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INSTITUTO MILITAR DE ESTUDIOS SUPERIORES

CURSO DE PRESERVACIÓN DEL MEDIO AMBIENTE

ENERGÍAS RENOVABLES EN EL URUGUAY

ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICA DE UN SISTEMA GENERADOR EMPLEANDO RECURSOS RENOVABLES

RECURSO RENOVABLE: ENERGÍA EÓLICA

SISTEMA: AEROGENERADOR

AUTORES: Psic. Raúl Alvarez Noya

Ing. Quim. Marcel Baliño Zabala

2004

Estudio de viabilidad técnica de un sistema generador empleando recursos renovables. Aerogenerador

1

RESUMEN

La presente monografía es un estudio de viabilidad técnica para seleccionar un sistema aerogenerador, que complemente el consumo energético convencional de un destacamento menor ubicado en una zona rural del País, cuyo consumo estimado de energía eléctrica es de 2.550 kWh al mes.

Luego de analizadas las ofertas se selecciona el siguiente equipo:

Firma: PROVEN ENERGY, Escocia. Modelo: PROVEN WT15000. Tipo de conexión: DIRECTA1, 230V 50HZ- Precio: U$S 58.000 C.I.F.

Si el destacamento no tiene acceso al tendido eléctrico nacional, se recomienda la

instalación auxiliar de un sistema de emergencia – generador convencional de combustible fósil, sistema fotovoltaico, etc. – ya que los aerogeneradores dependen exclusivamente de variables ambientales (viento) que no son controladas.-

Es importante destacar que no se realiza una evaluación económico-financiera, ya que se carece de información real de consumo, sistema de compra, período de amortización deseado, etc.

1 Corriente Alterna


2

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN 3 ANTECEDENTES 4 DEFINICIONES 5 AEROGENERADORES DEFINICIÓN 6 COMPONENTES DE UN AEROGENERADOR 7 CONEXIÓN DIRECTA A LA RED 8 CONEXIÓN INDIRECTA A LA RED 9 TEORÍA DE FUNCIONAMIENTO ÁREA DEL ROTOR 10 VELOCIDAD DEL VIENTO 11 INFLUENCIA DEL TERRENO 14 CÁLCULOS DE POTENCIA REQUERIDA 16 ALTERNATIVAS DISPONIBLES 17 MODELO KURIANT 15/4 18 MODELO WESTWIND 20KW 20 MODELO WIND TURBINE F4500 22 MODELO AERO 10000 24 MODELO PROVEN WT15000 25 COTIZACIONES OFERTADAS 27 SELECCIÓN DEL EQUIPO 28 CONCLUSIONES 29 RECOMENDACIONES 29 BIBLIOGRAFÍA 30 ANEXO TEMÁTICO: SISTEMA GENERADOR FOTOVOLTAICO ANEXO Nº1 ENERGÍAS RENOVABLES ANEXO Nº2 TABLAS ANEXO Nº3 SITUACIÓN MUNDIAL ACTUAL ANEXO Nº4 FOLLETOS

EMPRESA PROVEN ENERGY. ESCOCIA. EMPRESA WESTWIND TURBINE. AUSTRALIA. EMPRESA ESHIA S.C.P.. ESPAÑA. ESPECIAL DE ENERGÍA EÓLICA. REVISTA ENERGUÍA. ESPAÑA. SISTEMA GENERADOR FOTOVOLTAICO, I.C.R.R.R.E. AUSTRALIA. PAPER – DISEÑO DE UN SISTEMA HIBRIDO SOLAR-EÓLICO.


INTRODUCCIÓN

La energía cinética que transporta el aire en movimiento es la fuente de la Energía Eólica. El viento es originado por el desigual calentamiento de la superficie del planeta produciendo movimientos convectivos del aire, por la rotación2 del planeta sobre su eje y la traslación3 o rotación entorno al Sol.

Figura Nº1. Distribución de temperaturas4.

Figura Nº2. Efecto del movimiento terrestre. Generación de corrientes de aire.

El empleo de la Energía Eólica produce ciertas alteraciones en el medio físico y socioeconómico, afectando a la avifauna -mortalidad de aves por colisión y electrocución-, impactos visuales en el paisaje, destrucción de la vegetación y habitas de animales, aumento de los niveles sonoros, etc., por lo que es necesario hacer una Evaluación de Impacto Ambiental, para minimizar los impactos negativos y maximizar los impactos positivos.

En Uruguay, el impacto ambiental más significativo, en nuestra opinión, debe ser considerado sobre la avifauna, ya que el País se caracteriza por tener una muy rica variedad de aves. Un gran inconveniente que presenta la explotación de este recurso energético, es que requiere una serie de condiciones estrictas de emplazamiento, que restringen de forma significativa la difusión de este sistema.

En el estudio siguiente se expone la selección de un sistema AEROGENERADOR de porte menor, que complemente las necesidades energéticas de un destacamento militar pequeño.

3

2 Velocidad de Rotación ϖRotación = 1.690 km/h 3Velocidad de Traslación ϖTraslación = 1.770 km/min 4 Imágenes de http://www.windpower.org, 2004.-

http://www.windpower.org/


ANTECEDENTES

El empleo del viento para generar energía es un método muy antiguo, la primera y más sencilla aplicación fueron las velas para la navegación.

Figura Nº3. Primeros usos de la energía eólica para medios de transporte.

Aproximadamente durante veinticinco siglos el viento ha sido empleado en la agricultura para mover las aspas de los molinos que muelen el grano o para bombear agua. Se encuentran referencias escritas de la existencia de molinos en la antigua Persia que datan de dos mil quinientos años de antigüedad.

Figura Nº4. La energía del viento en la agricultura, empleado en la actualidad.

En el Siglo XX el hombre comienza a utilizar la potencia del viento para producir energía eléctrica. Cuando se toma conciencia de la necesidad de modificar el modelo energético basado en los combustibles fósiles y los procesos nucleares, en la década de los noventa comienza el desarrollo tecnológico más notorio de ésta energía, por los problemas que causan al medio ambiente los antiguos modelos energéticos.

Figura Nº5. Energía eólica como generador de electricidad.

En la actualidad, la innovación tecnológica hace que sea un modelo rentable a nivel internacional para la generación comercial de electricidad.

4


5

DEFINICIONES

De la bibliografía5 se exponen los términos mas comunes en motores, suponiendo que se tienen nociones básicas de circuitos eléctricos.

Energía: Cantidad de trabajo que un sistema físico es capaz de producir. La energía, no puede ser creada, consumida ni destruida, puede ser convertida o transferida en diferentes formas.. En cada conversión de energía, parte de la misma proveniente de la fuente es disipada en forma de energía calórica (pérdidas al ambiente), es decir que parte de la energía de la fuente no puede ser utilizada. Rotores o generadores nunca tienen una eficiencia del 100 por cien, debido a las pérdidas de calor por fricción en los cojinetes, o a la fricción entre las moléculas de aire. A colación, es notorio que cuando se queman combustibles fósiles, el potencial global para una futura conversión de energía se reduce debido a la liberación de calor al ambiente.

Potencia: Transferencia de energía por unidad de tiempo. La potencia puede ser medida en cualquier instante de tiempo, mientras que la energía debe ser medida durante un cierto periodo. La potencia eléctrica se mide en vatios (W), kilovatios (kW), megavatios (MW), etc. Un aerogenerador con un potencia nominal de 1.000 kW, le indica que en una hora de funcionamiento producirá una energía de 1.000 kilovatios-hora (kWh), cuando trabaje a rendimiento máximo. Generador: Máquina que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Sincrónico, convierte potencia mecánica en potencia eléctrica de corriente alterna. Asincrónico, convierte potencia mecánica en potencia eléctrica de corriente continua. Transformador: Artefacto que cambia la energía eléctrica de un nivel de voltaje a otro mediante la acción de un campo magnético. Consta de dos o más bobinas de alambre enrolladas alrededor de un núcleo ferromagnético. Inversor: Circuito eléctrico que permite producir potencia de corriente alterna desde corriente continua y a la inversa.

5 Chapman, Stephen. 1993 “Máquinas Eléctricas”. Segunda Edición. Mc Graw Hill,.-


AEROGENERADORES DEFINICIÓN

Una definición primaria para un AEROGENERADOR es “Molino de viento que produce energía mecánica a partir del viento. Aparato que transforma la energía eólica en energía eléctrica mediante rotores de palas”6.

Concretamente un AEROGENERADOR convierte la energía cinética del movimiento de las moléculas de aire (viento) en energía rotacional por el rotor de una turbina eólica. Ésta energía mecánica puede emplearse para cualquier fin, desde la molienda de granos hasta el bombeo de agua, principales usos en la agricultura, o puede ser convertida en energía eléctrica por un generador.

El AEROGENERADOR obtiene su potencia de entrada transformando la fuerza del viento en un par (fuerza de giro) que actúa sobre las aspas del rotor. Dado que la gran mayoría de turbinas eólicas actuales producen electricidad, se mide su producción en términos de cantidad de energía eléctrica por hora7, cuyas unidades son vatios-hora (W), kilovatios-hora (kWh), megavatios-hora (MWh), etc.

Figura Nº6. Aerogenerador

6

6 Definición de la Real Academia Española 7 Estadísticamente los aerogeneradores funcionan durante el 75 por ciento de las horas de año normalmente, dependiendo exclusivamente de las características de la zona y para calcular cuanta energía produce, se debe conocer la distribución de velocidades de viento de la zona


COMPONENTES DE UN AEROGENERADOR

Un AEROGENERADOR está compuesto por un aeromotor de dos o tres aspas provisto de un sistema de regulación que proporciona al rotor una velocidad de rotación estable a partir de una cierta velocidad del viento, y en ocasiones, un sistema de seguridad destinado a parar la máquina en caso de que el viento sople demasiado fuerte.

Figura Nº7. Componentes de un Aerogenerador

El generador8 es una de las partes más importantes de los aerogeneradores, transforma la

energía mecánica de rotación en energía eléctrica. Las turbinas eléctricas pueden ser diseñadas con generadores sincrónicos como asíncronos,

de conexión directa o indirecta a red. Actualmente para sistemas de gran porte – generación comercial de electricidad, del orden de megawatios – se emplean sistemas autorregulados de conexión trifásica directa. Inclusive para sistemas de uso hogareño, se recomienda el empleo de sistemas de corriente alterna, de esta forma se evita el uso de una bancada de baterías y del inversor.

7

8 Tanto las dinamos como el alternador se basan en el movimiento relativo de una bobina y un campo magnético, produciendo una corriente eléctrica


CONEXIÓN DIRECTA A LA RED

La conexión directa a red, significa que el aerogenerador está conectado directamente a la red de corriente alterna (generalmente trifásica), es decir su generador es sincrónico y ya tiene incorporado un sistema de regulación de voltaje para corriente alterna.

Figura Nº8, Conexión de un Aerogenerador

Figura Nº9, Esquema eléctrico de un Aerogenerador

8


CONEXIÓN INDIRECTA A LA RED

La conexión indirecta a red, significa que la corriente que viene de la turbina pasa a través de una serie de dispositivos eléctricos externos, que ajustan la corriente para igualarla a la de la red o la acumulan en baterías.

Figura Nº10, Esquema eléctrico de un Aerogenerador de conexión indirecta.

9


TEORÍA DE FUNCIONAMIENTO ÁREA DEL ROTOR

El área9 del disco cubierto por el rotor determina cuanta energía del viento podemos colectar, y dado que aumenta con el cuadrado del diámetro, una turbina que sea dos veces más grande recibirá 22, osea cuatro veces más energía.

La cantidad de energía transferida al rotor por el viento depende de la densidad del aire, del área de barrido del rotor (figura Nº5) y de la velocidad del viento.

Figura Nº11. Área de barrido del rotor.

Figura Nº12. Áreas de rotores y potencia obtenida.

La figura Nº12 da una idea de los tamaños de rotores y sus potencias asociadas en aerogeneradores.

10

Una típica turbina con un generador eléctrico de 300 kW suele tener un rotor de unos 33 metros. Si dobla el diámetro del rotor (64 metros), obtendrá un área cuatro veces mayor (dos al cuadrado). Esto significa que también obtendrá del rotor una potencia disponible cuatro veces mayor (1.500 kW) aproximadamente.

9 Área de un círculo: A = (π/4)*D2


VELOCIDAD DEL VIENTO

La energía cinética de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa (o peso). Así, la energía cinética del viento depende de la densidad del aire, es decir, cuanto "más pesado" sea el aire más energía recibirá la turbina.

Un gran generador requiere más potencia (es decir, vientos más fuertes) sólo para poder girar. Por lo tanto, si se instala un aerogenerador en un área de vientos suaves se maximiza la producción anual utilizando un rotor pequeño. La razón es que en zonas de vientos suaves, con un rotor relativamente pequeño la turbina funciona durante más horas a lo largo del año.

La velocidad del viento es muy importante para la cantidad de energía que un aerogenerador puede transformar en electricidad. La energía que posee el viento varía con el cubo (la tercera potencia) de la velocidad media del viento; si la velocidad del viento se duplica la cantidad de energía que contenga será 23, ocho veces mayor.

La ley de Betz, que fue formulada por el físico alemán Albert Betz en 1919, establece que puede convertirse menos de 16/27 (aproximadamente 59 %) de la energía cinética en energía mecánica usando un aerogenerador. Luego de varios estudios se determinó que un aerogenerador ideal ralentizaría el viento en un máximo de 2/3 de su velocidad inicial, en el punto de máxima eficiencia en la conversión de la energía cinética en energía mecánica útil. Esto es teniendo en cuenta todas las pérdidas asociadas en las conversiones, por ejemplo, la fricción de los elementos mecánicos, las turbulencias que se generan al pasar el viento por la turbina, etc.

La ley de Betz establece que la potencia teórica del viento que pasa perpendicularmente a

través de un área circular es:

3 212vientoP v rπ ρ⎛ ⎞= ⎜ ⎟

⎝ ⎠

Ecuación Nº1. Potencia Teórica.

P Potencia del viento W ρ Densidad del aire seco10 kg/m

3 v Velocidad del viento m/s π Número pi11 r Radio del rotor m

Gráfico Nº1. Potencia teórica vs Velocidad del viento.

11

10 ρ = 1,225 kg/m

3 medida a presión atmosférica promedio a nivel del mar y a 15°C. 11 3.1415926535


El gráfico Nº1 muestra (para una turbina estándar) que con una velocidad del viento de 8 m/s

se obtiene una potencia de 314 W por cada metro cuadrado expuesto al viento incidiendo perpendicularmente al área barrida por el rotor. A 16 m/s se obtiene una potencia ocho veces mayor, esto es 2.509 W por cada metro cuadrado expuesto al viento.

Cuanto mayor sea la energía cinética que un aerogenerador extraiga del viento, menor será

la velocidad del viento que deja el aerogenerador. Si intentamos extraer toda la energía del viento a velocidad v1, el aire saldría con una

velocidad nula v2, impidiendo el ingreso del viento a v1, lo que resultaría en el cese del movimiento de las aspas, y la anulación total de la conversión energética.

Figura Nº13. Velocidades del viento a la entrada y salida.

Es por esto que se debe lograr trabajar en el punto de máxima conversión, que en la práctica depende de las condiciones ambientales de la zona tales como humedad, presión, temperatura, relieve, etc.

La humedad y la temperatura, además de influir directamente en la potencia del viento – la densidad del aire es una función de P, T y H, diagrama psicrométrico – inciden en la mecánica del aerogenerador, por ejemplo congelamiento de la humedad en las aspas, lo que debe ajustar notoriamente el mantenimiento preventivo-correctivo.

En la página siguiente se detalla el mapa de curvas de isovientos para el Uruguay en el

período 1979 – 1984, obtenido desde la página web de la Dirección Nacional de Meteorología. Este mapa actualizado, junto con los valores numéricos se puede comprar en la D.N.M.

12


Figura Nº14. Velocidades medias anuales del viento.

13


INFLUENCIA DEL TERRENO

A gran altura (1.000 metros aproximadamente) la superficie terrestre apenas ejerce influencia sobre el viento, pero a baja y mediana altura (0 a 500 metros) puede interferir de tal forma con generación de grandes turbulencias que los efectos negativos en el mismo, afectan notoriamente su potencial energético.

Para poder determinar como influye el terreno se definen 2 parámetros importantes Rugosidad y Longitud de Rugosidad ,que caracterizan la zona donde se prevé instalar aerogeneradores

El término rugosidad se define como la fricción que la superficie terrestre realiza sobre el viento, cuya escala de valores va desde CLASE 0 a CLASE 4.

Una alta rugosidad de CLASE 4 se refiere a un paisaje con muchos árboles, edificios altos y relieve significativo.

Una rugosidad de CLASE 1.5 ralentiza el viento de forma considerable, la hierba alta y los arbustos se incluyen en esta clase.

Una rugosidad de CLASE 0.5, las pistas de hormigón (rutas, carreteras) al igual que el paisaje abierto y llano sin arbustos ni malezas, no ejercen prácticamente influencia en el viento y sus efectos se desvanecen a poca altura.

Una rugosidad de CLASE 0 le corresponde a la superficie del mar con efecto casi nulo. En general, cuanto mayor sea la rugosidad del terreno mayor será la ralentización y

formación de turbulencias que experimente el viento. Obviamente, los montes y las ciudades enlentecen mucho el viento, mientras que las rutas o carreteras lo ralentizan ligeramente.

El término longitud de rugosidad se define como la distancia sobre el nivel del suelo a la que teóricamente la velocidad del viento es nula. Este término es importante para modelar el comportamiento del viento a diferentes alturas.

Es de vital importancia conocer la distribución estadística12 de los vientos en la zona, para obtener los parámetros que permitan simular la producción energética y estimar su viabilidad económica.

De estas mediciones prácticas, se construyen gráficas estadísticas – que todas tienen la misma distribución conocida como distribución estadística de Weibull – en las que se relaciona los parámetros del terreno con la velocidad y periodicidad del viento.

Una terreno con rugosidad de CLASE 3 o 4, tiene una elevada longitud de rugosidad, ya que la incidencia de obstáculos hacen que el viento “se frene” a mayor altura.

En contrapartida, la superficie del agua con rugosidad de CLASE 0, tiene una muy baja longitud de rugosidad.

La velocidad del viento a una cierta altura sobre el nivel del suelo se modela de la forma:

0

0

ln

ln

x

x refref

hz

v vh

z

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠=⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Ecuación Nº2. Velocidad Teórica.

