EEH. UD2 ENERGÍA EÓLICA

Transcripción

1 EEH. UD2 ENERGÍA EÓLICA Lección 2: Aprovechamiento del recurso eólico Damián Crespí Llorens Máquinas y Motores Térmicos Ingeniería Mecánica y Energía

2 Índice Lección 2: Aprovechamiento del recurso eólico 1. Origen del viento a escala global y local 2. Rosa de los vientos 3. Potencia eólica disponible 4. Distribución de probabilidad del viento 5. Modelos de perfil vertical de viento

3 Origen del viento Radiación solar Tierra esfera Incidencia solar no homogénea Diferencias térmicas atmósfera VIENTO Diferencias densidad aire Diferencias presión

4 Origen del viento Celda de Hadley Fuerza de Coriolis!!!

5 Fuerza de Coriolis Aparece con: Velocidad perpendicular al eje de rotación Objeto: aceleración desde el punto de vista del observador en rotación

6 Fuerza de Coriolis Aparece con: Velocidad partícula aleja/acerca al eje de rotación Se acerca al eje: En el ecuador no se da esta situación Se aleja del eje:

7 Fuerza de Coriolis

8

9 Porqué se produce el viento a escala global?

10 Perfil vertical de velocidad El perfil vertical es función del tipo de terreno

11 Qué rasgos topográficos afectan al viento? Brisas marinas

12 Qué rasgos topográficos afectan al viento? Efecto valle NOCHE: AIRE MÁS DENSO DE ALTAS COTAS DESCIENDE POR LA LADERA Y EL MÁS CALIENTE DEL VALLE, ASCIENDE

13 Qué rasgos topográficos afectan al viento? Efecto colina

14 Qué rasgos topográficos afectan al viento? Efecto túnel

15 Sensores para la medida del viento

16 Índice Lección 2: Aprovechamiento del recurso eólico 1. Origen del viento a escala global y local 2. Rosa de los vientos 3. Potencia disponible 4. Distribución de probabilidad del viento 5. Modelos de perfil vertical de viento

17 Rosa de los vientos Se confeccionan a partir de las medidas de los sensores a lo largo de un periodo (1 año) Indican dirección del viento DATOS DE VIENTO Estación Barrancada Caja Murcia Periodo: año observaciones horarias. Sin dato: 6 h Velocidad media en cada dirección (dm/s) :

18 Rosa de los vientos Velocidad media en cada dirección (dm/s) : Rosa de frecuencias Apantallamiento ~ 5%

19 Parque eólico de la Unión

20 Índice Lección 2: Aprovechamiento del recurso eólico 1. Origen del viento a escala global y local 2. Rosa de los vientos 3. Potencia eólica disponible 4. Distribución de probabilidad del viento 5. Modelos de perfil vertical de viento

21 Potencia eólica disponible Ya sabemos cuál es la dirección del viento y su magnitud: De cuanta potencia dispone el viento?

22 Potencia eólica disponible Energía cinética Masa de aire que atraviesa la sección S en tiempo t Parámetro objetivo para selección del emplazamiento (no conocemos S todavía) Densidad de potencia disponible Potencia disponible

23 Potencia eólica disponible Densidad de potencia disponible La potencia disponible aumenta con el cubo de la velocidad

24 De qué variables depende? 1 - Densidad del aire Ec. Gases Ideales p ρ= Rg T ρ0=1,225 kg / m3 Densidad del aire en condiciones de: 15ºC 1013,3 mbar

25 De qué variables depende? 2 - Velocidad Ley de distribución de la velocidad del viento

26 De qué variables depende? 2 - Velocidad

27 Energía disponible Permite conocer si el emplazamiento es idóneo o no lo es. Energía disponible Energía calculada con 3 V Factor de irregularidad permite conocer la variabilidad del viento: - A viento más variable, el valor se hace más grande.

28 Potencia eólica recuperable Si Cp depende de V: Si Cp fuera constante:

29 Índice Lección 2: Aprovechamiento del recurso eólico 1. Origen del viento a escala global y local 2. Rosa de los vientos 3. Potencia eólica disponible 4. Distribución de probabilidad del viento 5. Modelos de perfil vertical de viento

30 Ley de distribución de Weibull c: factor de escala (dimensiones de velocidad) k: factor de forma (adimensional)

31 Ley de distribución de Weibull Probabilidad V < V de arranque de la turbina: Arranque Desconexión

32 Utilización de Weibull para el cálculo de la energía

33 Utilización de Weibull para el cálculo de la energía

34 Utilización de Weibull para el cálculo de la energía Hasta este punto sabemos como calcular la potencia/ energía recuperable: c,k 3 V y V /S P Po Seleccionado una Turbina (Cp y S) Potencia recuperable OBJETIVO: c,k?

35 Métodos para determinar c y k Método 1 Disponible: datos de viento durante periodo largo ordenados por intervalos de velocidades. Frecuencias acumuladas conocidas Haremos: Ajuste por mínimos cuadrados Partimos Ec. Probabilidades acumuladas:

36 Métodos para determinar c y k Método 2 Disponible: Velocidad media Desviación típica Obtendremos k y c mediante la expresión aproximada:

37 Weibull para vientos con calma Si existen lecturas de vientos en calma F0 : Probabilidad de vientos en calma (tpu) δ( V )= δ( V =0)=1 δ( V 0)=0

38 Ley de Weibull a diferentes alturas Medidas de viento suelen ser a altura inferior a la del buje (10 m). Conocidos k a y c a a altura z a Buscamos: c y k a la altura del buje

39 Utilización de Weibull para el cálculo de la energía Hasta este punto sabemos como calcular la potencia/ energía recuperable: c,k 3 V y V /S P Po Seleccionado una Turbina (Cp y S) Potencia recuperable Como obtenemos OBJETIVO:la energía recuperable? c,k?

40 Curva velocidades clasificadas Es una curva temporal de velocidades t 8760 horas 4380 horas Cuantas horas al año tenemos garantizadas Que el viento va a tomar un valor mayor que vi

41 Índice Lección 2: Aprovechamiento del recurso eólico 1. Origen del viento a escala global y local 2. Rosa de los vientos 3. Potencia eólica disponible 4. Distribución de probabilidad del viento 5. Modelos de perfil vertical de viento

42 Perfil vertical del viento

43 Perfil vertical del viento

44 EJERCICIO DE EJEMPLO

45 Ejemplo

46 Ejemplo

47 Ejemplo

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49 Ejemplo

50 DUDAS?