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Estado del arte de los aerogeneradores offshore
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Estado del arte de los aerogeneradores offshore

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Estudio de la energía eólica marina, y de los grandes aeroigeneradores de última generación que están poniendo en el mar los principales tecnólogos.

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  • 1. Estado del arte aerogeneradores offshore
  • 2. Recurso Eólico 1
  • 3. Qué es el Recurso Eólico El recurso eólico es la energía del viento que puede ser aprovechada en un determinado emplazamiento. Todas las fuentes de energía renovables (excepto la mareomotriz y la geotérmica), e incluso la energía de los combustibles fósiles, provienen, en último término, del sol. El sol irradia 174.423.000.000.000 KWh. de energía por hora hacia la Tierra. En otras palabras, la Tierra recibe 1,74 x 1017 W de potencia. Alrededor de un 1 a un 2 por ciento de la energía proveniente del sol es convertida en energía eólica. Esto supone una energía alrededor de 50 a 100 veces superior a la convertida en biomasa por todas las plantas de la tierra. EL RECURSO EÓLICO La potencia del viento: cubo de la velocidad del viento La velocidad del viento es muy importante para la cantidad de energía que un aerogenerador puede transformar en electricidad: la cantidad de energía que posee el viento varía con el cubo (la tercera potencia) de la velocidad media del viento; p.ej., si la velocidad del viento se duplica la cantidad de energía que contenga será 2 3 = 2 x 2 x 2 = ocho veces mayor. Ahora bien, ¿por qué la energía que contiene el viento varía con la tercera potencia de su velocidad? Seguramente, del saber de cada día, usted estará enterado de que al doblar la velocidad de un coche la energía de frenado para pararlo completamente será cuatro veces mayor (se trata básicamente de la segunda ley de Newton de la cinemática). En el caso de turbinas eólicas usamos la energía de frenado del viento, por lo que si doblamos la velocidad del viento tendremos dos veces más porciones cilíndricas de viento moviéndose a través del rotor cada segundo, y cada una de esas porciones contiene cuatro veces más energía, como se ha visto en el ejemplo del frenado de un coche. El gráfico muestra que con una velocidad del viento de 8 metros por segundo obtenemos una potencia (cantidad de energía por segundo) de 314 W por cada metro cuadrado expuesto al viento (viento incidiendo perpendicularmente al área barrida por el rotor). A 16 m/s obtendremos una potencia ocho veces mayor, esto es, 2.509 W / m2. La tabla de la sección manual de referencia proporciona la potencia por metro cuadrado de superficie expuesta al viento para diferentes velocidades del viento.
  • 4. Los estudios del recurso eólico incluyen: •Coeficientes de weibull, rosas de viento y datos medios estacionales, mensuales y horarios. •Datos horarios de un año tipo (8.760 valores) de viento, densidad, temperatura y presión sobre cualquier punto del estudio. (Virtual Met Mast). •Series de 30 años de datos de análisis caso que no se tengan datos de referencia con los que realizar estudios MCP. •En Offshore se requiere también estudios batimétricos Wind Resource Explorer es una herramienta con entorno web que permite la exploración y consulta de los resultados de un estudio del recurso realizado con MesoMap®. Facilita el acceso público por Internet a los resultados de los estudios del recurso eólico y permite explorar estos datos de una forma completamente autónoma sin intervención alguna del Cliente. Es ideal para aquellas administraciones y entidades públicas que quieren hacer llegar a los usuarios los resultados de un estudio realizado con MesoMap®. CÁLCULO DEL RECURSO EÓLICO http://www.metoffice.gov.uk La curva de potencia de un aerogenerador se debe calcular de acuerdo norma UNE-EN ISO/IEC 17025, por un laboratorio de ensayos acreditado. El organismo internacional que recoge esta actividad es el MEASNET. Que es la red internacional para la armonización y reconocimiento de la medidas de energía eólica. Los miembros de MEASNET, deben superar todos los requisitos técnicos exigidos y su pertenencia a MEASNET garantiza la más alta calidad de los ensayos realizados, y que los métodos utilizados y resultados obtenidos sean aceptados internacionalmente. Sus miembros en España son: CENER Barlovento.
  • 5. La velocidad del viento es un dato muy importante para el diseño de un aerogenerador, ahora bien la velocidad del viento no es constante y varía a lo largo del tiempo, es por tanto importante medir la velocidad del viento en una determinada zona en el transcurso de un año o más para comprobar que velocidades del viento son las más frecuentes. La variación del viento en un emplazamiento típico suele describirse utilizando la llamada "Distribución de Weibull" . LA DISTRIBUCIÓN DE WEIBULL La distribución de Weibull es una distribución de probabilidad continua cuya función densidad dela variable aleatoria x es: 1 Donde k > 0 es el parámetro de forma y λ > 0 es el parámetro de escala de la distribución. La distribución modela la distribución de fallos (en sistemas) cuando la tasa de fallos es proporcional a una potencia del tiempo: Un valor k<1 indica que la tasa de fallos decrece con el tiempo. Cuando k=1, la tasa de fallos es constante en el tiempo. Un valor k>1 indica que la tasa de fallos crece con el tiempo. http://es.wikipedia.org/wiki/Distribuci%C3%B3n_de_Weibull VELOCIDAD DEL VIENTO
  • 6. Una rosa de los vientos es un círculo que tiene marcados alrededor los rumbos en que se divide la circunferencia del horizonte, es un diagrama que representa la intensidad media del viento en diferentes sectores en los que divide el círculo del horizonte. ROSA DE LOS VIENTOS
  • 7. Alternativamente a las soluciones estructurales cimentadas en el fondo marino, la compañía IDERMAR ha desarrollado una nueva gama de productos denominada IDERMAR METEO destinados a la realización de campañas de evaluación en emplazamientos marinos de media y gran profundidad, consistente en un sistema de captación y gestión de la información basado en una aplicación web que permite el acceso remoto a los datos meteorológicos y oceánicos del emplazamiento. El sistema de monitorización se instala en una subestructura flotante que soporta un mástil meteorológico similar a los utilizados en campañas terrestres. La estructura se puede transportar e instalar de manera sencilla reduciendo el coste económico y el impacto medioambiental en estas operaciones, frente a estructuras fijadas al fondo. Debido a la simplicidad de su transporte, los mástiles flotantes pueden ser reutilizados para distintas campañas de medida o llevados a puerto para su reparación en caso de ocurrencia de daños estructurales de relevancia. Actualmente la gama IDERMAR METEO consta de dos productos con alturas de mástil de 60 y 80 metros respectivamente. MEDICIÓN
  • 8. Aerogenerador de 2,3 Mw, que con la distribución del viento indicada en la tabla, da una potencia anual de 4.451 Mw. Que corresponden a 8.760 horas x 508,05 kw de potencia media de salida. Distribución de Weibull. Factor de capacidad = 508,05 / 2300 = 0,22 Potencia máxima/potencia obtenida CÁLCULO POTENCIA MEDIA
  • 9. El potencial de energía por segundo del aire varía proporcionalmente al cubo de la velocidad del viento. http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo4a.html#7 La fracción de energía capturada por un aerogenerador viene dada por el factor Cp, llamado coeficiente de potencia. Este coeficiente de potencia tiene un valor máximo teórico de 59,3% denominado límite de Betz. La cantidad de energía transferida al rotor por el viento depende como hemos visto, de la densidad del aire,"d", del área de barrido del rotor, "A", y de la velocidad del viento, "v". La energía cinética de una masa de aire, "m", moviéndose a una velocidad, "v", responde a la expresión: E = 1/2 mv2 Si el volumen de aire que se mueve es "V" y tiene una densidad "d" su masa será; m = V . d, con lo que su energía cinética será: Ec = 1/2 dVv2 La cantidad de aire que llegará al rotor de un aerogenerador en un tiempo "t" dependerá de: el área de barrido del rotor "A" y de la velocidad del viento. DENSIDAD DE POTENCIA Potencia desarrollada por un aerogenerador
  • 10. http://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/es/tour/wres/pow/index.htm Potencia desarrollada por un aerogenerador Para realizar un cálculo en mayor detalle: Principal conclusión Como puede observarse de las ecuaciones, la potencia que se puede extraer del viento, es proporcional al cubo de la velocidad del viento.