14

12 Serie de datos históricos meteorológicos sobre las velocidades del viento en función del tiempo y de la altura.


Los términos de la ecuación Nº2 son:

vx Velocidad del viento a una altura hx sobre el nivel del suelo. hx Altura sobre el nivel del suelo para la velocidad deseada. vref Velocidad conocida del viento a una altura href . href Altura de referencia a la que conocemos la velocidad de viento vref. z0 Longitud de rugosidad.

Uruguay posee para la zona rurales del País en promedio13, considerando que la mayor parte son praderas con escasez de arbustos.

Longitud de rugosidad, z0 0,0024 m Rugosidad 0,55 Velocidad de referencia, vref 6 m/s Altura de referencia, href 10 m Parámetro de Weibull14 2,42

El siguiente gráfico muestra el comportamiento teórico del viento para la media de

Uruguay15.

Gráfico Nº2. Velocidad del viento

15

13 Datos suministrado por el Ing. Gonzalo Stábile. Seminario Energías Alternativas. Agosto 2004. Asociación de Ingenieros Químicos. Charla sobre Potencial Eólico en el Uruguay.. 14 La distribución de velocidades del viento a lo largo de un año – histograma –, tiene un parámetro estadístico llamado Parámetro de Weibull, que es obtenido de la curva de probabilidades. 15 Gráfico realizado empleando la formula Nº2.


CÁLCULO DE POTENCIA REQUERIDA.

Los datos obtenidos para una casa habitación de comodidad media16 con 4 residentes adultos indican consumo promedio mensual de 250 kWh.

Por lo tanto a los efectos prácticos se considera para un destacamento menor un consumo eléctrico de 2.550 kWh.

Tomando 30 días por mes y 24 horas al día:

kWh85 kWh2.550 kWh 85 3,54 kW30 24día

días horasdíadía

= =

Por lo tanto la potencia requerida de un destacamento menor es de 3,54 kW

A partir del valor de consumo se calcula la potencia necesaria teniendo en consideración los siguientes puntos por bibliografía17, como parámetros de diseño:

Pérdidas en línea 3% Pérdidas del aerogenerador 50% Factor de riesgo 25% Funcionamiento del aerogenerador 6.000 horas al año.

Potencia Necesaria: Es la potencia que debe generar el aerogenerador en 6.000 horas de funcionamiento.

8.766 3,54 kW * 5,17 kW6.000 Necesaria Consumida N

horas año horasP P Phoras uso horas

= × = ⇒ =

Ecuación Nº3. Potencia Necesaria.

Potencia Total: Es la potencia que debe generar el aerogenerador en 6.000 horas de funcionamiento

considerando las pérdidas

5,17 5,17 *(0,03 0,50 0,25) 9,2 kWTotal Necesaria Linea Generador Riesgo

Total T

P P Per Per Factor

P P

= + + +

= + + + ⇒ =

Ecuación Nº4. Potencia Total Requerida.

En base a los cálculos anteriores, se selecciona un sistema18 AEROGENERADOR cuya potencia nominal sea superior o igual a 10 kW.

16

16 Incluye: refrigerador, termofón, televisión, equipo de música, lavarropa, iluminación, plancha, computadora.- 17 Cambilargiu, Prof. Ing. E. 1960. “Apuntes de Eolodinámica y Eolomotores”. Facultad de Ingeniería 18 Es posible suplir dicho consumo de energía mediante un sistema de múltiples aerogeneradores en paralelo.


17

ALTERNATIVAS DISPONIBLES

Se analiza la base de datos de fabricantes de aerogeneradores, encontrando los siguientes aerogeneradores capaces de satisfacer las necesidades energéticas:

Modelo KURIANT 15/4 Modelo WESTWIND 20kW

El modelo KURIANT 15/4 fue diseñado en el año 1980 y actualmente se encuentra

discontinuada su fabricación en serie, construyéndose únicamente por pedidos. Tanto el modelo KURIANT como el WESTWIND, pueden ser adquiridos con sistemas de

conexión directa o indirecta.

Se solicita cotización a fabricantes de aerogeneradores - sin indicar modelos - para satisfacer los requerimientos de potencia obteniendo las siguientes alternativas:

Firma: ABATEC S.A., España. Alternativa: Tres equipos en paralelo de 4.5kw Modelo: WIND TURBINE GENERATOR F4500. Conexión: Indirecta, C.C.19 con baterías de acumulación

Firma: ESHIA S.C.P., España. Alternativa: Aerogenerdaror Unitario Modelo: AERO 10000. Conexión: Indirecta, C.C.19 con baterías de acumulación

Firma: PROVEN ENERGY, Escocia. Alternativa: Aerogenerdaror Unitario Modelo: PROVEN WT15000. Conexión: Directa, C.A.20 230 VAC 50Hz

19 C.C. Corriente Continua 20 C.A. Corriente Alterna


MODELO KURIANT 15/4

Figura Nº15. Modelo KURIANT 15/4

CARACTERÍSTICAS

Velocidad de conexión o arranque: 3 m/s Velocidad de corte o parada: 25 m/s Diámetro del rotor: 10.9 m Altura de buje: 18 m

CURVA DE POTENCIA DEL AEROGENERADOR KURIANT 15/4

m/s kW m/s kW m/s kW 1 0 10,5 12,49 20,3 20,3 2 0 11,5 13,75 21,2 20,8

2,6 0 12,4 15,01 22,4 21,4 3,5 0,04 13,5 16,03 23,2 22,4 4,6 0,62 14,4 16,6 24 22,4 5,5 4,66 15 17,35 25 22,4 6,5 3,74 16 17,6 27 0 7,5 6,17 17,4 18,6 28 0 8,5 8,76 18,4 19 29 0 9,4 11,01 19,4 19,7 30 0

En la página siguiente se detallan las curvas características del modelo KURIANT 15/4.

18


Gráfico Nº3 Curva de Potencia vs Viento

Gráfico Nº4 Curva de Coeficiente potencia21 vs velocidad del viento

Gráfico Nº5 Curva de Potencias del aerogenerador 21 El coeficiente de potencia indica con qué eficiencia el aerogenerador convierte la energía del viento en electricidad, se divide la potencia eléctrica disponible por la potencia eólica de entrada.

19


MODELO WESTWIND 20KW

Figura Nº16. Modelo WESTWIND 20kW CARACTERÍSTICAS

Peso: 750 kilogramos Material de las aspas: Fibra de vidrio Tipo de la bobina: Estrella de 3 fases Voltaje en C.C.22: 240V Velocidad de arranque o conexión: 2,5 m/s Velocidad de corte o parada: 50 m/s Diámetro del rotor: 10,4 m Altura de buje: 25 m

CURVA DE POTENCIA DEL

AEROGENERADOR WESTWIND 20KW m/s kW m/s kW 1 0 10 12,4 2 0 11 15

2,5 0 12 17,3 3 0,03 13 18,9 4 0,08 14 20 5 1,4 15 20,2 6 3,8 16 19,8 7 5 17 20 8 7,3 18 20,5 9 10 19 20,6

En la página siguiente se detallan las curvas características del modelo WESTWIND 20KW.

22 Corriente Continua

20


Gráfico Nº6 Curva de Potencia vs velocidad del viento

Gráfico Nº8 Curva de Potencias del aerogenerador

21


MODELO WIND TURBINE F4500

Figura Nº17. Modelo WIND TURBINE F4500 CARACTERÍSTICAS

Peso: 100 kilogramos sin torre Material de las aspas: Plástico injectado con fiberglass Voltaje en C.C.23: 24 / 48V Velocidad de arranque o conexión: 3,5 m/s Velocidad de corte o parada: 60 m/s Diámetro del rotor: 4,5 m Altura de buje: 20 m

En la página siguiente se detalla la curva característica del modelo WIND TURBINE F4500.

22

23 Corriente Continua


Gráfico Nº9 Curva de Potencia del aerogenerador.24

23

24 Grafico correspondiente al F1000, para obtener los valores de potencia del F4500, se debe multiplicar por 4,5


MODELO AERO 10000

24

Figura Nº18 Modelo AERO 10000.

CARACTERÍSTICAS

Peso: 540 kilogramos Material de las aspas: Fibra de vidrio reforzada con poliester Voltaje en C.A.25: 230V Velocidad de arranque o conexión: 3,0 m/s Velocidad de corte o parada: No proporcionado Diámetro del rotor: 7 m Altura de buje: 18 a 36 m

Gráfico Nº10 Curva de Potencia del aerogenerador.

25 Corriente Alterna Trifásica a 50Hz


MODELO PROVEN WT15000

Figura Nº19 Modelo PROVEN WT15000

CARACTERÍSTICAS

Peso: 1.100 kilogramos Material de las aspas: Fibra de vidrio Epoxy Voltaje en C.A.26: 230V 50Hz Velocidad de arranque o conexión: 2,5 m/s Velocidad de corte o parada: 65 m/s Diámetro del rotor: 9 m Altura de buje: 15 m

Gráfico Nº10 Curva de Potencia del aerogenerador.

25

26 Corriente Alterna Trifásica a 50Hz


26

Con los datos para el sistema de vientos de Uruguay (en promedio) se calcula para los

equipos seleccionados no cotizados si satisfacen los requerimientos energéticos. Los ofrecidos por los fabricante, garantizan suplir los requerimientos energéticos y para

obtener información mas detallada se debe solicitar una cotización formal. KURIANT 15/4

Potencia de entrada 251 W/m2

Potencia de salida 49 W/m2

Velocidad de potencia máxima 9,3 m/s Velocidad media del viento a la altura del buje 6,3 m/s Energía máxima producida27 40.081 kWh/año Factor de carga28 30 %

WESTWIND 20KW

Potencia de entrada 290 W/m2

Potencia de salida 66 W/m2

Velocidad de potencia máxima 9,3 m/s Velocidad media del viento a la altura del buje 6,3 m/s Energía máxima producida15 49.148 kWh/año Factor de carga16 28 %

Los dos modelos cumplen con los requerimientos de potencia, siendo alternativas técnicamente viables.

27 Indica cuánta energía eléctrica producirá el aerogenerador en un año de funcionamiento real. 28 Factor de carga es la producción anual real de energía dividida por la producción teórica máxima, si la máquina estuviera funcionando a su potencia nominal durante las 8.766 horas del año.


27

COTIZACIONES ABATEC S.A. WIND TURBINE GENERATOR F4500

3 Aerogenerador de corriente continua 3 Torres de 18 m 3 Convertidores C.C. / C.A. 1 grupo 20KVA de emergencia

U$S 35.000 F.O.B.20

El cliente debe proveer para la instalación del sistema: 6 baterías de 48V x 1000 Ah de 500 ciclos de vida mínimo.

ESHIA S.C.P. AERO 10000

Aerogenerador de corriente continua. Torre 20 m Convertidor C.C. / C.A.

U$S 29.000 F.O.B.29

El cliente debe proveer para la instalación del sistema: 6 baterías de 48V x 1000 Ah de 500 ciclos de vida mínimo.

PROVEN ENERGY S.A. PROVEN WT 15000

Aerogenerador de corriente alterna de 230V a 50Hz Torre de 15 m Regulador / conversor Display de control en base de la torre

£ 33.000 C.I.F.30 <> 58.000 U$S C.I.F.

WESTWIND 20KW

£ 60.00031 <> 106.300 U$S

29 F.O.B. Precio de la mercadería puesta a la salida de fábrica, sin flete, seguro, etc. 30 C.I.F. Precio que incluye Costo, Seguro y Flete. 31 Precio obtenido de la pagina del distribuidor: http://www.inersol.com/taerogeneradores.htm


28

SELECCIÓN DEL AEROGENERADOR

Técnicamente, todos los equipos cumplen satisfactoriamente con los requerimientos energéticos.

Para la selección del Aerogenerador, se tienen en cuenta los siguientes factores en orden de prioridades:

Precio Sistema de conexión a la red Mantenimiento Costo de Repuestos y facilidad de obtención Antecedentes del fabricante

De acuerdo a los criterios establecidos se selecciona el modelo de aerogenerador:

PROVEN WT15000.

Su conexión es directa a la red, no requiere un sistema de baterías para acumular la energía, costo que se debe incluir en los otros modelos de corriente continua y conexión indirecta.

Su mantenimiento es relativamente sencillo, y posee un display de control-prevención.

No requiere repuestos difíciles de conseguir en plaza.

La firma PROVEN, se encuentra entre las diez mejores fabricantes de aerogeneradores de pequeño y mediano porte en Escocia y es distribuidora en toda la Comunidad Europea.


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CONCLUSIONES

La alternativa seleccionada, PROVEN WT15000, es el complemento adecuado para la generación de energía eléctrica de un destacamento del interior del País.

No puede considerarse como única fuente de electricidad, ya que depende de las variables ambientales que no son controladas por el hombre.

A su vez, el mapa de las distribuciones de vientos del Uruguay, indica que el mismo tiene un promedio anual entre 5 m/s y 9 m/s, dependiendo de las zonas, con picos que alcanzan los 15 m/s.

Por lo tanto, se evalúa la situación ambiental mas crítica, la óptima y la media

SITUACIÓN AMBIENTAL 1 v = 5 m/s - velocidad mínima - La producción energética del aerogenerador es de 3.000 Wh, siendo insuficiente para satisfacer las necesidades de consumo.

SITUACIÓN AMBIENTAL 2 v = 9 m/s - velocidad máxima -

La producción energética del aerogenerador es de 10.200 Wh, siendo suficiente para satisfacer las necesidades de consumo.

SITUACIÓN AMBIENTAL 3 v = 7,5 m/s - velocidad media -

La producción energética del aerogenerador es de 5.800 Wh, siendo insuficiente para satisfacer las necesidades de consumo.

La distribución de vientos por altura se debe determinar empíricamente, ya que nuestro País

tiene zonas con ciclos de vientos sumamente diferentes.

RECOMENDACIONES

Como recomendación para destacamentos que no accedan a la red electrica de U.T.E., la instalación de un aerogenerador junto con un generador convencional – de combustible fósil, sistema fotovoltaico – es una alternativa viable técnicamente.

Para evaluar su viabilidad económica es necesario hacer un estudio económico-financiero, con parámetros reales de consumo, período de amortización de equipos, período y forma de pagos, intereses de préstamos para compras, etc.

Para la selección y diseño se estima un cierto consumo energético a partir de una vivienda de clase media con cuatro integrantes adultos, ya que no se disponen datos reales de consumo de un destacamento. Dicho consumo DEBE ser ajustado a valores reales, ya que variantes de aerogeneradores de menor potencia – y por lo tanto menor costo de compra, mantenimiento, repuestos, etc. – son alternativas más viables económica y técnicamente.-


30

BIBLIOGRAFÍA Revistas: “Chemical Engineering” V93, 26 de Mayo de 1986. Paginas 22 - 30.- “Energy Conversion and Management” V42, n 3, Febrero 2001. Paginas. 339 - 357.- “International Symposium of Global Energy” V15, n 3-4, 2001. Paginas. 343 - 361.- “IEEE International Symposium on Industrial Electric” V2, 2001. Paginas. 740 - 745. Autor Ghali , P.- “Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics” 91(5), Abril 2003. Paginas. 693-707. Autor Celik, An.- Libros: Chapman, Stephen. 1993. “Máquinas Electricas”. MC GRAW HILL.- Golding, E.W. 1955. “The Generation of Electricity by Wind Power”. SPON LTD..- Justus, C. G. 1980. “Vent et performances des éoliennes”. SCM.- Proyecto: “Cuantificación del potencial eólico del Uruguay aplicable a la generación eléctrica en gran escala”. Universidad de la República. FIA, "Convenio entre la Administración de Usinas y Trasmisiones Eléctricas (U.T.E.) y la Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República". 1994.- Páginas WEB: Empresa Windpower. Dinamarca, web: http://www.windpower.org, Octubre 2004.- Dirección Nacional de Meteorología, web : http://www.meteorología.com.uy, Octubre 2004.- Asistencia a Seminarios: “Seminario Energías Alternativas en el Uruguay”. Asociación de Ingenieros Químicos del Uruguay. Montevideo, Agosto - Septiembre 2004.- “Seminario Energías Alternativas”. U.T.E. Montevideo, Junio 2004.-

http://www.windpower.org/

http://www.meteorolog%C3%ADa.com.uy/

Estudio de viabilidad técnica de un sistema generador empleando recursos renovables. Anexos

1

ANEXO TEMÁTICO

SISTEMA GENERADOR FOTOVOLTAICO.


2

ENERGÍA SOLAR: Desde el Sol la Tierra recibe cuantos energéticos en forma de fotones, por las reacciones de

fusión nuclear1 que se producen en su interior siendo la temperatura de su núcleo de 15 millones de grados centígrados. El potencial energético del sol no es inagotable, pero bastará para los próximos 4.000 millones de años.

El flujo de energía solar que llega al exterior de la atmósfera es una cantidad fija, llamada Constante Solar y su valor es 1.354 W/m

2 – 1,37 x 106 erg/(s*cm)2, o unas 2 cal/(min*cm

2) – Esta cantidad

no es constante en el tiempo, en los últimos 30 años tuvo una variación de 0,2%. Para calcular la cantidad media de energía solar que llega a nuestro planeta por metro

cuadrado de superficie, hay que multiplicar la Constante Solar por toda el área del círculo de la Tierra y dividirlo por toda la superficie de la Tierra lo que da un valor de 342 W/m

2 que es lo que se suele llamar Constante Solar Media

La intensidad de energía real disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera. La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor. ABSORCIÓN DIRECTA DE ENERGÍA SOLAR

La absorción directa de energía solar requiere dispositivos llamados colectores solares, diseñados para absorber energía o concentrar los rayos del sol. La energía, una vez absorbida, puede emplearse en procesos térmicos o fotoeléctricos.

En los procesos térmicos, la energía solar se utiliza para calentar un gas o un líquido que luego se almacena o se distribuye. En los procesos fotovoltaicos, la energía solar se convierte en energía eléctrica sin ningún dispositivo mecánico intermedio. Los colectores solares pueden ser de dos tipos principales, los de placa plana y los de concentración. COLECTORES DE PLACA PLANA

En los procesos térmicos, los colectores de placa plana captan la radiación solar en una placa de absorción por la que pasa el llamado fluido portador.

Dicho fluido estado líquido o gaseoso, se calienta al atravesar los canales por transferencia de calor desde la placa de absorción.

