La verificación de rendimiento de los parques eólicos

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Blanca Cabrera Domínguez
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La verificación de rendimiento de los parques eólicos Rafael Zubiaur Barlovento Recursos Naturales S.L., España brn@barlovento-recursos.

1 La verificación de rendimiento de los parques eólicos Rafael Zubiaur Barlovento Recursos Naturales S.L., España Hall 7, stand B18 Wind PowerExpo 2009 Sesión I.II. Diagnóstico y análisis de la eficiencia de los parques eólicos. 1 *Ensayo de curva de potencia

2 BARLOVENTO QUIÉNES SOMOS? ASESORES TÉCNICOS INDEPENDIENTES Y LABORATORIO DE ENSAYOS Consultores en energías renovables. Proyectos en más de 30 países: Europa, América, África y Asia. Asesor Técnico en más de MW eólicos y 400 MW fotovoltaicos construidos. site assessment de más de 1000 parques eólicos. Gestión de más de 1000 torres de medición. Acreditaciones para ensayos de energías renovables. Miembros de Measnet (ensayo de curva de potencia). 2

IEC 61400-12-1 Campañas de Medidas Meteorológicas 2 : IEC 61400-12-1 UNE EN 500520 Orden de

3 BARLOVENTO Laboratorio de Ensayos, acreditaciones ENAC de acuerdo a ISO 17025: Aerogeneradores (Curva de Potencia 1 ), miembro de MEASNET. IEC Campañas de Medidas Meteorológicas 2 : IEC UNE EN Orden de medidas de la DGA (ORDEN de 6 de julio de 2004, del Departamento de Industria, Comercio y Turismo). Certificado Sistema de Gestión I+D+i AENOR UNE , 2 3

4 CONTENIDO 1. Introducción 2. Desvíos en la evaluación del recurso 3. La verificación del rendimiento 4. Conclusiones 4

1. INTRODUCCIÓN El proceso de evaluación del recurso eólico

El proceso de evaluación encierra incertidumbres que se

La principal fuente de incertidumbres en la evaluación

5 1. INTRODUCCIÓN El proceso de evaluación del recurso eólico conduce a la producción media estimada a largo plazo. El proceso de evaluación encierra incertidumbres que se traducen en incertidumbre en la producción (ingresos). La principal fuente de incertidumbres en la evaluación procede de las medidas: son necesarias medidas de calidad y cantidad suficientes. Los desvíos respecto a la producción prevista pueden estar ligados al emplazamiento, al aerogenerador o al parque. 5

6 EVALUACIÓN DE PRODUCCION Campaña de medidas Velocidad, dirección, P, T, densidad aire Extrapolación altura buje Estación de referencia y Largo plazo Modelo de campo de vientos Modelo de parque: -Curva de potencia, -Estelas, -Disponibilidad, -Pérdidas Resultados: -Producción anual estimada a largo plazo, -Incertidumbre del resultado:p50, P75, P90 6

7 2. DESVÍOS EN LA EVALUACIÓN DEL RECURSO ORIGEN DE LAS DESVIACIONES: Evaluación de condiciones de viento y ambientales (medidas, perfil vertical, largo plazo, hielo, temperaturas altas, ). Modelos de campo de vientos. Diseño del parque (estelas, clase-subclase inadecuadas). Rendimiento del aerogenerador (curva de potencia y disponibilidad). Operación. 7

campo de vientos Posiciones de turbina: Upflow, características de terreno complejo,

8 DISEÑO DE PARQUE Campaña de medidas Velocidad, dirección, P, T, densidad aire Extrapolación altura buje Estación de referencia y Largo plazo: Vave, Vref Rosas de distancias Modelo de campo de vientos Posiciones de turbina: Upflow, características de terreno complejo, Turbulencia (Frandsen), Resultados: -Clase y subclase de turbina en cada posición, -Estrategias de WSM 8

9 RIESGOS DEL DISEÑO Incorrecta evaluación de las condiciones ambientales: IEC Velocidad en cada posición, Velocidad extrema Vref Nivel de turbulencia Aerogenerador de Clase, Subclase no idóneas. Disposición de aerogeneradores inadecuada puede conducir a: Incorrecta evaluación de subclase. Menor disponibilidad. Más averías. Mayores pérdidas por estelas. 9

10 MEJORAS EN LA EVALUACIÓN DEL VIENTO Y DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES Y EN EL DISEÑO La principal forma de evitar las desviaciones es mejorar la campaña de medidas: Más torres, más altas, instrumentación de calidad, equipos redundantes, Sistemas de medida remota: sodar, lidar NORMAS: IEC , recomendaciones IEA y Measnet, Orden de medidas DGA, Las medidas ayudan a disminuir el error de los modelos de campo de vientos. Las campañas de medidas más largas y con más torres permiten la mejora del diseño del parque. 10

11 3. RENDIMIENTO DE AEROGENERADOR Y PARQUE La verificación del rendimiento suele formar parte de las comprobación de garantías de suministro, pero además: la verificación del rendimiento es útil para: Conocer el comportamiento real del aerogenerador en las condiciones del emplazamiento. Seguimiento de la degradación del rendimiento durante toda la vida del parque. Verificación de las actuaciones correctivas o mejoras. Los desvíos en el rendimiento (curva de potencia) pueden tener origen en el aerogenerador y/o en las condiciones ambientales: perfil vertical, turbulencia, 11

