALA

El desplazamiento de la pala se produce en parte por el efecto Bernouilli: en la parte

superior hay menos presión y en la parte inferior más presión, provocando una

fuerza ascendente.

6

El aire que pasa por la parte superior de la pala ha de recorrer más distancia, la velocidad en esta zona aumenta y la presión disminuye.

El aire que pasa por la pala por la parte inferior ha de recorrer menos distancia, la velocidad en esta zona es más baja y la presión más alta.

F

Aire




FORMA DE LA PALA. AERODINÁMICA

7

Aerogenerador Ecotècnia ECO 12/30: Velocidad máxima en rpm: 68 rpm Velocidad en la punta de la pala: 153,8 km/h

Debe observar se la forma de la pala y el ángulo de ataque al aire. Un punto de la pala, cuanto más se aleja del centro de giro, su velocidad cada vez es m ás alta .

Aerogenerador Alstom Ecotècnia ECO 100: Velocidad máxima en rpm: 14,3 rpm Velocidad en la punta de la pala: 269,5 km/h




LAS PALAS. MATERIALES

Parque eólico de Colladetes. El Perelló (Tarragona)

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Pararrayos de una pala

Cable del pararrayos en una pala

Se puede observar que

un elemento importante

es el pararrayos dado

que la electricidad tiene

tendencia a ir hacia las

puntas. Por eso en las

palas hay un elemento

que es el pararrayos.

Las palas de los aerogeneradores

están hechas con fibra de vidrio y

resina epoxi.

En un futuro las palas se

fabricaran con fibra de carbono.




GIRO DE LA GÓNDOLA

En un aerogenerador como el ECO-100, de 3MW de potencia, la góndola puede

realizar como máximo 3 vueltas en una misma dirección. Si diera más vueltas, los

cables eléctricos que bajan por la torre tendrían problemas de torsión. El sistema de

giro utilizado es mediante un motor eléctrico.

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Aerogenerador Ecotècnia ECO 12/30 de 25 kW. Figuerola del Camp Orientación por hélices laterales.

Aerogenerador Alstom Ecotècnia ECO 100 de 3MW. Parque Eólico de la Collada (El Perelló) Giro con motor eléctric o.

Maqueta ECO- 100 con control electrónico de posicionamiento con un giro de 360º con servomotor es.




LA VELOCIDAD DEL VIENTO

10

Conocer la velocidad del viento es muy importante. Antes de instalar un parque hay que conocer las condiciones de viento de la zona para saber qué aerogeneradores se pueden instalar.

Con velocidades de viento superiores a los 100 km/h debe pararse el aerogenerador para evitar daños.

Fuente: “el temps de TV3” en la web

Parque eólico La sierra de la Voltorera. Cabra del Camp (Tarragona)




DIRECCIÓN DEL VIENTO

Se precisa una veleta para saber la dirección del viento y poder registar los datos.

http://ca.wikipedia.org/wiki/Rosa_dels_vents

Los nombres de los vientos: (Cataluña)

Tramuntana (N)

Gregal (NE)

Llevant (E)

Xaloc (SE)

Migjorn (S)

Garbí o Llebeig (SO)

Ponent (O)

Mestral o Cerç (NO)

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Código Gray pera la captura de datos y poderlas pasar a un sistema binario de 4 dígitos.

0010 N 0011 NNE 0001 NE 0000 ENE 1000 E 1001 ESE 1011 SE 1010 SSE 1110 S 1111 SSO 1101 SO 1100 OSO 0100 O 0101 ONO 0111 NO 0110 NNO

Parque eólico de La sierra de la Voltorera. Cabra del Camp (Tarragona)




MEDIDAS DEL VIENTO EN LA COSTA DE

TARRAGONA

Fuente: http://es.windfinder.com/windstats/windstatistic_boja_de_tarragona.htm

Fuente:http://www.renewablesmadeinspain.com/noticia/pagid/200/titulo/Catalonia%20plans%20to%20build%20an%20offshore

%20wind%20%22test%20station%22/

Fuente: http://es.windfinder.com/windstats/windstatistic_boja_de_tarragona.htm

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MEDIDAS DE VIENTO POR SATÉLITE

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Satélite QuikSCAT Mide la velocidad del viento de 3 m/s a 20 m/s.

