projecte zÈfir: a la recerca de l’energia eÒlica marina...

PROJECTE ZÈFIR: A LA RECERCA DE L’ENERGIA

EÒLICA MARINA D’AIGÜES PROFUNDES

COL·LEGI COR DE MARIA (VALLS)

UNA MICA D’HISTÒRIA (I)

El primer aerogenerador va ser creat el 1887 per Charles F. Brush.

1

Charles F. Brush (1849-1929)

http://guidedtour.windpower.org/res/brush.jpg http:/ /guidedtour.windpower.org/es/pictures/brush.htm

Article a la revista Scientific American sobre la

turbina eòlica de Brush 20 de desembre de 1890

ht tp: / /guidedtour.windpower.org/res/sciam.jpg

L’aerogenerador tenia una potència

de 12 kW, 17 m de rotor i 144 pales.

Va estar funcionant durant 20 anys.




UNA MICA D’HISTÒRIA (II)

Catalunya va ser pionera en el desenvolupament de l’eòlica a Espanya. El 10 de

febrer de 1984 es va inaugurar el primer aerogenerador de Catalunya a Vilopriu, al

Baix Empordà.

L’aerogenerador on es va iniciar aquest treball es troba situat a Figuerola del Camp

a la comarca de l’Alt Camp i és un dels més antics de Catalunya (any 1988).

2

El seu estat de conservació és excel·lent i creiem que

hauria de ser catalogat com una peça de gran vàlua

dintre del patrimoni industrial Català.

Aquest aerogenerador no té l’estructura

cilíndrica de la majoria de parcs eòlics

actuals, sinó que està format per tres

suports cilíndrics connectats amb barres

travesseres. Segueix conservant les tres

pales i acobla un molinet de vent a cada

banda per orientar-se d’acord amb la

direcció del vent i dos anemòmetres, un a 7

metres i un altre a 14 metres, per mesurar

la velocitat del vent.

Aerogenerador de Figuerola del Camp (Alt Camp).

Catalunya. Model Ecotècnia 12/30

Consta de tres pales de 12 metres de

diàmetre de rotor i amb una potència

nominal de 25 kW.




MODEL ECOTÈCNIA 12/30

Esquerra: mesurant la bancada; Dreta: prenent mides de l’spoiler (frenada d’emergència) part mòbil de la pala

3

Ecotècnia va ser la primera empresa

espanyola d’aerogeneradors que va néixer

a Catalunya.

Boixa

Acoblament pala

Caixa multiplicadora

Generador 2

Generador 1

Hèlixs laterals

d’orientació

Acoblament amb amortidor Disc de fre

Engranatges d’orientació

Bancada




ECOTÈCNIA

A la nostra comarca podem veure el salt en el temps de l’empresa Ecotècnia: a

Figuerola les primeres tecnologies 25 kW i a la serra de la Voltorera 16MW

mitjançant 10 aerogeneradors de 1,6 MW cadascun.

L’aerogenerador Ecotècnia 12/30

propietat de Josep Canela es troba

ubicat a Figuerola del Camp a la

comarca de l’Alt Camp a les

coordenades:

N 41º 22.236’ E 001º 16.294’

El futur sembla ser que està amb aerogeneradors marins,

aquest cop no serà a la comarca de l’Alt Camp on s’escriurà

la història però si ben a prop, davant de la costa

tarragonina...

4

L’aerogenerador Ecotècnia ECO-74

del parc eòlic de la Serra de la

Voltorera (Cabra del Camp).




PARTS D’UN AEROGENERADOR

5

PALES

EIX DE BAIXA VELOCITAT

EIX D’ALTA VELOCITAT

TORRE

MULTIPLICADORA

GENERADOR

BOIXA

http://www.aeeolica.es/userfiles/file/reoltec2010/3-2-Pep-Prats_ALSTOM-WIND.pdf




COM FUNCIONA UNA PALA

El desplaçament de la pala es produeix per l’efecte Bernouilli: a la part superior hi ha

menys pressió i a la part inferior més pressió, provocant una força ascendent.

6

L’aire que travessa la pala per la part superior ha de recórrer més distància, la velocitat en aquesta zona augmenta i la pressió disminueix.

