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PROYECTO FIN DE CARRERA
TTULO DEL PROYECTO
ESTUDIO Y PLANIFICACIN DE UN
PARQUE ELICO
AUTOR: JOS JOAQUN MIRANDA GARCA
MADRID, septiembre de 2008
UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS
ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI)
INGENIERO EN ORGANIZACIN INDUSTRIAL
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Autorizada la entrega del proyecto del alumno:
Jos Joaqun Miranda Garca
.
EL DIRECTOR DEL PROYECTO
D. Flix Calvo Narvez
Fdo.: Fecha: 11 de septiembre de 2008
V B del Coordinador de Proyectos
D Susana Ortiz Marcos
Fdo.: Fecha: 11 de Septiembre de 2008
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1.- RESUMEN
La energa elica, as como otras energas renovables, ha experimentado
un gran auge en Espaa, algo que va extendindose al resto de pases de la
Unin Europea cada vez ms concienciados de la importancia de las energas
renovables como una fuente alternativa de energa, con un impacto sobre el
medio ambiente mucho menor que las convencionales. No slo se han sumado al
reto los pases de la unin Europea, sino todos aquellos acogidos al Protocolo de
Kyoto, que a fin de reducir emisiones estn potenciando la energa elica como la
fuente de energa renovable hoy da ms viable para la generacin elctrica.
Espaa es en la actualidad el segundo productor de energa elica en el
mundo, tan slo por detrs de Alemania y por encima de pases mucho mayores
como puede ser Estados Unido, que ocupa el tercer lugar.
Para que todo esto sea posible, la energa elica debe estar amparada
dentro de un marco legal que asegure la viabilidad econmica de estasinstalaciones y que d como resultado algo atractivo para el inversionista.
Espaa dispone de tecnologa propia para el sector y cada vez son mayores los
avances en cuanto a eficiencia de los aerogeneradores y ms capaces de
aprovechar la energa de los vientos menos intensos, lo que ampla las posibles
ubicaciones de parques elicos permitiendo un expansin muy grande del sector.
El Parque Elico objeto del proyecto est ubicado en la provincia deZaragoza, y est constituido por una alineacin de diez aerogeneradores de 2
MW de potencia unitaria, lo que supone una potencia total instalada de 20 MW.
La energa elctrica generada en l asciende a 49,8 GWh/ao. Esta energa se
vende a tarifa segn el RD 436/2004 de 12 de marzo, donde se establece y
regula la produccin de energa elctrica en rgimen especial, que para el
proyecto son las instalaciones de la categora b) grupo b.2 energa elica. Las
nuevas tarifas segn se paga la electricidad vendida vienen detalladas en el RD
661/2007 que estn debidamente actualizadas en el proyecto.
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En el proyecto se aborda primeramente la seleccin del emplazamiento del
parque elico a partir de datos de viento de la zona, los cuales son estudiados
tcnicamente para decidir la ubicacin del parque evaluando el potencial del
mismo. No obstante, se presentan tambin los criterios de seleccin del
emplazamiento atenindose a motivos geogrficos y socioeconmicos de la zona,
adems de la necesidad de valorar el impacto ambiental del mismo.
Posteriormente se evalan varios tipos de aerogeneradores dentro del
mercado para instalar en el emplazamiento, as como una presentacin de las
caractersticas tcnicas del aerogenerador. Esta seleccin se decide haciendo unestudio de la productividad del parque con el aerogenerador correspondiente,
adems de estudiar los valores de la rentabilidad que daran a la inversin y as
como la sensibilidad de los factores que intervienen en la inversin. Finalmente
se opt por el aerogenerador Gamesa G90, de clase IIIA/WZII.
Se ha incluido una breve descriptiva de cmo es la instalacin general del
parque elico, as como del aerogenerador que se va a emplear, si bien dondefundamentalmente se va a centrar el proyecto es en el estudio econmico y
financiero de la inversin. En este apartado, se ha tenido que estimar la
produccin del parque, y se han considerado tres posibles escenarios
econmicos en cuanto al pago de primas e incentivos de produccin.
Este proyecto requiere una inversin de 20,268 M, que va a ser
financiada externamente en un 85%, y el resto se realizar mediante recursospropios del promotor. En el estudio financiero, se ha hecho anlisis de
sensibilidad de la inversin frente a diversas variables como pueden ser el
porcentaje de financiacin propia, el IPC, el precio del dinero o el WACC entre
otros.
Para concluir el proyecto, y debido a la gran importancia que tiene en este
estudio econmico, se ha investigado sobre presupuestos de parques elicos
similares para poder hacer un clculo aproximado del presupuesto, lo que se
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encuentra detallado en el ANEJO 1, a partir de precios unitarios de elementos
que se van a utilizar en el proyecto, tanto de material como de mano de obra.
Se ha incluido tambin un estudio de impacto ambiental (ANEJO 2) para el
proyecto debido a la gran importancia que tiene hoy da, donde se describe el
proyecto, sus instalaciones, el medio fsico donde se encuentra y la valoracin de
los impactos producidos por el parque elico en el entorno de su localizacin,
durante sus fases de vida (construccin, explotacin y abandono).
La estructura est diferenciada en dos documentos principales: la memoria
del proyecto, donde se incluyen las partes principales del mismo, y los anejos,donde se encuentra el presupuesto y el estudio de impacto ambiental.
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Abstract
Wind power and other renewable energies have experienced a huge boom
in Spain, something that spread to other European Union Countries increasingly
aware of the importance of renewable energy as an alternative source of energy
with less environmental impact than other sources. Not only have joined to
challenge European Union countries, but all those covered by the Kyoto Protocol,
in order to reduce emissions are enhancing the wind today as the renewable
energy source more viable for power generation.
Today Spain is the second largest producer of wind energy in the world,
just behind Germany and ahead of many much bigger countries such as the
United Estates which ranks third.
In order to make this possible, the wind should be covered within a legal
framework that ensures the economic viability of these facilities and make it look
as something attractive to investors. Spain has developed its own technology forthis industry and is retrieving major advances in efficiency of wind turbines and
better ability to harness the energy of slower winds, which broadens the possible
locations for wind farms by allowing a huge expansion of sector.
The wind farm is located in the province of Zaragoza and consists of an
alignment of ten wind turbines of 2 MW unit, representing a total installed power of
20 MW. The electric power generated rise to 49.8 GWh per year. This energy issold to fare as the RD 436/2004 of March 12, which establishes and regulates the
production of electricity in special regime, which for the project are the facilities
category b) group b.2 "wind ". The new rates are paid according to the electricity
sold are detailed in RD 661/2007 that they are updated on the project.
The project addresses the first site selection of wind farm from wind data in
the area, which are technically studied to determine the location of the park to
assess the potential of it. However also presents the criteria for selection of the
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site within reasonable geographic and socio-economic area as well as the need to
assess the environmental impact of it.
Subsequently various types of wind turbines are assessed within the
market to install at the site, as well as a presentation of the technical
characteristics of the wind turbine. This selection is decided by a study of
productivity with the wind turbine park for further study of values that would return
to investment and economic sensitivity. Finally the decision was to install the wind
turbine; Gamesa G90, Class IIIA / WZII.
In addition includes a brief description of how the facility's overall wind farmas well as the wind turbine to be used but where the project is truly focused is on
the study of economic and financial investment, which has had to estimate
production Park further study three possible economic situations regarding
payment of bonuses and incentives for production.
This project requires an investment of 20268 million which will be funded85%, the rest through promoter's own resources. The draft financial study has
been made sensitivity analysis of investment compared to several variables such
as the percentage of financing itself, the CPI, the price of money or WACC among
others.
To complete the project and because of the great importance it has in this
economic survey, has been investigated on similar budgets of wind farms in orderto make an estimate of the budget which has been detailed on Schedule 1 from
simple pricing elements to be used in the project, both material and manpower.
It also includes an environmental impact assessment (Annex 2) for the project
because of the great importance it has today, which has described the project, its
facilities, the physical location and assessing the impacts produced by The wind
farm in the environment in which it finds during their stages of life (build-operate
and abandonment).
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The structure is differentiated into two main documents: the memory of the
project, which includes the main parts of the project, and appendixes, where the
budget and the environmental impact study.
