unidad 3 - energía eólica

Cancún y Cozumel1,000‐2,000MW

Veracruz1,000‐1,500MW

Zacatecas800‐1,500MW

Mazatlán 1,000‐1,500MW

Itsmo de Tehuantepec17 proyectos:1,248MW

En construcción: 8 proyectos (1,251MW)

La Rumorosa4 proyectos258MW

San Luis PotosíEn construcción

200MW

Nuevo León En Construcción

274MW

0.67% en 2012

GENERACIÓN EÓLICA EN MÉXICO

Tesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar

Sólo el 2% de la radiación solar incidente sobre la Tierra se llega aconvertir en viento. El viento es causado por las diferencias depresiones y la Fuerza de Coriolisis que se ejercen sobre la Tierra.

¿QUÉ ES EL VIENTO?

Diferencia de Presiones Fuerza de Coriolisis


Macro escala: Vientos Globales o Terráqueos.

*Determinan las características del clima en el Planeta.

CLASIFICACIÓN DEL VIENTO

Vientos Globales


Meso escala: Vientos Locales y Estacionales.

*Locales: Brisas de la Costa‐Mar o Brisas Montaña‐ Valle.

*Estacionales: El monzón.


Brisas Montaña‐ValleBrisas Costa‐Mar


Micro escala: Vientos de la Superficie Terrestre.

Puede ser afectado por:

*Colinas

*Cerros

*Canales

*Edificios, etc.


Canal

Colina

Edificaciones


Velocidad

Dirección

Turbulencia

Frecuencia

PARÁMETROS A CONSIDERAR DEL VIENTO

Anemómetro de Cazoleta

Rosa de los Vientos


Velocidad

Dirección

Turbulencia

Frecuencia

PARÁMETROS A CONSIDERAR DEL VIENTO

Anemómetro de Cazoleta

Veleta


El potencial eólico del viento se obtiene:

12

Donde:

ρ densidad del aire

A superficie del viento barrida por las palas del aerogenerador.

ʋ velocidad del viento

EXTRACCIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO DEL VIENTO

Relación Potencia‐Velocidad


Las palas de un aerogenerador no captan el 100% de la energíacinética contenida en el viento, para hacerlo deberá frenartotalmente el viento, pero si se detuviera completamente seimpediría la entrada de más aire al rotor y no se podría captar másenergía.

Límite de Betz

TEORÍA DE BETZ

Teoría de Betz

0.59%

Coeficiente de Potencias

12

Relación de Potencias de Betz


Conocer la energía media disponible.

El factor de irregularidad.

La energía recuperable.

Estimar la probabilidad de una velocidad comprendida dentrode un intervalo de velocidades dado (V ≤ Va; V ≤ Vn; V ≥ Vp).

Donde A recibe el factor de escala, con dimensiones de lavelocidad y k es el llamado factor de forma, adimensional, quecaracteriza la simetría de la distribución.

LEY DE DISTRIBUCIÓN DE WEIBULL

σῦ

. ῦ

1 1


El elemento captador del viento.

Consiste en una hélice que convierte la energía cinética del aire enmovimiento en energía mecánica.

Pueden trabajar de manera aislada o agrupado.

AEROGENERADORES

Aerogeneradores


Los aerogeneradores se pueden clasificar por diferentes estilos,destacando entre ellos los siguientes:

Fuerza de Giro

Tamaño

Disposición o Forma

Números de palas

Resistencia al Viento

CLASIFICACIÓN


El aire que es obligado a fluir por las caras superior e inferior de unaplaca o perfil inclinado genera una diferencia de presiones entreambas caras, dando origen a una fuerza resultante que actúa sobre elperfil. Descomponiendo esta fuerza en dos direcciones se obtienenlas fuerzas de:

Arrastre

Sustentación

CLASIFICACIÓN: FUERZA DE GIRO

Fuerza de arrastre y de sustentación


Micro aerogenerador: ≤1kW

Mini aerogenerador: 1kW ~ 10kW

Aerogenerador de baja potencia: 10kW ~ 100kW

Aerogenerador de media potencia: 100kW ~ 1,000kW

Aerogenerador de alta potencia: 1,000kW ~ 10,000kW

Aerogenerador de muy alta potencia: >10,000kW

CLASIFICACIÓN: TAMAÑO

Embarcaciones, refugios, etc.

Viviendas aisladas, sistemas de bombeo, etc.

Comunidades, pequeñas empresas, sistemas eólico‐diesel.

