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Universidad Nacional de Educacin a Distancia
Departamento de Ingeniera Elctrica, Electrnica y de Control
Recursos energticos de la biomasa y del viento
Recursos energticos de la biomasa y del viento
Parques elicos terrestres:clculos, definiciones.LUGO 7 de Mayo del 2009
Dr. JosDr. Jos Luis del ValleLuis del Valle--InclInclnn
DIEEC/UNEDDIEEC/UNED
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Teora del lmite de Betz
1) ECUACIN DE LA CONTINUIDAD:
Q = constante. (1)
2) TEOREMA DE LA CONSERVACIN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO ( TEOREMA DE EUL.ER)
F = P . Q ( VI - V2 ) = P .A . V ( VI - V2 ) (2)
Tambin podemos calcular esta fuerza como: F =A ( P + - P- ) (3)
3} ECUACIN DE LA CONSERVACIN DE LA ENERGA. (TEOREMA DE BERNOUILL)
V2+ 1/ V 2 - + + 1/PI 72 p. 1 - P 72 P
P2 + Y2 p.. V22 = P - + Y2 p . V2
WindTurbine Power Basics
Wind Turbine Power Curve
Power Capiured
Power
Willd Speed
~ICut-In IRated ICut-Out 8p""d Sl'""d Sl'"ed
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a)
Vo Velocidad del viento (v) ~
b).
vo(velocidad de desconexin)
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111".11 FiguraS/Z9.Proc.,d[miento gnfl""p';"'ieYci[tul delaenrga;mu;! :1)rodGidapi>rUrj\!.~qge'nerador '.,. ,. . . .
Sistel11as de captacin elica
EJE VERTICAl
SAVONIUS SAVONIUS MUlTIPAtA
DARREIUS
~DARREIUS ~
\ ,
ACCIONAMIENTO POR RESISTENCIA
~", .,:+",
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, ,'~:' -:..... Escudo ......... _-_ .......... PAlETAS CAZOlETA
ACCIONAMIENTO POR SUSTENTACION
TURBINA
GIROMILL
EJE HORIZONTAl ---------------_--,
MULTIPAtA Nv\ERICA.I'K>
BARLOVENTO
Figura 4.6
~ v
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B~ .'~~' . . ., ..l' . . '. .........
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[1] - TURBINA EOLICA
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etc.)
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EJERCICIO
1) Clculo de la velocidad media del viento a una altura detenninada a partir de otra altura.
datos: ho = 10 m, Vo = 6 mIs, n = 0,14, D = 30 m , p = 1,27 kg/m3
para h = 70 m : V70 = 6 (70/10),14 = 6 . 7,14 = 12 mIs
2) Clculo de la potencia disponible.
P viento = ~ . p . A . V3 = ~ . 1,27 . n/4 302 123 = 748 kW
para cp = 0,59 (coeficiente de potencia, limite de Betz)
P mecnica = 0,59 . 748 = 441,32 kW
Pelctrica = l1elctrico. P mecnica = 0,85 . 441,32 = 374 kW
3) Evaluacin econmica de la inversin.
Consideraciones:
factor de capacidad: fe = 25 % , O nmero de horas equivalentes (8.760 x 0,25) = 2.190 horas
coste del kW instalado: 900 /kW
vida til: 20 aos; inters: 7 %
linversin inicial = 900 . P final = 900 X 374 = 336.600
tasa interna de retorno (TIR):
nTIR = r / [ 1 - (1 + rr ] = 0,07 / [ 1 - 1,07-20 ] = 0,094
coste del capital: Cp = Ii / Pi [ TIR / ( fe X 8.760 )]
Cp = 900 [ 0,094 / ( 0,25 X 8.760 )] -- 0,0386 /kWh
mantenimiento y operativa: 2 %
COSTE TOTAL = 1,02 x 0,0386 -- 0,04 /kWh
"Teniendo en cuenta que el precio del kWh es de 0,079 "
" la inversin es rentable"
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CAPOTAjBASTIDORl
CONTROL 1 PALA
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MULTIPLICADOR
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MATERIAL DE LAS PALAS
La mayora de las modernas palas de rotor de grandes aerogeneradores estn fabricadas con plstico reforzado con fibra de vidrio ("GRP").
Utilizar fibra de carbono como material de refuerzo es otra posibilidad, pero normalmente estas palas son antieconmicas para grandes aerogeneradores.
Los materiales compuestos (composites) de madera maderaepoxy, o madera-fibra-epoxy an no han penetrado en el mercado de las palas de rotor, aunque existe un desarrollo continuado en ese , area.
Las aleaciones de acero y de aluminio tienen problernas de peso y de fatiga del metal, respectivamente. Actualmente slo son utilizados en aerogeneradores muy pequeos.