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CONTENIDO DEL PROYECTO
1.- RESUMEN
Abstract
MEMORIA
2.-ESTUDIO TCNICO DEL VIENTO
3.- SITUACIN4.-EVALUACIN DEL POTENCIAL ENERGTICO DEL PARQUE ELIC
5.- AEROGENERADOR
6.- PROCESOS PARQUE ELICO
7.- ESTUDIO ECONMICO Y FINANCIERO DE LA INVERSIN
8.- CONCLUSIONES
ANEJOS
ANEJO 1: PRESUPUESTO
ANEJO 2: ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL
BIBLIOGRAFA Y REFERENCIAS
NDICE DE FIGURAS
NDICE DE TABLAS
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NDICE GENERAL
1.- RESUMEN ___________________________________________________ 2
Abstract________________________________________________________ 6
MEMORIA _____________________________________________________ 16
2.-ESTUDIO TCNICO DEL VIENTO ________________________________ 17
2.1.- Obtencin de los datos, estaciones meteorolgicas. __________________ 17
2.2.- Registro de datos obtenido _______________________________________18
2.2.1.-Datos obtenidos por las estaciones meteorolgicas _______________________ 18
2.2.2.- Tratamiento estadstico de los datos___________________________________ 19
2.2.3.- Perfil vertical de velocidades de viento segn la direccin __________________ 242.2.4.- Perfil vertical de velocidades de viento _________________________________ 28
2.2.5.- Otros datos relevantes______________________________________________ 30
3.- SITUACIN _________________________________________________ 33
3.1-Justificacin de eleccin del emplazamiento__________________________ 33
3.2.-Criterios de eleccin del emplazamiento_____________________________ 34
4.-EVALUACIN DEL POTENCIAL ENERGTICO DEL PARQUE ELIC_ 38
4.1.- Introduccin____________________________________________________ 38
4.2.- Descripcin del emplazamiento____________________________________39
4.3.- Medida de datos ________________________________________________39
4.3.1.- Tratamiento informtico de datos _____________________________________ 39
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5.- AEROGENERADOR___________________________________________ 41
5.1.-Para el caso del G90: _____________________________________________43
5.2.-Para el caso del G87: _____________________________________________455.3.-Para el caso del G83: _____________________________________________46
5.3.-Sensibilidad de las inversiones en funcin del tipo de aerogenerador.____50
5.5.- Descripcin tcnica del aerogenerador _____________________________ 51
5.5.1.- TIPO DE TURBINA Y DESCRIPCIN GENERAL __________________________ 51
5.5.2.-ROTOR____________________________________________________________ 54
5.5.3.- SISTEMA DE TRANSMISIN Y GENERADOR ____________________________ 57
5.5.4.- SISTEMA DE FRENADO______________________________________________ 59
5.5.5.- SISTEMA DE ORIENTACIN__________________________________________ 61
5.5.6.-GNDOLA__________________________________________________________ 62
5.5.7.-TORRE ____________________________________________________________ 63
5.5.8.- PESO DEL AEROGENERADOR________________________________________ 65
5.5.9.- UNIDAD DE CONTROL Y POTENCIA ___________________________________ 65
5.5.10.- DESCRIPCIN DEL SISTEMA INGECON-W_____________________________ 67
5.5.11.- CURVA DE POTENCIA DEL AEROGENERADOR G90-2.000Kw _____________ 69
5.5.12.- DESCRIPCIN DE LA INSTALACIN ELCTRICA________________________ 73
5.5.13- ELEMENTOS ELCTRICOS EN LA GNDOLA ___________________________ 74
6.- PROCESOS PARQUE ELICO__________________________________ 75
6.1.- Instalaciones generales del parque_________________________________ 75
6.2.- Obra civil ______________________________________________________76
7.- ESTUDIO ECONMICO Y FINANCIERO DE LA INVERSIN __________ 83
7.1.- Estimacin de la produccin parque elico __________________________ 83
7.2.- Anlisis econmico______________________________________________ 85
7.2.1.-PRODUCCIN ANUAL DEL PARQUE ELICO ____________________________ 85
7.2.2.-CASO 1: MS DESFAVORABLE (SIN PRIMAS NI INCENTIVOS) ______________ 89
Anlisis de sensibilidad para el caso 1 _______________________________________ 92
7.2.3.-CASO 2: MS FAVORABLE____________________________________________ 94
Anlisis de sensibilidad para el caso 2 _______________________________________ 97
7.2.3.-CASO 3: CASO MS REALISTA ________________________________________ 99
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Proyecto e hiptesis econmicas______________________________________100
Venta de energa elctrica _______________________________________________ 101
Ingresos parque elico __________________________________________________ 103
Variacin anual de la produccin elctrica ___________________________________ 104Variacin del precio de la energa elctrica __________________________________ 104
Gastos parque elico ___________________________________________________ 106
Margen operativo ______________________________________________________ 107
Amortizacin __________________________________________________________ 108
Clculo de la financiacin ________________________________________________ 110
Cuenta de resultados ___________________________________________________ 113
Clculo del flujo de caja para el servicio de la deuda ___________________________ 115
Ratio de cobertura del servicio anual de la deuda _____________________________ 116
Balance ______________________________________________________________ 117
Pasivo _______________________________________________________________ 118
Flujos de caja _________________________________________________________ 119
Cuadro de indicadores financieros de la inversin _____________________________ 120
Anlisis de sensibilidad para el caso 3 ______________________________________ 122
Sensibilidad en funcin de la financiacin _________________________________ 122
Representaciones grficas de los flujos de caja: ____________________________ 124
Sensibilidad en funcin de los tipos de inters______________________________ 130
Sensibilidad en funcin del IPC _________________________________________ 133
8.- CONCLUSIONES ____________________________________________ 138
ANEJOS______________________________________________________ 144
ANEJO 1: PRESUPUESTO_______________________________________ 145
1.1.-Precios Unitarios de materiales y operaciones_______________________148
1.1.1.-MATERIALES ______________________________________________________ 148
1.1.2.-MAQUINARIA ______________________________________________________ 151
1.1.3.-MANO DE OBRA____________________________________________________ 152
1.2.- Mediciones____________________________________________________ 154
1.2.1.-OBRA CIVIL _______________________________________________________ 154
1.2.2.-INSTALACIONES ELCTRICAS _______________________________________ 159
1.2.3.-INGENIERA Y DIRECCIN DE OBRA __________________________________ 171
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1.2.4.-CONTROL DE CALIDAD ______________________________________________ 171
1.2.5.-ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD____________________________________ 171
1.3.-Presupuestos parciales de las unidades de obra ______________________172
1.3.1.-OBRA CIVIL ________________________________________________________ 1721.3.2.-INSTALACIONES ELCTRICAS ________________________________________ 176
1.3.3.-INGENIERA Y DIRECCIN DE OBRA ___________________________________ 188
1.3.4.-CONTROL DE CALIDAD ______________________________________________ 188
1.3.5.-ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD____________________________________ 188
1.4.-PRESUPUESTO GENERAL________________________________________ 190
1.5.- Resumen del presupuesto _______________________________________192
ANEJO 2: ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL _____________________ 193
2.1.-Introduccin ___________________________________________________ 194
2.1.1.-ANTECEDENTES ___________________________________________________ 194
2.1.2.-LEGISLACIN ______________________________________________________ 194
2.1.3.- OBJETO DEL ESTUDIO______________________________________________ 197
2.2.- Descripcin del proyecto_________________________________________ 199
2.2.1.- EMPLAZAMIENTO __________________________________________________ 1992.2.2.- DESCRIPCIN DE LAS INSTALACIONES _______________________________ 199
Accesos______________________________________________________________ 199
Canalizaciones ________________________________________________________ 200
Cimentaciones_________________________________________________________ 200
2.2.3.- PLATAFORMAS DE MONTAJE ________________________________________ 201
2.2.4.- AEROGENERADORES ______________________________________________ 201
2.2.5.- RED ELCTRICA INTERNA __________________________________________ 202
2.3.- Estudio del medio fsico _________________________________________204
2.3.1.-INTRODUCCIN____________________________________________________ 204
2.3.2.- CLIMATOLOGA ____________________________________________________ 204
2.3.3.-PAISAJE __________________________________________________________ 205
2.3.4.- CLASIFICACIN DEL SUELO_________________________________________ 206
2.3.5.- SOCIOECONOMA _________________________________________________ 206
2.4.- Identificacin de impactos________________________________________ 207
2.4.1.-ACCIONES DEL PROYECTO Y EFECTOS DEL MISMO ____________________ 207
2.4.2.- FASE DE CONSTRUCCIN __________________________________________ 209
Construccin y mejora de accesos _________________________________________ 209
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Vial de servidumbre a los aerogeneradores __________________________________ 209
Creacin de parque de maquinaria o zona de operaciones______________________ 210
Cimentacin de aerogeneradores__________________________________________ 211
Plataformas de montaje _________________________________________________ 211Zanjas _______________________________________________________________ 212
Incremento de trfico____________________________________________________ 213
Empleo ______________________________________________________________ 213
2.4.3.-FASE DE EXPLOTACIN _____________________________________________ 214
Funcionamiento de los aerogeneradores ____________________________________ 215
Generacin de energa __________________________________________________ 215
2.4.4.-FASE DE ABANDONO _______________________________________________ 216
4.2.- Identificacin de factores del medio afectados _______________________216
4.2.1.- FASE DE CONSTRUCCIN __________________________________________ 216
Suelo ________________________________________________________________ 217
Atmsfera ____________________________________________________________ 217
Vegetacin____________________________________________________________ 218
Fauna _______________________________________________________________ 218
Paisaje_______________________________________________________________ 218
4.2.2.- FASE DE EXPLOTACIN ____________________________________________ 219
Sistema Hidrogeolgico _________________________________________________ 219
Suelo ________________________________________________________________ 219Atmsfera ____________________________________________________________ 219
Fauna _______________________________________________________________ 220
Paisaje_______________________________________________________________ 220
2.5.- Valoracin de impactos __________________________________________ 221
2.5.3.- VALORACIN DE IMPACTOS SOBRE FACTORES DEL MEDIO
AFECTADOS____________________________________________________________ 221
Usos y aprovechamientos ________________________________________________ 221
Socioeconoma ________________________________________________________ 222Sistema Hidrogeolgico _________________________________________________ 223
Suelo ________________________________________________________________ 224
Aire _________________________________________________________________ 225
Ruidos _______________________________________________________________ 226
Vegetacin____________________________________________________________ 228
Fauna _______________________________________________________________ 229
Paisaje_______________________________________________________________ 232
2.5.4.- CONCLUSIONES ___________________________________________________ 235
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BIBLIOGRAFA Y REFERENCIAS _________________________________ 237
Referencias bibliogrficas____________________________________________237
Referencias de internet ______________________________________________238Consultas a organismos y empresas ___________________________________ 239
Normativa _________________________________________________________ 239
NDICE DE FIGURAS ___________________________________________ 242
NDICE DE TABLAS ____________________________________________ 244
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MEMORIA
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2.-ESTUDIO TCNICO DEL VIENTO
2.1.- Obtencin de los datos, estaciones meteorolgicas.
