análisis estadístico del viento

INTEGRANTES:

- BERMUDES PEÑA MELVIN ISAI

- POSADA VALLADARES

CESAR MAURICIO

- RIVERA CALDERON ANTONIO JOSE

CIUDAD UNIVERSITARIA JUEVES 03 DE ABRIL DE 2014

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA

INTRODUCCION A LAS ENERGIAS RENOVABLES

CICLO I-2014

ENERGIA EOLICA

ING. JAIME AREVALO

ANALISIS ESTADISTICO DE VIENTOS

ANALISIS DEL POTENCIAL EOLICO Y DISTRIBUCION ENERGETICA EN TRES EMPLAZAMIENTOS

FUNCION DE VELOCIDAD P(v) DISTRIBUCION ENERGETICA Ew/A

V Z1 Z2 Z3 Z1 Z2 Z3

0 0 0 0 0 0 0

1 0.023267 0.011371 0.0644714 122.59487 55.2343494 267.983091

2 0.047423 0.030219 0.08398129 1999.0075 1174.30678 2792.62645

3 0.068969 0.051906 0.0924696 9812.0314 6807.45716 10377.747

4 0.085909 0.07327 0.09412912 28970.669 22777.8296 25040.5759

5 0.097012 0.091442 0.09121868 63896.068 55521.3892 47395.1725

6 0.101839 0.104073 0.08531272 115905.97 109194.089 76596.3126

7 0.100705 0.109701 0.07759575 182005.66 182771.687 110629.858

8 0.094542 0.107987 0.06896723 255054.91 268563.037 146775.327

9 0.084679 0.099736 0.060096 325270.12 353170.452 182101.458

10 0.072602 0.086652 0.05145954 382547.89 420907.447 213897.749

11 0.059722 0.070917 0.04337807 418842.16 458495.458 239987.483

12 0.047212 0.054703 0.03604583 429872.62 459159.665 258904.174

13 0.035913 0.039774 0.02955953 415735.75 424459.465 269940.382

14 0.026309 0.027252 0.02394354 380389.59 363229.864 273094.399

15 0.018575 0.017586 0.01917139 330327.89 288302.128 268947.626

16 0.012646 0.010682 0.01518342 272937.06 212522.87 258505.562

17 0.008306 0.006102 0.01190074 215014.17 145619.467 243030.646

18 0.005264 0.003275 0.00923577 161765.23 92789.3322 223888.145

19 0.00322 0.001651 0.00709985 116390.59 54996.0514 202418.53

20 0.001902 0.00078 0.00540832 80180.166 30319.2104 179842.752

21 0.001085 0.000346 0.00408374 52936.452 15544.7412 157201.205

22 0.000597 0.000143 0.00305748 33522.735 7409.6586 135323.172

23 0.000318 5.55E-05 0.00227038 20376.333 3282.36734 114821.243

24 0.000163 2.01E-05 0.00167251 11895.324 1350.64152 96104.217

25 8.11E-05 6.8E-06 0.00122256 6672.9144 515.962591 79402.0994

26 3.89E-05 2.14E-06 0.00088695 3598.6444 182.877442 64797.5415

27 1.8E-05 6.29E-07 0.00063875 1866.4473 60.1016371 52259.1979

28 8.05E-06 1.72E-07 0.00045672 931.30828 18.3021722 41673.6978

29 3.48E-06 4.36E-08 0.00032428 447.19919 5.16063929 32874.0865

30 1.45E-06 1.03E-08 0.00022867 206.70511 1.3464 25663.591

Parametro de Weibull k 2.08

Z1 Velocidad media V (m/s) 7.64

Parametro de Weibul C 8.6253688








0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0 5 10 15 20 25 30 35

Distribucion de Viento P(v)

Z1 Z2 Z3

-100000

0

100000

200000

300000

400000

500000

0 5 10 15 20 25 30 35

Energia del viento Ew/A

Z1 Z2 Z3

De las gráficas obtenidas se pueden determinar que curva presenta probabilidades más altas de tener vientos con mayores velocidades y así elegir la más óptima para la implantación siendo esta Z2.

Al comparar las gráficas se verifica que el emplazamiento Z2 posee una tendencia mayor obtener mayores valores de energía comprobando que la este emplazamiento sigue siendo la más viable para su implantación.


En resumen para los emplazamientos analizados se tiene:

Resumen de Parametros Z1. Altura 45 m.

