Introducción a la Tecnología Eólica

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Esta presentación realiza una breve introducción a la energía eólica y al desarrollo de su tecnología.
Concluye con un caso de estudio para el desarrollo de un parque eólico de 10 MW.
Ha sido realizado por Ton van der Wekken y Fred Wien, dos especialistas senior en Energía Eólica y conversión de energía de KEMA.

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Introducción a la Tecnología Eólica

  1. 1. Energía Eólica Ton van der Wekken y Fred Wien Con la colaboración de Víctor Criado – UPM - Madrid
  2. 2. Contenidos <ul><li>Introducción a la energía eólica </li></ul><ul><li>Tecnología de las turbinas eólicas </li></ul><ul><li>Tendencias para el futuro </li></ul><ul><li>Costes </li></ul><ul><li>Visión general del desarrollo de parques eólicos </li></ul>
  3. 3. Desarrollo de las turbinas eólicas desde 1980 1980 2007 130 m Ø 12 m Ø
  4. 4. De la Energía Eólica a la Eléctrica <ul><ul><li>Potencia (traslación) = fuerza x velocidad (P=F x V) o </li></ul></ul><ul><ul><li>Potencia (rotación) = par x velocidad angular (P=T x  ) </li></ul></ul><ul><ul><li>P viento = [C p 1/2  V 2 A] V </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>C p eficiencia (“Betz” max. = 16/27) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>1/2  V 2 presión dinámica para 1 m 2 </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li> densidad del aire (~1.22 kg/m 3 ) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>V velocidad del viento </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>A área total del rotor </li></ul></ul></ul>
  5. 5. El viento a través del área del rotor
  6. 6. Fuerzas en las palas del rotor
  7. 7. Flujo y Fuerzas con más detalle dirección del viento dirección rotacional del rotor velocidad angular velocidad del viento velocidad del viento resultante Resistencia Sustentación
  8. 8. Principios de Conversión de Viento a Electricidad <ul><li>De Resistencia (Savonius): Eficiencia baja: 10% a 15% </li></ul><ul><li>De Sustentación con rotor horizontal de 2 o 3 palas: Eficiencia alta: 45 a 50% </li></ul><ul><li>De Sustentación con rotor vertical </li></ul><ul><li>(Darrieus): Eficiencia moderada: ~30% </li></ul>
  9. 9. Curva de Potencia – Velocidad (P-V)
  10. 10. Tecnología tradicional: Turbina Eólica con caja multiplicadora
  11. 11. Alternativa técnica: Turbina Eólica con Transmisión Directa (sin caja multiplicadora)
  12. 12. Finalidad del control de potencia en una turbina: limitar la potencia con mucho viento <ul><li>Velocidad de rotor constante </li></ul><ul><li>L as palas no se inclinan </li></ul><ul><li>Generador directamente conectado a la red </li></ul><ul><li>Control de potencia por Pérdida Aerodinámica </li></ul><ul><li>Desventaja: no muy apropiado para grandes turbinas (escala de MW) </li></ul><ul><li>Velocidad de rotor variable </li></ul><ul><li>Es necesario un convertidor de frecuencia para la conexión a la red </li></ul><ul><li>Control de potencia por la inclinación de las palas </li></ul><ul><li>Ventaja: apropiado para grandes turbinas (escala de MW) </li></ul>
  13. 13. Turbinas eólicas de velocidad constante
  14. 14. Turbinas eólicas de velocidad variable
  15. 15. Certificación de las turbinas eólicas <ul><li>Certificado-tipo </li></ul><ul><li>Antes de que comience la construcción es obligatorio disponer de un certificado vigente. El certificado declara que se cumplen las normas básicas de seguridad </li></ul><ul><li>Standards </li></ul><ul><ul><li>IEC 61400-1 “Wind Turbine Safety”. </li></ul></ul><ul><ul><li>Algunos países europeos tiene su propios standards de turbinas eólicas (Dinamarca, Alemania) </li></ul></ul>