Los colectores de placa plana tienen, en general, una o mas placas cobertoras transparentes para minimizar las perdidas de calor de la placa de absorción en un esfuerzo para maximizar la eficiencia. Los colectores de placa plana se han usado de forma eficaz para calentar agua y para calefacción.

1 Se fusiona hidrógeno para dar helio


3

COLECTORES DE CONCENTRACIÓN

Son dispositivos que reflejan y concentran la energía solar incidente sobre una zona pequeña, como resultado de esta concentración, la intensidad de la energía solar se incrementa y las temperaturas del receptor (llamado “blanco”) pueden acercarse a varios cientos, o incluso miles de grados Celsius. Los concentradores deben moverse para seguir al Sol si se quiere que actúen con eficacia, los dispositivos utilizados para ello se llaman heliostatos. HORNOS SOLARES

Los hornos solares son una aplicación importante de los concentradores de alta temperatura. El mayor, situado en Odeillo, en la parte francesa de los Pirineos, tiene 9.600 reflectores con

una superficie total de unos 1.900 m2 para producir temperaturas de hasta 4.000º C .Estos hornos son ideales para investigaciones, por ejemplo de materiales, que requieren temperaturas altas en entornos libres de contaminantes. RECEPTORES CENTRALES

La generación centralizada de electricidad a partir de energía solar está en desarrollo. En el concepto de receptor central o torre de potencia, una matriz de reflectores montados sobre heliostatos controlados por computadora, reflejan y concentran los rayos del Sol sobre una caldera de agua situada sobre la torre. El vapor generado puede usarse en los ciclos convencionales de las plantas de energía y generar electricidad. ENFRIAMIENTO SOLAR

Se puede producir frío con el uso de energía solar como fuente de calor en un ciclo de enfriamiento por absorción. Uno de los componentes de los sistemas estándar de enfriamiento por absorción, llamado generador, necesita una fuente de calor. Puesto que en general, se requieren temperaturas superiores a 150ºC para que los dispositivos de absorción trabajen con eficacia, los colectores de concentración son mas apropiados que los de placa plana.


ENERGÍA FOTOVOLTAICA Las fotoceldas convierten la luz del sol en energía eléctrica, esta es conducida a través de un alambre hacia las baterías, donde es almacenada hasta que se necesita, en el camino hacia las baterías, la corriente pasa a través de un controlador, el cual corta el flujo de corriente cuando las baterías están completamente cargadas

Para algunos aparatos la electricidad puede ser usada directamente de las baterías, a esta corriente se le llama “corriente directa” o “DC” y puede encender aparatos como las luces de los automóviles, radios, televisores portátiles, luces intermitentes, etc. Para poder operar la mayoría de los aparatos que encontramos en una casa es necesaria la “corriente alterna” o “AC”. Esta la podemos producir utilizando un invertidor, el cual transforma la corriente directa “DC” en corriente alterna “AC”.

4


5

SISTEMA FOTOVOLTAICO

Es un dispositivo que, a partir de la radiación solar, produce energía electrica en condiciones de ser aprovechada por el hombre. El sistema consta de los siguientes elementos:

Un generador solar, compuesto por un conjunto de paneles fotovoltaicos, que captan la radiación luminosa procedente del sol y la transforman en corriente continua a baja tensión (12 o 24V).

Un acumulador o batería, que almacena la energía producida por el generador y permite disponer de corriente eléctrica fuera de las horas de luz o días nublados.

Un regulador de carga, cuya misión es evitar sobre carga o descargas excesivas a la batería a la cual le produciría daños irreversibles, y asegurar que el sistema trabaje siempre en el punto de máxima eficiencia.

Un inversor, que trasforma la corriente continua de 12 o 24 V almacenada en la batería, en corriente alterna de 220 V.

INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA Vida útil de un panel solar fotovoltaico

Teniendo en cuenta que el panel carece de partes móviles y que las células y los contactos están encapsulados en una robusta resina sintética, se consigue una muy buena fiabilidad junto con una larga vida útil, del orden de 30 años o mas.

Además si una de las células falla, esto no afecta el funcionamiento de las demás, y la intensidad y voltaje producido puede ser fácilmente ajustados añadiendo o suprimiendo células. Protección de los módulos solares

Los paneles van protegidos en su cara exterior con vidrio templado, que permite soportar condiciones meteorológicas muy duras tales como el hielo, la abrasión, cambios bruscos de temperatura, o los impactos producido por el granizo. Impacto ambiental de la energía solar fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica, al igual de otras energías renovables, constituye frente, a los combustibles fósiles, una fuente inagotable, contribuye al auto abastecimiento energético y es menos perjudicial para el medio ambiente.

Los efectos de la energía solar fotovoltaica sobre los principales factores ambientales son: o Cima: la generación de energía eléctrica directamente a partir de la luz solar no

requiere ningún tipo de combustión, por lo que no se produce polución térmicas ni emisiones de CO2 que favorezcan el efecto invernadero.

o Geología: La células fotovoltaicas se fabrican con silicio, elemento obtenido de la arena, muy abundante en la naturaleza y del que no se requieren cantidades significativas.Por lo tanto, en la fabricación de los paneles fotovoltaicos no se producen alteraciones en las características litológicas, topográficas o estructurales del terreno

o Suelo: Al no producirse ni contaminantes, ni vertidos, ni movimientos de tierra, la incidencia sobre las características físico - químicas del suelo o su erosionabilidad es nula.

o Aguas superficiales y subterránea: No se produce alteración de los acuíferos o de las aguas superficiales ni por consumo, ni por contaminación por residuos o vertidos.

o Flora y fauna: La repercusión sobre la vegetación es nula, y, al eliminarse los tendidos eléctricos, se evitan los posibles efectos perjudiciales para las aves.


6

o Paisaje: Los paneles solares tienen distintas posibilidades de integración, lo que hace que sean un elemento fácil de integrar y armonizar en diferentes tipos de estructuras, minimizando su impacto visual. Además, al tratarse de sistema autónomos, no se altera el paisaje con postes y líneas eléctricas.

o Ruidos: El sistema fotovoltaico es absolutamente silencioso, lo que representa una clara ventaja frente a los generadores de motor en viviendas aisladas.

o Medio social: El suelo necesario para instalar un sistema fotovoltaico de dimensión media, no representa una cantidad significativa como para producir un grabe impacto.

Además, en gran parte de los casos, se puede integrar en los tejados de las viviendas.Por otra

parte, la energía solar fotovoltaica representa la mejor solución para aquellos lugares a los que se quiere dotar de energía eléctrica preservando las condiciones del entorno; como por ejemplo de los espacios naturales protegidos. Los paneles fotovoltaicos en días nublados

Los paneles fotovoltaicos generan electricidad incluso en días nublados, aunque su rendimiento disminuye. La producción de electricidad varia linealmente a la luz que incide sobre e 1 panel ; un día totalmente nublado equivale aproximadamente a un 10% de la intensidad total del sol, y el rendimiento del panel disminuye proporcionalmente a este valor. La incorporación de un sistema con seguimiento solar.

Mejora el rendimiento de captación fotovoltaica dependiendo del clima y del tipo de aplicación. En condiciones ideales el rendimiento del sistema puede mejorar hasta un 40%, pero el mayor

costo que supone no compensa el aumento que se consigue. Su aplicación se limita a aquellos casos en que el mayor rendimiento coincide con la mayor demanda (es el caso de sistema de bombeo para el ganado en regiones muy secas). Tipos de elementos de iluminación que son más adecuados para instalar con los sistemas

solares fotovoltaicos Dadas las características de los sistemas fotovoltaicos, en los que la capacidad de acumulación

de energía es limitada, los equipos de iluminación han de ser de elevados rendimiento y bajo consumo para aprovechar al máximo esa energía.

Las mas idóneas son las lámparas electrónicas, que dan las mismas prestaciones luminosas que las bombillas convencionales pero ahorran aproximadamente un 80% de energía y tienen una duración 8 veces superior.

Esto se debe a que el 95% de la energía que consumen las lámparas incandescentes se trasforma en calor y no en luz, mientras que las electrónicas irradian mucho manos calor y trasforman un 30% de la energía que consumen en luz.

También puede utilizarse lámparas fluorescentes convencionales poro siempre con reactancia electrónica. Insolación

La insolación o la intensidad de la luz del sol es medida en horas de sol efectivas. Una hora de máxima o 100% luz de sol, recibida por una celda equivale a una hora de sol efectivo.

Aún y estando el sol arriba del horizonte, por ejemplo, 14 horas en un día, este sitio solamente recibirá 6 horas de sol efectivo. Porque? Por dos razones principales.

Una es la reflexión debido al alto ángulo que esta el sol con respecto a las fotoceldas. La segunda es también debido al alto ángulo y la cantidad de atmósfera que tiene que atravesar la luz del sol.


Cuando el sol se encuentra exactamente encima de las fotoceldas, la luz del sol atraviesa la cantidad mas pequeña de atmósfera. En las mañanas y en las tardes la luz del sol atraviesa una mayor cantidad de atmósfera debido a su posición en el cielo.

Debido a estos factores nuestras horas más efectivas de luz del sol son de las 9:00 a.m a 3:00 p.m antes y después de estas horas, se esta produciendo energía pero a menos niveles.

7


SISTEMA AUTÓNOMO COMBINADO. (VIENTO +SOL +GENERADOR DIESEL)

Los sistemas autónomos combinados son la solución más económica, limpia y menos costosa para instalaciones alejadas de las redes de distribución eléctrica, y además se puede conseguir casi en su totalidad mediante energías renovables.

A modo de ejemplo, una configuración debe de constar de:

o Un aerogenerador de potencia entre 1.5 y 10 Kw o Una instalación de placas solares fotovoltaicas o Un grupo de baterías o Un grupo electrógeno diesel o Un sistema de gestión de la energía producida, y demandada

Todo el sistema funciona automáticamente. El sistema da preferencia a la energía generada a través de los sistemas solar y eólico, en los cuales el costo de combustible es cero y si esta no está disponible entra en funcionamiento el generador diesel.

Para el caso de estudio en particular, (un pequeño destacamento) es el sistema ideal. Bombeo de agua (Solar directo y convencional)

Un bombeo solar convencional se compone de paneles regulador, baterías, inversor y la bomba En un bombeo solar directo se eliminan el regulador y las baterías, por lo cual solo se puede bombear durante el día, por lo que es necesario almacenar agua en un depósito

8


9

ANEXO Nº1

ENERGÍAS ALTERNATIVAS


10

El concepto de energía de cualquier sistema, ya sea físico, químico o nuclear, hace

referencia a su capacidad de realizar trabajo, liberar calor o radiación. Una regla general es que la energía total de un sistema siempre se conserva, pero puede

transferirse o convertirse de una forma a otra. La transformación más común de las diversas formas de energía es hacia la generación de

electricidad, puesto que ésta es la principal fuente energética para la sociedad y la industria actual. A continuación se dan las definiciones y conceptos más importantes:

Energía Nuclear: energía liberada durante la fisión de núcleos atómicos. La energía obtenida se transforma en los reactores nucleares para producir electricidad mediante turbinas de vapor.

Energía Geotérmica: el calor interior de la Tierra es fuente de energía geotérmica, ya que las altas temperaturas del centro de la misma (superiores a los mil grados centígrados), generan una corriente de calor hacía la superficie.

Energía Hidroeléctrica: energía que se obtiene de la caída del agua desde un cierto nivel, haciendo pasar la corriente de agua a través de una turbina. La electricidad generada por una caída de agua depende de la cantidad y de la velocidad del agua que pasa por la turbina, cuya eficiencia puede llegar al 90%. A pesar de los impactos ambientales negativos a la zona en que se construye, la producción de electricidad se hace a partir de una fuente renovable y limpia..

Energía Solar: energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos energéticos llamados fotones que se captan por medio de paneles solares con foto celdas para producir electricidad. La cantidad de energía que nos llega anualmente del sol, es diez mil veces superior al consumo actual del Planeta. El sol es la única fuente de energía vital en la Tierra, estamos utilizando masivamente la energía solar en forma de alimentos, leña, etc. Los mismos combustibles fósiles, no son otra cosa que energía solar almacenada a lo largo de millones de años.

Energía Eólica: energía producida por el viento, es una variante de la solar, pues se deriva del calentamiento diferencial de la atmósfera y de las irregularidades del relieve. Sólo una pequeña fracción de la energía solar recibida por la Tierra se convierte en energía cinética del viento. La conversión de la energía del viento en electricidad, se realiza por medio de aerogeneradores.

Energía Calórica: la combustión libera energía calórica, que se aprovecha en los procesos industriales para obtener calefacción, para producir fuerza motriz o electricidad mediante turbinas de vapor. Uno de los grandes problemas de la humanidad es su dependencia de los combustibles fósiles, con el fuerte impacto ambiental que genera por la liberación de gases –efecto invernadero, polución atmosférica, etc.-

Bioenergía: la biomasa descompone material orgánico produciendo biogás. La combustión

de dicho gas o de la materia orgánica se aprovecha en los procesos industriales para obtener fuerza motriz, calefacción o para producir electricidad mediante turbinas de vapor.

Las fuentes de energía no renovables o agotables, son aquellas en que la velocidad de consumo del ser humano, es superior a la velocidad de regeneración natural, por lo que en un determinado tiempo, dicha fuente se agotará.

Las fuentes de energía renovables, son aquellas en que su disponibilidad es tal que la

velocidad de consumo no afecta a dicha fuente.


11

ANEXO Nº2

TABLAS


CLASES Y LONGITUDES DE RUGOSIDAD

TABLA DE CLASES Y DE LONGITUDES DE RUGOSIDAD

CLASE DE RUGOSIDAD

LONGITUD DE RUGOSIDAD

(m)

ÍNDICE DE ENERGÍA (%) TIPO DE PAISAJE

0 0.0002 100 Superficie del agua

0.5 0.0024 73 Terreno completamente abierto con una superficie lisa, p.ej., pistas de hormigón en los aeropuertos, césped cortado, etc.

1 0.03 52 Área agrícola abierta sin cercados ni setos y con edificios muy dispersos. Sólo colinas suavemente redondeadas

1.5 0.055 45 Terreno agrícola con algunas casas y setos resguardantes de 8 metros de altura con una distancia aproximada de 1250 m.

2 0.1 39 Terreno agrícola con algunas casas y setos resguardantes de 8 metros de altura con una distancia aproximada de 500 m.

2.5 0.2 31 Terreno agrícola con muchas casas, arbustos y plantas, o setos

resguardantes de 8 metros de altura con una distancia aproximada de 250 m

3 0.4 24 Pueblos, ciudades pequeñas, terreno agrícola, con muchos o altos setos resguardantes, bosques y terreno accidentado y muy desigual

3.5 0.8 18 Ciudades más grandes con edificios altos

4 1.6 13 Ciudades muy grandes con edificios altos y rascacielos

VELOCIDADES Y POTENCIA DEL VIENTO

ESCALA DE VELOCIDADES

12

10 m DE ALTURA

m/s CLASIFICACIÓN POTENCIA DEL VIENTO * 0,0-0,4 Calma m/s

W/m2 m/s

W/m2 m/s

W/m2

0,4-1,8 1,8-3,6 3,6-5,8

0 0 8 313,6 16 2508,8 Ligero

1 0,6 9 446,5 17

3009,2 5,8-8,5 Moderado

2 4,9 10 612,5 18 3572,1 8,5-11 Fresco 3 16,5 11 815,2 19

4201,1 11-14 14-17 Fuerte

4 39,2 12 1058,4 20 4900,0 17-21 21-25 Temporal 5 76,5 13 1345,7 21

5672,4

25-29 29-34

6 132,3 14 1680,7 22 6521,9 Fuerte temporal 7 210,1 15 2067,2 23 7452,3 >34 Huracán

* Para una densidad del aire de 1,225 kg/m3 , correspondiente al aire seco a la

presión atmosférica estándar al nivel del mar y a 15° C.


13

ANEXO Nº3

SITUACIÓN EUROPEA ACTUAL


14

Entre 1994-1998 con un crecimiento medio del 40,2%, la energía eólica fue la fuente

energética de más rápido desarrollo en el mundo. 10.000 MW de capacidad instalada en más de 50 países, liderados por Dinamarca, Alemania y España, avalan la vialidad de este recurso energético limpio. Como ejemplo la energía eólica suministra casi el 10% de las necesidades eléctricas de Dinamarca, en cambio en el ámbito mundial supone sólo un 0,15%. España -que ocupa el tercer puesto de Europa y el quinto del mundo- contaba 880 MW con de los 10.153 MW instalados en el mundo a fin de 1998. En Alemania, Dinamarca, Holanda, Suecia y España las primas a la electricidad de origen eólico han sido claves en el desarrollo experimentado.

La costa de Almería y el Estrecho de Gibraltar son de las zonas españolas con mayor potencial, ya que alli se generan velocidades de hasta 8,5 m/s, superiores a los considerados aptos para obtener un buen rendimiento económico. En 1970 se instalaron los primeros prototipos y en la actualidad Andalucía cuenta con el mayor parque eólico de generación comercial de electricidad de Europa, gracias a los 74Mw de potencia instalada. Según un informe encargado por Greenpeace, la Asociación Europea de Energía Eólica y el Foro para la Energía y el Desarrollo, el 10 por ciento de la electricidad mundial podría ser eólica en el año 2020 asi como crear 1.700.000 empleos y reducir las emisiones mundiales de CO2 en más de 10.000 millones de toneladas,

La Energía Eólica tiene un impacto medioambiental 31 veces menor que las convencionales, según afirmó hoy en La Coruña el vicepresidente de la Asociación Eólica de Galicia, José Manuel Pazo Paniagua. El vicepresidente de este colectivo aseguró que, tras comparar los impactos medioambientales de ocho tecnologías, la eólica resulta la menos contaminante, en total 31 veces menos que la tecnología de obtención de electricidad convencional.

Las centrales que queman lignito son las que producen mayor impacto medioambiental, seguidas de las que utilizan petróleo y luego el carbón, mientras que en último lugar, a gran distancia, está la energía eólica. José Manuel Pazo, que esta tarde pronuncia una conferencia en el Colegio Oficial de Ingenieros Técnicos Industriales de La Coruña, manifestó que Galicia es la comunidad autónoma que más energía eólica produce en España.