Para la instalacin de un parque elico, en primer lugar hay que hacer un
estudio de vientos de la zona donde se vayan a ubicar los aerogeneradores. Para
ello se ha recurrido a datos proporcionados por el instituto nacional de
meteorologa que dispone de una estacin meteorolgica que recoge los vientos
de la zona peridicamente cada 10 diez minutos. Su indicativo de distincin es9244X y lleva funcionando desde hace ms de 15 aos. Las series completas de
datos que proporcionaba eran desde 1997 a 2002. Pese a todo, los datos de la
estacin del INM no eran completos (haba ausencia de datos en algunas horas
y/o das), en ocasiones faltaba 2 das de datos de viento. Esto es por motivos de
mantenimiento de la instalacin y por alguna avera que surgi durante su largo
periodo de funcionamiento. No obstante, no es muy relevante ya que las prdidas
de datos han sido mnimas y se ha hecho un tratamiento estadstico con datoscensurados para minimizar el error. Esta instalacin de medida se encuentra
situada a una altura sobre el suelo de 25 metros. Para hacer el estudio para un
parque elico, se necesitan unos datos de viento tomados a una altura mayor, y
con ayuda de estos se van a interpolar para obtener una relacin de velocidades
a la altura del buje del aerogenerador.
Las coordenadas geogrficas de ubicacin de esta estacin meteorolgica
son:
Latitud: 11 25 22
Longitud: 42 29 34
La segunda estacin meteorolgica que analiza el recurso elico existente
en la zona es propiedad de la compaa Iberdrola Energas Renovables. Esta
estacin realiza medidas de velocidad y direccin de viento a 48 metros de altura
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y lleva en servicio desde Junio de 2000, plazo suficiente para evaluar el potencial
elico de la zona.
Las torres de medicin se componen de un mstil Televs modelo 360,
con una altura total de 48 m. La estacin dispone adems de un sistema de
adquisicin de datos, ubicado en una caja a la intemperie de dimensiones 20 x 30
cm y situado a 1,50 m del suelo aproximadamente. Aqu se registran datos de
velocidad y direccin promediados cada 10 minutos.
Para garantizar la alimentacin elctrica de las instalaciones y su
autonoma plena, se coloca un panel solar ligeramente por encima de la unidadde adquisicin de datos.
La estacin es totalmente automtica y la extraccin de datos se realiza
mediante ordenador una vez al mes a pie de torre.
Una vez recopilados los datos procedentes de la estacin meteorolgica,
se han depurado los datos anmalos de velocidad y direccin, con el fin de tenerun registro de datos representativo de las condiciones de viento en la zona.
2.2.- Registro de datos obtenido
2.2.1.-Datos obtenidos por las estaciones meteorolgicasUna vez obtenidos los datos hay que interpolarlos para poder obtener un
perfil de velocidades de viento a lo largo del tiempo, puesto que no se dispone
de los datos de viento a la altura del buje del aerogenerador que se encuentra a
78 metros de altura sobre el suelo.
Las velocidades medias mensuales, en m/s, obtenidas en la
estacin meteorolgica, desde Junio de 2000, se muestran en la tabla siguiente:
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Ene.
Feb.
Mar.
Abr.
May.
Jun.
Jul.Ago
.Sep
.Oct
.Nov
.Dic.
2000 6.5 6.1 6.9 7.1 7.3 8.3 8.5
2001 7.8 9.2 7.8 7.5 7.1 5.8 5.8 6.5 6.8 7.2 8.1 8.3
2002 6.2 7.0 6.3 8.7 5.1 6.4 6.8 6.7 5.8 7.0 9.0 9.9
2003 10,4
5.8 6.3 8.4 5.7 6.2 6.0 6.0 5.7 7.7 8.9 5.9
2004 6.5 8.1 8.3 6.4 7.1 6.3 6.6 5.7 5.6 7.6 8.8 9.4
2005 10.
5
7.4 6.2 9.4 6.5 5.9 6.0 5.8 6.1 8.2 7.5 8.0
Tabla 1: Datos mensuales de viento de la estacin meteorolgica
Las medias anuales sern:
Ao 2000: 7.24 m/s
Ao 2001: 7.32 m/s
Ao 2002: 7.07 m/s
Ao 2003: 6.91 m/s
Ao 2004: 7.20 m/s
Ao 2005: 7.29 m/s
La velocidad media de todo el perodo ser de 7.17 m/s
Al ser la velocidad media superior a 5.5 m/s, se considera la zona con unpotencial elico alto.
2.2.2.- Tratamiento estadstico de los datos
Si se introducen todos los datos de viento obtenidos en un programa de
clculo estadstico (Statgrafics Centurin en este caso) se obtiene el siguiente
histograma:
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20
Histogram
0 5 10 15 20 25 30
Velocidad del viento
0
200
400
600
800
1000
1200
frequency
Figura 1: Histograma de frecuencias acumuladas de viento
Analizando el histograma, se asume como hiptesis que la distribucin
de velocidades de viento sigue una ley Weibull cuyos parmetros son:
Parmetro de forma: 2,2366
Parmetro de escala: 8,10253
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Histogram for Velocidad del viento
0 5 10 15 20 25 30
Velocidad del viento
0
200
400
600
800
1000
1200
frequency
DistributionWeibull
Figura 2: Histograma de frecuencias acumuladas de viento con aproximacin grfica
La funcin de densidad de la distribucin obtenida es:
Figura 3: Funcin de densidad de la velocidad del viento
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Tambin es posible que sea aproximada por una distribucin de
Rayleight, pero para el caso la Weibull es bastante acertada como se puede
comprobar en el histograma de frecuencias que se ha presentado
anteriormente. Si se hace un test de bondad de ajuste de Kolmogorov-Smirnov
se puede observar que el error es muy pequeo.
Comparison of Alternative DistributionsDistribution Est. Parameters Log Likelihood KS D
Weibull (3-Parameter) 3 -22717,5 0,0346908Weibull 2 -22717,6 0,0349334Rayleigh 2 -22805,8 0,072791
Normal 2 -23061,1 0,0536413Tabla 2: Comparacin con distribuciones alternativas
En la tabla anterior se han comparado ms distribucuiones, pero
claramente, como bien indica la teora, la distribucin de velocidades de viento
en un emplazamiento se puede aproximar con precisin con una ley Weibull.