  • 11. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 Velocidad (m/s) Producción(kWh/10minutos) CURVA DE POTENCIA Velocidad de arranque: 3.5 m/s Velocidad de corte: 25 m/s Velocidad de máxima potencia: 15 m/s La curva de potencia es la principal característica del funcionamiento de un aerogenerador, identifica el umbral de funcionamiento y la veloçidad máxima
  • 12. Aerogeneradores de regulación por cambio del ángulo de paso ("pitch controlled") En un aerogenerador de regulación por cambio del ángulo de paso, el controlador electrónico de la turbina comprueba varias veces por segundo la potencia generada. Cuando ésta alcanza un valor demasiado alto, el controlador envía una orden al mecanismo de cambio del ángulo de paso, que inmediatamente hace girar las palas del rotor ligeramente fuera del viento. Y a la inversa, las palas son vueltas hacia el viento cuando éste disminuye de nuevo. Así pues, las palas del rotor deben ser capaces de girar alrededor de su eje longitudinal (variar el ángulo de paso), tal y como se muestra en el dibujo. Observe que el dibujo está exagerado: durante la operación normal, las palas girarán una fracción de grado cada vez (y el rotor estará girando al mismo tiempo). El diseño de aerogeneradores controlados por cambio del ángulo de paso requiere una ingeniería muy desarrollada, para asegurar que las palas giren exactamente el ángulo deseado. En este tipo de aerogeneradores, el ordenador generalmente girará las palas unos pocos grados cada vez que el viento cambie, para mantener un ángulo óptimo que proporcione el máximo rendimiento a todas las velocidades de viento. Control de potencia en aerogeneradores
  • 13. Control de emergencia en aerogeneradores En una emergencia o durante una caída inesperada de la energía, el sistema pitch debe de ser capaz de devolver las palas a una posición fija de seguridad de 90º frente al viento . Y ello debe ser posible aún en un fallo de la red de comunicaciones. Esta es una de las directrices establecida por el Germanischen Lloyd, lo que implica que cada uno de los sistemas pitch deba ir acompañado de un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI, o UPS en inglés). Esto es también acompañado por baterías o ultracondensadores. Y a causa de la importancia de este tema, muchos fabricantes ofrecen ambos sistemas de forma redundante.
  • 14. Perturbaciones en el terreno En áreas donde hay vientos muy persistentes, estos pueden causar cambios permanentes en las plantas. Este efecto es interesante para árboles, en particular coníferas, para las que se han desarrollado índices o clasificaciones basadas en la deformación del tronco, ramas u hojas, que luego se correlacionan con la velocidad del viento. El árbol estará más inclinado cuanto más viento haya. La calibración debe hacerse para cada tipo de árbol. Métodos linealizados de flujo potencial Estos modelos son aplicables a configuraciones con topografía suave, sin desprendimientos de corriente. Se supone que el obstáculo impone una pequeña perturbación a perfiles de velocidad del tipo logarítmico. La velocidad del viento no es lo mismo en la pala que está cerca del suelo, que en la que está en lo más alto. Perturbaciones del Viento En el mar, prácticamente no hay relieve.
  • 15. Ejemplo curva de potencia. Vestas V112 3.0 Mw, offshore Velocidad de arranque: 3 m/s Velocidad de corte: 25 m/s Velocidad de máxima potencia: 12 m/s
  • 16. Tipos Aerogeneradores de Eje Horizontal 2
  • 17.  Funcionamiento: Se fundamenta en las leyes del electromagnetismo: • Si circula corriente por un conductor alrededor del mismo, se crea un campo magnético. Si la corriente es variable, el campo magnético será variable. • Si un campo magnético variable abraza a un conductor eléctrico, en dicho conductor se creará una fuerza electromagnética inducida, es decir, una tensión eléctrica. • Si por un conductor pasa una corriente eléctrica, y éste, está dentro de un campo magnético, dicho conductor será expulsado de dicho campo. • Los generadores pueden ser de corriente continua o de corriente alterna, y dentro de estos, síncronos o asíncronos.  Los generadores de turbinas eólicas son máquinas rotativas de CA, que basadas en las leyes de la inducción electromagnética, convierten la energía mecánica de rotación en energía eléctrica.  La industria eólica utiliza máquinas síncronas o asíncronas. • La velocidad del eje de una máquina síncrona viene impuesta por la velocidad de sincronismo de la red, es decir, por su frecuencia. • La velocidad del eje de una máquina asíncrona será mayor que la velocidad de los campos magnéticos giratorios de la red. Tipos de generadores eólicos. Funcionamiento
  • 18. Generadores de turbinas eólicas Tipos de generadores eólicos. Funcionamiento
  • 19. Motores síncronos y asíncronos Tipos de generadores eólicos. Funcionamiento
  • 20. GENERADOR ASÍNCRONO: Es una máquina eléctrica que basada en las leyes de la inducción electromagnética, convierte la energía mecánica de rotación en energía eléctrica. • Está formado de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator. • El rotor puede ser bobinado o de jaula de ardilla. • Si hacemos girar el rotor de forma manual a una velocidad n1 superior a la velocidad síncrona del generador – que viene impuesta por el campo giratorio que crea la red – en este caso el rotor se mueve más rápidamente que el campo magnético giratorio del estator, lo que significa que el estator inducirá una gran corriente en el rotor. Cuanto más rápidamente hagamos girar el rotor, mayor será la potencia transferida al estator en forma de fuerza electromagnética, y posteriormente, convertida en electricidad suministrada a la red eléctrica. Tipos de generadores eólicos. Generadores asíncronos
  • 21. Generador asíncrono de inducción ‘‘convencional’’. •Ésta es la tecnología empleada más antigua y utiliza “un motor de inducción estándar de la jaula de ardilla” conectado directamente a la red eléctrica. El generador está conectado con la turbina a través de una caja de cambios. Las máquinas no pueden suministrar su propia corriente de excitación, que necesita ser suministrada de la red o proveído por separado a través de condensadores. Los generadores de inducción generalmente se utilizan solamente con velocidad fija. El generador de inducción no puede proporcionar control de potencia reactivo o del voltaje, regulación de la frecuencia o control de potencia, pero contribuye a la inercia del sistema eléctrico de manera semejante como motor de inducción industrial estándar. Generador asíncrono de inducción doblemente alimentado (DFIG) •Con el generador asíncrono de inducción doblemente alimentado las bobinas del rotor son accesibles vía los anillos colectores. El generador está conectado con la turbina a través de una caja de cambios. La corriente del rotor se regula usando automatismos electrónicos, permitiendo que el generador actúe sobre una gama de velocidad relativamente grande. El DFIG puede potencialmente contribuir a la regulación de la potencia reactiva, del voltaje y de la frecuencia. También contribuye a la inercia total del sistema eléctrico mientras que las bobinas del estator de la máquina todavía están conectadas. Tipos de generadores eólicos. Generadores asíncronos