Parques eólicos en tierra y mar.

Parques eólicos en tierra y mar.

Parques eólicos en el mar.


Eje horizontal

*Rotor en horizontal

*Puede estar en barlovento

o sotavento

Eje vertical

*Rotor en vertical

*No necesitan sistema de

orientación

*Presentan mayor fatiga y

elevado par de arranque

CLASIFICACIÓN: DISPOSICIÓN O FORMA

Barlovento Sotavento

SavoniusVertical

Horizontal DarrieusVerticalTesista: Fabiola Uscanga Carmona Asesor: Dr. Iván Valencia Salazar

Monopala

*Problema de estabilidad y fatiga

*Ruido

Bipala

*Inestabilidad dinámica

*Equipos de compensación

Tripala

*Estabilidad dinámica

*Menor ruido

Multipala

*Baja velocidad

*Gran par

CLASIFICACIÓN: NÚMERO DE PALAS


Se distinguen tres clases en función de:

Velocidad de referencia

Intensidad de turbulencia.

CLASIFICACIÓN: POR RESISTENCIA AL VIENTO

Clase del Aerogenerador I II III S

Vref (m/s) 50 42.5 37.5

Valores a especificar

por el fabricante

Vave (m/s) 10 8.5 7.5

A 0.16

B 0.14

C 0.12

Clasificación Comunidad Electrónica Internacional


PARTES DEL AEROGENERADOR

Palas y Buje Rotor Eje principal Sistema de refrigeración

Sistema de medición eólica

MultiplicadoraSistema de posicionamiento

TorreGóndola Sistema de control

Generador y cople

Nariz


Curva característica de cada turbina

Representa el comportamiento energético característico de losdiferentes aerogeneradores.

CURVA DE POTENCIA


La producción de energía se calcula aplicando la curva de potenciade la máquina elegida.

Dada la curva de potencia del fabricante se obtiene la ecuación dela misma.

CURVA DE POTENCIA

⋯

; ; ⋯

;

Curva generalizada de potencia


El número total de horas que, con el aerogenerador a potencianominal, produciría la misma energía en las condiciones reales defuncionamiento.

í

Eficiencia del emplazamiento( )

HORAS EQUIVALENTES

∴ í

8,760 100


Más de 2,000 horas de producción a Pmáx.

Respetar la avifauna del entorno.

Lejanía de más de un kilómetro con núcleos urbanos.

Instalación en suelo no urbanizable.

No interferir con señales electromagnéticas del entorno.

REQUISITOS PARA UN EMPLAZAMIENTO EÓLICO


Ubicación geográfica

Se localiza en la zona central del Estado, dentro de las llanuras delSotavento

843km2 de extensión territorial y a 10msnm.

66km del Puerto de Veracruz.

Población de 48,178 habitantes.

Registra 3 “estaciones”: lluvia, nortes y primaveral.

Cuenta con estación EMA’s SMA.

ALVARADO


PROPUESTA DE INSTALACIÓN

Puente de Alvarado


EMA Alvarado

Se ubica sobre la carretera Veracruz‐Minatitlán.

Propiedad del Sistema Meteorológico Nacional.

Registra los siguientes datos.

ESTACIÓN METEOROLÓGICA AUTOMÁTICA

Dato Fecha Dir. Viento

Dir. Ráfaga

Vel. Viento

Vel. Ráfaga Temp. Humedad

Relativa Presión

Barométrica Precipitación Rad.Solar Estación

1 01/01/2012 00:00 52 0 0 23.8 91 1009.6 0 3 ALVARADO,

VER. (EHCA)

2 01/01/2012 00:10 49 0 0 23.6 92 1009.7 0 0 ALVARADO,

VER. (EHCA)

3 01/01/2012 00:20 51 0 0 23.6 92 1009.9 0 0 ALVARADO,

VER. (EHCA)

4 01/01/2012 00:30 59 0 0 23.5 93 1009.9 0 0 ALVARADO,

VER. (EHCA)

5 01/01/2012 00:40 61 0 0 23.4 93 1009.9 0 0 ALVARADO,

VER. (EHCA)

6 01/01/2012 00:50 54 0 0 23.4 93 1010.0 0 0 ALVARADO,

VER. (EHCA)

52,556 31/12/2012 19:10 357 1 2 6.2 28.6 68 1010.6 0 751 ALVARADO,

VER. (EHCA)

