La energía eólica de media potencia. Conceptos generales y ejemplos de aplicaciones. Ignacio Cruz

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1 La energía eólica de media potencia. Conceptos generales y ejemplos de aplicaciones Ignacio Cruz

2 Índice Definiciones. Conceptos generales. Infraestructuras de ensayo. Certificación Aplicaciones Generación distribuida /Community wind

3 Por que otra vez aerogeneradores de media potencia? Tendencia creciente a la generación de energía distribuida asociada al consumo siempre que sea posible. Fomento del autoconsumo (rentabilidad basada en el ahorro energético y no sólo en una prima, similar al esquema que se aplica en cogeneración). Tecnologías innovadoras mas eficientes, totalmente compatibles con la red, incluso débil y competitivas en comparación con escalas similares previas. Utilización de infraestructura eléctrica ya existente. Fáciles de instalar, operar y mantener.

4 Definiciones Que es la media potencia eólica? En EEUU la media potencia incluye aerogeneradores de potencias nominales entre 0,1 MW y 1 MW Normativa internacional: Aun no se ha definido un sector de media potencia eólica. Solo existe pequeña eólica y gran eólica

5 Definiciones SECTORES AUTOCONSUMO VENTA DOMESTICO INDUSTRIAL PRODUCCIÓN Instalaciones (Propuesta) Pequeña potencia 100 kw 600 kw Media potencia Gran potencia IEC Media potencia? Hasta 300 kw? Pequeña 60 kw Gran potencia Potencia 200 m 2 Normativa IEC IEC

6 Definición en España Propuesta: Instalaciones asociadas a puntos de consumo eléctrico. Instalaciones conectadas a redes de distribución final (BT o MT 36kV), en las que también deben estar el punto/puntos de consumo asociados. Se limitará la potencia eólica instalada respecto a la potencia contratada en los puntos de consumo asociados. Se establecerán unos requisitos mínimos de autoconsumo (rentabilidad basada en el ahorro energético y no sólo en una prima, similar al esquema que se aplica en cogeneración) Se utilizarán aerogeneradores de última generación, que aseguren el cumplimiento de los requisitos de calidad de la energía.

7 Ventajas de la media potencia eólica El fundamento de estas aplicaciones es generar in situ y mediante energías renovables parte de la energía eléctrica que necesita el consumidor industrial o comercial. Por tanto, estas aplicaciones cuentan con las siguientes ventajas: Para el propietario de la instalación: Reduce su factura eléctrica, aumentando su competitividad. Mejora su imagen como empresa u organización. Para el sistema eléctrico: Se reducen las pérdidas de transporte y distribución. Aumenta la penetración de las energías renovables sin necesidad de nuevas infraestructuras eléctricas. Mejora la calidad del suministro en la red de distribución (con las prestaciones de los aerogeneradores de última generación) Para la sociedad en general: Se reducen las emisiones y el impacto medioambiental de las infraestructuras eléctricas Se desarrolla un tejido productivo que genera empleo y riqueza a nivel local (energía distribuida = riqueza distribuida)

8 Tecnología Española en eólica de media potencia Hay 7 fabricantes nacionales con distinto nivel de desarrollo: Electria Wind (www.electriawind.com) Ades (www.ades.tv) Norvento Energía Distribuida (www.norvento.com) Del Valle Aguayo (www.delvalleaguayo.com) Lades Works Ventus Control Boreas

9 Electria Wind Modelo: Garbí Potencia: 150 kw, 200 kw a 10,4 y a 11m/s respectivamente Tripala, Eje horizontal Regulación de potencia por cambio de paso Generador de imanes permanentes y caja multiplicadora Convertidor full power. Back-toback Vel rotación 6-41 y 6-47 rpm Diámetro de rotor: 28 m Comienza a girar a 2,5 m/s Peso góndola: 11,65 T