  • 22. Características Generador asíncrono de inducción convencional: Alta eficiencia de un motor de inducción operando con pequeño deslizamiento negativo (super-sincrono). Bajo mantenimiento Absorbe energía reactiva del sistema (sin compensación ~0.9pf) Requiere de compensación (baterías de condensadores) a nivel máquina Una perturbación puede llevar a la máquina a la inestabilidad al sobrepasar su par máximo, acelerándose hasta que dispara la protección (colapso de tensión) Las fluctuaciones de viento repentinas se transmiten rápidamente a fluctuaciones en la potencia eléctrica: Velocidad variable limitada 10 % Se emplean modelos convencionales de motores de inducción para análisis de estabilidad transitoria Tipos de generadores eólicos. Generadores asíncronos
  • 23. Características Generador asíncrono de inducción doble DFIG Operación de velocidad variable => mayor aprovechamiento del viento: Alta energía de salida Capacidad de generar o absorber energía reactiva (0.9pf inductivo/capacitivo) Pares transitorios más pequeños Las fluctuaciones de viento repentinas no se transmiten en fluctuaciones en la potencia eléctrica: Velocidad variable del 30- 50 % Diseño eléctrico y control más complejo con electrónica de potencia Se emplean modelos específicos para el análisis de estabilidad transitoria (RMS) Para análisis más en profundidad de la interacción del control son necesarios modelos más detallados por fases (EMT) Es el generador más usado en la actualidad. Un 85 % de los generadores instalados en el mundo son DFIG Tipos de generadores eólicos. Generadores asíncronos
  • 24. GENERADOR SÍNCRONO: Es una máquina eléctrica que basada en las leyes de la inducción electromagnética, convierte la energía mecánica de rotación en energía eléctrica. • Está formado de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator. • El rotor gira debido al empuje de una parte externa, llamada turbina. Por medio de anillos rozantes y escobillas, se acopla una fuente de corriente continua variable a sus devanados, que en ellos genera un campo magnético o un flujo constante, que al estar acoplado al rotor, crea un campo magnético giratorio, que en los devanados del estator induce una corriente alterna trifásica. Tipos de generadores eólicos. Generadores síncronos
  • 25. Los electroimanes en unos casos o los imanes, también llamados polos generadores del campo magnético se encuentran en la parte giratoria -rotor- del generador eléctrico. Los polos se realizan sobresaliendo de la superficie de rotor para máquinas de más de cuatro polos o a ras de superficie para máquinas de 2 ó 4 polos. Estos polos, compuestos por electroimanes, dispondrán de corriente continua de excitación suministrada desde el exterior, mediante anillos rozantes y escobillas o interna, mediante corriente continua obtenida a partir de una dinamo o mediante un pequeño alternador situado sobre el mismo eje del generador, rectificando la corriente obtenida. La velocidad de un generador (o motor) que está directamente conectado a una red trifásica es constante y está impuesta por la frecuencia de la red, tal y como vimos anteriormente. Sin embargo, si dobla el número de imanes que hay en el estator, puede asegurar que el campo magnético girará a la mitad de la velocidad. Tipos de generadores eólicos. Generadores síncronos
  • 26. Los electroimanes en unos casos o los imanes, también llamados polos generadores del campo magnético se encuentran en la parte giratoria -rotor- del generador eléctrico. Los polos se realizan sobresaliendo de la superficie de rotor para máquinas de más de cuatro polos o a ras de superficie para máquinas de 2 ó 4 polos. Estos polos, compuestos por electroimanes, dispondrán de corriente continua de excitación suministrada desde el exterior, mediante anillos rozantes y escobillas o interna, mediante corriente continua obtenida a partir de una dinamo o mediante un pequeño alternador situado sobre el mismo eje del generador, rectificando la corriente obtenida. • Con esta opción el generador utiliza imanes permanentes o un sistema estándar de excitación. El generador está directamente conectado con la turbina y permite el funcionamiento con un amplio rango de variación de la velocidad, optimizando la extracción de la energía. los generadores síncronos son muy útiles debido a la posibilidad de controlar la energía reactiva. Tanto la generación como el consumo de energía reactiva es posible mediante la variación de la corriente de excitación. Además se pueden cambiar los niveles de tensión y frecuencia. Generador Síncrono Full converter Tipos de generadores eólicos. Generadores síncronos
  • 27. Tecnología Multiplicadora •La potencia de la rotación del rotor de la turbina eólica es transferida al generador a través del tren de potencia, es decir, a través del eje principal, la caja multiplicadora y el eje de alta velocidad. •Pero, ¿por qué utilizar una caja multiplicadora? ¿No podríamos hacer funcionar el generador directamente con la energía del eje principal? •Si se usara un generador ordinario, directamente conectado a una red trifásica de CA ( corriente alterna ) a 50 Hz, con dos, cuatro o seis polos, deberíamos tener una turbina de velocidad extremadamente alta, de entre 1000 y 3000 revoluciones por minuto (r.p.m.), Con un rotor de 43 metros de diámetro, esto implicaría una velocidad en el extremo del rotor de bastante más de dos veces la velocidad del sonido, así es que deberíamos abandonar esta opción. •Otra posibilidad es construir un generador de CA lento con muchos polos. Pero si quisiera conectar el generador directamente a la red, acabaría con un generador de 200 polos (es decir, 300 imanes) para conseguir una velocidad de rotación razonable de 30 r.p.m. •Otro problema es que la masa del rotor del generador tiene que ser aproximadamente proporcional a la cantidad de par torsor (momento, o fuerza de giro) que tiene que manejar. Así que, en cualquier caso, un generador accionado directamente será muy pesado (y caro). Tipos de generadores eólicos. Caja Multiplicadora
  • 28. CAJA MULTIPLICADORA: •La solución práctica, utilizada en dirección contraria en muchas máquinas industriales, y que está relacionada con los motores de automóviles, es la de utilizar un multiplicador. •Con un multiplicador hace la conversión entre la potencia de alto par torsor, que obtiene del rotor de la turbina eólica girando lentamente, y la potencia de bajo par torsor, a alta velocidad, que utiliza en el generador. •La caja multiplicadora de la turbina eólica no "cambia las velocidades". Normalmente, suele tener una única relación de multiplicación entre la rotación del rotor y el generador. Para una máquina de 600 ó 750 kW, la relación de multiplicación suele ser aproximadamente de 1:50. Tipos de generadores eólicos. Caja Multiplicadora
  • 29. Tecnología multipolar de imanes permanentes El inconveniente principal del uso de generadores de bajo número de polos (2, 4, 6 etc.), es la necesidad de implementar una caja multiplicadora, la cual incrementa el peso razonablemente, genera ruido, demanda un mantenimiento regular e incrementa las perdidas del aerogenerador. El incremento del coste no es significativo, pero es un elemento que en algunos aerogeneradores ha sido fuente de graves problemas. Tipos de generadores eólicos. Imanes permanentes Los generadores síncronos directamente acoplados a la turbina son una de las opciones más prometedoras en el futuro de la industria eólica. Por ello se utilizan cada vez mas sobretodo en aerogeneradores de velocidad variable, generadores síncronos con alto número de polos bien sean electroimanes o de imanes permanentes.