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GENERADORES ASNCRONOS DOBLEMENTE ALIMENTADOS: El rotor de la mquina se alimenta con un convertidor de frecuencia (AC/DCDC/AC) La velocidad de giro de la mquina puede variar en un amplio margen
GENERADORES ASNCRONOS DOBLEMENTE ALIMENTADOS: El rotor de la mquina se alimenta con un convertidor de frecuencia (AC/DCDC/AC) La velocidad de giro de la mquina puede variar en un amplio margen
CARACTERSTICAS DE LOS GENERADORES ELCTRICOSCARACTERCARACTERSTICAS DE LOS GENERADORES ELSTICAS DE LOS GENERADORES ELCTRICOSCTRICOS
PRINCIPIOS TECNOLGICOS DEAEROGENERADORESPRINCIPIOS TECNOLGICOS DEAEROGENERADORES
Velocidad y frecuencia variable generada depende de la velocidad de giro de la turbina elica
Necesidad de un sistema electrnico de conversin Adecuados para su utilizacin en emplazamientos aislados Posibilidad de suministrar energa activa y reactiva a la red Mayor eficiencia que los generadores asncronos Mayor coste que los generadores asncronos Mayor complejidad del sistema de excitacin de la mquina y regulacin
Velocidad y frecuencia variable generada depende de la velocidad de giro de la turbina elica
Necesidad de un sistema electrnico de conversin Adecuados para su utilizacin en emplazamientos aislados Posibilidad de suministrar energa activa y reactiva a la red Mayor eficiencia que los generadores asncronos Mayor coste que los generadores asncronos Mayor complejidad del sistema de excitacin de la mquina y regulacin
GENERADORES SNCRONOS:GENERADORES SNCRONOS:
Permite regular el par electromagntico y el factor de potencia del generador en un amplio margen de velocidades de giro
Permite un control de la energa activa y reactiva inyectada a la red similar al de los generadores sncronos,
La potencia del convertidor electrnico necesario es reducida (20 30% nominal)
Permite regular el par electromagntico y el factor de potencia del generador en un amplio margen de velocidades de giro
Permite un control de la energa activa y reactiva inyectada a la red similar al de los generadores sncronos,
La potencia del convertidor electrnico necesario es reducida (20 30% nominal)
Generador Transformador elctrico
A redRotor -Viento
p Caja multiplicadora de velocidad (
Velocidad del viento (rpm) Pitch (Angulo de las palas) (m/seg) Generador
1590 918 8
16f '\..f\ J \ 1"\ 1 'J'\:f 1560 7 61 '9-..........-........_._-"... _......_".".""...,,_.._.,,-._._..-...-... ---.-...--~~-Tiempo 1 S 3 O ._.".. _............
Tiempo 5 Tiempo
(kW) Potencia salida1700
1600 Tiempo
Fig VI.5.- Medidas de la velocidad del viento, velocidad del rotor, ngulo de las palas y potencia de salida
Modelo de distribucin de lneas en
un parque elico
! N
V
Centro T rofo 400 KV A A Centro T rofo 1000 KV A D
Torre onemomtrico O
Figura 4.14
Equipo de monitorizacin y adquisicin de datos
Comunicacin va modem
~
Ficheros datos funcionamiento
~ J
8 = O
Ordenador Ordenador remoto de parque
Figura 4.15
Niveles relativos de ruido 1',
;:.
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RUIDO PRODUCIDO POR UN AEROGENERADOR 400 m 300m 200m 1600 m 150m
36,9 dB(A) 39,4 dB(A) 42,9 dB(A) 44,7 dB(A} 45/3dB(A)
.i, NIVELES RELATIVOS DE RUIDO Donnitorio Casa
10 I 20 l 30 I:4I:;'", -, .. ,
Susurros oficina
Cada de hojas AERCGENERAOC>R Msica
Coche Industria
Taladrador neumtico Aviones
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",.~~;~. ,1~.>;
Evolucin de las emisiones de gases de efecto invernadero en Espaa Consumo de energa primaria en Espaa (Variacin Porcentual respecto al ao anterior)
160
Petrleo Gas 49,6% f \ 19,9%
150 - .
Renovables140 y 5,7%
Carbn Nuclear' 130 - '14,6% ---'-------' '--------- 10,3%
Petrleo Gas 45,3'% J \ 24,9%
Renovables
~ .ii. """.C.,. c:::~ ~f~~lI~I~~~ Carbn .~ NI::::90 I I 2Z''&...... ) JJififI..>. I ,~.n I I I I I I I 8,5% .... .......... 9,2%1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999'2000 2001 2002 2003 2004 2005 2011*
*Proyeccin de emisiones Infografa ABe
Las emisiones contaminantes de Espaa
superan en un 37% el lmite de I{joto .
Este desfase podra costar a nuestro pas unos 6.000 millones de euros
FIGURE 04: Wind Energy Sector Employment (EU 2007-2030)
Annual capacity (MW) Cumulative capacity (MW) Employrnent
Onshore Offshore Total Onshore Offshore Total On$hore Offshore Total
170,667
.... ,;~i~~~~4$.. 328,690
377,244
Vb Ondulador
Id--L I Batera
Bussee
cargas baja podad
Suminisb"o AC220/380
cargas baja podad
, , I
Aerogenerador//
le
cargador Diesel
Suministro permanente
cargador Solar
portada eolica terrestre.pdfRecursos energticos de la biomasa y del viento