A fecha de 31 de diciembre de 2000, Galicia generaba 615 megavatios de los 2.275 del conjunto de potencia eólica producida en toda España, es decir, el 27 por ciento. Pazo indicó también que la producción gallega dobla a la de comunidades autónomas como Castilla La Mancha y Aragón, y triplica la que producen otras autonomías como Andalucía, Cataluña y Canarias. José Manuel Pazo destacó también que de aquí a diez años, en Galicia se crearán 141 nuevos parques eólicos, dentro de los planes ya aprobados para la comunidad gallega (al amparo del Decreto 205/95 de la Xunta), y que supondrán una inversión económica superior a los 500.000 millones de pesetas.

Con los 141 nuevos parques eólicos ya aprobados por la Xunta, se prevé, según José Manuel Pazo, una producción de 3.465 megavatios de potencia eólica de aquí a diez años.


15

ANEXO Nº4

FOLLETOS

w w w .provenenergy.com

\ \ s e rver \c \a l l \win d t u rb \sa les l i t \ spec \gen era l \g ss 00 1 rev 4 . doc Proven Engineering Products Ltd. Wardhead Park, Stewarton, Ayrshire, KA3 5LH Tel +44 (0) 01560 485 570 Fax +44 (0) 01560 485 580 [email protected]

P R O V E N E N E R G Y

Proven Wind Turbines - Technical Specification Sheet Rotor Speed Control

Above 12m/s or 25mph) blades twist

to limit power in response to high rpm

Low Speed Equals

Durability

Marine Build Quality

All machines galvanised steel, stainless steel &

plastic components

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 5 10 15 20 25

Wind speed in metres/second

Power Output (Watts)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 5 10 15 20 25


Power Output (Watts)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 5 10 15 20 25


Pow er Output (Watts)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

0 5 10 15 20 25


Pow er Output (Watts)

WT MODEL WT600 (0.6kW) WT2500 (2.5kW) WT6000 (6kW) WT15000 (15kW)

Cut In (metres/sec)* 2.5 Cut Out (metres/sec) None!

Survival (metres/sec) 65 Rated (metres/sec) 12

Rotor Type Downwind, Self Regulating No. of Blades 3

Blade Material Polypropylene Polypropylene Wood/Epoxy Glass Epoxy Rotor Diameter(m) 2.55 3.5 5.5 9 Generator Type Brushless, Direct Drive, Permanent Magnet

Battery charging 12 , 24 or 48V DC 24 or 48V DC 48V DC 48V DC Grid connect with

Windy Boy Inverter n/a 230Vac 50Hz or

240 Vac 60Hz 230Vac 50Hz or 240 Vac 60Hz

230Vac 50Hz or 240 Vac 60Hz

Direct Heating n/a 120Vac or 240Vac 120Vac or 240Vac 120Vac or 240Vac Rated RPM 500 300 200 160

Annual Output† 900-2,300 kWh 3,300-7,400 kWh 9,000-19,400 kWh 23,000-48,500 kWh Head Weight (kg) 70 190 500 1100

Mast Type Tilt-up, tapered, self-supporting, no guy wires (Taller guyed towers also available on request) Hub Height (m) 5.5 or 12 6.5 or 11 9 or 15 15 WT Found (m) 1x1x1 or 1.6x1.6x1 1.6x1.6x1 or 2.5x2.5x1 2.5x2.5x1 or 3x3x1.2 3.7x3.7x1.2

Winch Found (m) 0.65x0.65x0.65 0.65x0.65x0.65 or 1x1x1 1x1x1 or 1.5x1.5x1 1.5x1.5x1.2 Tower Weight (kg) 120 or 350 241 or 445 360 or 656 1200 Mechanical Brake No Yes Yes Yes

Noise‡ @ 5m/s 35 dBA 40 dBA 45 dBA 48 dBA Noise @ 20m/) 55 dBA 60 dBA 65 dBA 65 dBA

Rotor Thrust (kN) 2.5 5 10 26 Sample of UK

commercial customers

British Telecom Scottish | Youth Hostel Association | British Rail | Irish Lighthouse Authority UK Lighthouse Authority | T-mobile |Orange

* 1 metre/second = 2.24 miles per hour=3.6kph † Output range is quoted to cover typical average wind speeds (annual). Lighter wind sites with typical 4.5m/s will produce lower end of range. Higher wind speed sites e.g. 6.5m/s average will produce upper end of range. ‡ all readings taken with an ATP SL-25 dBA meter. Car passing 20m away @ approx 40 mph is 70-80dBA

www.provenenergy.com

PROVEN WIND TURBINE ANNUAL OUTPUT TABLES

PROVEN WT600 (600W) Wind Turbine Output vs. Site Mean Wind Speed

Site Average Wind Speed m/s 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

mph 9.0 11.2 13.4 15.7 17.9 20.2

Av. Yearly Energy Output (kWh) 794 1,354 1,948 2,504 2,969 3,318

Av. Monthly Energy Output (kWh) 66.2 112.9 162.4 208.7 247.4 276.5Av. Daily Energy Output (kWh) 2.2 3.7 5.3 6.9 8.1 9.1

PROVEN WT2500 (2.5kW) Wind Turbine Output vs. Site Mean Wind Speed Proven Engineering Products LtdWardhead Park

Site Average Wind Speed m/s 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 Stewarton, Ayrshire, KA3 5LHmph 9.0 11.2 13.4 15.7 17.9 20.2 Scotland, UK

Av. Yearly Energy Output (kWh) 2,473 4,282 6,333 8,403 10,251 11,731 Tel: (01560) 485 570Av. Monthly Energy Output (kWh) 206.1 356.8 527.8 700.2 854.3 977.6 Fax: (01560) 485 580Av. Daily Energy Output (kWh) 6.8 11.7 17.4 23.0 28.1 32.1 International: ++ 44 1563

E-mail: [email protected] WT6000 (6kW) Wind Turbine Output vs. Site Mean Wind Speed Web: www.provenenergy.com


mph 9.0 11.2 13.4 15.7 17.9 20.2

Av. Yearly Energy Output (kWh) 6,765 11,622 16,900 21,944 26,216 29,467

Av. Monthly Energy Output (kWh) 563.7 968.5 1408.3 1828.7 2184.7 2455.6

Av. Daily Energy Output (kWh) 18.5 31.8 46.3 60.1 71.8 80.7

PROVEN WT15000 (15kW) Wind Turbine Output vs. Site Mean Wind Speed


mph 9.0 11.2 13.4 15.7 17.9 20.2

Av. Yearly Energy Output (kWh) 16,912 29,054 42,250 54,860 65,541 73,667

Av. Monthly Energy Output (kWh) 1,409 2,421 3,521 4,572 5,462 6,139

Av. Daily Energy Output (kWh) 46.3 79.6 115.8 150.3 179.6 201.8

Calculated using Rayleigh frequency distribution and measured power output characteristic

P R O V E N E N E R G Y

Published Annual Output G SS 002 rev 3.xls

Westwind 20kWSpecificationsPERFORMANCEStart-up wind speed 2.5m/sCut-in wind speed 3.0m/sRated wind-speed 14m/sCut-out wind speed -Furling wind speed 17 m/sMax design wind speed 50m/sRated Power 20kWRotor Speed 70-160RPM

MECHANICALDesign 3 blade, upwind.Rotor diameter 10.4mWeight 750kgOverspeed Protection centrifugal blade pitch control and auto tail furlingTemperature range -10 to +50 deg C

ELECTRICALGenerator 36 pole, NeFeBr magnetsWinding type 3 Ph star connectedStandard Voltages 240V DC (battery charging)Grid connect inverter available

Manufactured by : Westwind Turbines 29 Owen Rd, Kelmscott. Western Australia.6111 ph +61 8 9399 5265, fax +61 8 9497 1335 email: [email protected] www.westwind.com.au

Exm

outh

, W.A

ust.

'min

i win

d fa

rm' 3

x 20

kW W

estw

ind

Turb

ines

Westwind 20kW(Data from MUERI Nov 2000 - Feb 2001 )

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18wind speed (m/s)

kW

Anexo 2.Fabricantes deaerogeneradores y características de sus máquinas

145

En un parque eólico actual, en un campo de generadores eólicos, enuna granja eólica como se decía antes, el elemento clave es el aero-generador. Y al hablar de esta máquina se nos viene enseguida unaclasificación muy simple. Los grandes aerogeneradores de cientos dekilovatios de potencia, pensados básicamente para su funciona-miento agrupado formando parque eólicos con el objetivo de pro-ducir energía eléctrica de forma masiva, y las pequeñas unidadesdesde unos cientos de vatios hasta pocos kilovatios, para utilizacióndoméstica, rural, embarcaciones, etc. con fines de alimentación eléc-trica, o bien para aplicaciones agrícolas, bombeo de agua, e inclusopara integración en sistema híbridos eolicofotovoltaicos por ejemplo.Un caso especial lo constituyen las aeroturbinas oleohidráulicas.

Agrupamos este epígrafe en otros dos grandes grupos: fabricantes degrandes máquinas y fabricantes de pequeños aerogeneradores y so-luciones específicas. En cada uno de ellos se recogen las empresasen orden alfabético, se hace una pequeña presentación de las mis-mas para a continuación mostrar las características de las máquinasactualmente en catálogo o sus últimos desarrollos según la informa-ción recibida. Las referencias que nos han enviado han sido coteja-das e introducidas en el capítulo correspondiente al listado de insta-laciones eólicas. Se han mantenido las referencias correspondientesa exportaciones/instalaciones en otros países.

Como fabricantes de grandes aerogeneradores implantados en Espa-ña, tanto nacionales como extranjeros figuran:

1 Aerogeneradores Canarios, S.A. – ACSA.2 Bazán-Bonus (Empresa Nacional Bazán).3 Desarrollos Eólicos, S.A. – DESA.4 Dewind Iberia, S.A.5 Ecotècnia MCC.6 Enron Wind Ibérica, S.L.7 Gamesa Eólica, S.A.8 Made, Tecnologías Renovables, S.A.9 Neg Micon Ibérica SAU.10 Nordex Ibérica (Borsigenergy) S.A.

Se hace una breve referencia a Enerlim, S.L. por su desarrollo de unprototipo de aerogenerador de nuevo concepto, fabricado en prin-cipio por Necesa.

En cuanto al segundo grupo tienen cabida las empresas:

1. Aplicaciones de Energías Sustitutivas, S.L. – ADES.2. J. Bornay Aerogeneradores, SRC.3. Molinos de Viento Tarragó.4. Soluciones Energéticas, S.A. – SOLENERSA.

ACSA y Ecotècnia tienen también productos en este campo.

- Velocidad a potencia nominal:13,5 m/s

Torre:

• Tipo 1: Tubular troncocónica- Accesorios: Sección cimenta-ción- Superficie: Metalizada y pintada- Altura: 30 m• Tipo 2: Celosía- Accesorios: Pernos de anclaje- Superficie: Galvanizada- Altura: 30 m

Generador: 6 polos 8 polos

- Tipo: Asíncrono, de doble devanado- Potencia nominal 225 kW

50 kW- Intensidad: 400 A 100 A- Voltaje: 400 Vca 400 Vca- Frecuencia: 50 Hz 50 Hz- Factor de

potencia: 0,81 0,72- Conexión: Triángulo Triángulo- Aislamiento

tipo: F F- Protección: IP54 IP 54Control de

temperatura: PT 100 PT 100- Revoluciones 1008 760- Fabricante: SIEMENS, ASEA, ABB osimilar.

Compensación de fase:

- Potencia reactiva instalada: 87,5 kVAr

25,0 kVAr- Factor de potencia

resultante: 0,94 0,91- Intensidad

resultante: 345 A 80 A

Muitiplicador:

- Tipo: 2 etapas, ejes paralelos- Relación: 1:23- Potencia nominal: 433 kW- Volumen de aceite: 70 l- Fabricante: HANSEN, FLENDERo similar

Sistema de orientación:

- Tipo: Orientación activa- Control: Por veleta- Velocidad: 0,6 grados/s

Motores de orientación:

- Tipo: Asíncronos

1.1. Aerogeneradores Canarios, S.A.–––––––––––––––––––––––––––––––

Aerogeneradores Canarios, S.A.-ACSA, se fundó el 23 de diciem-bre de 1985. Durante los prime-ros años tuvieron muy poca acti-vidad, debido a que en Españaera prácticamente desconocida laenergía eólica. En ese momentoconsiguió un acuerdo de tecno-logía avanzada con la empresadanesa VESTAS WIND SYSTEMS,A/S, una de las firmas líderesmundiales en aerogeneración.

Es destacable que ACSA fuera laprimera empresa no danesa enfabricar, fuera de Dinamarca,turbinas eólicas con esa avanza-da tecnología.

ACSA ofrece un servicio integralal cliente: si es posible, le selec-ciona el lugar de instalación delas turbinas eólicas, previo al es-tudio correspondiente; realiza ytramita el proyecto técnico de laplanta eólica; realiza la construc-ción "llave en mano", se respon-sabiliza de la totalidad de laobra; y finalmente se ocupa delmantenimiento.

ACSA ha actuado siempre endos campos: fabricando e insta-lando turbinas para sus clientesy, además realizando parque eó-licos propios, para explotarlos,vendiendo la energía eléctricagenerada.

Debe destacarse que ACSA fuela primera empresa privada es-pañola en instalar parques eóli-cos propios, y la primera em-presa en instalar en España par-que eólicos comerciales. Tam-bién la primera empresa en fa-bricar turbinas eólicas de tecno-logía punta y turbinas eólicascon palas de ángulo variable.

- El conjunto de los parques eó-licos de ASCA es, el de mayoreficacia media de Canarias y de

1. Fabricantes de grandesaerogeneradores

toda España. Así, el factor de ca-pacidad medio de los parqueseólicos de esta región en 1998fue algo menor del 20%. En esemismo año, el factor de capaci-dad medio de las instalacioneseólicas ACSA superó el 39%, yen 1999 superó el 41%.

- Hasta hace poco ACSA ha ac-tuado sólo en el mercado cana-rio. Ahora se han proyectado ha-cia América Latina (contrato deArgentina y trabajos en México),y al Africa Atlántica, donde enlos últimos meses ha tomadocontacto con los mercados deTogo, Benin, Burkina Faso, Mali,Ghana, Gambia, Senegal, Mauri-tania, Marruecos y Cabo Verde.

- Está ampliando la gama deproductos, hasta ahora sólo tur-binas eólicas de media potencia,a miniturbinas, molinos de bom-beo y paneles solares fotovoltai-cos, y dando los pasos necesa-rios para fabricar e instalar unprototipo de 1MW, y, tras suprueba, pasar a comercializarlo.Esperan poder instalar el prototi-po en el 2001, y comercializarloen el 2002-2003.

AEROGENERADOR ACSA – A27/225 KW

CARACTERISTICAS TECNICAS

Rotor:

- Diámetro: 27 m- Area barrida: 573 m2

- Vnom generador principal: 43rpm.- Vnom generador secundario: 32rpm.- Dirección de rotación: Horaria(barlovento)- Regulación de potencia: Porpaso variable- Nº de palas/longitud: 3/13 m- Material: Poliéster con fibra devidrio (GFRP)- Frenos aerodinámicos: Giro to-tal del palas- Perfil de las palas: NACA 63-200- Altura del eje: 31,5 m

Datos de funcionamiento:

- Velocidad de arranque: 3,5 m/s- Velocidad de corte: 25,0 m/s

146

Especial Energía Eólica

Generador:deslizamiento

variable- Tipo: Asíncrono- Potencia

nominal: 660 kW- Intensidad

resultante: 564 A- Voltaje: 690 VAC- Frecuencia: 50 Hz- Factor de potencia

resultante: 0,98- Protección: IP54- Revoluciones: 1515-1650 rpm.

Multiplicador:

- Tipo: Planetario/helicoidal- Relación: 1:52,6514

Unidad de control:

- Tipo: Multiprocesadores (VMP)- Fabricante: VESTAS

Pesos:

- Torre tubular: 33.000 kg- Barquilla: 20.400 kg- Rotor: 7.200 kg

MINITURBINAS EOLICAS

Los sistemas de generación eléc-trica basados en las miniturbinaseólicas son ideales para aplica-ciones diversas que requieranun suministro de energía inde-pendiente de la red eléctricaconvencional, o bien que com-plemente a ésta. En especial es-tán indicados, entre otros, paralos siguientes usos:

- Electrificación de viviendas ais-ladas y servicios públicos. Vi-viendas en emplazamientos ais-lados, refugios de montaña, etc.- Suministro eléctrico a peque-ñas instalaciones agrícolas o in-dustriales.- Bombeo de agua, sistemas deriego, iluminación de invernade-ros o granjas, sistemas de orde-ño, refrigeración, etc.- Desalinización y depuraciónde agua, en plantas de pequeñadimensión.- Fabricación de hielo.- Telecomunicaciones, señaliza-ción marítima, faros, repetidoresy reemisores de radio, televisión

- Velocidad de giro: 950 r.p.m.- Potencia nominal: 0,37 kW- Fabricante: ASEA, o similar

Reductoras de orientación:

- Tipo: Rueda/planetario- Par nominal: 2 x 5.500 Nm- Fabricante: BONFIGLIOLI, o si-milar

Veleta y Anemómetro:

- Tipo: Optoeléctricos- Fabricante: VESTAS, o similar

Unidad hidráulica:

- Tipo: Bomba de engranajes- Caudal: 4,2 l/min a 100 bar- Presión máxima: 100 bar- Capacidad de aceite: 30 l- Fabricante: VICKERS SYSTEMS,o similar

Unidad de control:

- Tipo: Multiprocesadores (VMP)- Fabricante: VESTAS

Pesos:

- Torre tubular: 12.000 kg- Barquilla: 7.900 kg- Rotor: 2.900 kg

Curva de potencia

La curva teórica de potencia,que se muestra en la figura 1,

está basada en una densidad delaire de 1,23 kg/m3.

AEROGENERADOR V47/660 kW

El aerogenerador V47-660 kW esel resultado del perfecciona-miento de turbinas análogas demenor potencia (225, 500 y 600kW), basado en los conocimien-tos derivados de su explotación.

En este modelo, la regulacióndel paso de las palas es aún mássensible y afinada (Optitip), paraaprovechar al máximo las venta-jas del sistema, que se puedenresumir en las siguientes:

- Mejor regulación de la máximapotencia de salida, 660 kW.- Acoplamiento más suave delgenerador.- Arranque sin motor.- Menores cargas sobre la estruc-tura.- Frenado realizado sin la utiliza-ción del freno mecánico.- Optimización de la producciónbajo todas las condiciones deviento.