  • 30. •Este tipo de generador evita el uso de caja multiplicadora debido a que al disponer de un gran número de polos (hasta 64 o más), su velocidad de sincronísmo es baja y perfectamente compatible con la velocidad del rotor del aerogenerador. Este tipo de generadores disponen de polos compuestos por electroimanes, lo cual hace que sean muy pesados y voluminosos, pero sean capaces de regular la tensión de salida mediante la variación de la corriente continua de excitación. Para inyectar la corriente de excitación disponen normalmente de escobillas que son uno de los puntos débiles desde el punto de vista de mantenimiento. •Se utilizan en sistemas de velocidad variable ya que la frecuencia de la señal de salida debe acoplarse mediante convertidores electrónicos a la señal de red. • Un generador multi-polo de rotación lenta es bastante grande y pesado – para turbinas del tamaño de Megawatios, el diámetro exterior puede ser de hasta 5 metros y el peso del orden de las decenas de toneladas. Generador Síncrono multipolar excitado eléctricamente Tipos de generadores eólicos. Imanes permanentes
  • 31. • En aerogeneradores de pequeña potencia (hasta 12 kW) se utilizan mayormente generadores síncronos de imanes permanentes. Esto es debido principalmente a su robustez y su bajo mantenimiento, evitan el uso de cajas multiplicadoras, aunque su precio es algo mayor. Este tipo de generadores se está utilizando cada vez mas en aerogeneradores de gran potencia debido a lo reducido de su peso y volumen al utilizar imanes de alto magnetismo. • Existen distintas topologías de generadores de imanes permanentes. La mayor diferencia estriba en el camino de flujo magnético. Este puede ser radial (normalmente en generadores de pequeña potencia) o axial. • Es típico ver generadores de imanes permanentes de dos, de tres y de hasta seis o más fases. Sin embargo el número de imanes es mucho mas flexible, desde 2 a 30 en generadores de pequeña potencia, debido a su geometria y de hasta 90 imanes en generadores de gran potencia. Hay que tener en cuenta que un mayor número de imanes ofrece un mayor par para el mismo nivel de corriente. Por otro lado, un mayor número de imanes implica un menor sitio para implementarlo. El número ideal de imanes dependerá de la geometría del generador y de las propiedades de los materiales utilizados. Generador Síncrono multipolar con imanes permanentes Tipos de generadores eólicos. Imanes permanentes
  • 32. Tipos de generadores eólicos. Imanes permanentes Los aerogeneradores de imanes permanentes son mucho más pequeños, ya que en su diseño no requieren de caja multiplicadora. Y al contar con menos elementos, requieren menor mantenimiento.
  • 33. Ventajas de la tecnología Multipolar (I): •Acoplamiento directo: ausencia de multiplicadora. •No genera residuos tóxicos: carece de aceites contaminantes. •Velocidad variable: se optimiza la eficiencia aerodinámica de la máquina ajustando la velocidad del rotor al viento existente. •Convertidor total: al pasar toda la potencia del aerogenerador por el convertidor, se controla de manera cooperativa y desacoplada el par eléctrico, la velocidad de rotor, las potencias activa y reactiva, etc. •Sistema de control robusto QFT: minimiza la fatiga mecánica, mejora la fiabilidad de la máquina ante circunstancias inesperadas y optimiza el rendimiento a cada velocidad de viento. •Control independiente y fiable de pitch: control de las tres palas del aerogenerador de manera independiente. Cada sistema de pitch acumula energía para parar la máquina sin suministro de ésta. •Eficiencia energética mejorada: optimiza la energía obtenida para cada velocidad de viento. •Fiabilidad, robustez y potencia: simplicidad mecánica que permite alargar su durabilidad, reducir su mantenimiento y aumentar la disponibilidad. Tipos de generadores eólicos. Imanes permanentes
  • 34. Ventajas de la tecnología Multipolar (II): •Adaptabilidad y flexibilidad: los parámetros del sistema de control, pitch y convertidor se pueden adecuar fácilmente a las condiciones específicas de cada parque. •Inmune frente a huecos de tensión: aporte de energía reactiva durante el hueco. La reacción de la máquina es extremadamente rápida, en menos de 20 milisegundos. •Control de potencia reactiva: controla la energía reactiva que entrega, siguiendo consignas en tiempo real del operador de red o la demanda generada por el cliente. •Control de potencia activa: controla la energía activa que entrega, siguiendo consignas en tiempo real del operador de red o la demanda generada por el cliente. •Control de tensión: colabora en el control de tensión de la red en su punto de conexión, siguiendo consignas en tiempo real del operador de red o la demanda generada por el cliente. •Control de frecuencia: colabora en el control de frecuencia de la red en su punto de conexión, siguiendo consignas en tiempo real del operador de red o la demanda generada por el cliente. •Calidad de suministro eléctrico: bajo nivel de armónicos y de flicker. •Larga vida útil: al instalar componentes mecánicos sencillos y a la utilización de una estrategia de control robusto especial que minimiza la fatiga mecánica del aerogenerador. Tipos de generadores eólicos. Imanes permanentes
  • 35. Situación Eólica Offshore 3
  • 36. PROYECTOS DE EÓLICA OFFSHORE En estos momentos, en Europa hay una gran cantidad de proyectos de generación de energía eólica Offshore. En la página web http://www.4coffshore.com/offshorewind/, pueden verse todos los parques offshore, tanto los experimentales, como los operativos y los que están en desarrollo.
  • 37. EVOLUCIÓN POTENCIA EÓLICA OFFSHORE INSTALADA En el año 2011, en EU, se alcanza la cifra de 3.796 MW, con un total de 1.368 aerogeneradores.
  • 38. TURBINAS OFSHORE INSTALADAS (final 2011) Reparto del mercado por unidades Por unidades instaladas (acumulado), al final del año 2011, es Siemens quien domina el mercado, con una cuota del 50%, que corresponde a 698 aerogeneradores offshore instalados. Le sigue Vestas, con un total de 533 aerogeneradores instalados, que suponen el 39% de la cuota de mercado. El restante 10 % del mercado, está repartido entre Repower, Winwind, Bard, GE y Areva.
  • 39. TURBINAS OFSHORE INSTALADAS (final 2011) Reparto del mercado por Potencia instalada El reparto del mercado, por potencia instalada da también el liderazgo a Siemens, con un 53% de la capacidad total, quien es seguido por Vestas con un 36%. Repower es el tercero con una potencia instalada de 182 MW que equivalen a un 5% del total. Y el resto se lo reparten entre Bard, Winwind, GE y Areva.
  • 40. SUBESTRUCTURES OFFSHORE Cimentación de los aerogeneradores offshore La principal subestructura de anclaje de los aerogeneradores es la del monopilote, que es usado en el 75% de los casos, seguida por fundaciones de gravedad, más unos pocos jackes y 23 pilares triples. Por el momento, solo en tres aerogeneradores se usan estructuras flotantes.
  • 41. ATLAS EUROPEO OFFSHORE Refleja el recurso eólico disponible en las costas europeas. Se puede observar que en el norte de UK el recurso eólico es muy elevado, ya que los vientos superan los 10 m/s. Todo el norte de Europa dispone de una importante cantidad de energía eólica.
  • 42. EUROPEAN GRIDS Una de las claves del desarrollo de los parques offshore es su conexión a tierra mediante redes eléctricas de alto voltaje.
  • 43. MARKET OUTLOOK Actualmente hay 140.976 MW de energía eólica offshore en diferentes etapas, la mayor parte de los proyectos están en la fase de planificación.
  • 44. PROFUNDIDAD Dos de las claves de la instalación de los parques offshore, son: La profundidad y la distancia a tierra, ya que ellas tienen una gran influencia en los costes del mismo.
  • 45. CADENA DE SUMINISTRO Los suministradores de equipamiento, componentes, fundaciones, se sitúan principalmente en los puertos de mayor cercanía a los parques offshore.
  • 46. La cimentación de los aerogeneradores depende principalmente de la profundidad del mar. TIPOS DE CIMENTACIONES
  • 47. CIMENTACIONES de POCA PROFUNDIDAD El coste de las cimentaciones de los aerogeneradores offshore es muy elevado, llegando a suponer entre el 15% y el 20% del conjunto. Este es un importante handicap, para la viabilidad económica de la eólica offshore, sin embargo, el hecho que en el mar haya más horas de viento y una velocidad media mayor, compensan este coste extra. Reparto medio de costes: • Turbina: 52% • Cimentación: 16% • Conexión eléctrica: 17% • Electrónica: 6% • O&M: 2% • Planificación: 4% • Varios: 3%
  • 48. CIMENTACIONES FLOTANTES Los aerogeneradores offhore flotantes, son una necesidad en diversas zonas de la costa europea, y en especial en la costa española, por su profundidad. Existen diversos prototipos experimentales, uno de los cuales es el que se está ensayando en la CAPV en un proyecto que lidera Acciona y que se llama HiPRWind.