L’aire que travessa la pala per la part inferior ha de recórrer menys distància, la velocitat en aquesta zona és més baixa i la pressió més alta.

F

Aire




FORMA DE LA PALA. L’AERODINÀMICA

7

Aerogenerador Ecotècnia ECO 12/30: Velocitat màxima en rpm: 68 rpm Velocitat a la punta de la pala: 153,8 km/h

Cal observar la forma de la pala i alhora l’angle d ’atac a l’aire. Un punt de la pala com més s’allunya del centre de gir la velocitat cada vegada és més elevada.

Aerogenerador Alstom Ecotècnia ECO 100: Velocitat màxima en rpm: 14,3 rpm Velocitat a la punta de la pala: 269,5 km/h




LES PALES. MATERIALS

Parc eòlic de Colladetes. El Perelló (Tarragonna)

8

Parallams d’una pala

Cable del parallams en una pala

Es pot observar que un

element important és el

parallams ja que

l’electricitat té tendència

a anar cap a les puntes.

Per això a les pales hi ha

un element que és el

parallams.

Les pales dels aerogeneradors

estan fetes amb fibra de vidre i

resina epoxi.

En un futur les pales es

construiran amb fibra de carboni.




GIR DE LA GÓNDOLA

En un aerogenerador com l’ECO-100 de 3MW de potència la góndola pot fer com a

màxim 3 voltes en una mateixa direcció. Si donés més voltes, els cables elèctrics

que baixen per la torre tindrien problemes de torsió. El sistema de gir utilitzat és

mitjançant un motor elèctric.

9

Aerogenerador Ecotècnia ECO 12/30 de 25 kW. Figuerola del Camp Orientació per hèlixs laterals.

Aerogenerador Alstom Ecotècnia ECO 100 de 3MW. Parc Eòlic de la Collada (El Perelló) Gir amb motor elèctric. Maqueta ECO- 100

amb control electrònic de posicionament amb un gir de 360º amb servomotors.




LA VELOCITAT DEL VENT

10

Conèixer la velocitat del vent és molt important. Abans d’instal·lar un parc s’ha de saber perfectament quines són les condicions de vent per saber quin aerogenerador es pot instal·lar.

Amb vents superiors a 100 km/h cal aturar l’aerogenerador per evitar danys.

Font: el temps de TV3 a la web

Parc eòlic La serra de la Voltorera. Cabra del Camp (Tarragona)




DIRECCIÓ DEL VENT

Cal un penell per saber la direcció d’on bufa el vent i poder enregistrar les dades.

http://ca.wikipedia.org/wiki/Rosa_dels_vents

Els noms dels vents i les seves direccions són:

Tramuntana (N)

Gregal (NE)

Llevant (E)

Xaloc (SE)

Migjorn (S)

Garbí o Llebeig (SO)

Ponent (O)

Mestral o Cerç (NO)

11

Codi Gray per la captura de dades i poder-les passar a un sistema binari amb 4 dígits.

0010 N 0011 NNE 0001 NE 0000 ENE 1000 E 1001 ESE 1011 SE 1010 SSE 1110 S 1111 SSO 1101 SO 1100 OSO 0100 O 0101 ONO 0111 NO 0110 NNO

Parc eòlic La serra de la Voltorera. Cabra del Camp (Tarragona)




MESURES DE VENT A LA COSTA DE

TARRAGONA

Font: http://es.windfinder.com/windstats/windstatistic_boja_de_tarragona.htm

Font:http://www.renewablesmadeinspain.com/noticia/pagid/200/titulo/Catalonia%20plans%20to%20build%20an%20offshore%2

0wind%20%22test%20station%22/

Font: http://es.windfinder.com/windstats/windstatistic_boja_de_tarragona.htm

12




MESURES DE VENT PER SATÈL·LIT

13

Satèl·lit QuikSCAT Mesura la velocitat del vent de 3 m/s a 20 m/s.