Rotor:

- Diámetro: 47 m- Area barrida: 1.735 m2

- Vnom rotación rotor: 28,5 r.p.m.- Dirección de rotación: Horaria(barlovento)- Regulación de potencia: Por pa-so variable- Nº de palas: 3- Material: Poliéster con fibra devidrio (GFRP)- Frenos aerodinámicos: Giro to-tal de palas- Altura del eje: 45,7 m


- Velocidad de arranque: 3,5 m/s- Velocidad de corte: 25,0 m/s- Velocidad a potencia nominal:13,5 m/s

Torre:

Tubular troncocónica+ seccióncimentación- Superficie: Metalizada y pintada- Altura: 45 m

147

Figura 1.

Para escoger el molino de bom-beo que mejor se adapte a las ne-cesidades se utilizará la Tabla I.

Estos resultados se obtienen su-poniendo una velocidad mediadel viento de unos 30 km/h.

y telefonía, dispositivos de alar-ma, etc.

La miniturbina se puede integraren una instalación mixta, conpaneles solares fotovoltaicos ogrupos diesel, para mayor efecti-vidad y seguridad de suministro.

Miniturbina - ACSA 1.000 W


- Potencia instalada: 1.000 W- Velocidad arranque: 3 m/s- Velocidad nominal: 12 m/s- Velocidad corte: 25 m/s- Velocidad de supervivencia: 60m/s

Datos del rotor:

- Número de palas: 3- Diámetro: 2,5 m- Área barrida: 4,9 m2

- Posición: Barlovento- Velocidad a potencia nominal:600 r.p.m.- Máxima velocidad: 900 r.p.m.- Control de velocidad: Timónarticulado- Cubo del rotor: Rígido- Sistema de palas: Paso fijo- Perfil de las palas: NACA 4415- Velocidad típica (λ): 7,6- Material de las palas: Poliésterreforzado con fibra de vidrio,con protección contra rayos UVy resistente a la abrasión.- Sistema de orientación: Pasivo,por deriva - Mecanismo de frenado: Pororientación a 90º del viento

Generador:

Síncrono trifásico de imanes per-manentes.- Tensión nominal: 24 V- Frecuencia: 0-90 Hz- Aislamiento típico: F- Protección: IP54

Control de tensión:

Tipo ARK II o similar, 50 A - 24 V,con rectificador, controlador depotencia resistencia de volcado.

Sistema de baterías:

Baterías estacionarias de bajo

mantenimiento dimensionadassagún, necesidades energéticas.

Torre:

Torre tubular galvanizada, o to-rre metálica de celosía, con vien-tos autoportantes (6 m-18 m).

ACSA puede suministrar la si-guiente gama de turbinas, concaracterísticas análogas a la des-crita: 250 W, 400 W, 600 W,1.000 W, 1.500 W, 2.500 W, 4kW y 10 kW

MOLINOS DE BOMBEO

Los molinos multipala se utilizanexclusivamente para el bombeode agua, al transformar la ener-gía eólica en energía mecánica.

148


Figura 2.

Elevación total de bombeoCaudal

máximo Diámetro del rotor (metros)en litros

por hora 1,80 2,60 3,00 4,00

1.000 l/h 20 m 50 m 80 m 105

1.200 l/h 15 m 45 m 70 m 100

1.800 l/h 10 m 40 m 60 m 90 m

2.400 l/h --- 30 m 50 m 80 m

5.000 l/h --- --- 25 m 50 m

7.500 l/h --- --- 15 m 35 m

Tabla I.

Figura 3.

Góndola:

- Tipo: Totalmente cerrada- Material: Acero

Sistema de giro:

- Tipo: Activo- Cojinete de giro: Corona den-tada exteriormente- Transmisión de giro: Cuatro mo-tores eléctricos- Freno del sistema de giro: Fre-no de fricción pasivo

Controlador:

- Tipo: Basado en microprocesa-dor- Control remoto: Preparado víamódem- Designación del controlador:KK WTC-2.0- Fabricante del controlador: KKElectronic A/S

Torre:

- Tipo: Torre tubular cónica- Altura del buje: 50 - 68 m- Protección anticorrosiva: Conpintura- Brillo superficial: Semimate,15-35 ISO2813- Color superficial: Gris claro,Hempel 55210-01050


- Velocidad del viento a la entra-da en servicio: 3 m/s- Potencia nominal a: 15 m/s- Velocidad del viento para laparada de emergencia: 25 m/s- Máxima ráfaga de 2 s: 55 m/s(versión estándar)60-80 m/s (vers. especiales)

Pesos (aproximados):

- Rotor: 30.000 kg- Góndola excl. rotor: 50.000 kg- Torre de 68 m de altura de bu-je: 70.000 kg

CURVA DE POTENCIA PARA DENSIDAD DE AIRE DE 1,225 kg/m3

La curva de potencia es válidapara las siguientes condicionesestándar del aire: temperaturaambiente 15°C, presión 1.013

1.2. Bazán-Bonus (Bazán Turbinas)–––––––––––––––––––––––––––––––

Bazán Turbinas en su fábrica enFerrol mecaniza gran parte delos componentes del aerogene-rador y realiza el ensamblajecompleto de la góndola. Tam-bién lleva a cabo la instalaciónen el emplazamiento. Si el clien-te así lo desea ofrece proyectos"llave en mano". Su actividad eneste campo es reciente, apenassi data de 1996, trabajando so-bre licencia del tecnólogo danésBONUS teniendo la exclusivapara fabricar y comercializar enEspaña estos aerogeneradores,denominados Bazán-Bonus.

Actualmente fabrican los mode-los Bazán-Bonus MK-IV de 600kW de potencia unitaria y el mo-delo Bazán-Bonus de 1.300 kW,el primer aerogenerador de estapotencia instalado en España.

A la fecha tienen instaladas enEspaña 184 máquinas MK-IV yuna de 1.300 kW. En China aca-ban de instalar 20 máquinas de600 kW.

AEROGENERADOR BAZAN-BONUS 1.3 MW

ESPECIFICACIONES TECNICAS

Rotor:

- Tipo: 3 palas, eje horizontal- Posición; En contra del viento- Diámetro: 62 m- Area proyectada; 3.019 m2

- Velocidad del rotor: 19/13 r.p.m.- Regulación de potencia: Com-biStall- Inclinación del rotor: 5 grados

Pala:

- Tipo: Autoportante- Longitud de la pala: 29 m- Cuerda en el extremo: 0,80 m- Cuerda de la raíz: 2,40 m- Perfil aerodinámico: FFA3-NA-CA 632xx- Conicidad: 0 grados- Material: GRP- Brillo superficial: Semimate, 5-15 ISO 2813

- Color superficial; Gris claro, Jo-tun 8091- Denominación de la pala: LM 29- Fabricante de la pala: LM Com-posites

Freno aerodinámico:

- Tipo: Actuación sistema de paso- Activación: Activa, eléctrica "failsafe"

Componentes de transmisión de la carga:

- Buje: Fundición nodular de hie-rro- Cojinetes principales: Cojinetesde rodillos a rótula- Eje de transmisión: Acero- Placa de asiento de la góndola:Acero

Sistema de transmisión:

- Acoplamiento buje-eje: Brida- Acoplamiento Eje-multiplicador:Disco aplicado en caliente- Multiplicador: Planetario/helicoi-dal de 3 etapas- Relación de multiplicación: 1:79- Lubricación de la caja de en-granajes: Par barboteo- Volumen de aceite: 185 l- Enfriamiento multiplicador: En-friador independiente- Denominación multiplicador:PEAS 4375- Fabricante del multiplicador:Flender AG- Acoplamiento multiplicador-ge-nerador: Doble acoplamiento fle-xible

Freno mecánico:

- Tipo: Freno de disco "Failsafe"- Posición: Eje de alta velocidad- Número de actuadores: 3

Generador:

- Tipo: Asíncrono- Potencia nominal: 1,3/0,26 MW- Velocidad síncrona: 1.500/1.000r.p.m.- Tensión: 690 V- Frecuencia: 50 Hz- Protección: IP 54- Refrigeración: Ventilador externo- Clase de aislamiento: F- Designación del generador:HXR 500 LN 4/6- Fabricante del generador: ABB

149

1.3. Desarrollos Eólicos, S.A.-DESA–––––––––––––––––––––––––––––––

Abengoa inició su actividad enel campo de la energía eólicahace más de catorce años, conla construcción de prototipos deaerogeneradores de pequeñapotencia que le permitieron darlos primeros pasos en el conoci-miento de la tecnología eólica.

Estas actuaciones se consolida-ron con contactos y acuerdoscon pequeñas compañías, loque permitió a Abengoa un ni-vel comercial en sus productosa finales de 1986.

150


Viento Potencia Viento Potencia(m/s) (kW) (m/s) (kW)

0,0 0,0 13,0 1.183,11,0 0,0 14,0 1.250,12,0 0,0 15,0 1.281,73,0 0,0 16,0 1.294,04,0 32,1 17,0 1.298,25,0 91,6 18,0 1.299,56,0 172,5 19,0 1.299,87,0 291,2 20,0 1.300,08,0 439,3 21,0 1.300,09,0 604,3 22,0 1.300,0

10,0 770,6 23,0 1.300,011,0 928,7 24,0 1.300,012,0 1.072,2 25,0 1.300,0

Tabla I.

Viento Potencia Viento Potencia(m/s) (kW) (m/s) (kW)

5,0 1.545 8,0 4.3305,5 1.992 8,5 4.7586,0 2.454 9,0 5.1706,5 2.927 9,5 5.5547,0 3.408 10,0 5.9087,5 3.870

Tabla II.

mBar y densidad del aire de1,225 kg/m3, palas del rotor lim-pias y flujo de aire horizontal no perturbado. (Tabla I, Fig. 1)

Los datos de producción de

energía anual para las distintasvelocidades medias de viento ala altura del buje se calculan apartir de la curva de potenciaanterior suponiendo una distri-bución de Raleigh de velocidad

de viento, una disponibilidaddel 100%, no habiéndose consi-derado ni pérdidas en la red niotros factores que pudieranafectar a la producción. (TablaII, Fig. 2)

Características técnicas A-30/31 A-643 A-15XX(*)

- Potencia Nominal (kW) 300 600 1.500- Diámetro del Rotor (m) 31 43 66- Velocidad del Viento en el Eje del Rotor (m/s)

• Arranque 5 3,5 4• Potencia Nominal 12 11,5 11• Desconexión 25 27 26• Supervivencia 65 60 55

- Nº de Palas 3 3 3- Velocidad Giro Rotor (r.p.m.) 43,2 15-30 12-23,5- Altura de Torre (m) 30-40 48-55 64- Peso de Torre (t) 10,5-14 60-67 102

(*) En desarrollo.

Tabla I.

Figura 1.Figura 2.

1.4. Dewind Iberia, S.A.–––––––––––––––––––––––––––––––

Empresa de reciente implanta-ción comercial en España, iniciósu actividad eólica en Alemaniaen 1996, con una máquina de500 kW que de inmediato lamejoró a 600 kW.

Actualmente el número de má-quinas instaladas, básicamenteen Alemania asciende a 142 conuna potencia acumulada de93.900 kW. En catálogo tienenaerogeneradores desde 600 kWhasta 1.500 kW.

151

A finales de 1998, las plantas eó-licas suministradas e instaladaspor Abengoa totalizan una po-tencia superior a 100 MW.

Desarrollos Eólicos, cuyo capitalpertenece íntegramente a Aben-

goa, es quien lidera y canaliza laactividad en el sector eólico.

AEROGENERADORES SERIE A

Los aerogeneradores de la serieA, son máquinas tripalas de rotor

barlovento, siendo la regulaciónde potencia mediante un sistemade paso variable, que permite,tanto unas elevadas prestacionesen una amplia gama de veloci-dad de viento, como un frenadoaerodinámico efectivo.

Potencia (kW)a densidad 1.225 kg/m3

Figura 1. Potencia turbinas eólicas De-Wind

Tipo D48-600 kW D62-1.000 kW D-60-1.250 kW D62-1.250 kW D64-1.250 kW D70-1.500 kWCaracterísticas

Generales:

Disposición del eje Horizontal Horizontal Horizontal Horizontal Horizontal HorizontalModo de operación En paralelo En paralelo En paralelo En paralelo En paralelo En paraleloAltura de cubo (m) 50/55/60/70 60/68,5/91,5 60/68,5 60/68,5/91,5 60/68,5/91,5 64,5/89,5

Viento:

Velocidad viento mínima (m/s) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 3,5Velocidad viento nominal (m/s) 11,5 11,5 11,5 11,5 11,5 11Velocidad viento máxima (m/s) 19 23 28 25 23 20Potencia nominal (kW) 600 1.000 1.250 1.250 1.250 1.500Tensión nominal (V) 690 690 690 690 690 690

Rotor:

Diámetro del rotor (m) 48 62 60 62 64 70Número de palas 3 3 3 3 3 3Tipo de cubo Fundición Fundición Fundición Fundición Fundición FundiciónRevoluciones nominales (rpm) 23 23,2 21,1 20,5Rango de revoluciones (r.p.m.) 15-29,2 12,1-25,2 14,3-27,6 13,1-27,2 12-24,8 11,0-22,0Angulo de ajuste de pala (°) 0-90 0-90 0-90 0-90 0-90 0-90Angulo inclinación eje rotor (°) 4 4 4 4 4 4Velocidad nominal del rotor 20,7 23,9Tipo de paso Variable Variable Variable Variable Variable VariableControl de potencia Según ajuste de palas Según paso de palas Según ajuste de palas Según paso de palas Según paso de palas Según paso de palas

Tabla I.

152


Tipo D48-600 kW D62-1.000 kW D-60-1.250 kW D62-1.250 kW D64-1.250 kW D70-1.500 kWCaracterísticas

Palas:

Número de palas 3 3 3 3 3 3Perfil de las palas Serie 63 Serie 63 Serie 63 Serie 63 Serie 63 Serie 63Material palas Fibra vidrio/ Fibra vidrio/ Fibra vidrio/ Fibra vidrio/ Fibra vidrio/ Fibra vidrio/

resina epoxy resina epoxy resina epoxy resina epoxy resina epoxy resina epoxyLongitud pala (m) 23,1 29,1 29,1 29,1 31,1 ca. 34Area barrida (m2) 1.808 3.019 2.804 3.019 3.217 3.848

Multiplicador:

Diseño multiplicador Planetario/ Planetario/ Planetario/ Planetario/ Planetario/ Planetario/engranajes rectos engranajes rectos engranajes rectos engranajes rectos engranajes rectos engranajes rectos

Indice de multiplicación 1:45,5 1:53,5 1:48,9 1:49,6 1:48,9 1:87,7Par nominal (kNm) 217Lubricación Forzada Forzada Forzada Forzada Forzada Forzada

Sistema de orientación

Sistema orientación Diseño activo Diseño activo Diseño activo Diseño activo Diseño activo Diseño activoGiro orientación Dos motorred. Dos motorred. Dos motorred. Dos motorred. Dos motorred. Cuatro motorred.

eléctricos eléctricos eléctricos eléctricos eléctricos hidráulicosVelocidad de ajuste (°/s) 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6Sistema de fijado Frenos hidráu. Frenos hidráu. Frenos hidráu. Frenos hidráu. Frenos hidráu. Frenos hidráu.

Sistema de freno

Freno principal Paso de palas Paso de palas Paso de palas Paso de palas Paso de palas Paso de palasFreno de seguridad Frenos de disco Frenos de disco Frenos de disco Frenos de disco Frenos de disco Frenos de disco

Sistema de control Monitorización remota, transmisión automática de los datos (Mita-Teknika/s)

Generador

Tipo de generador Asíncrono de Asíncrono de Asíncrono de Asíncrono de Asíncrono de Asíncrono dedoble excitación doble excitación doble excitación doble excitación doble excitación doble excitación

Potencia nominal (kW) 600 1.000 1.250 1.250 1.250 1.500Tensión nominal (v) 690 690 690 690 690 690Frecuencia (Hz) 50 50 50 50 50 50Rango de deslizamiento (%) ±35 ±35 ±35 ±35 ±35 ±35Coseno phi 1,0; ajustable 1,0; ajustable 1,0; ajustable 1,0; ajustable 1,0; ajustable 1,0; ajustableProtección clase IP 54 IP 54 IP 54 IP 54 IP 54 IP 54Conexión a red Directa/ Directa/ Directa/ Directa/ Directa/ Directa/

Inversor IGBTU-U Inversor IGBTU-U Inversor IGBTU-U Inversor IGBTU-U Inversor IGBTU-U Inversor IGBTU-U

Condiciones de operación

Vida útil (años) 20 20 20 20 20 20Clase (IEC) III III I-60 m II III II-64,5 m

altura de cubo III-89,5 mII-68,5 m

altura de cubo

Torre Torre tubular de acero

Dimensiones:

Góndola: Largo x ancho x alto 4,6x2,5x3,3 m 9,0x2,5x2,91 m 9,0x2,5x2,91 m 9,0x2,5x2,91 m 9,0x2,5x2,91 mPeso 24.000 kg 43.000 kg 43.000 kg 45.000 kg 45.000 kg

Cubo: Diámetro 2,0 mLargo x ancho x alto 1,8 m (ancho) 2,924x2,532x2,297 m 2,924x2,532x2,297 m 2,924x2,532x2,297 m 2,924x2,532x2,297 mPeso 5.500 kg 7.500 kg 7.500 kg 7.500 kg 7.500 kg

Palas: Longitud 23,15 m 29,15 m 29,15 m 31,1 mPeso 1.800 kg/u 4.300 kg/u 4.300 kg/u 4.800 kg/u

Tabla I. (cont).

CARACTERISTICASAEROGENERADOR ENRON WIND 750I

Especificaciones técnicas:

- Potencia nominal: 750 kW- Control: paso variable- Velocidad inicial de generación:4 m/s- Velocidad paro potencia nomi-nal: aprox. 11,6 m/s- Velocidad de desconexión: 29m/s

Rotor :

- Número de palas: 3- Diámetro: 50 metros- Área de barrida: 1.963 m2

- Velocidad del rotor: variable en-tre 12,3 y 32,3 rpm.