12 ALGUNOS EJEMPLOS:. Norm alized power for different tem perature ranges Influencia de temperatura en la curva de potencia, Normalized power T<=0 T<=2 T<=-2 All data T>=2 T<=10 T> Wind speed (m/s) Influencia del perfil vertical, % AEP Total AEP SITE 3 α < < α < 0.17 α > AVG. WIND SPEED (m/s) 12

13 TRES ENFOQUES EN LA VERIFICACIÓN DEL RENDIMIENTO: I. Ensayo de curva de potencia, norma IEC Ed II. Verificación con anemómetro de góndola, IEC en preparación. III.Verificación de curva de parque, IEC en suspenso. Además: IV.Medida de disponibilidad (en inicio). 13

14 I. Ensayo de curva de potencia, según IEC Ensayo de aerogenerador en condiciones controladas: Medidas meteorológicas y de potencia. Para una densidad del aire se obtiene Potencia = F (V buje ) Formulación demasiado simple (en revisión). Ventaja: Proceso controlado. Permite conocer el comportamiento real del aerogenerador en condiciones específicas del emplazamiento. Permite un seguimiento de la degradación del rendimiento durante toda la vida del parque. Identificación de posibilidades de mejora. Verificación de las actuaciones correctivas o mejoras. Inconveniente: Medida en reducido número de máquinas en un parque. 14

Esquema del proceso de ensayo de curva de potencia: i.

Selección de punto de torre: 2-4 D Estudio de orografía => necesidad de

POTENCIA ACTIVA ESTATOR Asunto: 2007-013. P.E. San Lorenzo (SLA-11).

15 Esquema del proceso de ensayo de curva de potencia: i. Estudio de obstáculos+aerogeneradores => SECTOR VÁLIDO ii. iii. iv. Selección de punto de torre: 2-4 D Estudio de orografía => necesidad de calibración emplazamiento (Calibración emplazamiento) v. Medida de curva de potencia. vi. Evaluación de curva y AEP 2200 DISPERSIÓN DE PUNTOS. POTENCIA ACTIVA ESTATOR Asunto: P.E. San Lorenzo (SLA-11). Base de Datos B Potencia Activa (kw) Valores Mínimos Valores Máximos Desviación Estándar Valores Medios Velocidad del Viento a la Altura de Buje (m/s) 15

16 Campaña de medida: i. - Equipos meteorológicos: 2 anemómetros, 1 veleta, Temp, ii. Presión, Lluvia. iii. - Medida eléctrica: Transformadores de tensión e intensidad, iv. Convertidor de potencia. v. - Sistema de Adquisición de datos. vi. - Señales de disponibilidad del aerogenerador. vii. viii. - Requisitos en cuanto a brazos soporte de instrumentación y torre. - Instrumentación calibrada, especialmente anemómetros. 16

17 II. Verificación con anemómetro de góndola, IEC (en preparación) Ensayo basado en el empleo de la medida de la velocidad de góndola: Free stream wind speed se obtiene a partir de la velocidad de góndola a través de una función de transferencia ( Nacelle Transfer Function ) V free = NTF (V góndola ) A partir de las medidas de potencia y V free se obtiene la curva de potencia (Nacelle Power Curve): Potencia = NPC (V free ) Inconveniente: El anemómetro muy influenciado por rotor y góndola: mayor incertidumbre que el ensayo de curva de potencia. Dependencia de las condiciones específicas del sitio: perfil y turbulencia Ventaja: Velocidad de góndola disponible en todos los aerogeneradores. Utiliza instrumentación existente. Velocidad próxima al centro del rotor P31 P32 P33 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C Velocidad góndola

18 No lineal! Tratamiento similar al del ensayo de curva de potencia, pero: resultados en todos los aerogeneradores! 18

19 III. Curva de parque, IEC (tramitación parada) Ensayo basado en el empleo de medidas en torres en torno al parque, para obtener una curva de potencia de parque: Potencia parque = F (V, dirección, ρ) Ventaja: Engloba estelas. Describe el parque en conjunto (diseño del parque, aerogenerador elegido, pérdidas, ) Puede englobar la disponibilidad. Inconveniente: Incorpora error de modelos de viento. Sólo aceptable en terrenos poco complejos. 19

20 MET1 EJEMPLO : PARQUE CON 2 DIRECCIONES PREDOMINANTES Según la dirección del viento, se considera la torre que no esté influenciada por los aerogeneradores - Los sectores válidos vienen determinados por la misma consideración de obstáculos de la norma IEC MET

21 Resultados: - Serie de potencia esperada con modelo de parque - Se comparan resultados de energía esperada energía medida y se establecen criterios de cumplimiento Potencia Estimada Potencia Medida Total Energía Esperada durante la prueba (MWh) Total Energía Medida durante la prueba (MWh) Eficiencia 96% En fase de explotación, puede usarse el procedimiento para detectar desviaciones y analizarlas 21

22 4. CONCLUSIONES La principal forma de mejorar las predicciones de producción es mejorar la campaña de medidas. NORMAS: IEC , recomendaciones IEA y Measnet, Orden de medidas DGA, recomendación IEA sodar (borrador) El diseño inadecuado se traduce en pérdidas de producción: estelas, indisponibilidad, averías, NORMA: IEC Para la evaluación de recursos serían necesarias curvas de potencia específicas, no genéricas. NORMA: IEC (en revisión) La verificación del rendimiento permite no sólo la verificación del cumplimiento de garantías, sino también mejorar la operación. NORMAS: IEC , IEC

23 GRACIAS POR SU ATENCIÓN Rafael Zubiaur BARLOVENTO RECURSOS NATURALES C/Pintor Sorolla 8, 1ºA Logroño (La Rioja) Tel Fax

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