  • 49. Desarrollo grandes aerogeneradores
  • 50. TAMAÑO DE LOS AEROGENERADORES OFFSHORE El tamaño de los nuevos aerogeneradores sigue creciendo en tamaño y en potencia, existiendo ya aerogeneradores de 6 y 7 MW y estando previsto el desarrollo de turbinas de mayor potencia. Es de resaltar el caso de Gamesa, quien tiene previsto el desarrollo de un aerogenerador de 15 MW para el año 2020. Así como la existencia de varios desarrollos de aerogeneradores de 10 MW.
  • 51. Fuera de Europa, existen también proyectos de grandes aerogeneradores de potencias que alcanzan los 15 MW, solo que su desarrollo se prevé para el año 2013. TAMAÑO DE LOS AEROGENERADORES OFFSHORE
  • 52. Desarrollo de un Aerogenerador offshore de 15 MW, por parte de GAMESA. Gamesa together with other companies and research institutions are looking at developing a 15 MW offshore wind turbine by 2020. The Azimut Offshore Wind Energy 2020 project includes 11 companies and 22 research centres specialising in offshore wind energy technologies. The aim is to generate the know-how required to develop a large-scale offshore wind turbine using Spanish technology. The offshore wind project will involve a total investment of €25 million over the next four years, and is co-financed by participating companies. The initiative is scheduled to be finalised in 2013 with subsequent development around 2020. Gamesa says the initial objective call for the development of a 15 MW offshore wind turbine that can overcome the technical and financial hurdles facing the rollout of offshore wind power. These include availability, foundations, transmission and costs. Gamesa will head activities related to offshore wind energy capture; Acciona Windpower will be responsible for electricity conversion technologies; Alstom Wind will manage the marine structure and substructure segment; Acciona Energia will head construction, operation and maintenance at offshore sites; and Iberdrola Renovables will be managing the integration of offshore wind energy into the grid. Azimut has been approved by Spain’s Centre for the Development of Industrial Technology (CDTI), a unit of the Science and Innovation Ministry, within the framework of the 6th round of research and development grants through the Cenit (National Strategic Consortium in Technical Research) Programme. GRANDES AEROGENERADORES OFFSHORE
  • 53. Desarrollo de un Aerogenerador offshore de 15 MW, por parte de GE. GE Global Research is looking into wind turbine generators in the 10-15 MW range using MRI technology under a two-year, US$3 million project from the US Department of Energy (DoE). Keith Longtin, Wind Technology Leader, GE Global Research, says: “Applying more than 30+ years of experience with superconducting magnets for MRI systems in healthcare, we’re developing an innovative new generator technology that will deliver more power while at the same time helping to reduce the cost of wind power. “For MRI systems, we’re applying superconducting magnets to make lower cost systems with higher image quality,” Longtin adds. “For wind turbines, we want to apply them to generate more wind power at a lower cost of electricity. The applications are different, but the basic technology is the same.” The application of superconducting technology could enable significant improvements to the wind turbine generator and make the elimination of the gearbox more economical. The keys are reducing the size and weight of the generator, while reducing speed and increasing torque, Longtin explains. Using superconducting technology reduces weight by virtue of the high magnetic fields that can be created by the superconducting field winding and the fact that the heavy iron in the superconducting generator can be reduced. GE's superconducting wind turbine machine design will employ a novel architecture and proven cryogenic cooling technology, which could result in improved reliability of the complete machine. GE's proposed superconducting wind turbine generator aims to have twice the torque density of competing technologies and would reduce the dependence on the rare earth materials prevalent in all permanent magnet machines used in the wind power industry. In addition to the superconducting wind turbine generator, GE is also looking at: •Incorporating lighter composite materials to enable longer wind turbine blades; •Delivering more advanced controls, sensors and condition monitoring algorithms to further reduce operating costs; and •Developing an array of grid integration technologies to integrate larger amounts of wind power into the grid. GRANDES AEROGENERADORES OFFSHORE
  • 54. LOS 30 MODELOS MAS GRANDES Tras los aerogeneradores en desarrollo de 15 MW, estos son los mayores aerogeneradores offshore
  • 55. AEROGENERADOR X. WIND POWER LIMITED En la UE se están financiando proyectos de I+D que apuntan al desarrollo de nuevos prototipos de características muy diferentes a los actuales aerogeneradores de eje horizontal.
  • 56. SWAY 10 MW Otro de los grandes desarrollos de aerogeneradores, es el SWAY cuyo prototipo, de 10 MW, ya ha sido instalado en la costa de Bergen, Noruega. http://www.4coffshore.com/offshorewind/
  • 57. WINDTEC SEATITAN Este es un prototipo de AMSC WINDTEC SOLUTIONS, que ofrece una potencia máxima de de 10 MW.
  • 58. Objetivos: El objetivo común que se pretende alcanzar en el Proyecto EMERGE es el desarrollo de la tecnología necesaria para extender y liderar la construcción de parques eólicos marinos en aguas profundas. El desarrollo de esta novedosa tecnología define la singularidad del proyecto ya que no existen actualmente desarrollos flotantes en una fase suficientemente madura como para su utilización en la generación de electricidad. La extensión de la energía eólica a aguas de profundidades mayores de 60 metros será un avance crítico para el sector. Alcance: En la actualidad el desarrollo de parques eólicos marinos (offshore) se encuentra limitado a pequeñas profundidades, en donde los aerogeneradores pueden ser cimentados directamente al lecho marino mediante diferentes técnicas de pilotaje. Para profundidades algo superiores se están estudiando otro tipo de cimentaciones y estructuras que permitan un desarrollo de estos parques hasta los 45-50m. A mayor profundidad, no se ha desarrollado tecnología que permita la instalación de este tipo de plantas de generación. Por lo que nos encontramos ante un límite técnico-económico que condiciona enormemente el desarrollo de parques eólicos marinos en países como España, en donde los fondos bajan abruptamente hasta la plataforma oceánica situada en torno a los 200 metros de profundidad. Participantes: Acciona Energía, Iberdrola Renovables, Ecotecnia/Alstom, Robotiker Tecnalia, Instituto de investigación de energia de Cataluña (IREC), Kv consultores, Tecnalia-RBTK (España), Universidad del País Vasco (UPV), Universidad de Cádiz (UCA), CENER. I+D: Proyecto EMERGE