1.6. Enron Wind Ibérica, S.L.–––––––––––––––––––––––––––––––

Enron Corp. es una importante"multiutilitie" americana conuna fabricación en el 98 de31.000 millones de euros y20.000 empleados, corporacióna la que pertenece EnronWind, que tiene tres centros defabricación: Zond Energy Sys-tems en USA, Tacke WindEnergie en Alemania y TackeEnergia Eólica en España, aho-ra Enron Wind Ibérica.

Enron Wind fabrica aerogene-radores desde 550 kW hasta2.000 kW. Tienen una capaci-dad de fabricación de 35-40turbinas por semana, que pre-tende aumentar sensiblemente

mediante la nueva planta deproducción en España. Encuanto a Tacke, desarrolló suprimera turbina en Alemaniaen 1985 y lleva más de 900 ae-rogeneradores instalados. Haabierto un nuevo centro deproducción dedicado al merca-do "offshore". Apostó desdehace tiempo por la solución develocidad variable como alter-nativa más ventajosa.

En España la empresa práctica-mente inicia su actividad conun pedido de 100 aerogenera-dores de la serie Enron Wind750 i por parte de Energías Eó-licas Europeas (50% Iberdrola,50% EHN), a suministrar desdela nueva fábrica de Noblejas(Toledo).

153

1.5. Ecotècnia, MCC–––––––––––––––––––––––––––––––

Esta empresa inició su andaduraen el campo eólico en 1981 deforma integrada, es decir, dise-ñando, fabricando y operandosus propios fabricados, muchasveces en la modalidad llave enmano.

En 1999 Ecotècnia se integró enla estructura empresarial delgrupo industrial MondragónCorporación Cooperativa –MCC, que agrupa a más de 100empresas cooperativas de varia-do espectro en cuanto a su fa-bricación. Cuenta el grupo concentros propios de I+D e inclu-so con una Universidad Politéc-nica propia.

En el grupo, Ecotècnia asume elliderazgo de toda la actividadeólica, con positivo efecto sinér-gico.

Su arranque industrial lo hizo enel 92 montando en Tarifa unparque eólico de 50 máquinasde 150 kW. Ahora tiene ya ins-taladas 390 máquinas con 131MW. Ha entrado en el 2000 conpedidos por 160 MW, del ordende 170 máquinas de 750 kW, sumodelo comercial de gama alta.

En este mismo año tiene previs-to también finalizar el desarrollode un nuevo aerogenerador de1.200 kW. Con esta nueva má-quina completa la gama de ae-rogeneradores, constituida hastaahora por cuatro modelos:

- Ecotècnia 150, de 150 kW y 20m de diámetro.- Ecotècnia 225, de 225 kW y 28m de diámetro.- Ecotècnia 640, de 640 kW y 44m de diámetro.- Ecotècnia 750, de 750 kW y 48m de diámetro.

Complementariamente Ecotèc-nia realiza instalaciones domés-ticas híbridas, eólico-solares yde electrificación rural.

Dentro del programa Joule aca-ba de desarrollar un sistema in-tegral autónomo eólico-fotovol-taico-diesel en la gama de 10-50kW.

ECOTECNIA 640


Rotor:

- Diámetro: 44 m- Superficie barrida: 1.520, 5 m2

- Palas: 3x19,1 m

- Velocidad de rotación: 26,9 r.p.m.- Control: Por pérdida aerodiná-mica

Operación:

- Potencia nominal: 640 kW- Velocidad de arranque: 4,5 m/s- Velocidad de corte:25 m/s

Freno:

- Principal: aerodinámico en pala- En buje: de disco

Multiplicador:

- Tipo: Tandem de ejes paralelos- Relación: 1:55,76- Lubricación: Bomba eléctrica

Generador:

- Tipo: Inducción- Potencia: 2x300 kW- Velocidad de giro: 1.500 rpm.


- Tipo: Activo- Actuación: Eléctrica- Freno: Hidráulico de seguridad

Torre:

- Tipo: Tubular troncónica- Altura de buje: 37 m

- Velocidad para potencia nomi-nal: 13 m/s- Velocidad de desconexión: 25m/s

Rotor de 70.5 metros de diámetro:

- Velocidad inicial de genera-ción: 3 m/s- Velocidad para potencia nomi-nal: 12 m/s- Velocidad de desconexión: 22m/s

Rotor de 77 metros de diámetro:

- Velocidad inicial de generación:3 m/s- Velocidad para potencia nomi-nal: 11,8 m/s- Velocidad de desconexión: 20m/s

Rotor

- Número de aspas: 3 - Diámetro: 65/70,5/77 metros - Area de barrido: 3.318 m2/3.902 m2/4.657 m2

- Velocidad del rotor: variable 11B 20 r.p.m o 10 B 18 con rotorde 77 metros de diámetro


- Tipo: caja de engranaje cilín-drico (de dentadura recta) pla-netario de tres pasos, i=90 - Para rotor de 77 metros: i=98

Generador:

- Tipo: generador asíncrono conanillos rozantes - Potencia nominal: 1.500 kW

Inversor:

- Tipo: inversor de frecuencia detransistor bipolar de puerta ais-lada (IGBT)

Sistema de frenado:

- Regulador individual de paso- Freno a prueba de fallo


- Motor con sensor que determi-na la dirección del viento y conun sistema automático que de-senrolla los cables

Caja de velocidades:

- Tipo: 2 pasos integrados conejes paralelos: i = 40.65

Generador:

- Tipo: 6 polos, generador asín-crono con anillos rozantes- Potencia nominal: 750 kW, 50ó 60 Hz

Inversor:

- Tipo: inversor de frecuencia detransistor bipolar de puerta ais-lada (IGBT)

Sistema de freno:

- Regulador individual de pasovariable.- Sistema de control de freno aprueba de fallo.

- Tres sistemas individuales defreno aerodinámico. - Freno mecánico de parada.


- Cojinete de bolas de contactode cuatro puntos. - Motor con sensor que determi-na la dirección del viento y conun sistema automático desenro-llador de cables.

Torre:

- Revestimiento de capas múlti-ples, torre cónica de acero tubu-lar con una escalera interna deseguridad que lleva a la góndola.- Altura del buje: 55 ó 65 metros.

Sistema de protección de rayos:

- Pararrayos instalados en losextremos de las aspas.- Descarga dentro de las aspasdel rotor a lo largo de la góndo-la y la torre.

CARACTERISTICAS TW 1.5SL/TW 1.5S/TW 1.5


- Potencia nominal: 1.500 kW- Control: paso variable

Rotor de 65 metros de diámetro:

- Velocidad inicial de genera-ción: 4 m/s

154


Figura 1.Curvas de potenciapara TW1,5SL/1,5S/1,5

Figura 2.

1.7. Gamesa Eólica, S.A.–––––––––––––––––––––––––––––––

El grupo Gamesa pertenece enun 72%, a partes iguales, a Iber-drola, y al BBVA. Como tal Ga-mesa es líder en el diseño y fa-bricación de aerogeneradores.En 1999 tuvo un 57% de cuota demercado eólico español, muypor delante de su más inmediatocompetidor y a nivel mundialocupó el tercer puesto con un13,3%, por detrás de Vestas(17%) y Neg-Micon (15%). En1994 montó su primera máquinaG39 de 500 kW, hoy ya fuera defabricación. A 31 de agosto de2000 había instalado en España60 parques con 1.812 máquinas y1.176 MW. A nivel mundial tienecontratado siete parques por másde 40 MW en China, Francia, Mé-xico y Argentina. Actualmentecuenta con 1.150 empleados.

Dentro del grupo, Gamesa Ener-gía aglutina toda la actividad eó-lica como sigue: Gamesa Eólicadiseña y fabrica aerogenerado-res; Gamesa Energía Ibérica pro-mociona y explota parques eóli-cos; Gamesa Energía Serviciosrealiza trabajos de ingeniería,montaje y mantenimiento inclui-do llave en mano, de parqueseólicos; Gamesa Energía Inter-nacional promociona, estudia ymonta parques fuera del territo-rio internacional.

Gamesa Eólica cuenta con diezcentros distribuidos a lo largo dela geografía española, en losque fabrica las góndolas, torres,palas, etc. La central está enPamplona.

En virtud del acuerdo de trans-ferencia tecnológica con Vestasse desarrollaron las máquinas de500, 600 y 660 kW. Gamesa Eó-lica ha desarrollado conjunta-mente con Vestas la máquina G-52 de 850 kW.

AEROGENERADORES G47-660 KW, G66-1.650 KW Y G52-850 KW

Principales características del ae-rogenerador Gamesa:

Torre:

- Revestimiento a tres capas, to-rre cónica de acero tubular conuna escalera interna de seguri-dad que lleva a la góndola.- Sistema de montacargas, pesomáximo 250 kg - Altura del cubo: • Rotor de 65 metros: 67.1, 80 ó85 metros • Rotor de 70.5 metros: 64.7, 80,85 ó 100 metros • Rotor de 77 metros: 61.4, 80,85 ó 100 metros

Insonorización:

- Estructura insonorizada del sis-tema de transmisión - Caja de transmisión de ruidoreducido - Velocidad del extremo del aspareducida - Góndola de ruido amortiguado

Sistema de control:

- Sistema de control con memo-ria programable - Control lógico programable(PLC)- Sistema de control a distancia


- Pararrayos instalados en losextremos de las aspas - Descarga dentro de las aspasdel rotor a lo largo de la góndo-la y la torre

CARACTERISTICAS TW 2.0 OFFSHORE


- Potencia nominal: 2.000 kW- Control: paso variable- Velocidad inicial de generación:4 m/s- Velocidad para potencia nomi-nal: ~13 m/s- Velocidad de desconexión: ~25m/s

Rotor:

- Número de aspas: 3- Diámetro: 70,5 metros- Area de barrido: 3.902 m2

- Velocidad del rotor: variable 12,4B 23 rpm.


- Tipo: caja de engranaje cilín-drico (de dentadura recta) pla-netario de tres pasos, i=78,4

Generador:

- Tipo: generador asíncrono conanillos rozantes - Potencia nominal: 2.000 kW

Inversor:

- Tipo: inversor de frecuencia detransistor bipolar de puerta ais-lado (IGBT)

Sistema de frenado:

- Regulador individual de paso- Freno a prueba de fallo


- Motor con sensor que determi-na la dirección del viento y conun sistema automático que de-senrolla los cables

Torre:

- Revestimiento de tres capas,torre cónica de acero tubularcon una escalera interna de se-guridad que lleva a la góndola - Sistema de montacargas, pesomáximo 250 kg - Altura del cubo: dependiendode su ubicación

Insonorización:

- Estructura insonorizada del sis-tema de transmisión - Caja de transmisión de ruidoreducido - Góndola de ruido amortiguado

Sistema de control:

- Sistema de control con memo-ria programable - Control lógico programable (PLC} - Sistema de control a distancia


- Pararrayos instalados en losextremos de las aspas - Descarga dentro de las aspasdel rotor a lo largo de la góndo-la y la torre

155

156


- Palas de paso variable (Opti-Tip) en lugar de paso fijo.• Potencia óptima.• Disminución del nivel sonoro.• Amortiguación de esfuerzos dinámicos de la má-quina.- Sistema de control Ingecon-W de velocidad variabley generación síncrona.• Convertidor última tecnología IGBT’s.

• Doblemente alimentado (DFM).• Control de potencia reactiva.• Aumento de eficiencia y producción.• Mejora de la vida útil de la máquina.• Bajo contenido de armónicos y mínimas pérdidas.- Diseño modular de torres con varias alturas disponi-bles (40 a 80 m).- Bajo coste de mantenimiento.

Rotor PalasDiámetro: 47 m Nº de palas: 3Area de barrido: 1.735 m2 Longitud: 23 mVelocidad de giro: Variable, 22,8 ÷ 30,9 rpm Perfil: NACA 63600/FFA-W3Dirección de giro: Agujas del reloj Material: Preimpregnado rexina epoxyPeso (incl. Buje): Aprox. 7.200 kg Peso pieza Peso nacelle: Aprox. 20.400 kg completa: 1.500 kg

Color: RAL 9018

Multiplicador G47-660kWTipo: Planetaria helicoidalRatio: 1:52.626

Torre tubularDiámetro superior (todas torres): 2,0 m

Tipo Altura Diámetro inferior PesoTorre modular, 2 secciones 40 m 3,0 m 28.000 kgTorre modular, 2 secciones 45 m 3,0 m 33.000 kgTorre modular, 3 secciones 50 m 3,3 m 38.000 kgTorre modular, 2 secciones 55 m 3,3 m 50.700 kg

CimentacionesTipo Altura Diámetro máx. Peso

Torre de 40/45 m 2,1 m 3,2 m 3.100 kgTorre de 50/55 m 2,1 m 3,5 m 3.400 kg

Generador 660 kW Generador+ConvertidorTipo: Asíncrono Tipo de generación: SíncronaPotencia nominal: 660kW Potencia del estátor: 660 kWTensión: 690 V Intensidad del estátor: 690 VFrecuencia: 50 Hz Intensidad: 553 AClase de aislamiento estátor/rotor: F/F Cos ϕ: 1,00Clase de protección: IP55Número de polos: 4Velocidad de rotación: 1511,9 rpmIntensidad nominal: 557,9 ACos ϕ: 1,00

Sistema de controlGenerador doblemente alimentado, controlado en velocidad y potencia mediante convertidoresde IGBT’s y control electrónico PWM.Ventajas: Control potencia reactiva: bajo contenido en armónicos y mínimas pérdidas; aumen-to de la eficiencia y de la producción y mejora de la vida útil de la máquina.

Tabla I. Especificaciones técnicas G47-660 kWFigura 1. Curva de potencia Aerogenerador G47-660 kW

Figura 2. G52-850 kW

V 1.255 kg/m3 V 1.255 kg/m3

4 0 12 6305 53 13 6706 106 14 6907 166 15 6968 252 16 6999 350 17 700

10 464 18 70011 560 19-25 700

Generador 850 kW

Tipo: Generador doblementealineado

Potencia nominal: 850 kWTensión 650 V acFrecuencia: 50 HzClase de protección: IP 54Número de polos: 4Velocidad de giro: 900:1.750 rpmIntensidad nominal/Estátor: 650 A@690 VFactor de potencia: (defecto): 1,0Rango factor de potencia: 0,95 CAP-0,95IND (opción)

desarrollos han llevado a MADE,dentro del Grupo Endesa, al ac-tual generador de 1.300 kW.

En este tiempo ha instalado enEspaña 1.184 máquinas con unapotencia total de 525.425 kW y74 máquinas con 33.000 MW enel extranjero, principalmente enChina a través de una joint ven-ture con una empresa local.

1.8. MADE Tecnologías–––––––––––––––––––––––––––––––

A principios de los 80 y coinci-diendo con el inicio del Progra-ma de Investigación del sectoreléctrico (PIU-PIE) y posterioraparición de IDAE como promo-tor de las renovables inició elGrupo Endesa diversos diseñoseólicos acometidos desde GESA

en un principio. Se desarrolla-ron las primeras máquinas de 36kW y aun cuando se participóen el proyecto AWEC-60 de unaerogenerador de 1.200 kW enCabo Vilano con tecnología ger-manoespañola no fue una líneaque fructificó en aquel enton-ces. El salto industrial supuso lapuesta en el mercado del mode-lo TAE-30 (330 kW). Sucesivos

157

V10 m/s 1,225 1,06 1,09 1,12 1,15 1,18 1,21 1,24 1,27

5 79 64 67 69,4 72,3 75,1 77,9 80,7 83,57 286 243 251 259 267 274 282 290 2999 640 546 563 580 597 614 631 648 66511 1.064 913 941 968 996 1.023 1.051 1.078 1.10513 1.425 1.241 1.277 1.312 1.346 1.379 1.411 1.440 1.46815 1.616 1.509 1.539 1.562 1.582 1.598 1.611 1.621 1.62917 1.650 1.631 1.638 1.642 1.645 1.646 1.647 1.650 1.65019 1.650 1.650 1.650 1.650 1.650 1.650 1.650 1.650 1.650

20-25 1.650 1.650 1.650 1.650 1.650 1.650 1.650 1.650 1.650

Tabla II. G66-1650kW

Figura 3. G66-1650 kW

Modelo AE-61 AE-52 AE-46/1Denominación

Rotor

Potencia nominal (kW) 1.320 800 660Control de potencia Entrada en pérdida Por cambio de paso y Entrada en pérdida

velocidad 100% variableDiámetro del rotor (m) 61 52 46Area barrida por el rotor (m2) 2.922,5 2.123,7 1.662Número de palas 3 3 3Orientación Activo barlovento Activo barlovento Activo barloventoTipo de pala LM 29.1 LM 25,1 p LM 21Rango de velocidades del rotor (r.p.m.) 18,8 a 12,5 12,8 a 25,71 Altura de buje sobre suelo (m) 60 50 45Angulo de inclinación 5º 5º 5º

Multiplicador

Tipo Ejes paralelos y planetarios Ejes paralelos Planetario o ejes paralelosRelación de multiplicación 1:80,8 1:58,344 1:59,50

Generador

Tipo de generador Asíncrono trifásico, 4 y 6 polos Síncrono trifásico, de cuatro polos Asíncrono trifásico, 2 velocidadesTensión de alimentación (v) 690 +- 5% 1.000 +-5% 690

Convertidor de frecuencia

Topología -------- Rectificador de diodos, --------chopper elevador, inversor de IGCT’S

Tensión de alimentación (v) --------- 1.000 ----------Frecuencia de red (Hz) ------- 50 +-2% ----------Gestión de coseno de ϕ 6 etapas de condensadores Máxima eficiencia a todas las cargas 4 etapas de condensadores

Tabla I. Características técnicas

158


Figura 2. Curva de potencia AE-61 Figura 3. Curva de potencia AE-52

Figura 1. Curva de potencia AE-46/1

Modelo AE-61 AE-52 AE-46/1Denominación

Sistema de freno

Freno principal Aerofrenos en punta de pala Cambio de paso de las palas AerofrenosFreno de seguridad Freno de disco, pinza Freno de disco, pinza Freno mecánico en

hidráulica en el eje rápido hidráulica en el eje rápido el eje rápido

Sistema de orientación

Tipo 4 moto-reductores eléctricos, 2 moto-reductores eléctricos, Motor eléctrico con etapas reductoras con etapas reductoras Transmisión paralela

sinfin y planetario sinfin y planetarioFreno 8 pinzas de freno hidráulicas 5 pinzas de freno hidráulicas Pinzas hidráulicas

Altura de torre

Tipo Tronco-cónica de acero soldado Tronco-cónica de acero soldado Tronco-cónica de acero soldadoNúmero de tramos Tres, embridados internamente Tres, embridados internamente Tres, embridados internamenteAltura (m) 58,5 48,5 43,5

Condiciones de operación

Clase de viento I según IEC 61400-I I según IEC 61400-I I según IEC 61400-IVelocidad de arranque (m/s) 3,5 3,5 3,5Velocidad de parada (m/s) 25 25 25Temperatura ambiente de diseño -20ºC/+50°C -20ºC/+40°C ------

Pesos aproximados

Rotor 23.000 15.000 12.000Góndola 49.000 30.000 25.000Torre 89.500 50.000 40.000Total 161.500 95.000 77.000

Tabla I. (cont)

Curva de potencia Producción anualViento (m/s) Pot. (kW) Viento (m/s) Pot. (kW) Viento (m/s) Prod. (kW·h)

4 14 15 660 6 1.253.1705 46 16 656 7 1.750.8606 87 17 638 8 2.218.9907 129 18 622 9 2.626.7208 215 19 603 10 2.957.6509 312 20 59110 415 21 57911 507 22 56912 573 23 56713 620 24 56714 653 25 570

Calculado con Weibull, K = 2

Tabla II. AE-46/1

multiplicadores del mundo. Juntos,desarrollamos unos nuevos y mejo-rados multiplicadores de tres etapasque pueden manejar todas las cargasa las que sean sometidos. Además,el Multi-Power 52 dispone de dossistemas de frenos hidráulicos. Elfreno aerodinámico del extremo dela pala y el freno de disco mecánicofuncionan en tándem para asegurarun frenado suave para los cojinetesy el multiplicador. Además, la dobleacción del disco de freno hace queel frenado sea aún más suave.