10 ADES Modelo: ADES-230 Rotor monopala oscilante a sotavento. Diámetro: 32m Cambio de paso Velocidad variable con caja multiplicadora, generador asíncrono y convertidor de potencia total Tren de potencia pendular Góndola autotimonante Comienza a producir a 4m/s 230 kw a 11 m/s y 34 rpm Peso (Gondola y palas): 10,3 T

11 Modelo: NED-100 Parámetros básicos: Potencia nominal: 100 kw Diámetro del rótor: 22 m Altura del buje: 37 m Para vientos bajos y moderados: Optimizado para clase IV 20 km/h 2200 HAE Norvento 5.5m/s Diseño con cargas de clase III 7.5m/s 27 km/h ráfagas 52.5m/s 190 km/h Concepto Control activo de la velocidad de giro, el paso de pala y la orientación. Convertidor de potencia ( full converter ), permitiendo cumplir los códigos de red más exigentes y mejorar los parámetros eléctricos de la red de distribución (control de reactiva, etc.). Accionamiento directo, sin multiplicador, incrementando al máximo la fiabilidad de la máquina para instalaciones distribuidas. Máxima simplicidad de operación: una revisión anual por parte del equipo de mantenimiento, sin intervención del propietario en la operación de la máquina.

12 Del Valle Aguayo Modelo Turbec Potencia: 150 kw, 200 kw Tripala, Eje horizontal Regulación de potencia por cambio de paso Velocidad variable: rpm Generador de imanes permanentes y caja multiplicadora Convertidor full power. Back-toback Diámetro de rotor: 22,5 m Altura torre: 36 Diseño Clase IIIa

13 Modelo: Dyna Flow K100 Rotor tripala a barlovento. Diámetro: 21 m Laddes Works Regulación de potencia por perdida Velocidad variable con accionamiento directo mediante generador sincrono multipolar e imanes permanentes y convertidor de potencia total Control adaptativo. Orientación activa Comienza a producir a 3m/s 100 kw a 12 m/s y 100 rpm Peso (Gondola y palas):

14 Venus Control Modelo: VC Potencia: 100 kw Tripala, Eje horizontal Regulación de potencia por perdida aerodinámica, abatimiento y freno positivo. Con multiplicadora Generador de imanes permanentes Convertidor cuatro cuadrantes back-to-bac Diámetro: 20 m

15 Suministradores Palas: Diseños propios, fabricación artesanal Generadores: Indar, Santos Maquinaria, diseño propio Convertidores: Ingeteam, Zigor, Greenpower, Wind Power, MLS, ABB España Control: Diseño propio Ensayos: Ciemat, Cener, Circe

16 Tecnología de otros países Northerm Power Systems (EEUU) West Wind M-100 (EEUU) Enercon (Alemania) Furlaender (Alemania) Vergnet (Francia) WES (Holanda) Norwin A/S (Dinamarca)

17 Northem Power Systems Comercializa un aerogenerador de 100 kw con tecnología nueva. (NP-100) Diámetro del rotor: 21 m / Altura torre: 31 m Tripala (Palas de material compuesto) Regulación por entrada en perdida (paso fijo) Accionamiento directo. Generador de imanes permanentes/convertidor de potencia total. (Velocidad variable) Peso rotor+ góndola: 7,2 T) Optimizada para vientos bajos (Comienza a producir energía a 3,5 m/s) Producción: kwh/año. (a 6 m/s) Precio instalado: Euros Diseño IEC IIa Nivel aparente de ruido: 55 db a 20 m Esta desarrollando un nuevo modelo de 450 kw

18 Northem Power Systems

19 West Wind M-100 Tripala barlovento Diametro: 20 m Paso fijo Caja multiplicadora Generador asincrono a 1200 rpm Peso gondola mas rotor: 31,4 T

20 Enercon Aerogenerador de 100 kw (E-20). Diámetro del rotor: 20 m /Torre: 20, 30 y 40 m Regulación por entrada en pérdida. (Paso fijo) Potencia:100 kw a 12 m/s y 68 r.p.m. Palas de acero, Góndola de aluminio Generador multipolar, Convertidor potencia total (Velocidad variable) Fácil de transportar Muy robusta/bajo mantenimiento. Comienza a producir a 4m/s Producción: hasta kwh/año (7m/s) Diseño IEC 1a