  • 59. Objetivos: El propósito del proyecto HiPRWind es investigar, desarrollar y validar nuevas soluciones para aerogeneradores de gran potencia destinados a futuros desarrollos marinos. HiPRWind es parte del 7º Programa Marco europeo de investigación en materia de energía. Contenido y actividades: El proyecto se estructura en diez paquetes o áreas de trabajo (WP), fuertemente integradas entre sí, gestionadas con metodología industrial, pero respetando al mismo tiempo la perspectiva a largo plazo en muchos de los retos de investigación existentes en este ámbito: El WP1 se ocupa del diseño de la estructura flotante de soporte y sus fijaciones. El WP2 se centra en la construcción de un aerogenerador a escala, su ensamblaje en recinto portuario y su instalación en la zona de ensayos offshore. El WP3 cubre la coordinación y operación de la investigación relacionada con la plataforma. Los WP4 al WP7 se dedican a investigar aspectos relevantes de la turbina flotante, tales como estructura y sistema dinámico, sistema de control, sistemas de monitorización y el rotor de nuevo diseño de palas. Incluyen el diseño, fabricación y ensayo de componentes electrónicos de alta fiabilidad. El WP8 tiene por objeto identificar nuevos conceptos de grandes aerogeneradores marinos. El proyecto incluye también otros aspectos como la difusión y la gestión de propiedad intelectual, enfocadas también a destinatarios no técnicos, así como la gestión de proyecto por los miembros industriales y tecnológicos del consorcio. Participantes: ACCIONA Energía, ACCIONA Windpower, Fraunhofer, IDESA, Norges Teknisk, Technip, NAREC, ABB, Robotiker, Wölfel Mammoet, Olav Olsen, Bureau Veritas, Micromega, Universität Siegen, TWI, 1-Tech. I+D: Proyecto Hiprwind
  • 60. Objetivos: El objetivo general del proyecto WETSITE es desarrollar metodologías, herramientas y pautas para el aprovechamiento eólico offshore en aguas profundas, acordes al recurso disponible en aguas españolas, y que serán asimismo de aplicación a aquellos entornos de operación exigentes donde la tecnología actual no puede dar respuesta a los retos que plantea la generación en aguas marinas. WETSITE es un proyecto acogido al subprograma INNPACTO del Ministerio de Economía y Competitividad, para proyectos de I+D+i de cooperación público-privada. Contenido y actividades: •Disponibilidad de recurso. •Influencia del medio en el emplazamiento. •Estudio de impacto ambiental. •Coordinación, difusión y promoción. Duración: 6/4/2011-31/12/2014 Presupuesto: El presupuesto total del proyecto: 2,5 millones de euros. Participantes: ACCIONA Energía, ACCIONA Windpower, Tecnalia, CENER, Azti-Tecnalia. I+D: Proyecto WETSITE
  • 61. Entre los proyectos de I+D que se están desarrollando por parte de Gamesa, destacan: •Azimut Energía Eólica Offshore 2020, con el objetivo de generar el conocimiento necesario para desarrollar un aerogenerador offshore de gran tamaño, con tecnología 100% española. Entre los objetivos preliminares de esta iniciativa, cuya culminación se estima en 2013, destacan el conseguir una potencia unitaria de 15 MW, así como superar las barreras técnicas y económicas que limitan en la actualidad el despliegue de la energía eólica marina. •Windlider 2015, dirigido a investigar en las tecnologías clave para el diseño de grandes aerogeneradores, reduciendo el tiempo para su lanzamiento al mercado e incrementando la madurez de las primeras series, condiciones esenciales para liderar el mercado a partir del año 2015. •Upwind, encaminado a la investigación de la generación eólica del futuro y el diseño de grandes aerogeneradores (8-10 MW) tanto para onshore como para offshore. •Reliawind, destinado a profundizar en los conceptos de fiabilidad en el diseño, operación y mantenimiento del aerogenerador, consiguiendo una mayor eficiencia y menor coste de mantenimiento. I+D: Proyectos de GAMESA
  • 62. Resumen Características Offshore 4
  • 63. CRACTERÍSTICAS DE LOS AEROGENERADORES OFFSHORE
  • 64. Parques de Energía eólica Offshore: •Gran interés y cambio de modelo. • Mayor velocidad media del viento. •Más horas de viento. • Menor nivel de la turbulencia atmosférica. Al haber menos obstáculos al viento. • Tecnología que va adquiriendo gran madurez. Imanes permanentes. • Problemas en la obra civil. Costes de instalación mucho mas elevados. •Altos costes de mantenimiento. Por las dificultades de acceso. •Necesidad de conexión eléctrica a tierra. • Nuevos problemas medioambientales. Pero menor impacto visual. •Necesidad de desarrollar soluciones flotantes. Vista del parque eólico de Middlegrunden de 40 MW, cerca de Copenhague. CRACTERÍSTICAS DE LOS PARQUES OFFSHORE
  • 65. Requisitos de los parques offhore: •Se necesitan barcos instaladores, desarrollados específicamente para cubrir las necesidades de los parques offhore. • Existen importantes riesgos económicos ligados a estas inversiones, tanto por tecnología, como por explotación. •Dificultades en la industria para proveer al sector de piezas de gran tamaño, como es el caso de : •Los bujes. •El eje. •Las palas. •Las torres. •Las cimentaciones. •Importantes problemas logísticos ligados a estos componentes. •Necesidad de modelos logísticos de trabajo desde los puertos. •Problemas de instalación a la red de tierra y de desarrollo de los cables submarinos de HVDC. •Necesidad de nuevos materiales, con alta resistencia a la corrosión. •Necesidad de nuevos sensores y componentes más inteligentes para una mejor gestión de los aerogeneradores y parques offshore. •Necesidad de modelos eficientes de aerogeneradores offshore. REQUISITOS PARA SU DESPLIEGUE
  • 66. Aerogeneradores Offshore Actuales 5
  • 67. Siemens Alemán Vestas Danés Gamesa Español Bard Alemán Multibrid Alemán * GE Wind Americano Acciona Español Goldwind Chino Sinovel Chino Alstom Francés Enercon Alemán Clipper Americano Nordex Alemán Repower Alemán Suzlon Indio * Multibrid pertenece a la francesa Areva. FABRICANTES/TECNÓLOGOS OFFSHORE Fabricantes de aerogeneradores Importante dominio de las empresas europeas, tanto para el onshore, como para el offshore. Y lo mismo ocurre en la cadena de valor, los principales fabricantes son europeos.
  • 68. Siemens
  • 69. Este aerogenerador se basa en la tecnología Direct Drive de Siemens, la cual para una potencia de 6 MW requiere de un 50% menos de partes móviles que los anteriores aerogeneradores con caja reductora, y tiene un peso total de menos de 350 tons. Esta combinación única de robustez, y bajo peso, reduce de forma significativa las infraestructuras de instalación y los costes de servicio y mejora la obtención de energía en el ciclo de vida del aerogenerador. Turbina Sapiens. Siemens 6 MW
  • 70. Dos versiones, de 3,6 y de 6 MW. Palas de 120 y de 156 m de diámetro Siemens SWT
  • 71. Especificaciones Siemens SWT 6.0
  • 72. Pala de 75 m del aerogenerador de Siemens de 6 MW. SWT 6.0 154 Siemens SWT 6.0-(pala 154 m)
  • 73. Turbina eólica Siemens SWT-3.6-107 Curva de potencia del aerogenerador SWT 3.6 107 de la empresa.