El valor medio u de la distribucin puede obtenerse en funcin de los dos
parmetros que determinan la curva: k (parmetro de forma) y c (parmetro de
escala), segn la frmula:
= c f (1 + 1/k) donde f es la funcin Gamma de Euler.
El parmetro de forma, k, indica como de puntiaguda es la distribucin,
es decir, si las velocidades del viento siempre tienden a estar prximas a un
determinado valor, si la distribucin tiene un valor alto de "k" ser muy
puntiaguda.
La distribucin de Weibull es una distribucin de probabilidad y el rea
bajo la curva de Weibull siempra vale 1, ya que la probabilidad de que el viento
sople a cualquiera de las velocidades, incluyendo el cero, debe ser del 100%.
La velocidad del viento media es realmente el promedio de las
observaciones de la velocidad del viento que tenemos en el emplazamiento, de
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tal manera que la distribucin de las velocidades del viento es sesgada, es
decir, no es simtrica.
Para mostrar la informacin sobre las distribuciones de velocidades del
viento y la variacin de las direcciones del viento, se dibujan un histograma de
frecuencias de viento por intervalo de velocidad y una rosa de los vientos.
Histograma de distribucin de velocidades del viento
Veloc.(m/s)
14
Horas 1330 946 1121 1226 1051 858 674 499 358 262 175 260
Tabla 3: Histograma de distribucin de velocidades de viento
Histograma de frecuencias de viento por intervalo de velocidad
H i s t o g r a m a d e f r e c u e n c i a s d e v i e n t o p or i n t e r v a l o d e v e l o c i d a d
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
14
I n t e r v a l o d e v e l o c i d a d e s ( m / s)
Horas
Figura 4: Histograma de frecuencias de viento por intervalo de velocidad
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2.2.3.- Perfil vertical de velocidades de viento segn la direccin
Rosa de vientos
Cada uno de los datos de viento obtenidos por sendas estaciones
meteorolgicas recoge tanto la velocidad del viento en ese instante como la
direccin del viento. Esta informacin de direccin del viento es continua de 0 a
360, por tanto esto se discretiza en 16 sectores de direccin del viento de 22,5
grados cada uno y si se pondera anualmente nos dar la velocidad media del
viento en dicha direccin.
Segn se ve en la siguiente figura, la rosa de los vientos se puede
apreciar que los vientos ms fuertes son el la direccin suroeste donde los
vientos llegan a alcanzar velocidades medias de 12 m/s, aunque como se ver
ms adelante, la frecuencia de esta velocidad es bastante pequea.
ROSA DE LOS VIENTOS
0
2
4
6
8
10
12
N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
S
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
Figura 5: Rosa de los vientos
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Tambin se puede observa que tiene otra direccin de rachas con
velocidades elevadas y es de componente noreste concretamente en la
direccin NNE. El resto de direcciones tiene unas velocidades medias anuales
de 6 a 8 m/s para componente noreste y las velocidades ms bajas son de
componente sureste.
En segundo lugar hay que estudiar las frecuencias anuales de esas
velocidades, eso se ve en el siguiente grfico sectorial (Rosa de direcciones
medias anuales del viento), en este caso se puede comprobar que las
direcciones donde mayor frecuencia de viento hay coincide con las direcciones
donde mayor velocidad de viento hay.
Rosa de drecciones medias del viento
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
S
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
Figura 6: Rosa de direcciones medias del viento
No obstante, el resto de direcciones tambin tiene una componente de
velocidades nada despreciable, siendo los vientos de componente sureste los
menos frecuentes. Los vientos de componente noroeste tienen unas frecuencias
intermedias entre ambos sectores.
La produccin energtica en funcin de la direccin del viento es funcin
de la velocidad del viento anual en cada direccin y de la frecuencia relativa a
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cada direccin del viento. Combinando ambas se obtiene la rosa de la energa,
que aparece en la siguiente figura y representa como es la produccin
energtica segn la direccin. Viene indicando en porcentajes como es la
energa que aporta el viento segn la direccin de la velocidad. Es muy
representativo e indica que porcentaje de energa se produce en el parque
segn cada una de las direcciones del viento.
Rosa de la energa
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
16%
18%N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
S
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
Figura 7: Rosa de la energa
Como se puede ver, la mayor parque de energa que posee el viento en
esa zona es en las direcciones predominantes del viento en este
emplazamiento, adems de de poderse comprobar que en las direcciones de
menor frecuencia de viento y menores velocidades, la produccin energtica
sera mucho menor, esto corresponde con las direcciones de componente
sureste. Una energa media estara en la direccin noroeste. En las direcciones
predominantes del viento es donde mayor cantidad de energa se producira,
esto es en las direcciones noreste y suroeste fundamentalmente.
La representacin grfica de estos datos son obtenidas a partir de unos
datos promedio que aparecen en la siguiente tabla:
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Zonaangular
DireccionesMedias
Rosa de losvientos (m/s)
Rosa de laenerga
Velocidadporcentual
N 7,00% 5,42 5% 5%NNE 9,30% 9,56 11% 8%
NE 9,50% 5,59 7% 5%ENE 8,50% 3,67 4% 3%E 7,00% 4,2 4% 4%ESE 4,00% 4,67 2% 4%SE 2,50% 4,79 2% 4%SSE 1,20% 5,4 1% 5%S 2,00% 7,5 2% 7%SSW 7,00% 9,25 8% 8%SW 9,70% 11,68 15% 10%WSW 11,00% 11,6 16% 10%W 7,80% 10,5 11% 9%WNW 5,50% 7,9 6% 7%NW 4,40% 6,4 4% 6%Tabla 4: Valores promedio de frecuencias, velocidad y energa en funcin de la direccin del viento
En la tabla anterior, se puede ver la frecuencia segn la direccin del
viento y el mdulo de la velocidad segn la direccin. Adems, la energa del
viento segn cada direccin es funcin de los datos anteriores, por lo que est
muy relacionado.
Aparece una columna, la velocidad porcentual, que proviene de hacer
unitaria la velocidad en funcin del los valores promedio de la tabla, para que
pueda ser representada en un grfico conjunto de velocidad del viento, rosa de
la energa y frecuencias del viento. Es para poder ver en un grfico a golpe de
vista como cada una de las rosas de viento, frecuencias y energa tienen una
geometra parecida, y como la rosa de la energa va a ser funcin de las otras
dos entradas de datos:
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Rosa de vientos, frecuencias y energa
0%
5%
10%
15%
20%N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SESSE
SSSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
Direcciones MediasCalculos rosa energaVelocidad porcentual
Figura 8: Rosa de vientos, frecuencias y energa
2.2.4.- Perfil vertical de velocidades de viento
La velocidad del viento va creciendo con la altura, por tanto la velocidad
que incide en el buje del aerogenerador ser ms realista cuanto ms a su
altura se tomen los datos. Sin embargo esto no es siempre posible, y las
estaciones meteorolgicas para analizar el recurso elico se ponen a alturas
de 50 m, 60, o incluso ms.
Para nuestro caso disponemos de dos medidas, una estacin est situada
a 25 metros de altura sobre el suelo, y la otra a 48 metros de altura sobre el
nivel del suelo. Para hallar la velocidad a la altura del buje del
aerogenerador, se utiliza la siguiente ley potencial:
2 2
1 1
V h
V h
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De esta manera, con el promedio de velocidades a las dos alturas de que
se disponen los datos, se puede obtener el coeficiente de la ley potencial. Esto
se va a hacer segn la direccin del viento, por tanto se tiene:
Zonaangular
V1 a z=25m (m/s)
V2 a z=48m (m/s)
V3 a z=67m (m/s)
V4 a z=78 m(m/s)
V5 a z=100m(m/s) Coeficiente
N 4,79 5,42 5,77 5,94 6,23 0,19NNE 8,50 9,56 10,15 10,43 10,91 0,18NE 4,54 5,59 6,22 6,53 7,07 0,32ENE 2,94 3,67 4,11 4,33 4,71 0,34E 3,30 4,2 4,75 5,03 5,51 0,37ESE 3,79 4,67 5,20 5,45 5,91 0,32SE 3,91 4,79 5,31 5,57 6,01 0,31SSE 4,38 5,4 6,01 6,31 6,83 0,32S 6,41 7,5 8,12 8,43 8,94 0,24SSW 7,96 9,25 9,99 10,34 10,95 0,23SW 10,18 11,68 12,53 12,93 13,63 0,21
WSW 10,31 11,6 12,32 12,66 13,24 0,18W 9,40 10,5 11,11 11,40 11,90 0,17WNW 7,26 7,9 8,25 8,41 8,69 0,13NW 5,84 6,4 6,71 6,85 7,09 0,14
NNW 6,02 6,77 7,19 7,39 7,73 0,18
Promedios 6,221 7,181 7,734 8,001 8,459 0,239
Tabla 5: Velocidad media en funcin de las distintas zonas de estudio y de la zona angular.