Bajos costes - mayores beneficios

Al diseñar el Multi-Power 52, nues-tro objetivo era utilizar la experien-cia adquirida con el aerogeneradorMulti-Power 48 para crear un aero-generador todavía más competitivo.El resultado es una atractiva relaciónentre la inversión, la explotación y elmantenimiento. Por otra parte, elrendimiento anual y el precio alta-mente competitivo del aerogenera-dor Multi-Power 52, garantizan unoscostes bajos de generación y un altoretorno de la inversión.

DATOS TECNICOS: MULTI-POWER 52

Parámetros de funcionamiento:

- Potencia nominal: 750 kW- Regulación de potencia: Pérdidaaerodinámica- Pot. máx. a vel. de viento: 16 m/s- Velocidad mínima: 3,5 m/s- Velocidad máxima: 25 m/s

Rotor:

- Diámetro del rotor: 52,2 m- Area barrida por el rotor: 2.140 m2

- Número de palas: 3- Revoluciones del rotor: 22/15 rpm.- Posición del rotor: A barlovento

Sistema de freno:

- Freno de extremo de pala: Hidráu-lico, seguro al fallo- Freno de disco : 1 freno hidráulico,seguro al fallo

Tren de potencia:

- Tipo de multiplicador: Planetario –eje paralelo

9. Neg Micon Ibérica, SAU–––––––––––––––––––––––––––––––

Neg Micon a nivel de repartomundial del mercado eólicoocupa el segundo lugar con un15%, a poca distancia del lídermundial Vestas. Tiene instaladosen todo el mundo más de 9.200aerogeneradores.

Su gama de productos está divi-dida en tres plataformas:

- Plataforma MULTI-POWER, conlos modelos 44 y 48, todos ellosde 600/150 kW de potencia no-minal, y los modelos 44, 48 y 52todos ellos de 750/200 kW.

- Plataforma UNI-POWER, conlos modelos 54 y 60 de 1.000/250kW y los modelos C64 y C72 de1.250/400 kW de potencia nomi-nal.

- Plataforma MEGA-POWER, conel modelo 72, de 2.000/500 kW.

Todas las plataformas están de-sarrolladas bajo el concepto quedenominan "powerful simpli-city".

En España Neg Micon inició suactividad en 1997. Actualmentetiene instaladas 228 máquinasen ocho parques, totalizandouna potencia de 151 MW (enPortugal tiene 58 unidades con10 MW).

Es de destacar que Neg MiconIbérica tiene actualmente enconstrucción en España catorceparques eólicos, tres de ellos ex-perimentales, con un total de 436máquinas que suman 323’2 MW.

Con el aerogenerador Multi-Po-wer 52, NEG Micon ha marcado,una vez más, las pautas a seguirpara conseguir una relación en-tre precio, calidad y rendimien-to en el sector de aerogenerado-res altamente eficientes. Al igualque otros aerogeneradores de lamisma categoría, el Multi-Power52 puede instalarse sólo, en pe-queños grupos o en parque eó-licos de gran escala.

El nuevo Multi-Power 52 es una

versión avanzada de los recono-cidos y altamente flexibles aero-generadores Multi-Power 48 yMulti-Power 44, que son idealespara la mayoría de los emplaza-mientos y condiciones climáti-cas. Con más de mil modelosinstalados, NEG Micon es, en laactualidad, uno de los líderesmundiales en el suministro deaerogeneradores. Por eso el ae-rogenerador NEG Micon Multi-Power 52 está construido con lamisma filosofía de diseño y se-gún la misma experiencia, docu-mentación y conocimientos tec-nológicos que los otros aeroge-neradores NEG Micon de estacategoría. ¡Es lo que llamamostecnología probada!.

Con la mejora del sistema deorientación y el rotor, y la incor-poración de la estructura de fun-dición, más rígida y robusta, eldepartamento de I+D de NEGMicon ha logrado crear un aero-generador con un rendimientoexcepcional y de alto nivel.

Principios de diseño

Al igual que en otros aerogene-radores de la categoría Multi-Po-wer, el eje del rotor, el multipli-cador y el generador están colo-cados en línea recta a través dela góndola. Mediante este dise-ño, las cargas de funcionamien-to son transferidas desde los co-jinetes y el multiplicador a lagóndola y a la torre.

Esto no sólo asegura una óptimaexplotación del viento, sinotambién la mejor transferenciaposible de potencia y un des-gaste mínimo. Manteniendo es-tos probados principios de dise-ño, recogidos de los otros aero-generadores NEG Micon, garan-tizamos que el Multi-Power 52será un aerogenerador fiel anuestro lema de "Powerful Sim-plicity".

La tecnología de los multiplicadores

El diseno del Multi-Power 52 esel resultado de una estrecha co-laboración entre NEG Micon ylos principales fabricantes de

159

10. Nordex Ibérica (Borsigenergy), S.A.–––––––––––––––––––––––––––––––

A la hora de cerrar la edición deeste número monográfico no sehabía recibido las documenta-ción solicitada a Nordex, la mis-ma que a las nueve anterioresempresas.

Como referencia puede señalar-se que esta empresa germano-danesa suministró en 1999 15MW en Aragón.

Posteriormente han llegado lascaracterísticas de sus dos máqui-nas más avanzadas que adjunta-mos a continuación.

NORDEX N62/1.300 kW

Rotor:

- Tipo: 3 palas, eje horizontal- Diámetro del rotor: 62 m- Area cubierta: 3.020 m2

- Regulación de potencia: Efectostall- Velocidad RPM: 19/13 - Velocidad de viento de puestaen marcha/de parada: 3,5/25 m/s- Producción nominal con: ± 15m/s- Velocidad de viento de super-vivencia: 55 m/s (GermanischerLloyd Clase 2)- Vida útil del molino: 20 años

Caja de transmisión:

- Tipo: Combinado, caja de 3 eta-pas con 1 etapa planetaria, 2 eta-pas de engranajes cilíndricos dedientes helicoidales- Proveedor: Flender, Eickhoff osimilar- Capacidad nominal: 1.345 kW- Relación de transmisión:1:79- Volumen de aceite: 230 l

Palas:

- Proveedor: LM , Aerpac o similar- Longitud de palas: 29,0 m- Material: Polyester (o resinaepóxica) reforzado con fibra devidrio y fibra de carbón- Longitud de punta de palas: 3,8 m- Protección contra rayos: Incor-porada en la pala

- Cociente: 1:67,5 (1:81,0 – USA)- Eje principal: Eje forjado y brida- Cojinete principal: Cojinete derodillos esférico- Refrigeración: Intercambiadorde calor

Generador:

- Tipo: Asíncrono, 4-6 polos- Voltaje nominal: 690 V (600 V -USA)- Frecuencia nominal: 50 Hz (60Hz-USA)- Potencia nominal: 750/200 kW- Refrigeración: Mezcla agua/gli-col al 50 %


- Tipo: Cojinete deslizante- Mecanismo conductor: 3 moto-rreductores eléctricos planetarios

Torre:

- Tipo: Cónica, acero pintada- Altura de buje: 45, 55

Regulador:

- Tipo: Control por ordenador- Sistema velocidad mínima: Arran-que suave por tiristores- Compensación de reactiva: Ge-nerador en vacío- Control remoto: Por módem

Sensores:

- Sensores RPM: Rotor, genera-dor, sistema de orientación- Sensores de temperatura: Mul-tiplicador, generador, regulador,ambiente- Sensor de vibración: Góndola,rotor- Meteorología: Anemómetro, ve-letas- Sistemas hidráulicos: Transduc-tores de presión

Protección contra rayos:

- Según la norma: IEC 1024 clase l- Palas: Receptor en el extremode las palas- Góndola: Barra Pararrayos

160


Figura 1.

Figura 2.

- Longitud de palas: 34,0 m- Material: Polyester (o resinaepóxica) reforzado con fibra devidrio y fibra de carbón- Protección contra rayos: Incor-porada en la pala- Accionamiento Pitch: 3 motoresDC con baterías como buffer

Generador:

- Proveedor: Loher, Alstom, Weiero equivalente- Potencia nominal: 1.500 kW - Tensión y Frecuencia nominal:690 V /50 Hz- Tipo: Asíncrono con doble ali-mentación- Rotación nominal: 1.000 hasta1.800 r.p.m. (± 10%)- Categoría de protección: IP54 - Tipo de inversor de frecuencia:IGBT con modulación amplia depulso

Sistema direccional:

- Tipo: Giro activo, mando porveleta - Accionamiento: 4 motores eléc-tricos con reductores planetarios- Velocidad de giro: 0,75 gradospor segundo

Sistema de control:

- Tipo: Micro-procesador- Transferencia de señales: Fibraóptica- Control/Monitorización remo-tos: Incorporados en el sistema- Proveedor: MITA Teknik

Generador:

- Proveedor: Loher, Elin o equi-valente- Potencia nominal: 1.300/250 kW - Tensión y Frecuencia nominal:690 V/50 Hz- Tipo: Asíncrono, refrigeracióna agua - Rotación nominal: 1.515 /1.010rpm.- Categoría de protección: IP54(clase de aislamiento F/B)- Rendimiento a 75% carga: 96,5%

Sistema direccional:

- Tipo: Giro activo, mando por 2veletas- Accionamiento: 3 motores eléc-tricos con reductores planetarios- Velocidad de giro: 0,6 gradospor segundo

Sistema de control:

- Tipo: Controlador lógico pro-gramable- Acoplamiento de red: Suave através de tiristores- Control/Monitorización remo-tos: Incorporados en el sistema- UPS (acumuladores): Incorpo-rado en el sistema

Sistema de frenado:

- Frenos aerodinámicos, tipo: Pun-ta de palas pivotantes- Frenos aerodinámicos: Accio-namiento: Hidráulico, mandomediante sistema de control, ac-tivados por reducción de pre-sión hidráulica (tipo fail safe)

- Freno mecánico, tipo: Frenode disco actuado por medio deresortes y desacoplado por pre-sión hidráulica (tipo fail safe)- Freno mecánico, ubicación: La-do rápido con 2 zapatas de freno - Tiempo de parada a partir dela máxima rpm.: Alrededor 6 se-gundos

Torre:

- Tipo: Tubular tronco-cónica- Altura de las torres: 60, 69 y 85 m- Protección de corrosión: Trata-miento con chorro de arena y pin-tado con 250 µm de pintura epó-xica (de acuerdo con ISO 12944)

Peso:

- Góndola, excluído el rotor: 49,7 t- Rotor, incluído el cubo: 18,2 t - Caja de transmisión:12,2 t- Generador: 6,8 t

SÜDWIND S70/1.500 kW

Rotor :

- Tipo: 3 palas, eje horizontal- Diámetro del rotor: 70 m- Area barrida: 3.850 m2

- Regulación de potencia: Palascon paso variable (pitch control)- Velocidad RPM: 10 hasta 19 rpm(±10%)- Velocidad de viento de puestaen marcha/de parada: 3,0/25 m/s- Producción nominal con: ±13m/s- Velocidad de viento de super-vivencia: 55 m/s (GermanischerLloyd Clase 2)- Vida útil del molino: 20 años

Caja de transmisión:

- Tipo: Combinado, caja de 3etapas con 1 etapa planetaria, 2etapas de engranajes cilíndricosde dientes helicoidales- Proveedor: Flender, Eickhoff osimilar- Capacidad nominal: 1.615 kW- Relación de transmisión: 1:95- Par nominal: 812 kNm

Palas y regulación de potencia Pitch:

- Proveedor: LM , Aerpac, NOI osimilar

161

Curva de potencia medida por WindConsult, AlemaniaCurva de potencia medida para densidad del aire de1.225 kg/m3

Curva de potencia medida por WindTest GmbH, AlemaniaCurva de potencia medida para densidad del aire de1.225 kg/m3

Figura 1.Curva de potencia.Nordex N62/1.300 kW

Figura 2. Curva de potencia.Südwind S70/1.500 kW

de dos columnas que llevan enla parte superior una serie depoleas/alternador repartidasproporcionalmente a lo largo dela columna. Las poleas situadasa un mismo nivel guían con susgargantas a un anillo de cablede acero que rodea las colum-nas. Las palas, sujetas perpendi-cularmente a los cables, al serempujadas por el viento mue-ven los cables y estos a las po-leas/alternador generándoseenergía eléctrica. Las palas sonde planta rectangular sin tor-sión, perfil simétrico y compen-sadas aerodinámicamente deforma que el ángulo de ataquede la pala es constante para to-da dirección de viento. La limi-tación de potencia se realiza pordisminución de ángulo de ata-que, de forma autónoma en ca-da pala, controlando el par apli-cado en el eje del generadoreléctrico.

Enerlim, S.L.–––––––––––––––––––––––––––––––

Enerlim, dentro del mercado dela energía eólica actúa comoproveedor de tecnología y nocontempla como actividad pro-pia la fabricación y comerciali-zación del aerogenerador detraslación. Por ello está abierto aencontrar fórmulas de colabora-ción con fabricantes, inversoreso promotores interesados en sufabricación y comercialización.

Como oportunidad de negociopresenta grandes ventajas com-parativas:

- Baja inversión inicial para su fa-bricación ya que los materiales ytécnicas empleados (modulari-dad, facilidad de transporte, mé-todos de fabricación a gran esca-la, tecnología "blanda", etc.), em-pleados son de uso generalizado.

- El bajo coste del kWh genera-do lo hace rentable incluso eninstalaciones aisladas y vientosmedios de 4,5 m/s, lo que im-plica un aumento muy conside-rable de las zonas útiles paraemplazamientos.

- Es un producto protegido me-diante patentes cruzadas en to-dos los países desarrollados y,por tanto, se puede explotar enexclusividad por la(s) empre-sa(s) licenciatarias.

- Es una innovación tecnológicay como tal abierta a desarrollosfuturos.

- Penetración en emplazamien-tos no protegidos por los agen-tes actuales del negocio.

- Mejor aprovechamiento del te-rreno disponible.

AEROGENERADOR E-300

A través de la historia, los dis-positivos de traslación movidospor el viento se han utilizadomás como medio de propulsiónque para producir energía.

Desde principios de siglo se handiseñado y ensayado aerogene-radores basados en la coloca-ción de dispositivos de arrastrey sustentación sobre vehículosterrestres o colgados de cablesque describían trayectorias recti-líneas o circulares de gran diá-metro, pero ninguno de ellos hasido desarrollado con éxito has-ta su comercialización.

Descripción del aerogenerador:

El aerogenerador se compone

162


Sistema de frenado:

- Frenos aerodinámicos: Accio-namiento: 3 motores elécricosDC independientes (baterías co-mo buffer en caso de falta desuministro de energía eléctrica)- Freno mecánico, tipo (en casode paradas de emergencia): Fre-no de disco actuado por mediode resortes y desacoplado por

presión hidráulica (tipo fail safe)- Freno mecánico, ubicación: La-do rápido con 2 zapatas de freno

Torre:

- Tipo: Tubular tronco-cónica- Altura del buje: 65, 80 y 85 m- Protección de corrosión: Trata-miento con chorro de arena ypintado con 250µm de pintura

epóxica (de acuerdo con ISO12944)

Peso:

- Góndola excluido el rotor: 56 t- Rotor incluido el cubo: 32,3 t- Torre (para altura de buje de65 m): 93 t- Pala: 4,7-5,7 t

Tabla de características

Potencia nominal 300 kW (10 m/s)

Limitación depotencia Cambio de paso

Velocidad de desconexión 25-35 m/s

Superficie decaptación 1.500 m2

Frenos Neumático

Generador Asíncrono

Altura torres 24 m

Tabla I. Aerogenerador E-300

Figura 1.

La potencia de las turbinas va de250 W a 12 kW.

MOLINOS DE VIENTO PARA BOMBEO

Las capacidades son aproxima-das y basadas en molino ope-rando con vientos como se de-muestra más abajo. El golpe cor-to incrementa la elevación debombeo un tercio y reduce lacapacidad de bombeo un cuarto.Con vientos a 12 mph, la capa-cidad se reduce aproximada-mente en un 20%; con vientosde 10 mph, alrededor del 38%.

2.2. J. Bornay Aerogeneradores. SRC–––––––––––––––––––––––––––––––

Esta empresa fue fundada a prin-cipios de los 70 por los hermanosJuan y David Bornay. En estetiempo ha llegado a ser el primerfabricante nacional de aerogene-radores de pequeña potencia.

A la fecha de 1 de enero de 2000había suministrado más de 1.700instalaciones con una potenciaeólica instalada sobre 1MW.

En 1999 instalaron 162 máqui-

nas con una potencia total de223 kW y en el 2000 esperaninstalar 200 unidades con sumade 250-300 kW.