  • 74. Vestas
  • 75. VESTAS V 164. 7 MW
  • 76. VESTAS V 164. 7 MW
  • 77. Gamesa
  • 78. Gamesa CompacTrain® El tren de potencia, diseñado y validado para la plataforma onshore G10X-4.5 MW de Gamesa, consta de un eje principal semi-integrado en una multiplicadora de dos etapas, cuya salida se realiza a media velocidad. Gracias a este diseño integrado, la unidad es más compacta y contiene menos componentes. Por otra parte, la salida a media velocidad aumenta la fiabilidad al eliminar los componentes mecánicos que giran a altas revoluciones, minimizando las tareas de mantenimiento. Esta solución está considerada como la más fiable actualmente por expertos independientes del sector Gamesa GridMate® Solución eléctrica redundante basada en un generador síncrono de imanes permanentes y un convertidor con tecnología full converter. Este sistema incluye varios módulos operando en paralelo lo que permite el funcionamiento a carga parcial en caso de que se produzca un fallo en uno de ellos. Gamesa GridMate® permite una óptima operación a cargas parciales cumpliendo con los códigos de red más restrictivos GAMESA G11X. 5 MW Gamesa MultiSmart® El sistema de control individual del aerogenerador utiliza un conjunto de datos técnicos para regular cada pala de forma individual, minimizar las vibraciones y reducir las cargas de los principales componentes hasta un 30%. Este sistema de control incorpora las tecnologías más avanzadas basadas en la optimización de la aerodinámica, el control y la eficiencia, orientado a maximizar la energía producida
  • 79. GAMESA G11X. 5 MW
  • 80. BARD
  • 81. BARD 61. 5 MW
  • 82. “BARD 61“ – Rotorblade Giro Axial 5° Cono –3,5° Peso Rotor ca. 28,5 t Profundidad cola 0,9 m Max. Prof. De pala 5,96 m Diámetro del Pitch 4 m Peso del Hub ca. 70 t Diámetro del rotor 122 m Velocidad mínima (vin) 3 m/s Velocidad nominal(vr) 12,5 m/s Tip speed ratio 8,0 Velocidad corte a (600s average) 25 m/s Velocidad de corta a (1s average) 30 m/s Vida útil 20 Jahre Clase TC 1C Tamaño 14 x 8 x 8,5 m Total weight 280 t Potencia 5.276,2 kW Par motor 42,9 kNm RPM 1.212 U/min. Eficiencia 0,968 Tipo Generador asíncrono doblemente alimentado BARD 61. 5 MW
  • 83. Multibrid
  • 84. MULTIBRID M5000. 5 MW
  • 85. MULTIBRID M5000. 5 MW
  • 86. GE WIND
  • 87. GE 4.1-113 es un aerogenerador diseñado específicamente para funcionamiento offshore que combina un probado diseño de GE de tecnología altamente fiable. El diseño del 4.1-113 tiene en cuenta las características medioambientales marinas y la necesidad de contar con una elevada fiabilidad y mantenibilidad.Esta máquina incluye tecnología Direct Drive, funcionando en redundancia en el generador y el convertidor, y cuenta con capacidades especiales de reparación in situ, proporcionando de esta manera un servicio altamente valioso para los operadores de parques eólicos offshore. GE 113. 4.1 MW Al igual que otros fabricantes de aerogeneradores offshore, GE, ha diseñado esta turbina pensando en la reducción de peso, ya que ello reduce los siguientes costes: •Infraestructura. Cimentaciones más sencillas. •Instalación. Menor peso y menor número de piezas. •Menores costes de mantenimiento. Por menores componentes y tecnología Direct Drive.
  • 88. GE 113. 4.1 MW Este aerogenerador de tecnología Direct Drive, está ya en funcionamiento y GE ha obtenido con él una fiabilidad superior al 97%.
  • 89. Acciona
  • 90. AW 1500
  • 91. El proyecto HiPRWind (High Power, High Reliability Offshore Wind Technology) es un proyecto de I+D en el que participan diecinueve empresas de ocho países. Se trata del diseño e instalación de una plataforma eólica flotante que estará anclada al lecho marino. Sobre esta plataforma, se levantará un aerogenerador marino fabricado por Acciona de 1,5 MW de potencia. La compañía española es la responsable directa del diseño de la plataforma flotante y prevé su instalación y la del aerogenerador que la coronará en el segundo semestre del año 2013. La plataforma flotante estará a unos dos kilómetros de distancia de tierra firme y será anclada con cadenas al lecho marino en una zona en la que se encuentra a una profundidad de unos cien metros HiPRWind
  • 92. Acciona dispone de un aerogenerador de 3 MW, pero las pruebas para el proyecto Hprwind se están haciendo con la de 1,5 MW
  • 93. Goldwind
  • 94. GW 100/2500
  • 95. Características GW 100/2500
  • 96. Alstom
  • 97. Haliade™ 150-6MW
  • 98. Esta turbina usa una pala de 73,5 metros que ha sido desarrollada conjuntamente con LM Wind Power, dando lugar a un rotor con un diámetro exterior de 150 metros. Su potencia nominal es de 6 MW, lo que le permite optimizar la captura de energía. Este aerogenerador obtiene un 40% más de energía eléctrica por kg de material usado por los aerogeneradores de tecnología anterior. Su diseño se ha hecho con el objetivo de reducir el peso al máximo, lo que permite reducir el coste de instalación, los costes de cimentación y los costes de mantenimiento. Resistencia y durabilidad están maximizadas en una excepcional pala muy ligera desarrollada específicamente para este aerogenerador Haliade™ 150-6MW. Este aerogenerador de alta eficiencia no dispone de caja reductora acoplada al eje del generador , lo que reduce lso componentes sometidos a giro, lo que aumenta su fiabilidad y minimiza los costes de mantenimiento. El innovador avance AHD (diseño avanzado de gran densidad) Direct Drive PMG es una turbina compacta de un peso mucho más ligero que las primeras turbinas direct drive del mercado. Haliade™ 150-6MW
  • 99. Haliade™ 150-6MW
  • 100. Enercon
  • 101. ENERCON E-112. 4,5 MW
  • 102. ENERCON E-112. 4,5 MW
  • 103. ENERCON E-112. 4,5 MW
  • 104. ENERCON 126. 7,5 MW
  • 105. ENERCON E-112. 7,5 MW Cálculo de la potencia del aerogenerador de Enercon, en función de la velocidad del viento, siguiendo una distribución de Weibull.
  • 106. Clipper
  • 107. Clipper, modelo Liberty 2,5 MW
  • 108. En el diseño de aerogeneradores offshore, la decisión de usar tecnología direct drive con imanes permanentes es clara para Clipper, ya que ofrece importantes ventajas de mantenimiento y mejores rendimientos en un rango muy amplio de potencias de salida, y se elimina la necesidad de alimentar de corriente el rotor del generador y desaparecen las corrientes parásitas. Al no usarse escobillas,no hay ninguna que reemplazar. Tampoco hay necesidad de acoplamiento entre la caja reductora y el generador. Clipper, modelo Liberty 2,5 MW El devanado aislado del generador de clase H opera a menos temperature que un clase F y está clsificado para medio voltaje, otro beneficio en comparación con el generador estándar diseñoado solo para bajo voltaje. El tren de potencia puede operar solamente dos o tres generadores para entregar una potencia de salida reducida . El sistema del generador de imanes permanentes en combinación con el convertidor de potencia de esta turbina Liberty es muy favorable con le red de corriente eléctrica qpermaneciendo uniforme para bajadas de energía del 5 al 10%, minimizando las correcciones. Se suminstra en dos configuraciones:: Un IP54 totalmente encapsulado con refrigeración por agua; y, el IP54 de enfriamiento por aire con filtros para proteger el generador de la contaminación del aire.
  • 109. WINWIND
  • 110. WINWIND 3, 3 MW
  • 111. WinWinD 3 es un nuevo aerogenerador de 3 MW que lleva el concepto de unidad de potencia integrada a un nuevo nivel. Ofrece una elevada productividad y eficiencia en todo tipo de vientos. Cuenta con un rotor que tiene un diámetro de 120 metros , el aerogenerador ofrece nuevos estándares de productividad, aún a bajas velocidades del viento y consta de una nacelle que es significativamente más ligera que otros aerogeneradores de igual potencia, con un nivel de resistencia mecánica mejor y a un coste total menor. WWD-3 está regulada mediante pitch y cuenta con tres partes principales: •Rotor . De 3 Palas y hub con control mediante pitch electromecánico. •Unidad integrada de potencia. Con dos filas de cojinetes cónicos, engranajes planetarios y generador de velocidad variable con imanes permanentes. •La nacelle dispone de convertidor de frecuencia, transformador y diversos accesorios. WINWIND 3, 3 MW
  • 112. WINWIND 3, 3 MW
  • 113. Repower
  • 114. REpower 6M
  • 115. La nueva turbina offshore de REPOWER, representa un posterior desarrollo de su exitosa predecesora, la REPOWER 5M. Este nuevo desarrollo se basa en la consolidada filosofía de REPOWER, que incluye un mejor servicio, componentes diseñados para una mayor duración, una mayor facilidad de transporte, una mejorada compatibilidad con el grid y un claro enfoque a la operativa en mar., REPOWER 6 M, 6 MW Sistema Pitch : •De tipo Electromecánico , con un mantenimiento mínimo. •Elevada calidad (sistema robusto), generosamente dimensionado con un sistema permanente de lubricación. •Elevada fiabilidad debido a un sistema redundante de detección del ángulo de la pala mediante dos sistemas independientes de medida. •Alta seguridad debido a un sistema de control independiente para cada una de las palas. •Carga permanente y monitorización del estado de las baterías.