A la vista de la tabla, se tiene que segn la direccin del viento se tiene
una velocidad promedio procedente de los datos diezminutales de cada
estacin. Segn esto, obtiene el coeficiente de la ley potencial . En base a ello
y segn la ecuacin anterior se obtiene una aproximacin de la velocidad del
viento a 67, 78 y 100 metros de altura. Estas alturas se corresponden con las
alturas que se disponen para el modelo de aerogenerador elegido, el GamesaG90, cuyas torres pueden ser de las tres alturas respectivas. En este proyecto,
la altura de las torres que se va a elegir es de 78 m, por motivos de impacto
ambiental y de costes, aunque lo ms eficiente para el proyecto es poner las
torres cuanto ms altas mejor. A los datos que se obtienen a las diferentes
alturas se les debe hacer el mismo tratamiento estadstico que a los datos que
se han presentado anteriormente procedentes de la estacin meteorolgica,
para as obtener la produccin elica del parque. Lo nico que se modificara
con la ley anterior, al calcular la velocidad del viento a 78 metros de altura es la
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velocidad del viento a esa altitud, por lo que la rosa de los vientos sera igual,
pero con una mayor velocidad del viento segn la direccin.
Rosa de los vientos
0
2
4
6
8
10
12
14N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
S
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
V1 a 25 m (m/s)V2 a 48 m (m/s)
V3 a 67 m (m/s)
V4 a 78 m (m/s)
V5 a 100m (m/s)
Figura 9: Rosa de los vientos en funcin de la altura.
Como se puede observar en la figura, en cuanto aumenta la altura, la
velocidad del viento aumenta y aumenta el rea contenida dentro de la regin de
la rosa de los vientos, es decir aumenta la velocidad media y aumentara la
energa producida en el parque elico.
Con respecto a la rosa de frecuencias y rosa de la energa se quedara
igual, la primera porque las frecuencias segn la direccin es igual y la segunda
porque la rosa de la energa es adimensional y se mantienen las proporciones
de produccin.
2.2.5.- Otros datos relevantes
Otro dato relevante para el estudio del recurso elico es la densidad del
aire, algo fundamental. La densidad del aire vara con la temperatura, y con la
altura. Este emplazamiento tiene una temperatura media anual de 11 C, y se
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encuentra situado a una altitud de 630 metros sobre el nivel del mar. Esto
sugiere que hay que hacer correcciones por densidad para estimar la produccin
energtica del parque.
Curva de potencia del aerogenerador
0
500
1000
1500
2000
2500
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18-21
Velocidad (m/s)
Potencia(KW)
Potencia (kW)
Figura 10: curva de potencia del aerogenerador para una densidad del aire de 1,225 Kg/m
La presin y densidad para este emplazamiento es de:
Densidad: = 1,16 kg/m
Presin: P= 93,89 KPa
Estos datos son promedios anuales obtenidos de la estacinmeteorolgica, est claro irn variando a lo largo del ao, pero han sido tenidos
en cuenta en la elaboracin del modelo.
A al vista de la curva de potencia anterior, habr que tener en cuenta la
densidad del aire a la altura de estudio, que vara despreciablemente en los 44
metros que tiene de ms el buje del aerogenerador que la estacin
meteorolgica, considerndose despreciable. Segn los clculos con las
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expresiones de densidad del aire con la altura, esta se quedara en =1,15 kg/m
aceptndose la hiptesis anterior.
Para tener en cuenta el efecto de la densidad, se ha recurrido a introducir
la curva de potencia en el programa WASP 9.0 de RISOE, programa que es
capaz de modelizar el parque elico teniendo en cuenta todos los factores, tanto
de viento como topogrficos. Dispone de un mdulo de clculo de curvas de
potencia as como una base de datos de las caractersticas tcnicas de los
modelos de aerogenerador comerciales ms utilizados. Cuenta con un editor de
curvas de potencia para el caso de que el aerogenerador no est dentro de la
base de datos.
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3.- SITUACIN
3.1-Justificacin de eleccin del emplazamiento
La seleccin y el anlisis de posibles emplazamientos que sean
adecuados para la instalacin de aerogeneradores comprenden en general las
siguientes fases:
Fase de exploracin: Caracterizada por la prospeccin elica general y el
diseo preliminar del sistema elico.
Fase de planificacin: Caracterizada por una evaluacin pormenorizada
del emplazamiento y el diseo del sistema elico.
Fase de operacin: Caracterizada por la prediccin del rgimen de viento
y la valuacin operacional del sistema elico (prediccin de la energa
elica producida y condiciones de operacin del sistema).
En la etapa de seleccin del emplazamiento debe atenerse de forma
general a los siguientes criterios:
Caractersticas elicas del emplazamiento:
Velocidad media del viento lo ms elevada posible.
Ausencia de rachas fuertes y frecuentes.
Viento laminado con la mnima turbulencia posible.
Viento con direccin predominante.
Ausencia de calmas duraderas.
Condiciones del terreno
Presentar la menor rugosidad posible y por tanto estar libre de obstculos
en un radio de unos 500 m alrededor del parque.
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Mantener una distancia entre aerogeneradores del orden de unos diez
dimetros en la direccin del viento dominante y de tres a siete dimetros
en la direccin perpendicular al mismo.
Presentar un nivel de complejidad lo menor posible. Colinas suaves y
de baja rugosidad.
Conviene, que el lugar no est prximo a ncleos habitados para evitar el
impacto paisajstico y sonoro que pudiesen producir los aerogeneradores.
Adems es importante que el lugar presente una accesibilidad adecuada.
Proximidad a las redes elctricas de interconexin:
Conviene que el parque elico se site cerca de la red de alta tensin a
fin de disminuir los costes de inversin en el sistema de interconexin y
minimizar las prdidas por transporte.
Impacto medioambiental:
Se debe contemplar el impacto sonoro que puede ocasionar sobrepoblaciones cercanas, el impacto paisajstico, efectos sobre la flora y
fauna y las posibles interferencias sobre ondas de radio, televisin o
telefona.
Configuraciones geomtricas simples que no llamen la atencin y se
ajusten a la forma del terreno.
Pinturas suaves.
Los generadores tienden a ser bien vistos por la sociedad en general y sise colocan en los sitios adecuados no afectan demasiado a la vida
animal.
3.2.-Criterios de eleccin del emplazamiento
La eleccin del emplazamiento para construir el parque elico del
proyecto se ha basado en los siguientes criterios:
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a) Adecuacin al Plan Elico de Aragn. Documento Provincial de Zaragoza.
El Plan elico de Aragn relativo a la provincia de Zaragoza es el
resultado de seleccionar las zonas que poseen mayor potencial de
aprovechamiento elico, escogiendo las ms viables tcnica y econmicamente
para su explotacin. Sobre estas zonas se toman en consideracin los factores
medioambientales y tcnicos que llevan aparejados y sus posibles efectos. La
superposicin de estos dos factores genera una clasificacin del territorio de la
provincia e identifica varias comarcas en las que se considera idneo el
desarrollo de parques elicos.
El parque elico del proyecto se encuentra ubicado en la comarca
denominada Comarca de las Cinco Villas" en el Plan Elico de Aragn. Por
tanto la situacin del parque objeto de este documento de adecua de forma
notable a dicho Plan.
b) Dictamen medioambiental del Plan Elico de Aragn Documento
Provincial de Zaragoza.
El Boletn Oficial de Aragn informa favorablemente sobre el Plan Elico
Regional de la provincia de Zaragoza.
En dicho dictamen ambiental se detallan los argumentos y condiciones en
los que se basa. Uno de los tres argumentos y condiciones mencionados es el
de reducir al mximo el nmero de lneas elctricas necesarias para laevacuacin de la energa de todos los parques de la provincia.
En este sentido el parque elico del proyecto tratar de minimizar la
infraestructura elctrica necesaria.
Por lo expuesto en los prrafos anteriores la ubicacin del parque elico
es muy buena para cumplir con el dictamen medioambiental de la Consejera de
Medio Ambiente.