52,557 31/12/2012 19:20 0 1 0 0 28.6 67 1010.5 0 735 ALVARADO,

VER. (EHCA)

52,558 31/12/2012 23:30 3 356 16.7 22.3 25.3 83 1014.4 0 11 ALVARADO,

VER. (EHCA)

52,559 31/12/2012 23:40 0 352 18.7 25.2 25.2 83 1014.3 0 4 ALVARADO,

VER. (EHCA)

52,560 31/12/2012 23:50 7 15 18 24.6 25.2 83 1014.2 0 3 ALVARADO,

VER. (EHCA)

Formato de archivo meteorológico EMA en el año 2012


CARACTERIZACIÓN DE LA VELOCIDAD

MESRAPIDEZ DEL

VIENTO

RAPIDEZ DE LA

RÁFAGATEMPERATURA HUMEDAD

RELATIVA PRESIÓN

ENERO 0.84 2.68 25.20 85.00 1011.21

FEBRERO 2.40 3.33 24.21 85.00 1009.25

MARZO 11.50 15.85 26.70 80.00 1007.30

ABRIL 11.97 17.00 27.50 79.00 1004.75

MAYO 11.67 16.17 29.00 79.00 1007.50

JUNIO 8.75 12.72 29.20 80.00 1004.90

JULIO 7.49 11.66 28.70 82.00 1007.60

AGOSTO 7.59 11.23 29.62 81.80 1005.47

SEPTIEMBRE 7.87 12.10 30.40 83.40 1007.09

OCTUBRE 7.01 10.53 29.30 82.00 1007.10

NOVIEMBRE 5.75 8.80 27.00 80.00 1011.86

DICIEMBRE 7.03 9.92 26.40 83.00 1008.76

PROMEDIO ANUAL 7.49 m/s 11.00

m/s 27.70°C 81.68% 1007.73bar

Valores promedio anual obtenidos de la EMA


CARACTERIZACIÓN DE LA VELOCIDAD

Frecuencia de velocidades Rosa de los vientos de la velocidad


CARACTERIZACIÓN DE LA DIRECCIÓN

Rosa de los vientos de la frecuencia

Rosas de los vientos de turbulencia

Frecuencia de la dirección del viento


ANÁLISIS DE LAS TURBINAS

TURBINA FABRICANTE POTENCIA

TRIPALA Sonkyo Energy 3.5 kW

TRIPALA Sonkyo Energy 7.5 kW

TRIPALA Windforce 10 kW

DARRIEUS Techonoflex 5 kW

DARRIEUSUrban Green

Energy10 kW

BIPALA Windpower 3 kW

BIPALA Bornay 3 kWAerogeneradores seleccionados para el análisis


AEROGENERADOR TRIPALA 3.5kW

POTENCIA 3.5 kW @ 250 rpm

DIÁMETRO DEL ROTOR 4.05 m

VELOCIDAD DE ARRANQUE 3 m/s

VELOCIDAD NOMINAL 12 m/s

LONGITUD 3.2 m

TIPO Rotor horizontal a barlovento

CONTROLADOR Op. Conexión a red y carga de baterías

TORRE12, 14 y 18 m; sistema

hidráulico o mecánico de abatimiento

RUIDO 37dB a 60m de distancia y viento 8m/s

Turbina Windspot 3.5kw Características de la turbina



Si 3 < X < 20W 0.002786 0.21908175 6.39242234

84.8124513 507.745659 1484.92461 1538.7048

Curva de potencia, turbina 3.5kW



Rosa de los vientos de potencia, turbina 3.5kWRosa de potencia de energía, turbina 3.5kW


RESULTADOS TRNSYS

Resultado de la simulación de las 7 turbinas en Trnsys


RESULTADO DE LA SIMULACIÓN ANUAL

TURBINAENERGÍA HORAS EMISIONES

DE CO2EFICIENCIA

kWh Horas T %

TRIPALA 3.5 kW 5,973 1,706 3.99 19.48

TRIPALA 7.5 kW 13,230 1,764 8.84 20.14

TRIPALA 10 kW 24,256 2,425 16.20 27.69

DARRIEUS 5 kW 4,186 837 2.80 9.56

DARRIEUS 10 kW 4,407 440 2.94 5.03

BIPALA BORNAY 3 kW 5,511 1,837 3.70 21.00

BIPALA WHISPER 3 kW 5,006 1,668 3.34 19.05

Resultados de la simulación

2,000 horas

20‐30%


unidad 3 - energía eólica

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