  • 116. REPOWER 6 M, 6 MW
  • 117. Resumen Características Aerogeneradores
  • 118. Resumen características Características de los aerogeneradores offshore •Existe un número elevado de aerogeneradores que igualan o superan los 6 MW y que se están poniendo en servicio por parte de los tecnólogos. •La tendencia de los aerogeneradores offshore es a seguir usando aerogeneradores de eje horizontal, según el modelo actual escalado a mayor tamaño, con tres palas, y siendo previsible que a corto plazo se alcance la potencia de 10 MW. •El tamaño de las palas crece en función de la potencia de los aerogeneradores, superando por el momento los 80 m de largo, lo que da un diámetro de la corona sobre la que actúa el pitch de 5 m, con un peso total de las palas de 35 tn. •Las velocidades de giro de las palas de estos aerogeneradores (6 a 7 MW) son: •Velocidad de activación, de 3 a 4 m/s. •Velocidad nominal, 12,5 m/s. •Velocidad de corte 25 m/s. •A medio y largo plazo, se están diseñando aerogeneradores de 15 y hasta 20 MW, algunos de los cuales siguen las pautas actuales, mientras que otros diseños apuntan a nuevas soluciones, como es el caso del aerogenerador X.
  • 119. Resumen características Características de los aerogeneradores offshore •La mayor parte de los fabricantes apuestan por la tecnología Direct Drive de imanes permanentes, que son turbinas cuya nacelle es mucho más pequeña, que requieren de menos mantenimiento al contar con menos componentes entre los cuales se elimina la caja reductora, que tampoco cuentan con grupo hidráulico y que por tanto usan sistemas pitch electromecánicos. Aunque todavía existen aerogeneradores con caja reductora. •La nacelle tiende a estar sellada y con refrigeración controlada, de tal manera que se minimice el impacto de la corrosión marina. •Estos nuevos aerogeneradores de imanes permanentes, son considerados como una nueva generación tecnológica, son de mayores potencias y proporcionalmente reducen su peso en un 40% aproximadamente, las razones de esta evolución son: •Se reducen los costes de componentes. •Se reducen los costes de instalación. •El mantenimiento baja proporcionalmente, para compensar los elevados costes de mantenimiento en mar. •La cimentación se simplifica en parte al reducirse el peso del aerogenerador. •Flotantes: Por el momento existen pocos proyectos, los que hay son experimentales, de turbinas flotantes, siendo necesario que esta tecnología se desarrolle en el futuro.
  • 120. FUENTES de INFORMACIÓN
  • 121. Las fuentes de información que se exploraron, fueron: •Asociaciones: •REOLTEC. Plataforma eólica Tecnológica Española. •TPWIND. Plataforma tecnológica europea de energía eólica. •AEE. Asociación empresarial eólica. •APPA Eólica. Asociación de productores de energías renovables, sección eólica. •EWEA. European Wind Energy Asociation. •GL GARRAD HASSAN. •Tecnólogos e industrias del sector: •Siemens. •Vestas. •Repower. •Gamesa. •Iberdrola. •Eon. •Gas natural (por sus informes sobre eólica offshore). •Enercon. •Dong. •Bard. •Alstom. •Acciona. •Suzlon. Fuentes de Información
  • 122. •Tecnólogos e industrias del sector: •Winwind. •GE Wind. •Goldwin. •Winwind •Multibrid. •Y otros fabricantes de aerogeneradores. •Fabricantes y proveedores de sistemas Pitch: •Zollern. •Liebherr. •Bosch Rexroth. •ABM Greiffenberger. •SSB. •Jahnel Kesteman. •MLS Controls. •Nanjing High. •Bonfiglioli. •Carraro. •Comer Industries. •Brevini. •Nabtesco. •Somitomo. Fuentes de Información Centros Tecnológicos •CENER. •ACCIONA I+D. •NREL. •NAREC. •TECNALIA. •FRAUNHOFER IWES. •SINTEF.
  • 123. •Libros consultados: •Centrales de Energías Renovables. UNED. Editorial Pearson. •Energías Renovables de Antonio Creus Solé. Editorial técnica. •Fuentes de energía para el futuro. María del Rosario Heras Celemín. •Sistemas eólicos de producción de energía eléctrica, Jose Luis Rodríguez Amenedo. Editorial Rueda. •Documentos utilizados: •Las necesidades de I+D+i a largo plazo del sector eólico español – Reunión de la Task 11 de la Agencia Internacional de la Energía. •The way forward. TPWIND. •Wind power observatory 2011. •The European offshore wind industry key 2011 trends and statistics. EWEA. •Pitch and Yaw Drives. Wind Energy Solutions. •Análisis de sistemas y componentes de aerogeneradores offshore. Europraxis. •Diversos catálogos técnicos de los aerogeneradores offshore de sus fabricantes. •Diversos catálogos técnicos de los sistemas pitch de sus fabricantes y proveedores. •Wind in our Sails. EWEA. •Energía eólica – Pedro Fernández Diez - Departamento de Ingeniería eléctrica y energética – Universidad de Cantabria. •Wind Turbine Technology, fundamental concepts of wind turbine engineering – ASME. •State of the Art in Floating Wind Turbine Design Tools. A. Cordle, GL Garrad Hassan and Partners Ltd. & J. Jonkman, National Renewable Energy Laboratory. •Wind turbine control algorithms. E.L. van der Hooft; P. Schaak; T.G. van Engelen. Bibliografía
  • 124. •Documentos utilizados: •Introduction to A Wind Energy Generation System. the Institute of Electrical and Electronic Engineers •Power Electronics for Modern Wind Turbines. Morgan & Claypool Publishers. •Desarrollo de un emulador de turbinas para el accionamiento de generadores eléctricos. Jaime Arribas Barba. Universidad Pontificia de Comillas. •Gamesa in the offshore business. GAMESA. •Wind Energy Industry Manufacturing Supplier Handbook.AWEA. •Electric pitch control. Windurance. •Alleviation of Extreme Blade Loads by Individual Blade Control during Normal Wind Turbine Operation. Han Yi & W.E.Leithead. Dept. of Electrical and Electronic Engineering, University of Strathclyde. Glasgow, UK. •Load measurement system for individual Pitch Control. MOOG. •Hydraulic versus Electric Pitch Systems. AVN Energy. •Control of Wind Turbines: Past, Present, and Future. Jason H. Laks, Lucy Y. Pao, and Alan D. Wright. •Offshore Wind Seminar. Fundación Gas Natural. •Dynamic control of wind turbines. Andrew Kusiak, Wenyan Li, Zhe Song. •Individual blade pitch control of floating offshore wind turbines. H. Namik, K. Stol . •Wind Turbine Pitch and Yaw Drive Manufacturers. Colin Marson, Lisergy Consulting. •Control and Operation of Variable Speed Marine Current Turbines. Results from a Project funded by the German Ministry for the Environment. G. Mattarolo, J. Bard, P. Caselitz, J. Giebhardt. •Dynamic Design of an Electromechanical Pitching System for Wind Turbines by Means of Multi-Body Simulation. Institute of Machine Elements and Machine Design, Dresden University of Technology. •Load Assumptions for the design of electro mechanical pitch systems. Andreas Manjock. •Estado del arte del control de la potencia en generadores eólicos. Alexander M. González L. Bibliografía

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