  16. 16. Sistemas de seguridad de los aerogeneradores <ul><li>Objetivo : mantener la turbina eólica dentro de las especificaciones de diseño y condiciones de seguridad bajo todas las circunstancias posibles. </li></ul><ul><li>Certificado tipo : exige 2 sistemas de seguridad independientes (por ejemplo,freno aerodinámico y mecánico) </li></ul><ul><li>Tendencia : a diseñar 3 sistemas de inclinación de palas independientes, incluyendo 3 baterías de reserva </li></ul>
  17. 17. Tendencias hasta 2012 <ul><li>En tierra, de 5 a 6 MW por turbina, altura de torre de hasta 130 m </li></ul><ul><li>Crecimiento del mercado offshore, de 7 a 8 MW por turbina </li></ul><ul><li>Velocidad variable con control de inclinación de las palas </li></ul><ul><li>Desarrollo de las distintas transmisiones : Caja de Cambios, Transmisión Directa e Híbrida </li></ul><ul><li>Crecimiento del nicho de las mini-turbinas en entorno urbano [0,5 a 5 kW]. </li></ul>
  18. 18. Desglose de costes de la Energía Eólica 50 a 60 60 a 70 Total 8 8 Otros gastos de funcionamiento 12 12 Operación y mantenimiento incluyendo las revisiones generales 30 a 40 40 a 50 Inversión (12 años, tipo de interés 4%) 2500 horas a plena carga [EUR/MWh] 2000 horas a plena carga [EUR/MWh] Desglose de costes de la Energía Eólica
  19. 19. Atlas Europeo de “Energía Eólica”
  20. 20. Fases del desarrollo de un parque eólico <ul><li>Iniciación y estudio de viabilidad (continuar / no continuar) </li></ul><ul><li>Fase de Pre-construcción (continuar / no continuar) </li></ul><ul><li>Construcción </li></ul><ul><li>Operación y mantenimiento </li></ul><ul><li>Tiempo de desarrollo: De ½ a más de 5 años </li></ul><ul><li>Tiempo de construcción: De 1 a 2 años </li></ul><ul><li>Vida util: 20 años </li></ul>
  21. 21. Caso de estudio: desarrollo de un parque eólico de 10 MW <ul><li>5 aerogeneradores de 2 MW </li></ul><ul><li>Velocidad media del viento de 7 m/s </li></ul><ul><li>Altura de torre, 80 metros </li></ul><ul><li>Diámtro del rotor, 80 metros, con 3 palas </li></ul><ul><li>Cimiento octangular, </li></ul><ul><li>18 x18 x 2 m </li></ul><ul><li>Góndola: 100 toneladas </li></ul><ul><li>Torre: 200 toneladas </li></ul>
  22. 22. Iniciación y fase de viablidad <ul><li>¡Encontrar un sitio apropiado! </li></ul><ul><li>Comprobar el plan para la zona, los otros usos posibles y las limitaciones a la construcción </li></ul><ul><li>Posiblidades de conexión a la red </li></ul><ul><li>Tarifas y subvenciones a la Energía Eólica </li></ul><ul><li>Separación de los aerogeneradores la distancia equivalente a 5 diámetros (~400 metros) </li></ul><ul><li>Longitud requerida ~1.600 metros </li></ul><ul><li>Ausencia de edificios en 300 o 500 metros (ruido o molestias creadas por la sombra) </li></ul><ul><li>Lo más lejos posible de los obstáculos </li></ul><ul><li>Las Autoridades u otros grupos pueden pedir un análisis de riesgos </li></ul>
  23. 23. Estimación anual de la producción de Energía
  24. 24. Costes de inversión de un parque eólico de 10 MW: ~1,25 M €/MW
  25. 25. Costes de Operación y Mantenimiento de un parque eólico de 10 MW: ~42.5 k €/MW
  26. 26. Cálculo del Cashflow: intervalo de 20 años de vida útil(no incluidos los costes financieros)
  27. 27. ¡Gracias por su atención!

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