Densitat de Potència en oceans. Hivern (gràfic superior), estiu (gràfic inferior).

http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2008 -128

http://winds.jpl.nasa.gov/missions/quikscat/seawind s_img.cfm




CONTROL DE PALA HIDRÀULIC

14

A velocitats de vent baixes situarem les pales a angles

baixos, per obtenir una captació màxima. En canvi, quan el

vent assoleix uns 13 m/s l’aerogenerador produeix la

màxima potència, i s’ha de controlar que no augmenti el

nombre de revolucions per sobre de les 19 rpm (cas de

l’ECO-74). Si se superen els 25 m/s de vent s’ha d’aturar

l’aerogenerador.

Font: Catàleg Alstom ecotècnia ECO -74

Les pales poden girar

des dels 2º (màxima

captació de vent) fins

als 86º (captació de

vent nul·la, fre

aerodinàmic) . L’angle

de gir de cada pala és

independent. Aquest

control en l’angle de gir

es coneix en anglès

amb el nom de “pitch

control”.

http://motionsystemdesign.com/motors -

drives/electrohydrostatic-actuation-modernizes-0111 /#

http://www.windpowerengineering.com/design/mechanic

al/blades/pitch-control-your-way-hydraulic-or-elect ric/

Pistó hidràulic

Pistó hidràulic




CONTROL DE PALA AMB SERVOMOTOR

15

A velocitats de vent baixes situarem les pales a angles baixos, per obtenir una captació màxima. En canvi, quan el vent assoleix uns 13 m/s l’aerogenerador produeix la màxima potència, i s’ha de controlar que no augmenti el nombre de revolucions per sobre de les 19 rpm (Cas de l’ECO-74). Si se superen els 25 m/s de vent s’ha d’aturar l’aerogenerador.

Font: Catàleg Alstom ecotècnia ECO -74

http://www.windurance.com/motors.html

http://www.windpowerengineering.com/tag/moog/

Les pales poden girar

des dels 2º (màxima

captació de vent) fins

als 86º (captació de

vent nul·la, fre

aerodinàmic) . L’angle

de gir de cada pala és

independent. Aquest

control en l’angle de gir

es coneix en anglès

amb el nom de “pitch

control”.

Servomotors

Control de la

velocitat de gir en

rpm

Servomotor




DISTRIBUCIÓ DELS AEROGENERADORS

Per ubicar els aerogeneradors cal tenir en compte que la distància entre els

aerogeneradors sigui entre dues i tres vegades el diàmetre del rotor per evitar

problemes entre ells.

Utilitzar aerogeneradors més grans comporta haver d’efectuar manteniment a menys

màquines i obtenir potències superiors.

16

ECO-74 Serra de la

voltorera

Cabra del Camp

(Alt Camp).

ECO-12/30 Parc

eòlic de Tarifa

“Parque Shico”.

S’han canviat per

aerogeneradors més

moderns.

Font: ALSTOM -

Ecotècnia.




PROJECTE ZÈFIR

L’Institut de Recerca en Energia de Catalunya (IREC) realitzarà una planta d’assaigs

experimental d’energia eòlica marina on les empreses que participen en el projecte

podran instal·lar els seus aerogeneradors. En l’actualitat s’han firmat acords amb les

empreses Alstom, Gamesa, Acciona i Windpower.

El projecte consta de dues fases: en una primera fase s’instal·laran quatre

aerogeneradors ancorats al fons del mar a uns 3,5 km de la costa. En una segona

fase s’instal·laran un màxim de vuit aerogeneradors flotants a uns 30 km de la costa.

Més informació a: http://www.irec.cat/

FASE 1 FASE 2

Profunditat d’aigua 40-45 m > 100 m

Distància a la costa 3 km 30 km

Nombre d’aerogeneradors 4 8

Potència instal·lada 20 MW 50 MW

Tipus Fixat al fons marí Flotant

17

http://www.elpunt.cat/noticia/article/1-territori/11-

mediambient/152235-la-mar-de-lebre-tindra-una-plataforma-per-

assajar-parcs-eolics-en-aiguees-profundes.html#comentaris




TIPUS D’ESTRUCTURES (I)

18

http://www.aeeolica.es/userfiles/file/reoltec2010/3-1-Antonio-Jose-de-la-Torre_GAMESA.pdf

Font: http://www.fundaciongasnatural.org/SiteCollectionDocuments/Actividades/Seminarios/Santander%2016022010/1%20I%C3%B1igo%20losada.pdf

El tipus de tecnologia utilitzada en parcs eòlics marins ve donada per la profunditat del fons marí i el cost de les diferents tecnologies.