Velocidad media (m/s) 7.64



Exponente ley potencial 0.18

Densidad del aire (kg/m3) 1.203













ROSA DE LOS VIENTOS

Velocidad Energía

media (m/s) (kWh/m2)

N 3.60 3.90 24.40 0.16 1.49

NNE 13.80 6.30 249.20 0.17 1.50

NE 22.80 6.90 488.00 0.15 1.46

ENE 8.30 4.60 56.10 0.17 1.50

E 1.90 2.80 3.40 0.15 1.45

ESE 0,9 2.70 2.90 0.18 1.54

SE 1.30 3.20 7.30 0.14 1.43

SSE 1.70 6.70 61.10 0.15 1.45

S 6.20 7.10 170.80 0.15 1.44

SSW 12.00 6.60 269.70 0.15 1.44

SW 10.50 5.60 146.10 0.17 1.52

WSW 4.70 5.20 50.80 0.18 1.55

W 3.70 4.10 21.90 0.21 1.62

WNW 2.60 3.80 13.00 0.18 1.55

NW 3.40 4.50 26.80 0.18 1.54

NNW 2.80 4.20 20.10 0.18 1.53

RumboÍndice de

turbulencia

Distribución direccional Z1 (1/1 – 30/9) altura 10 m

Frecuencia

(%)Rafagosidad

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Velocidad media (m/s)

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Frecuencia (%)

ROSA DE LOS VIENTOS

A partir de las Rosas de los vientos se determina:

Direccion predominante: Noreste

Frecuencia (%): 22.8

Velocidad media (m/s): 6.9

Intensidad de Turbulencia: 0.15

0.00

200.00

400.00

600.00N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Energía (kWh/m2)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Índice de turbulencia

ROSA DE LOS VIENTOS

Velocidad Energía

media (m/s) (kWh/m2)

N 2.6 5.1 24.5 0.13 1.38

NNE 2.6 4.5 16 0.15 1.44

NE 6.6 5.5 61.9 0.13 1.4

ENE 25.7 7.7 610.9 0.1 1.31

E 5 5.5 48.2 0.1 1.31

ESE 1.9 3.9 8 0.09 1.28

SE 2.4 3.4 6.8 0.12 1.37

SSE 3.9 3.9 21.5 0.12 1.37

S 5.4 5.4 61.3 0.12 1.36

SSW 3.2 5.5 41.3 0.13 1.4

SW 6.8 5.5 83.4 0.16 1.48

WSW 10.8 6.4 203.5 0.14 1.41

W 10.8 6.3 188.1 0.13 1.38

WNW 4.3 5.3 52.1 0.12 1.37

NW 4.1 5.1 46.6 0.13 1.39

NNW 3.9 5.2 46.1 0.13 1.38


RumboFrecuencia

(%)

Índice de

turbulenciaRafagosidad

0

10

20

30N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Frecuencia (%)

0

2

4

6

8N

NNENE

ENE

E

ESE

SESSE

SSSW

SW

WSW

W

WNW

NWNNW


ROSA DE LOS VIENTOS


Direccion predominante: Este-Noreste




0

200

400

600

800N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Energía (kWh/m2)

0

0.05

0.1

0.15

0.2N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW


ROSA DE LOS VIENTOS

Velocidad Energía

media (m/s)(kWh/m2

)

N 7.5 5.2 65.9 0.11 1.32

NNE 3.6 4.3 18.4 0.09 1.26

NE 3.4 4.3 15.9 0.09 1.28

ENE 4.2 4.9 26.8 0.14 1.41

E 2.4 4.1 8.8 0.1 1.3

ESE 1.5 3.4 3.7 0.1 1.29

SE 2.3 3.8 7.9 0.11 1.32

SSE 4.8 5.4 49.5 0.09 1.28

S 11.6 9.1 502.5 0.07 1.22

SSW 11.4 9.5 516.7 0.07 1.22

SW 11.5 7.6 380.6 0.1 1.3

WSW 10.4 6.6 196.3 0.13 1.4

W 8.2 5.5 87.3 0.16 1.48

WNW 4.9 5.8 49.8 0.14 1.43

NW 5 7.7 170.4 0.14 1.42

NNW 7.2 7.6 204.9 0.12 1.35


RumboFrecuencia

(%)

Índice de

turbulenciaRafagosidad

0

5

10

15N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Frecuencia (%)

02468

10N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW


ROSA DE LOS VIENTOS


Direccion predominante: Sur




0

200

400

600N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Energía (kWh/m2)