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c) Viabilidad Tcnica
El estudio del potencial elico del emplazamiento y las estimaciones de
produccin demuestran la viabilidad tcnica. Adicionalmente hay que valorar la
poca complejidad del terreno donde se ubica el parque, que hace que la
ejecucin de la obra necesaria para la construccin sea mucho ms sencilla que
lo estndar de un parque elico. Es evidente que cuanto mayor es la sencillez de
ejecucin de una obra menor es el impacto que esta provoca, dado que los
movimientos de tierra, necesarios para la ejecucin de las instalaciones, son
pequeos y el tiempo de ejecucin de obra se reduce respecto a instalaciones
similares disminuyendo por lo tanto los impactos de carcter temporalproducidos durante la obra (emisiones acsticas, emisin de polvo, transito de
maquinaria etc.)
d) Acuerdos con propietarios
Todas y cada uno de los aerogeneradores del parque se encuentran
dentro de una nica finca. La Empresa inversora tendr un acuerdo firmado conlos dos propietarios de dicha finca para el desarrollo del parque elico. Este
hecho se traduce en una facilidad y rapidez de tramitacin, dado que se hace
innecesario recurrir a procedimientos de expropiacin. Por tanto el proyecto se
podra ejecutar de forma inmediata, una vez se hayan obtenido las
autorizaciones pertinentes.
e) Afecciones Medioambientales del Parque
Los mayores impactos, que puede producir un parque elico son debidos
a la afeccin al paisaje y a espacios protegidos
Con respecto al paisaje y dada la importancia que tiene Sos del Rey
Catlico como turismo rural, se puede afirmar que una vez analizada la
incidencia paisajstica del conjunto del parque no es posible su visualizacin
desde la poblacin de Sos del Rey Catlico, situado a unos 8 km. del parque.
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En relacin a la afeccin sobre espacios protegidos hay que sealar que
Taueste, espacio de inters natural de las Brdenas Orientales que se
encuentran cerca del parque, an as no es destacable como zona de paso de
aves, tan slo espordicas.
Teniendo en cuenta la adecuacin del parque al Plan Elico de Aragn, el
dictamen medioambiental de dicho Plan emitido por la Consejera de Medio
Ambiente, la viabilidad tcnica y medioambiental a si como los acuerdos
alcanzados con la propiedad de los terrenos donde se ubica el parque, se pone
de manifiesto la idoneidad del emplazamiento del parque elico de Sos del Rey
Catlico.
La zona objeto de este estudio se encuentra situada en la provincia de
Zaragoza, al Noroeste de la capital. El parque se encuentra en el trmino
municipal de Sos del Rey Catlico.
El Parque del Proyecto se encuentra en una zona elevada de altas
velocidades de viento. No confundir con otro parque elico ya construido en lazona, con relativa antigedad, situado en el trmino municipal de Uncastillo, en
una zona ms conflictiva desde el punto de vista medioambiental.
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4.-EVALUACIN DEL POTENCIAL ENERGTICO DELPARQUE ELIC
4.1.- Introduccin
El presente documento tiene por objeto evaluar el potencial elico en el
Parque Elico del Proyecto. El emplazamiento elegido para la ubicacin del
parque se encuentra situado al NO de Zaragoza, en el Trmino Municipal de Sos
del Rey Catlico, en la Provincia de Zaragoza.
Para el anlisis del recurso elico en el Proyecto se han estudiado los
datos registrados en 2 estaciones meteorolgicas instaladas en el
emplazamiento de inters y una situada en los alrededores, ya situada en la
comunidad autnoma Navarra, de esta se tienen los datos diezminutales de
viento con todas sus caractersticas de velocidad, direccin, calmas, rachas y
temperatura.
Tras el procesado de datos se ha elaborado el modelo elico en el
emplazamiento con el cual se ha definido la implantacin de los
aerogeneradores.
A partir del modelo de viento y la implantacin definitiva, se ha realizado
la estimacin de produccin con aerogeneradores de 2 MW de potencia unitaria.
Inicialmente este proyecto se plante con mquinas de 1,5 kW de
potencia unitaria. El tipo de mquina se ha cambiado siguiendo el objetivo de
maximizar la produccin energtica y minimizar el impacto de las instalaciones
sobre el entorno. Con la nueva eleccin de aerogenerador se consigue una
mayor captacin de la energa del viento, debido a su mayor rotor y un menor
impacto, debido a que la potencia unitaria es sensiblemente superior y se reduce
el nmero de aerogeneradores, manteniendo la potencia total del proyecto.
Dado que la viabilidad econmica de cualquier proyecto elico dependesensiblemente de la inversin, la eleccin definitiva de la mquina ms
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adecuada vendr determinada por los estudios de viabilidad econmica y por
criterios que minimicen el impacto ambiental de las instalaciones.
En cualquier caso la eleccin del tecnlogo estar condicionada a que
ste tenga su correspondiente Plan Industrial aprobado por la Gobierno de
Aragn.
Los clculos de produccin se han estimado con la aplicacin WasP 9.0 y
con tratamiento estadstico de datos fundamentalmente, al ser un proyecto
orientado a Organizacin Industrial, donde lo ms importante reside en el
estudio financiero, viabilidad y sensibilidad econmica del proyecto.
4.2.- Descripcin del emplazamiento
El emplazamiento elegido para la ubicacin del Proyecto, se encuentra
situado al N de la Provincia de Zaragoza, en el Trmino Municipal de Sos del
Rey Catlico.
La altitud del terreno es de 630 m, siempre con una variacin suave de las
pendientes. La mayor parte esta dedicada al cultivo de cereales. No existen
obstculos importantes destacables.
4.3.- Medida de datos
4.3.1.- Tratamiento informtico de datos
Los datos registrados por todas las estaciones son volcados al ordenador
para su procesamiento. En primer lugar, se procede a detectar aquellos datos
anmalos y valorar de forma general la calidad de aquellos que se aceptan.
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En segundo lugar, se analizan los datos para obtener los parmetros ms
representativos del emplazamiento, sus velocidades medias, as como las
direcciones predominantes y las ms energticas.
Esta informacin se presenta a continuacin en forma de tablas y
grficos. En el Captulo 1 se muestran las tablas con las velocidades medias
mensuales y el porcentaje de datos aceptados por mes para todas las
estaciones.
En este mismo Captulo, se muestran las direcciones de viento
predominantes y las velocidades media por sector.
Asimismo se incluye la rosa de la energa en la que se comprueba que la
direccin predominante registrada en las estaciones meteorolgicas es adems
la ms energtica, lo que ser determinante en la implantacin de
aerogeneradores.
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5.- AEROGENERADOR
Un aerogenerador es una mquina capaz de transformar la energa cintica del
viento en energa elctrica, por medio de un generador. Esta energa podr
cederse a la red elctrica general, previamente transformada a la tensin
adecuada.
El Parque elico de SOS del Rey Catlico estar constituido por un total de 10
aerogeneradores Gamesa modelo G90 de 2.000 kW de potencia unitaria y con
una altura de torre de 78 m. La potencia total instalada del parque ser de 20 MW.
A pesar de todo, para la eleccin de este aerogenerador, se ha realizado un
estudio econmico de otros aerogeneradores y en funcin de costes, fiabilidad y
energa producida se ha decidido un aerogenerador u otro.
Los aerogeneradores sern de paso y velocidad variable ya que estas
caractersticas aseguran una potencia de salida suave y, al mismo tiempo, se
reducen las cargas de manera significativa.
A grandes rasgos se puede hacer una clasificacin de los aerogeneradores
segn tres clases en funcin de las velocidades medias del viento que sean
capaces de aprovechar. En la zona de estudio, el potencial elico es elevado, pero
existen regiones donde el potencial elico es mucho ms elevado. El
aerogenerador que finalmente se ha decidido instalar es el Gamesa G90, un
aerogenerador de clase III/A capaz de aprovechar tambin las velocidades bajas
del viento. Su velocidad de arranque es inferior a otros modelos (3 m/s). Los
criterios para seleccionar dicho modelo de aerogenerador se muestran en
adelante.
Para la seleccin del aerogenerador, en primer lugar hay que fijarse en la
curva de potencia del mismo y ponderarlo con las velocidades anuales del parque.
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En el estudio de viento, hay que ir introduciendo las curvas de potencia de todos
los aerogeneradores a comparar e ir viendo la produccin energtica que tendran.
Esto hay que hacerlo teniendo en cuenta el coste de cada uno de los
aerogeneradores, por tanto se obtiene un coeficiente que relaciona el coste
unitario del aerogenerador en funcin con la produccin esperada en el parque
elico, y el que se obtiene ms elevado es el que se debera poner.