PROJECTE ZÈFIR FASE I AIGÜES POC PROFUNDES

A la primera fase del

projecte Zèfir s’ubicaran

4 aerogeneradors entre

la zona de Cambrils i

L’Ametlla de Mar, amb

una potència instal·lada

de 10 a 20 MW, a una

distància de la costa de

3,5 km i a una

profunditat d’uns 35 m.

19

Fonamentació per gravetat (Gravity foundations)

Monopilots (Monopiles)

Trípodes (Tripods) (tercera pota amagada)

Encavallades (Trusses or jacket)

Control direcció del vent

Control electrònic de la direcció dels aerogeneradors amb servomotors




PROJECTE ZÈFIR FASE II

AIGÜES PROFUNDES

20

Projecte HYWIND. A nivell mundial l’únic

aerogenerador marí flotant que hi ha en l’actualitat

en aigües profundes es troba situat al mar del

Nord a Noruega. Està en fase d’experimentació

amb una potència de 2,3 MW (març 2011).

A la segona fase del projecte Zèfir

s’ubicaran 8 aerogeneradors entre la zona

de Cambrils i L’Ametlla de Mar, amb una

potència instal·lada de 50 MW, a una

distància de la costa de 30 km i a una

profunditat d’uns 100 metres. Mitjançant

aerogeneradors d’estructures flotants.

Font: http://www.gooddeal-hunting.com/blog/worlds-first-floating-wind-

turbine-towed-to-sea/

Font:http://www.gooddeal-hunting.com/blog/worlds-first-floating-

wind-turbine-towed-to-sea/




CONNEXIÓ ELÈCTRICA

El node de connexió a la xarxa es proposa que sigui Vandellòs per què és un punt

estratègic a la xarxa elèctrica.

21

Mapa de connexions REE Estació transformadora de Vandellòs

El cablejat elèctric submarí que connectarà els aerogeneradors amb l’estació

transformadora caldrà que tingui en compte l’impacte ambiental de la

posidònia.

http://www.ree.es/transporte/mapa_red_transporte.asp

http://www20.gencat.cat/docs/dmah/Home/Ambits%20dactuacio/Educacio

%20i%20sostenibilitat/Educacio%20per%20a%20la%20sostenibilitat/Sup

ort%20educatiu/Recursos%20educatius/Medi%20natural/Els%20prats%2

0submarins%20de%20posidonia/documents/posidonia_geografia.pdf

De color verd superfície on hi ha posidònia

Restes de posidònia a les platges

properes a Vandellòs.




AEROGENERADORS DEL PROJECTE ZÈFIR

22

http://www.aeeolica.es/userfiles/file/reoltec2010/3-2-Pep-Prats_ALSTOM-WIND.pdf

Aerogeneradors sense

multiplicadora? SÍ

GENERADORS AMB TECNOLOGIA

D’IMANTS PERMANENTS DE 6 MW

http://www.alstom.com/power/news-and-events/press-releases/alstom-and-converteam-team-up-on-the-worlds-largest-direct-drive-permanent-magnet-generator-for-offshore-wind-power/

http://www.alstom.com/power/news-and-events/press-releases/alstom-collaborates-with-belwind-to-test-its-new-6-MW-direct-drive-offshore-wind-turbine-in-begium/




CONCLUSIONS

L’energia del vent és un recurs molt abundant. Per poder-lo aprofitar

correctament, cal aprofitar els avantatges climàtics de cada país per

obtenir energies renovables i minimitzar la utilització d’energies fòssils

(reduint així els problemes que comporten).

L’aerogenerador Ecotècnia 12/30 instal·lat a Figuerola del Camp és un

dels primers aerogeneradors que es van construir a Catalunya i es troba

en un estat de conservació excel·lent. Creiem que hauria de ser

catalogat com una peça única de gran vàlua dintre del patrimoni

industrial català.

Per salvar l’obstacle present en les costes del nostre país, on la

plataforma marina és molt estreta i les aigües són profundes a pocs

quilòmetres de la costa, és necessari l’avenç en la investigació de

l’energia eòlica marina d’aigües profundes.

23