0

0.05

0.1

0.15

0.2N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW


CLASE DE EMPLAZAMIENTO SEGUN LA NORMA IEC 61400 - 1:2005

Para la determinacion de la clase de emplazamiento es necesario calcular la velocidad de

referencia Vref:

Para emplazamientos con factor de forma de Weibull k > 1.7 Vref = 5 Vm

De manera que para el emplazamiento Z1 y Z2:

Z1 (k=2.08): Vref = 5 x 7.64 m/s = 38.2 m/s

Z2 (k=2.44): Vref = 5 x 7.99 m/s = 39.95 m/s

Para emplazamientos con factor de forma de Weibull k < 1.7 la Vref viene dada por la

distribucion Ficher-Tippet de manera que:

Por lo tanto teniendo para Z3: Vm = 7.14 m/s k = 1.5

Vref = 46.3564 m/s

La clasificacion se hara en base a comparacion con valores standard definidos para la Vref:

Clase de Aerogenerador I II III

Vref (m/s) 50 42.5 37.5

A Iref 0.16

B Iref 0.14

C Iref 0.12

Por lo tanto los emplazamientos quedan clasificados de la siguiente manera:

Emplazamiento Aerogenerador clase

Z1 Vref = 38.2 m/s II-A

Z2 Vref = 39.95 m/s II-C

Z3 Vref = 46.35 m/s I-B

De manera que en base a su potencial eolico los emplazamientos se ordenan según:

1° Z2: Aerogenerador II-C

2° Z1: Aerogenerador II-A

3° Z3: Aerogenerador I-B

CLASE DE EMPLAZAMIENTO SEGUN LA NORMA IEC 61400 - 1:2005

Esta clasificacion se hace considerando que los aerogeneradores de clase II -C recomendados para el emplazamiento Z2 debido a que estan diseñados para velocidades relativamente bajas e intensidades de turbulencias bajas lo cual significa esfuerzos de menor magnitud sobre su estructura, son mas esbeltos y tienen rotores mas amplios por lo cual pueden aprovechar de mejor manera la densidad energetica del viento. Ademas de ser una alternativa mas economica.

ESTUDIO ENERGETICO COMPARATIVO DE LOS AEROGENERADORES

z1 z2 z3

1.18 1.203 1.21 1.09 1.109 1.12 0.949 1.06 1.09

V(m/s)

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 0 0 0 0 0 0 0 0 0

3 0 0 0 0 0 0 0 0 0

4 26.4 27.2 27.4 23.4 24.0 24.4 18.7 22.4 23.4

5 62.7 64.0 64.4 57.7 58.8 59.4 53.0 56.7 57.7

6 118.3 120.8 121.5 108.6 110.6 111.8 93.6 105.4 108.6

7 195.6 199.4 200.5 180.7 183.9 185.7 157.7 175.8 180.7

8 296.3 301.7 303.4 274.9 279.4 282.0 241.1 267.7 274.9

9 429.9 430.1 430.2 389.3 395.6 399.3 339.5 378.7 389.3

10 543.6 554.3 557.5 501.8 510.6 515.7 436.5 487.9 501.8

11 661.3 673.2 676.8 614.6 624.5 630.2 541.3 599.0 614.6

12 761.5 770.9 773.8 724.7 732.5 737.0 667.4 712.5 724.7

13 831.4 836.1 837.5 813.0 816.9 819.1 783.9 806.8 813.0

14 843.9 846.0 846.6 835.8 837.5 838.5 823.1 833.1 835.8

15 847.5 848.3 848.5 844.5 845.1 845.5 839.8 843.5 844.5

16 849.4 849.7 849.8 848.3 848.6 848.7 846.9 848.0 848.3

17 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0

18 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0

19 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0

20 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0

21 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0

22 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0

23 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0

24 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0

25 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0 850.0

Gamesa G52

ρ(kg/m3) ρ(kg/m3) ρ(kg/m3)

z1-P(KW) z2-P(KW) z3-P(KW)

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 5 10 15 20 25 30

P(kW)

v (m/s)

Gamesa G52

z1-P(KW)

z2-P(KW)

z3-P(KW)


1.2 1.203 1.225 0.95 1.109 1.11 0.949 0.95 1.11

V(m/s)