No hay que tener slo en cuenta la produccin esperada por unidad de
coste del aerogenerador, sino la fiabilidad del mismo, las garantas que ofrecen los
suministradores, y el compromiso que ofrecen con el cliente. En Espaa existendiversos fabricantes de turbinas elicas, como pueden ser Gamesa o Acciona
energa. Existen muchos fabricantes en Europa, principalmente en Alemania y en
Dinamarca. Si el aerogenerador se compra en Espaa, es evidente que los costes
de transporte disminuirn, ya que requieren transportes especiales para ser
llevados a la zona donde se van a utilizar. Adems es muy posible que en
diversas zonas, el transporte especial entre y sea necesario acomodar los
caminos y carreteras a tal efecto.
Actualmente se tiende a colocar aerogeneradores ms grandes para la
produccin elica ya que hay un mayor aprovechamiento del terreno para producir
ms electricidad, es decir, ms energa producida en menos espacio.
Tambin hay que tener en cuenta el estudio de impacto ambiental, segn la
legislacin vigente en la zona. Por tanto no siempre se van a poder poner losaerogeneradores ms grandes y ms altos donde mayor velocidad de viento hay.
Atenindonos a este estudio, el aerogenerador que se va a utilizar es el
G90 de Gamesa, un aerogenerador apropiado para velocidades bajas. Pese a
esto, al hacer el estudio econmico de los dos tres aerogeneradores candidatos,
los de clase II y III de Gamesa, los G83, G87 y G90. Al hacer el estudio de
sensibilidad econmica en cuanto a tres tipos de aerogenerador en este parque
elico en funcin de los costes y produccin energtica de cada uno de ellos en la
zona. Se presentan los estudios comparativos para 3 modelos de Gamesa:
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5.1.-Para el caso del G90:
Energa anual generada en parque elico 58.801.102,00 KWh./aoEnerga anual vendida a la red 49.827.583,43 KWh./aoTotal Inversin 20.268.035,00
VAN TIRPara el accionista 20.804.133,77 35,19%
De la inversin 19.511.410,40 13,55%Tabla 6: Estudio de la inversin con el aerogenerador G90
Su curva de potencia es:
Curva de potencia del aerogenerador
0
500
1000
1500
2000
2500
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18-21
Velocidad (m/s)
P
otencia(KW)
Potencia (kW)
Figura 11: Curva de potencia para el aerogenerador G90
Siendo los Flujos del caja acumulados:
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Flujo de caja acumulado de la inversin
-30
-20
-10
-
10
20
30
40
50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Ao
Flujodecajadelainversin(M)
Flujo de caja acumulado de la inversin
Figura 12: Flujos de caja acumulados para la inversin para el G90
Flujo de caja acumulado para el accionista
-10
-5
-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Ao
Flujodecajaaccionista(M)
Flujo de caja acumulado para el accionista
Figura 13: Flujos de caja acumulados para el accionista para el aerogenerador G90
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5.2.-Para el caso del G87:
Energa anual generada en parque elico 55.491.384,00 KWh./aoEnerga anual vendida a la red 47.022.954,87 KWh./aoTotal Inversin 18.952.459,23
VAN TIR
Para el accionista 19.763.544,43 35,81%
De la inversin 18.554.730,31 13,68%Tabla 7: estudio de la inversin para el aerogenerador G87
Siendo su curva de potencia:
Curva de potencia del aerogenerador
0
500
1000
1500
2000
2500
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18-21
Velocidad (m/s)
Potencia(KW)
Potencia (kW)
Figura 14: Curva de potencia para el aerogenerador G87
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Flujo de caja acumulado de la inversin
-30
-20
-10
-
10
20
30
40
50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Ao
Flujodecajadelainversin(M)
Flujo de caja acumulado de la inversin
Figura 15: Flujos de caja de la inversin para el aerogenerador G87
Flujo de caja acumulado para el accionista
-5
-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Ao
Flujodecajaaccionista(M)
Flujo de caja acumulado para el accionista
Figura 16: Flujos de caja acumulados para el accionista para el aerogenerador G87
5.3.-Para el caso del G83:
Energa anual generada en parque elico 49.896.190,00 KWh./ao
Energa anual vendida a la red 42.281.632,24 KWh./aoTotal Inversin 18.321.589,00
VAN TIR
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Para el accionista 16.815.548,00 31,17%
De la inversin 15.646.971,66 12,67%Tabla 8: Estudio de la inversin para el aerogenerador G83
Siendo su curva de potencia:
Curva de Potencia del Aerogenerador G83
0
500
1000
1500
2000
2500
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Flujo de caja acumulado de la inversin
-30
-20
-10
-
10
20
30
40
50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Ao
Flujodecajadelainversin(M)
Flujo de caja acumulado de la inversin
Figura 18: Flujos de caja acumulados para el accionista para el caso de instalar el G83
Y los flujos de caja acumulados para el accionista sern:
Flujo de caja acumulado para el accionista
-5
-
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Ao
Flujodecajaaccionista(M)
Flujo de caja acumulado para el accionista
Figura 19: Flujos de caja acumulados para el accionista para el caso de instalar el G83
A la vista de este estudio comparativo entre aerogeneradores, est
justificado el poner el aerogenerador G90, ya que es con el que mayor VAN se
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obtiene, 20,804 M, mientras que el VAN que nos proporcionara el G87 es de
19,763 M.
El VAN que se obtiene del estudio del aerogenerador G83 es de 16,815 M,
significativamente menor que los anteriores. Todos estos VAN que se han
comentado son para el accionista (el inversor), si se el VAN de la inversin se
tiene:
VAN:
G90 19.511 M
G87 18.554 M
G83 15.646 M
En este caso tambin se ve claramente que la inversin ms rentable es
utilizando el aerogenerador G90.
La duda llega al fijarse en el TIR de la inversin, que tiene un TIR mselevado la inversin referida al G87. Este criterio es bueno para la mayora de los
casos, pero en este caso, el TIR al estar muy mediatizado por los tipos de inters,
llega a salir menor en el caso del G90. El coste de montar el parque elico con el
G87 es menor que con el G90, pero al tener que pagar menos intereses por ser
ms barato y al no diferenciarse en mucho la inversin sucede esto.
TIR:
G90 de la inversin 13,55%, para el accionista: 35,14%
G87 de la inversin 13,68%, para el accionista: 35,81 %
G83 de la inversin 12,17%, para el accionista 31,17%
A la vista de estos datos, se muestra que el TIR ms elevado es para el G87
En cuanto a la produccin energtica, el que ms energa producira en
este emplazamiento es el G90, con un total de 58,801MWh/ao producidos,
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seguido del G87 que producira 55,491 MWh/ao y con una diferencia mayor el
G83, con 49,196 MWh/ao.
Otro de los criterios slidos para cerciorarnos de la decisin es el flujo de
caja libre acumulado de la inversin (las grficas en azul) que indican la cantidad
de dinero que acumula la inversin desde que se empieza con el pago de la
deuda y del capital que inviertes, y el flujo de caja acumulado para el accionista.
En todos los casos, los Flujos de caja son ms elevados para la inversin
realizada con el aerogenerador G90.
Flujos de caja acumulados:
Flujos de caja acumulados (M)
De la inversin Para el accionista
G90 45,475 41,32G87 43,637 39,153G83 37,802 34,046
Tabla 9: Flujos de caja acumulados
5.3.-Sensibilidad de las inversiones en funcin del tipo deaerogenerador.
Segn se ha podido comprobar, el precio del parque no vara demasiado al
cambiar el modelo de aerogenerador, ya que la seleccin es entre modelos de
la misma potencia, pero se ha calculado que para este emplazamiento, el
parque con el modelo G90 instalado tiene un precio total de la inversin de
20.268.035 .
Si se iguala el VAN del accionista del G90 al del G87 mediante la
bsqueda de funcin objetivo de excel, se obtiene el precio de la
inversin por encima del cual instalara el G87, esto es de 21.662.517.
Repitiendo el proceso para el caso del G83, se tiene que se instalara
el G83 por encima antes que el G90 si costase la inversin por encima de
los 25.613.095
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5.5.- Descripcin tcnica del aerogenerador
5.5.1.- TIPO DE TURBINA Y DESCRIPCIN GENERAL
Un aerogenerador est constituido esencialmente por una turbina elica, una
caja multiplicadora y un generador elctrico situados en la parte superior de una
torre de acero (de 78 m de altura en este caso) cimentada sobre una zapata
de hormign armado.