Precisamente este año se hantrasladado a unas nuevas insta-laciones con más de 1.500 m2

construidos. Su gama de pro-ductos cubre los pequeños aero-generadores para producción deelectricidad, solos o integradosen sus sistemas híbridos eóli-co/solares, fotovoltaicos conacumulación, y la fabricación demolinos de viento para bombeode agua.

163

2.1. Aplicación de Energías Sustitutivas, S. L. (ADES)–––––––––––––––––––––––––––––––

(Al no haberse recibido en plazo lainformación solicitada a ADES se re-pite la reseñada por IDAE en 1996)

ADES es una empresa especiali-zada en el diseño de bombas yturbinas a velocidad variable ydispone de patentes propias. Lacaracterística fundamental de susturbinas eólicas es el control depotencia por empuje axial delviento sobre el rotor compensadopor un contrapeso (turbinas eóli-cas pendulares). Estas turbinassirven para accionar bombas di-rectamente, apoyar a motores re-duciendo su consumo o accionargeneradores síncronos a travésde un circuito oleohidráulico. Lasturbinas eólicas por lo generalson bipalas, trabajando a λ = 6.

2. Fabricantes de pequeñosaerogeneradores.Domésticos/agrícolas/híbridos

Esta empresa comenzó sus prime-ras actividades en el sector en1993 con un desarrollo propio deaeroturbinas oleohidráulicas cuyoprimer prototipo fue instalado enCalaf (Barcelona) en 1994. Poste-riormente, en 1995 fue instalada

una segunda máquina en GranCanaria, presentando algunas mo-dificaciones sobre el primer proto-tipo. En la actualidad están en eje-cución diversas instalaciones quepueden suponer la puesta en mar-cha de bastante MW adicionales.

Modelo Mod-A Mod-B Mod-C

Rotor

Nº palas 2 2 2Diámetro (m) 18 20 30Régimen Nominal (r.p.m.) Variable variable VariablePosición relativa Sotavento Sotavento SotaventoControl de potencia Rotor basc. Rotor basc. Rotor basc.

Transmisión de potencia

Tipo Oleohidráulica Oleohidráulica Oleohidráulica

Orientación

Tipo Autotimonante Autotimonante Autotimonante

General

Potencia nominal (kW) 100 140 250Conexión/desconexión (m/s) 4 4 4Aplicación Bombeo directo Apoyo a Accionam. de

de pozo a balsa motor eléctrico gener. síncrono

Tabla I.

Tipo Bk 12 kW Inclin 250 Inclin 600 Inclin 1.000 Inclin 1.500 neo Inclin 3.000 neo

Potencia nominal (kW) 12 0,25 0,6 1 1,5 3

Viento (m/s)

Velocidad mínima 3,5 3 3,5 3,5 3,5 3,5Velocidad nominal 12 11 11 12 12 12Velocidad máxima 14 13 13 14 14 14

Tabla I.

164


Tipo Bk 12 kW Inclin 250 Inclin 600 Inclin 1.000 Inclin 1.500 neo Inclin 3.000 neo

Rotor, pala, tipo Bornay

Tipo 3 palas 2 palas 2 palas 2 palas 2 palas 2 palasDiámetro (m) 7 1,35 2 2,86 2,86 4Area de barrido (m2) 38,5 3,1 ----- 6,4 6,4 --------Velociad (U/min) 250 1.000 800 650 650 450Velocidad extremo de pala (m/s) 92 105 ----- 97 97 -------Peso pala (kg) 18 0,6 0,5 0,8 0,8 2,5Control de velocidad del rotor Según palas Inclinación Inclinación Inclinación Inclinación InclinaciónControl de embalamiento Pitch Stall Stall Stall Stall Stall

Generador tipo Bornay

Contrucción Magneto Magneto Magneto Magneto Magneto Magneto permanente permanente permanente permanente permanente permanente

Conexión a red Cargador o directa Cargador Cargador Cargador o red Cargador o red Cargador o redTensión (v) 120/240 12/24 12/24 12/24/36/48/60 12/24/36/48/60 12/24/36/48/60

120/240 120/240 120/240

Sistema de seguridad

Sistema principal de frenos Automática por inclinaciónSistema secundario Manual por cortocircuito

Tabla I.

Operación a capacidad específica Peso aproximado (kg)

Golpes de bombeo Relación VelocidadDiámetro Referencia sistema de del viento RPM Golpes Molino

de la rueda alfa Largo Corto transmisión (millas) Rueda por minuto Máquina completo

6 X 5 " 3 3/4" 3,29:1 15-18 125 32 45 958 A 7 1/8 " 5 1/2" 3,29:1 15-18 105 32 80 16010 B 9 1/4 " 7 1/4" 3,29:1 15-18 85 26 150 30012 D 11 1/4 " 8 1/4" 3,50:1 18-20 73 21 245 51014 E 13 1/2 " 9 3/4" 3,43:1 18-20 62 18 380 80616 F 14 7/8 " 11 3/8" 3,29:1 18-20 53 16 553 1.137

Tabla III. Tabla de especificaciones

Altura en metros a que puede elevarse el aguaDiámetro

del cuerpo Capacidad en litros por hora TAMAÑO DEL MOLINO DE VIENTOde bomba

en pulgadas 6 pies 8 pies-16 pies 6 pies 8 pies 10 pies 12 pies 14 pies 16 pies

2 1/4 680 1.000 23 34 52 77 110 1802 1/2 850 1.230 20 29 43 65 92 1502 3/4 1.000 1.460 17 25 37 55 80 1303 1.200 1.780 14 21 31 47 67 1103 1/4 ---- 2.075 ---- ---- 27 40 57 933 1/2 1.670 2.420 11 15 23 35 49 823 3/4 ---- 2.750 ---- ---- 20 30 44 704 2.150 3.150 8 12 18 26 38 614 1/2 2.750 4.000 7 9 14 21 30 495 3.400 4.900 5 8 11 17 24 406 .. 7.100 ... 5 8 11 17 26

Tabla II. Molinos de viento para bombeo. Capacidad de bombeo

tipala a todo el mundo.

Su catálogo recoge seis molinosbásicos, ofreciendo un gran aba-nico de soluciones técnicas pararesolver las necesidades relacio-nadas con el bombeo de agua.

2.3. Molinos de Viento Tarragó–––––––––––––––––––––––––––––––

Esta empresa realiza proyectosllave en mano de energía eólicacentrada principalmente en el

aprovechamiento del molino de vien-to para el bombeo de agua. Inició suactividad en 1982 con desarrollospropios. Actualmente ha instalado enEspaña más de 600 molinos con tec-nología propia y ha iniciado la ex-plotación de molinos de viento mul-

165

Profund. Caudal máx. Caudal mín. D.T.P.Bomba (m) (l/h) (l/h) galvanizado

Ø Rueda: 1,8 m - h torre: 4,6 m - a 12 m/s genera 803 V

B-6012 18 1.000 375 1’’1/4

B-7007 15 1.400 525 1’’1/4

B-7022 10 1.800 775 1’’1/2

Tabla I. Modelos M-1804/M-1806


Ø Rueda: 7,0 m - h torre: 15,0 m - a 12 m/s genera 12.340 V

B-150/30 90 9.000 5.000 2’’1/2

B-200/22 72 11.600 6.000 3’’B-200/40 48 16.200 8.500 4’’B-260/40 18 40.500 18.000 5’’

Tabla V. Modelo 7015



B-5015 60 1.200 500 1’’1/4

B-6215 42 1.800 800 1’’1/2

B-7015 30 2.400 1.100 1’’1/2

Tabla II. Modelo 2609



B-5015 90 1.200 500 1’’1/4

B-6215 72 1.800 800 1’’1/2

B-7015 48 2.400 1.100 1’’1/2

B-8515 36 3.500 1.500 2’’B-100/22 24 5.000 2.100 2’’B-120/22 18 7.100 3.000 2’’1/2

Tabla III. Modelo 3009



B-7022 90 2.800 1.500 1’’1/2

B-8522 72 4.200 2.300 2’’B-100/22 48 5.700 3.100 2’’B-120/22 36 8.200 5.000 2’’1/2

B-150/22 18 13.000 7.100 3’’

Tabla IV. Modelo 4012

El último desarrollo de Molinos de Viento Tarragó tie-ne un diámetro de rueda de 10 m, sobre torre de 15m, el de mayor tamaño instalado hasta el momento enEspaña. Su diseño se ha optimizado para obtener unrendimiento adecuado en zonas donde es necesario unelevado caudal de agua por hora o cuando los pozossobrepasen los 110 m de profundidad. A una veloci-dad de viento de 12 m/s genera una potencia de25.230 vatios.

M-7015

2.4. Solener–––––––––––––––––––––––––––––––

La empresa Soluciones Energéti-cas, S.A. – Solener, está especia-lizada en las energías renova-bles de aplicación doméstica,rural y de sistema de bombeo.Destacan los sistemas mixtos eó-lico-fotovoltaicos con grupoelectrógeno de apoyo. Llevaunos 15 años trabajando en elcampo de las renovables.

166


Sotavento, sin regulador, sin torre, 12/24 V, 300 W, tres palasVélter B Radio: 1,1 m

Peso: 30 kg

Sin regulador, sin torre, 12/24 V, 500 W, tres palasVélter D Radio: 1,24 m

Peso 40 kg

Vélter I/ Sin regulador, sin torre, 12/24 V o alta tensión, 1.000/2.000 W, tres palasVélter II Radio: 1,34/1,54 m

Peso: 100/120 kg

Con regulador, con torre, con transformador trifásico, 15 kW, tres palas.Vélter XV Diseñado para venta a red y grandes instalaciones aisladas o mixtas.

Radio: 3,6 mPeso: 500 kg

Velocidad de arranque: 3,5 m/s. Velocidad de máxima potencia: 13 m/s. Velocidad límite: 55 m/sLa versión de alta tensión necesita añadir un transformador trifásico

Tabla I.

U N I V E R S I D A D N A C I O N A L D E L N O R D E S T E C o m u n i c a c i o n e s C i e n t í f i c a s y T e c n o l ó g i c a s 2 0 0 3

Resumen: T-028

Diseño de un sistema híbrido solar-eólico para proveer de energía a una comunidad.

Sogari, Noemí

Depto. de Física - Facultad de Cs. Exactas y Naturales y Agrimensura - UNNE. Av. Libertad 5450 - (3400) Corrientes - Argentina. Tel./Fax: +54 (03783) 473931 int. 134 E-mail: [email protected] INTRODUCCION

La energía eólica es una forma secundaria de energía solar. La existencia de temperaturas diferentes en la superficie de la tierra originan “ el viento “. Puesto que las masa de aire caliente, menos densas se elevan rápidamente, mientras que el aire más frío llena los espacios dejados por las masas de aire más livianas. Este movimiento del aire se combina con la rotación de la tierra, dando lugar a la formación de una corriente de viento. El potencial eólico está determinado por tres factores:

• La velocidad del viento La generación de energía eólica disponible se incrementa exponencialmente, con el aumento de la velocidad del viento. La potencia disponible es proporcional al cubo de la velocidad.

• Las características del viento. Las formaciones geográficas, las estructuras artificiales pueden diferenciar el recurso eólico utilizable y uno que no lo es . 1

• La densidad del aire.

Las bajas temperaturas dan lugar a mayor densidad del aire, lo que significa mayor fluidez de las moléculas gaseosas sobre la pala de la turbina, lo que produce mayor rendimiento de potencia para una determinada velocidad. El potencial eólico, es decir la energía cinética del viento en una unidad de tiempo, se incrementa con el cubo de la velocidad del viento. por lo tanto de los tres parámetros antes citados, la velocidad del viento es el determinante. MATERIALES Y METODOS

En primer lugar se realizó un estudio de factibilidad para instalar un sistema que aproveche las Energías Renovables a fin de brindar a una pequeña comunidad salteña iluminación y comunicación. La comunidad está ubicada en Vaqueros, localidad que se encuentra al norte de la ciudad de Salta, a unos 10 km del casco céntrico de la misma. Las viviendas son casas tipos, cada una compuesta por :

- dormitorios de 3x4 m2 cada uno;

- 1 cocina-comedor de 3x3 m2;

- 1 baño de 2x2 m2,

- 1 galería

- un patio. El consumo de energía se hizo para el periodo invernal, puesto que durante el mismo el requerimiento es mayor que en épocas estivales; lo cual significó que el sistema propuesto, proveyó de energía suficiente durante todo el año. Todas las habitaciones contaban con lámparas fluorescentes de bajo consumo de 15 watt cada una, alimentadas con tensión alterna de 220 V a través de un conversor de energía de CC a CA conectado a un banco de baterías centralizado, alimentado por dos sistemas alternados: Paneles fotovoltaicos y aerogeneradores. Cabe aclarar que la distribución de energía domiciliaria, se hizo en corriente continua (esto fue factible porque las distancias entre el centro de distribución y los domicilios son relativamente cortas), y en cada una de las casas se puso un conversor de CC a CA. RESULTADOS

A continuación se presenta una tabla con el consumo energético correspondiente a una vivienda tipo. Dicho consumo era el requerido para hacer el diseño tanto de los paneles fotovoltaicos como así también de los aerogeneradores.

1 Nociones Generales de Energía Eólica. Mattio, H. Ponce, G Nov. 2000


Resumen: T-028

Habitación Artefacto N° de artefactos

Consumo [w]

Horas de uso [hs/día]

Demanda diaria [wh/día]

Dormitorio 1 Fluorescente de bajo consumo

2 15 3 90

Dormitorio 2 Fluorescente de bajo consumo

2 15 3 90

Cocina Fluorescente de bajo consumo

1 15 2 30

Baño Fluorescente de bajo consumo

1 15 1 15

Galería

Fluores. de bajo consumo

Radio

1 1

15 5

2

3 45

Patio Fluores. de bajo

consumo 1 15 1 15

Tabla 1: Consumo energético diario

De la tabla 1, se obtiene que el requerimiento energético diario para una familia tipo era de 285 Wh/día. Considerando que cada una de las casas contaba con un conversor el cual tiene un rendimiento del 93%, la energía diaria requerida a la entrada del mismo es de 304,95 Wh/día. Por otro lado si consideramos que las pérdidas en la línea de distribución era de un 3 %, la demanda a la salida del banco de baterías fue

Epor unidad diaria = 314 Wh/día.

Por lo tanto la demanda de energía correspondiente a toda la comunidad erade

Etotal diaria = 31,4 kWh/día. Dimensionamiento del sistema fotovoltaico Para determinar el número de paneles necesarios para el tipo de consumo especificado con anterioridad, se aplicó la siguiente fórmula:

(1) )PFPHPS(

DMFsNP

××

=

donde NP : Número de paneles

Fs : Factor de seguridad(tiene en cuenta entre otras cosas el envejecimiento del panel), aquí considerado de un valor 1,2 DM : Demanda diaria máxima de consumo de energía, en este caso es 31,4 kWh/día HPS : representa la cantidad de horas equivalente a la de máxima radiación; para el caso de Salta y sus alrededores es de 4 hs/día PFP : Es la potencia pico del panel, dada por el fabricante, se usará un módulo Solarex MSX-60, cuya potencia de pico es de 60w.

El número de paneles requerido para satisfacer la demanda de esta población será:

( ) Paneles 117604

314102,1NP =

××

=

NP = 117 paneles


Resumen: T-028

Dimensionamiento del banco de baterías Para calcular el N° de baterías necesarios para almacenar la energía, se utiliza la siguiente ecuación:

( ) (2) CMALM

TADMNB

××

=

NB : Número de baterías TA : Tiempo de autonomía del sistema en ausencia de radiación, en este caso se eligió 3 días por las características de la zona ALM : Capacidad de almacenamiento de la batería. Se eligieron baterías estacionarias de vasos tubulares de 800 Ah.

Por lo tanto es igual a 9600 Wh CM : Valor de descarga recomendado por el fabricante. CM = 0,5

( )Baterías 20

5,09600

331410NB =

××

=

NB = 20 baterías

Las baterías se instalaron conectadas en paralelo y la tensión de salida es de 12 V. Dimensionamiento del sistema eólico Para calcular la potencia y la energía media diaria entregada por el generador eólico, establecida la velocidad media del lugar (teniendo en cuenta la altura del eje del rotor) se calcularon directamente la potencia media entregada por la máquina a esa velocidad y la energía diaria entregada. La máquina elegida fue una KURIANT, cuyas características técnicas son las siguientes: • Potencia Nominal = 15 Kw • Velocidad de corte = 25 m/s • Control de potencia : tipo Stall • Altura del eje : 18 m • La velocidad media del lugar V = 5,05 m/s Teniendo en cuenta la altura del eje del rotor, sabiendo que el anemómetro estaba ubicado a una altura de 10 m y estimando que el coeficiente de rugosidad del terreno, según las características del mismo esta entre la clase 1 y 2, asignamos el valor á= 0,15 A partir de estos datos se calcula la velocidad media a la altura del eje del rotor, aplicando la ecuación de la ley potencial:

V18 = V10 (L18 / L10 ) á

V18 : velocidad media a la altura de 18 m V10 : Velocidad media a la altura de 10 m L18 : altura donde se va a ubicar el eje del aerogenerador, en este caso 18 metros L10 : altura donde se midió la velocidad con el anemómetro, en este caso 10 metros αα : coeficiente de rugosidad del terreno, según las características del terreno donde será emplazado el parque eólico. Se eligió un coeficiente de rugosidad ubicado entre las clases 1 y 2, es decir á = 0,15, debido a la existencia en las cercanías del lugar de arbustos.

V18 = 5,51 m/s Teniendo este valor de velocidad y usando la curva de trabajo de la máquina, se obtuvo el valor de potencia media de la máquina (Pm) para esa velocidad. En este caso:

Pm = 1,67 Kw

La energía generada diariamente por la máquina, fue:

Ediaria generada = 40 Kwh/día


Resumen: T-028

CONCLUSION

Comparando este valor de energía generado por el aerogenerador y el de consumo por parte del usuario (Ediaria consumida = 31,4 Kwh/día ), se concluye que se cubren las necesidades , como así también puede observarse un excedente de energía que bien puede servir para montar algún tipo de industria en el lugar (como ser aserraderos, etc), o bien pueden formarse centros vecinales para actividades culturales donde se pueda aprovechar este sobrante de energía. BIBLIOGRAFIA

• Nociones Generales de Energía Eólica. Mattio, H. Ponce, G Nov. 2000 • Wind Energy. J. Hans 2000

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