21 Enercon

22 Vergnet GEV MP R 200/275 kw Rotor Bipala a sotavento Diametro del rotor: 32m /Torre 34 m. Regulación por cambio de paso hidraulico Buje articulado Caja multiplicadora de dos etapas Generador asíncrono Orientación activa Peso góndola + palas: 9 T Producción comienza a 3.5 m/s Temperatura de operación: -10 a 45 ºC Tambien fabrica un aerogenerador de 1 MW

23 Vergnet

24 WES Fabricante holandés que sigue comercializando dos diseños antiguos (1983) de 80 y 250 kw. (WES18 y WES30) actualizados. Bipalas barlovento (Diámetros: 18 y 30 m) Cambio de paso pasivo mecánico Orientación activa Velocidad variable: Generador asíncrono y convertidor potencia total Velocidad para producción: 2,7 m/s Potencia: 80 kw a13m/s y 120 m/s/ 250 kw a 13 m/s y 70 rpm Torre celosia Producción: WES18: kwh/año WES30: kwh/año Peso góndola mas rotor: WES18 3,3 T / WES T Emisión de ruído a 8m/s: 45 db a 100m Diseño Clase IIIa

25 WES Sistema De cambio de paso

26 Norwin A/S Norwin 29 /200 /225 Tripala barlovento Diámetro: 29,1 m 200 kw a 112m/ y 37,6 r.p.m Regulación por entrada en pérdida. Velocidad fija Generador asíncrono Peso góndola + rotor: 12,93T Máx nivel de ruido: 98 db

27 Comparación de las tecnologías E3112 WES18 NP-100 NORWIN 29 MP-R E-33 ROTOR Tripala/ Sotavento Bipala/ Barlovent o Tripala/Ba rlovento Tripala/ Barlovent o Bipala/ Sotavento Tripala/Ba rlovento REGULACIÓ N Pérdida Aerodin Cambio paso mecánico Cambio paso eléctrico Perdida Aerodin Cambio paso hidráulico Cambio paso eléctrico TREN Con caja Con caja Sin caja Con caja Con caja Sin caja GENERADOR GA GA + convertid or GSIP GA GA GS anular Diseño CLASE IEC Ia/IIa IEC Ia/IIa

28 Comparación de las tecnologías E3112 WES18 NP-100 NORWIN 29 MP-R E-33 POTENCIA (kw) AREA BARRIDA (m 2 ) PESO (GÓNDOLA Y ROTOR) T Peso/Area (Kg/m 2 ) ,99 3,9 6,55 12, ,75 15,35 18,93 19,47 11,19 - Poten/Area 172,41 314,96 289,01 301,20 341,0 376,71 W/m 2 Clasicas turbinas danesas tripala con diámetro entre 15 y 20 m tenian un peso especifico de entre 25 y 35 Kg/m2. El AWEC 60: 60 Kg/m2 La turbina E-112 de Enercon 50 kg/m2, el Repower M5-126 m es 28 Kg/m2, MUltribrid: 23,6 Kg/m2, la V120 18,86, la BARD 32,39 Bipalas: Nordic 1MW-54 m - 19 Kg/m2

29 Desarrollo futuro Tecnología Infraestructuras especificas. Certificación

30 Tecnología Perfiles aerodinámicos específicos para rotores y alturas pequeños: existen varios diseños de perfiles aerodinámicos libres (Delft, NACA). El problema es que estos diseños están adaptados a rotores de grandes dimensiones. La elaboración de un perfil específico para media potencia es una tarea complicada y costosa que podría ser objeto de un proyecto en cooperación entre varias empresas. Convertidores de potencia para generación y operación en sistemas aislados. Sistema de frenado electromagnético: el objetivo es poder quitar el sistema hidráulico del interior de la góndola. Soluciones de control avanzado de aerogeneradores: en media potencia, el control debe ir adaptados a las características del emplazamiento. El hecho de situar los aerogeneradores en zonas urbanas, con más rugosidad, con obstáculos y con turbulencias hace que los emplazamientos son todos muy diferentes. Por eso, se propone el desarrollo de sistemas de control inteligente experto.