Densidad de Potencia en los océanos. Invierno (gráfico superior), verano (gráfico inferior).

http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2008 -128

http://winds.jpl.nasa.gov/missions/quikscat/seawind s_img.cfm




CONTROL DE PALA HIDRÁULICO

14

A velocidades de viento bajas situaremos las palas con

ángulos bajos, para obtener una captación máxima.

Cuando el viento llega a unos 13 m/s el aerogenerador

produce la máxima potencia, y hay que controlar que no

aumente el número de revoluciones por encima de les 19

rpm (caso del ECO-74). Si se superan los 25 m/s de viento

hay que detener el aerogenerador.

Fuente: Catálogo Alstom ecotècnia ECO -74

Las palas pueden girar

desde los 2º (máxima

captación de viento)

hasta los 86º (captación

de viento nulo, freno

aerodinámico). El

ángulo de giro de cada

pala es independiente.

Este control en el ángulo

de giro se conoce en

inglés con el nombre de

“pitch control”.

http://motionsystemdesign.c om/motors -

drives/electrohydrostatic-actuation-modernizes-0111 /#

http://www.windpowerengineering.com/design/mechanic

al/blades/pitch-control-your-way-hydraulic-or-elect ric/

Pistón hidráulico

Pistón hidráulico




CONTROL DE PALA CON SERVOMOTOR

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Fuente: Catálo go Alstom ecotècnia ECO -74

http://www.windurance.com/motors.html

http://www.windpowerengineering.com/tag/moog/

Servomotores

Control de la

velocidad de giro

en rpm

Servomotor

A velocidades de viento bajas situaremos las palas con ángulos bajos, para obtener una captación máxima. Cuando el viento llega a unos 13 m/s el aerogenerador produce la máxima potencia, y hay que controlar que no aumente el número de revoluciones por encima de les 19 rpm (caso del ECO-74). Si se superan los 25 m/s de viento hay que detener el aerogenerador.

Las palas pueden girar

desde los 2º (máxima

captación de viento)

hasta los 86º (captación

de viento nulo, freno

aerodinámico). El

ángulo de giro de cada

pala es independiente.

Este control en el ángulo

de giro se conoce en

inglés con el nombre de

“pitch control”.




DISTRIBUCIÓN DE LOS AEROGENERADORES

Para ubicar los aerogeneradores hay que tener en cuenta que la distancia entre

aerogeneradores sea entre dos y tres veces el diámetro del rotor para evitar

problemas entre ellos.

Utilizar aerogeneradores más grandes comporta tener que realizar el mantenimiento

a menos máquinas y obtener potencias superiores.

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ECO-74 Sierra de la

Voltorera

Cabra del Camp

(Alt Camp).

ECO-12/30 Parque

eólico de Tarifa

“Parque Shico”.

Se han cambiado po r

aerogeneradores

más modernos.

Fuente: ALSTOM -

Ecotècnia.




PROYECTO ZÉFIR

El “Institut de Recerca en Energia de Catalunya” (IREC) realizará una planta de

ensayos experimental de energía eólica marina donde las empresas que participan

en el proyecto podrán instalar sus aerogeneradores. En la actualidad se han firmado

acuerdos con las empresas Alstom, Gamesa, Acciona y Windpower.

El proyecto consta de dos fases: en una primera fase se instalarán cuatro

aerogeneradores fijados al fondo marino a unos 3,5 km de la costa. En una segunda

fase se instalarán un máximo de ocho aerogeneradores flotantes a unos 30 km de la

costa.

Más información en: http://www.irec.cat/

FASE 1 FASE 2

Profundidad de agua 40-45 m > 100 m

Distancia a la costa 3 km 30 km

Nombre de aerogeneradores 4 8

Potencia instalada 20 MW 50 MW

Tipo Fijada al fondo marino Flotante

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http://www.elpunt.cat/noticia/article/1-territori/11-

mediambient/152235-la-mar-de-lebre-tindra-una-plataforma-per-

assajar-parcs-eolics-en-aiguees-profundes.html#comentaris




TIPOS DE ESTRUCTURAS (I)

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http://www.aeeolica.es/userfiles/file/reoltec2010/3-1-Antonio-Jose-de-la-Torre_GAMESA.pdf

Fuente: http://www.fundaciongasnatural.org/SiteCollectionDocuments/Actividades/Seminarios/Santander%2016022010/1%20I%C3%B1igo%20losada.pdf

El tipo de tecnología utilizada en parques eólicos marinos viene determinada por la profundidad del lecho marino y el coste de las diferentes tecnologías.