El modelo G90 de Gamesa es un aerogenerador con un diseo aerodinmico
de punta de pala y un diseo de componentes mecnicos que minimizan el ruido
emitido, gracias a un sistema de control de ruido que permite programar el ruido
emitido de acuerdo con criterios como fecha, hora o direccin del viento, de este
modo se logra el cumplimiento de las normativas locales con una produccin
mxima. Sus palas son ms ligeras por el empleo de materiales como la fibra devdrio, la fibra de carbono y preimpregnados. Cumple todos los requerimientos
principarles de conexin a la red internacionales. Dispone tambin de un sistema de
control y monitorizacin remota con acceso Web (Gamesa SGIPE).
Un esquema del modelo G90, con sus distintos componentes, sera el
siguiente:
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Figura 20: Esquema del G90
La turbina tiene un rotor de 90 m de dimetro situado a barlovento. Est
equipada con:
Tres palas aerodinmicas de paso variable controlado por
microprocesador.
Regulacin electrnica de la potencia de salida mediante
convertidores electrnicos.
Un sistema activo de orientacin.
Mediante un multiplicador mecnico, se acopla a un generador doblemente
alimentado con rotor devanado y anillos deslizantes, de 4 polos y de 2.000 kW de
potencia unitaria.
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Estos equipos van situados en el interior de una gndola colocada sobre la
torre metlica, con la disposicin que puede apreciarse en el esquema anterior. La
gndola est construida sobre un bastidor realizado en perfiles tubulares.
El eje principal (8) est soportado por 2 rodamientos montados en alojamientos
de fundicin, los cuales absorben las fuerzas radiales y axiales que provienen del
rotor. El buje del rotor (5) se monta, mediante tornillos, directamente al eje
principal.
Las palas (1) quedan instaladas atornillndolas a cojinetes (2) asegurando
que puedan pivotar fcilmente. Cada pala dispone de un cilindro hidrulico que
acciona el movimiento de cambio de paso de manera independiente, si bien
manteniendo el mismo ngulo de ataque para las tres palas.
El multiplicador (10), fabricado a medida, es instalado detrs del eje principal.
El apoyo del multiplicador transfiere todos los esfuerzos desde la parte frontal ala base del bastidor, y de ah a la torre como elemento estructural principal.
El freno de disco (11), diseado para acoplarlo en el eje de alta velocidad (de
salida) del multiplicador, consta de seis sistemas hidrulicos (mordazas de
frenado) con pastillas de freno sin amianto. El generador doblemente alternado
(14) es activado por el eje de salida del multiplicador mediante un acoplamiento
con junta de composite.
El actuador hidrulico (4) alimenta al sistema de freno y al sistema de control de
paso variable o ngulo de ataque.
La orientacin se consigue mediante cuatro motores elctricos (18) montados
en la base del bastidor. Dichos motores engranan con la corona de orientacin
(16) atornillada en la parte superior de la torre mediante engranajes reductores. La
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orientacin est controlada mediante la seal obtenida de anemoveletas snicas
colocadas sobre el techo de la gndola.
L a t ur bi na se m on ta s ob re u na b as e t ub ul ar t ro nc oc n ic a
galvanizada/metalizada y pintada en blanco, que aloja en su interior, la unidad de
control del sistema, basada en dos microprocesadores.
5.5.2.-ROTOR
El rotor est constituido por tres palas diseadas con perfil aerodinmico
construidas a base de resinas epoxy con fibra de vidrio, y un buje central de
fundicin protegido por una cubierta de fibra de vidrio. El rotor se pone en
movimiento cuando la velocidad del viento es superior a 3 m/s. Las caractersticas
principales del rotor son:
Dimetro .............................................................................................. 90 m
rea de barrido................................................................................ 6.362 m2
Intervalo de rotacin ................................................................ 9,0 -19,0 r.p.m.
Sentido de giro........................................ Sentido horario (visto frontalmente)
Orientacin ................................................................................. A barlovento
Nmero de palas.................................................................................................. 3
Altura del eje principal ............................................................................ 78m
Frenos aerodinmicos......................................... Puesta en bandera de palas
Las palas estn fabricadas en material compuesto, con resina epoxy y fibra de
vidrio. En su fabricacin se emplea la tecnologa de los preimpregnados("prepeg"), que permiten controlar de un modo muy preciso el volumen de fibra del
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material y, con l las propiedades mecnicas y aerodinmicas de las palas. La
estructura de las palas del aerogenerador se constituye con un larguero interior al
cual se pegan las dos superficies exteriores a modo de conchas. El larguero es el
elemento estructural de la pala, mientras que las conchas pegadas poseen funcin
aerodinmica, convirtiendo el empuje del viento en par motor para accionar la
mquina. Cada pala posee un "extender" de acero que extiende la longitud total
de la pala una vez instalada.
Las palas tienen un sistema de pararrayos que recoge las descargaselctricas y las transmite, va un cable de acero que recorre la pala
longitudinalmente, hasta el buje, desde donde circulan por los conductores de
proteccin hasta la puesta a tierra del aerogenerador. Las caractersticas
principales de las palas se detallan a continuacin:
Longitud 44 m
Tipo de perfil DU (Delf University) y FFA-W3.
Peso pala completa 5.800 kg
Por lo general, el modo normal de funcionamiento de los aerogeneradores
asncronos ha sido con velocidad constante. Un generador de induccin funciona
con una velocidad casi constante, normalmente entre el 100% y el 101% de la
velocidad nominal. Para un generador de 4 polos, esto significa trabajar con
velocidades que varan desde 1.500 r.p.m. (sin carga) hasta 1.515 r.p.m. (plenacarga) a una frecuencia de 50 Hz. Esta pequea variacin se considera
insignificante, razn por la cual este modo de operacin se denomina de velocidad
constante.
Cuando el viento cambia su velocidad esto se traduce en un cambio similar
de la potencia de salida. Cuando se alcanza la potencia nominal las fluctuaciones
de potencia son indeseables. La regulacin del paso de pala posibilita que la
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mxima potencia est limitada a la nominal, en promedio, en condiciones de
elevada velocidad del viento.
Con un generador de velocidad fija las fluctuaciones de potencia son tan
rpidas que solo es posible mantener la potencia media constante. Al ser la
velocidad fija, estas rpidas fluctuaciones se traducen en cargas mecnicas sobre
toda la cadena cinemtica que acortan la vida de la turbina. El concepto de
velocidad variable utilizado en el aerogenerador G90 posibilita variar
electrnicamente el giro del generador (9-19 r.p.m.) con lo que se reducen al
mnimo las cargas.
La regulacin de potencia viene determinada por el paso variable de las
palas y por la regulacin de la velocidad del generador controlado por un
microprocesador. A bajas velocidades la pala es orientada de forma que presente
una gran superficie vista en direccin al viento dominante. A medida que la
velocidad del viento aumenta, esta superficie se reduce cambiando el ngulo de
orientacin. Si la velocidad del viento supera los 21 m/s, las palas se giran
totalmente para ofrecer la menor resistencia posible al viento y dejan de rotar
como medida de seguridad. El rango de produccin, pues, de este
aerogenerador se extiende desde 3 m/s hasta 21 m/s, aproximadamente.
Cuando una racha de viento golpea el rotor, el controlador permite un suave
incremento de la velocidad del generador. Al mismo tiempo, el sistema deinclinacin gira las palas hacia un ngulo de ataque menos agresivo en tanto se
reduce la velocidad del rotor. El resultado es una potencia de salida suave y al
100% con una carga mnima sobre las palas, el eje principal y los engranajes.
Las palas se atornillan sobre una pieza del soporte de acero que puede
pivotar sobre el buje con una activacin hidrulica, mediante un conjunto de
bielas. Con este sistema se consigue un arranque sin motor y menores esfuerzos
sobre la estructura, tanto durante el funcionamiento como en el frenado. Tambin,
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con este sistema, se aumenta la potencia a altas y bajas velocidades del viento
respecto de la respuesta proporcionada por los aerogeneradores de palas fijas.
5.5.3.- SISTEMA DE TRANSMISIN Y GENERADOR
El buje, soporte de las palas, se atornilla al eje principal del sistema el cual
est soportado por dos apoyos de rodillos esfricos que absorben los esfuerzos
axial y radial del rotor. El esfuerzo de rotacin generado por el rotor se transmite
hasta el multiplicador cuya relacin de transmisin es 1:100,5 merced a un
dispositivo de una etapa planetaria y dos helicoidales. Las caractersticas del
multiplicador son:
Tipo 1 .......................................................etapa planetaria/2 helicoidales
Relacin de transmisin ...................................................................... 1:100,5
Potencia mecnica........................................................................... 2.200 kW
Refrigeracin ....................................... Bomba de aceite con intercambiador
Calentador de aceite..............................................
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