31 Programa de I+D+I en EEUU en Media potencia eólica (Rango kw) Aerogenerador de eje vertical Empresa: Clean Green Energy, 200kW Nuevo aerogenerador de eje horizontal: Northern Power Systems 450 kw Nuevo aerogenerador bipala de 500 kw de potencia nominal desarrollado por la Universidad Técnica de Tejas. Desarrollo de nuevo aerogenerador de West Wind Energy M-100

32 Infraestructuras de ensayo Las instalaciones de ensayo existentes para la energía eólica son: túneles de viento, bancos de ensayo de palas, bancos de ensayo de generadores, bancos de ensayo de trenes de potencia. Estas instalaciones se diseñan exclusivamente para el ensayo de aerogeneradores de rango de eólica de gran potencia. Para la eólica de media potencia, la realización de ensayos es fundamental para poder afinar el diseño de los equipos y reducir costes mediante por ejemplo la reducción de peso por lo que necesitaría de al menos una instalación de ensayo dimensionada y adaptada a tamaños de aerogeneradores < 300 kw.

33 Certificación (1/2) Problemática Altos costes de certificación para soluciones innovadoras. Rigidez del certificador que muchas veces pide más que lo que está contemplado en la norma. Escasez de certificadores reconocidos: GL, TÜV-NEL, DNV, Intertek.

34 Certificación (2/2) Las normativas actuales contemplan la gran eólica (IEC ) y la mini-eólica (IEC ). En esta clasificación, la eólica de media potencia está incluida en la misma categoría que la eólica de gran potencia. No tiene sentido seguir aplicando la misma normativa para aerogeneradores de 100 a 300 kw y aerogeneradores de más de 5 MW. Sería conveniente desarrollar una normativa específica, si se prevé tener un mercado con una cierta masa crítica que lo justifique: La propuesta de incluir el rango de media potencia en la IEC ha sido rechazada. Normativa IEC adaptada a media potencia (que no fuera ni ): Procedimiento largo y complicado aunque existe la posibilidad de basarse en una versión antigua de la IEC Se podría buscar apoyo a las empresas no españolas trabajando en este rango de potencia, aunque existe el riesgo de no encontrar consenso en los criterios de certificación.

35 Operación y mantenimiento Actividad problemática en cuanto a costes al ser instalaciones dispersas. Desarrollo de herramientas de supervisión y control a coste competitivo que permitan operar y mantener los aerogeneradores de media potencia de forma mas ágil y competitiva.

36 Acciones prioritarias Facilitar el desarrollo de tecnologías innovadoras que reduzcan los costes de instalación. Desarrollo de herramientas que reduzcan los costes de operación y mantenimiento. Facilitar el aumento de la eficiencia de los aerogeneradores de media potencia.

37 Aplicaciones Todas orientadas al autoconsumo Eólica comunitaria. Granjas/agrícola (Bombeo de agua) Escuelas/Universidades Empresas (Polígonos industriales/tecnológicos) Ayuntamientos (iluminación, tratamiento de aguas) Hoteles Ciudades inteligentes Islas/Países en desarrollo (Sistemas eólicodiesel) Electrocineras (Flotas cautivas, etc)

38 Proyectos de demostración Test intercomparativo de distintas aplicaciones de electrolinera eólica. Objetivos: Validar la tecnología eólica de media potencia Validar distintas aplicaciones de suministro de energía eléctrica a VE a partir de energía eólica. Electrolinera aislada de red (baterias) Electrolinera conectada a red. (balance neto)

39 Mercados De acuerdo al ICI International Market Assessment, en el mundo hay un mercado potencial de la eólica de media potencia de hasta 220 GW EEUU: Mercado mayor que oferta. Múltiples incentivos Reino Unido: Interés creciente por aerogeneradores de media potencia

40 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION

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