PROYECTO ZÉFIR FASE I AGUAS POCO PROFUNDAS

En la primera fase del

proyecto Zéfir se ubicarán

4 aerogeneradores entre

la zona de Cambrils y

L’Ametlla de Mar, con una

potencia instalada de 10

a 20 MW, a una distancia

de la costa de 3,5 km y a

una profundidad de unos

35 m.

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Cimentación por gravedad (Gravity foundations)

Monopilotes (Monopiles)

Trípodes (Tripods) (tercera pata no visible)

cercha (Trusses or jacket)

Control dirección del viento

Control electrónico de la dirección de los aerogeneradores con servomotores




PROYECTO ZÉFIR FASE II

AGUAS PROFUNDAS

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Proyecto HYWIND. A nivel mundial el único

aerogenerador marino flotante que hay en la

actualidad en aguas profundas se halla ubicado en

el mar del Norte en Noruega. Está en fase de

experimentación con una potencia de 2,3 MW

En la segunda fase del proyecto Zéfir se

ubicaran 8 aerogeneradores entre la zona

de Cambrils y L’Ametlla de Mar, con una

potencia instalada de 50 MW, a una

distancia de la costa de 30 km y a una

profundidad de unos 100 metros. Mediante

aerogeneradores con estructura flotante.

Fuente: http://www.gooddeal-hunting.com/blog/worlds-first-floating-

wind-turbine-towed-to-sea/

Fuente:nt:http://www.gooddeal-hunting.com/blog/worlds-first-floating-

wind-turbine-towed-to-sea/




CONNEXIÓN ELÉCTRICA

El punto de conexión a la red eléctrica se propone que sea Vandellòs por ser un

punto estratégico de la red eléctrica.

21

Mapa de conexiones REE Estación transformadora de Vandellòs

El cableado eléctrico submarino que conectará los aerogeneradores con la

estación transformadora deberá tener en cuenta el impacto ambiental de la

posidonia.

http://www.ree.es/transporte/mapa_red_transporte.asp

http://www20.gencat.cat/docs/dmah/Home/Ambits%20dactuacio/Educacio

%20i%20sostenibilitat/Educacio%20per%20a%20la%20sostenibilitat/Sup

ort%20educatiu/Recursos%20educatius/Medi%20natural/Els%20prats%2

0submarins%20de%20posidonia/documents/posidonia_geografia.pdf

De color verde superficie donde hay posidonia

Restos de posidonia en las playas

cercanas a Vandellòs.




AEROGENERADORES DEL PROYECTO ZÈFIR

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http://www.aeeolica.es/userfiles/file/reoltec2010/3-2-Pep-Prats_ALSTOM-WIND.pdf

¿Aerogeneradores sin

multiplicadora? SÍ

GENERADORES CON TECNOLOGIA

DE IMANES PERMANENTES DE 6 MW

http://www.alstom.com/power/news-and-events/press-releases/alstom-and-converteam-team-up-on-the-worlds-largest-direct-drive-permanent-magnet-generator-for-offshore-wind-power/

http://www.alstom.com/power/news-and-events/press-releases/alstom-collaborates-with-belwind-to-test-its-new-6-MW-direct-drive-offshore-wind-turbine-in-begium/




CONCLUSIONES

La energía del viento es un recurso muy abundante. Para poderlo

aprovechar correctamente, deben conocerse las ventajas climáticas de

cada país para obtener energías renovables y minimizar la utilización de

energías fósiles (reduciendo así los problemas que comportan).

El aerogenerador Ecotècnia 12/30 instalado en Figuerola del Camp es

uno de los primeros aerogeneradores que se construyeron en Cataluña

y se encuentra en un estado de conservación excelente. Creemos que

debería ser catalogado como una pieza única de gran valor dentro del

patrimonio industrial catalán.

Pera salvar el obstáculo presente en las costas de nuestro país, donde

la plataforma marina es muy estrecha y las aguas son profundas a

pocos kilómetros de la costa, es necesario avanzar en la investigación

de la energía eólica marina de aguas profundas.

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Para mitigar el cambio climático, el sector energét ico no sólo debe evitar

la emisión de gases contaminantes a la atmosfera, s ino que también

tiene que reducir drásticamente el consumo de agua. La energía eólica es

una solución sostenible que permitiría conseguir es tos dos desafíos.