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

2 2.0 2.0 2.0 1.5 1.8 1.8 1.5 1.5 1.8

3 11.6 11.6 12.0 7.8 10.1 10.1 7.8 7.8 10.1

4 31.2 31.3 32.0 23.3 28.2 28.2 23.3 23.3 28.2

5 64.4 64.6 66.0 49.2 58.6 58.7 49.1 49.2 58.7

6 117.1 117.4 120.0 89.7 106.8 106.9 89.6 89.7 106.9

7 186.8 187.3 191.0 146.6 171.7 171.9 146.4 146.6 171.9

8 277.9 278.6 284.0 219.4 256.1 256.3 219.2 219.4 256.3

9 396.2 397.3 405.0 312.4 365.0 365.3 312.1 312.4 365.3

10 543.2 544.6 555.0 429.6 500.9 501.3 429.2 429.6 501.3

11 661.5 662.6 671.0 566.3 626.8 627.2 565.9 566.3 627.2

12 743.2 744.0 750.0 672.9 718.0 718.3 672.6 672.9 718.3

13 786.4 786.8 790.0 747.8 772.7 772.9 747.6 747.8 772.9

14 808.1 808.3 810.0 787.3 800.8 800.9 787.2 787.3 800.9

15 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0

16 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0

17 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0

18 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0

19 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0

20 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0

21 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0

22 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0

23 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0

24 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0

25 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0 810.0

Enercon E48

z1 z2 z3

ρ(kg/m3) ρ(kg/m3) ρ(kg/m3)

z1-P(KW) z2-P(KW) z3-P(KW)

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 5 10 15 20 25 30

P (kW)

v (m/s)

Enercon E48

z1-P(KW)

z2-P(KW)

z3-P(KW)


Sumatoria potencia *probabilidad* 8760

v (m/s) Z1 Z2 Z3 Z1 Z2 Z3

0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0

2 0 0 0 830.843 476.003 1102.13

3 0 0 0 7037.38 4585.88 6306.62

4 20444.6 15425.7 15419.5 23552.2 18080.4 19187.3

5 54391.5 47081.9 42351 54891.8 46972.9 39267.1

6 107725 100856 69921.1 104776 97360.9 66956

7 175868 176692 107174 165235 165040 99542.2

8 249900 264299 145637 230759 242232 132412

9 319066 345659 178716 294681 318869 164286

10 352502 387587 196754 346370 380184 193455

11 352184 387948 205682 346668 389402 215045

12 318842 351011 210727 307711 344075 212386

13 263025 284613 202974 247533 269240 193596

14 194968 199934 172644 186293 191174 165115

15 138028 130196 141037 131802 124784 136033

16 94131.7 79400.5 112642 89733 75793 107735

17 61844.9 45434.9 88612.9 58934.5 43296.8 84442.9

18 39196.8 24389.2 68769.6 37352.3 23241.5 65533.4

19 23979.5 12291 52865.5 22851.1 11712.6 50377.7

20 14163.2 5809.59 40270.4 13496.7 5536.19 38375.3

21 8077.56 2573.02 30407.5 7697.44 2451.94 28976.6

22 4448.92 1066.71 22766 4239.56 1016.51 21694.7

23 2366.61 413.543 16905.2 2255.24 394.082 16109.7

24 1215.98 149.77 12453.5 1158.76 142.722 11867.5

25 603.502 50.6192 9103.21 575.102 48.2372 8674.83

Suma 2796973 2862881 2143833 2686434 2756109 2078477

Gamesa G52 Enercon E48


Aerogenerador

Producción

anual

(MWh/año)

Horas

equivalentes

(kWh/kW)

Producción

específica

(kWh/m2)

Factor de carga

(%)

Gamesa G52

Emplazamiento Z1

2796972.91 3290.56 1317.02 37.56

Emplazamiento Z2

2862880.90 3368.10 1348.05 38.45

Emplazamiento Z3

2143832.64 2522.16 1009.47 28.79

Enercon E48

Emplazamiento Z1

2686434.12 3358.04 1484.58 38.33

Emplazamiento Z2

2756109.10 3445.14 1523.08 39.33

Emplazamiento Z3

2078476.71 2598.10 1148.61 29.66

Aerogenerador

Producción

anual

(MWh/año)

Horas

equivalentes

(kWh/kW)

Producción

específica

(kWh/m2)

Factor de carga

(%)

Observando la tendencia mostrada en las tablas anteriores para cada emplazamiento se determina que el aerogenerador más adecuado para estos es el GAMESA G52 ya que presenta mayores valores de producción anual y factores de carga menores a los aerogeneradores ENERCON E48. Se verifica que el emplazamiento Z2 con un aerogenerador GAMESA G52 es el más viable para su implantación por poseer una mayor producción anual y un factor de carga menor en comparación con el aerogenerador ENERCON E48.

análisis estadístico del viento

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