TURBINAS EÓLICAS TURBINAS HIDROCINÉTICAS

Transcripción

1 Bahia Blanca, 7 de Abril de 2010

2 GENERACIÓN ELÉCTRICA A PARTIR DE FUENTES RENOVABLES TURBINAS EÓLICAS TURBINAS HIDROCINÉTICAS

3 ACTIVIDADES DE INVAP EN ENERGÍA EÓLICA Evaluación del recurso: Campañas de medición, procesamiento de datos, mapeos eólicos, estudios de factibilidad de parques Líneas de desarrollo de aerogeneradores: 1- Baja Potencia 2- Media Potencia 3- Alta potencia

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6 POSIBILIDAD DE POTENCIAR ESTAS CENTRALES INSTALANDO EN SU CERCANÍA GRANDES PARQUES EÓLICOS (utilizando infraestructura existente) Fuente: CAMMESA

7 Terreno fiscal: delimitado por línea roja N Cuadrícula. Horizontal: 1500m Vertical: 1800m O S E

8 Dirección del viento: superposición de N, NO, O, SO y S Zonas restringidas (vientos a 80m sobre la barda) Azul: por velocidad ascendente Rojo: por velocidad descendente Verde: por turbulencia O N S E

9 1. Baja Potencia: IVS

10 Corte del aerogenerador IVS-4500

11 ESPECIFICACIONES GENERALES AEROGENERADOR IVS ) Potencia nominal 4500 watts. 2) Velocidad de viento para potencia nominal: 11,6 m/s. Veloc. de arranque: 4,2 m/s. 4) Velocidad máx. de viento en operación normal: 110 Km./h (30,5 m/s). Supervivencia hasta 160 Km./h. 5) Diámetro de hélice: 4,50 mts. 6) Tipo de hélice: bipala con perfiles aerodinámicos laminares de alta eficiencia. 7) Control de velocidad: pasivo por plegado de hélice. 8) Freno de parada manual: plegado de cola y freno eléctrico. 9) Voltaje: 12, 24, 48 volts CC, 380 volts CA frecuencia variable (bombeador). 10) Aplicaciones: En corriente continua, para carga de baterías (alimentación a viviendas, protección catódica de gasoductos, oleoductos, sistemas de telesupervisión etc). En corriente alterna, aplicación en bombeo de grandes cantidades de agua, especialmente para agricultura, dependiendo del lugar de implantación y la altura de elevación del agua, se puede llegar a un máximo cercano a lts / h. 11) Mantenimiento: revisión anual mínima, recorrida completa cada 5 años. Hecho en Argentina

12 Esquema (p/ potencia hasta 22 KW) Aerogenerador Consumo Trifásico G Consumo Fase 1 Consumo Fase 2 Grupo Electrógeno Regulador rectificador Banco de Baterías Inversor Consumo Fase 3 G Consumos en Corriente Continua On/Off Regulador rectificador

13 IVS OLDELVAL Hecho en Argentina

14 BOMBEO PARA RIEGO Hecho en Argentina

15 Hecho en Argentina IVS 4500 Chihuido Sur - Provincia del Neuquén - Marzo 2006

16 IVS 4500 Calcatre - Provincia de Neuquén - Agosto 2007 Hecho en Argentina

17 Hecho en Argentina IVS 4500 Los Gigantes - Provincia de Córdoba - Octubre 2007

18 Montaje de un IVS-4500

19 IVS Torre articulada

20 Edificio Torre Cefira Mar del Plata

21 GENERADOR EOLICO IVS 4500 DURANTE LA PUESTA EN MARCHA EN BASE ESPERANZA

22 IVS 4500 Modelo Antártico Antártida Argentina - Base Esperanza

23 2. Sistemas Híbridos Autónomos Mediana Potencia Hasta 150 KW Para zonas aisladas y para generación distribuída

24 Aspectos Innovadores Alta modularidad en función de las necesidades de consumo y de la disponibilidad de recursos energéticos. Los inversores permiten suministrar electricidad a 220/380 V 50 Hz en Corriente Alterna trifásica. Nuevos desarrollos de Aerogeneradores de 25/30 KW y 150 KW, aptos tanto para uso en Sistemas Híbridos como para generación distribuída en redes, así como bombeo directo de agua en volúmenes importantes.

25 Esquema (p/ potencia superior a 25 KW)

26 Aerogenerador de 25/30 KW (Actualmente está en fabricación el primer prototipo). CARACTERISTICAS GENERALES: Potencia Nominal: 25 KW para el modelo clase I y 30 KW para el modelo clase II (Norma IEC 61400) Rotor: de tres palas con control de paso, de velocidad variable. Generador: de imán permanente, con acople directo al eje primario, generación en Tensión y frecuencia variable. Electrónica de potencia: rectificador y ondulador (Full Size Converter) Sistema de orientación: pasivo, del tipo barlovento, con cola Sistema de control y seguridad: PLC Aerogenerador de 150 KW Aún no se ha iniciado el desarrollo.

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28 Aerogenerador de 30 KW

29 3. Eólica de Alta Potencia Aerogenerador 1.5 MW

30 Aerogenerador DESCRIPCION GENERAL a ROTOR

31 INTEGRACIÓN EN LA RED Generador asincrónico doblemente alimentado Control de Potencia Reactiva Es posible controlar la potencia reactiva S T Continuidad de Suministro El generador soporta la corriente de cortocircuito pero no el convertidor Soluciones: derivar la corriente del rotor (crow-bar) o sobredimensionar el convertidor G.A.D.A

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34 Fuente: The Economist Newspaper

35 La Energía Eólica en el Mundo La capacidad mundial instalada aumentó en MW durante el año 2007, en MW durante 2008, y en 2009 se agregaron casi MW (a pesar de la crisis mundial). Hoy en día la potencia total instalada es de MW. El sector eólico ha creado puestos de trabajo en todo el mundo. Estados Unidos tomó el primer lugar en potencia instalada: MW y continúa creciendo ( MW en 2009). Le sigue Alemania, que cuenta con MW instalados. China siguió siendo el mercado más dinámico en el año 2008 y el 2009, alcanzando hoy los MW instalados. Europa muestra estancamiento, desarrolla Ofshore. Se estima un crecimiento global de más de 12 veces para el año 2020.

36 Turbinas Hidro Cinéticas (THC)

37 Energía potencial - Esquema de instalación. Típica instalación de turbinas que requieren altura diferencial (head). Estas turbinas captan la Energía Potencial, obtenida por la diferencia de altura de los niveles del agua. Esto implica una gran inversión en obra civil e instalaciones, y también sensibles modificaciones del medio ambiente.

38 Energía cinética - Esquema de instalación. Típica instalación de turbina (THC),anclada en el curso de un río, y que no requieren altura diferencial ( no head). Estas turbinas captan la Energía Cinética que posee la masa de agua en la corriente de un rio, corrientes oceánicas o de mareas. No requieren obra civil significativa y tienen casi nula acción sobre el medio ambiente.

39 Campo de aplicación de THC (free flow turbine generator) Con la intención de simplificar la exposición diremos que el término Head da una idea de la diferencia de altura que debería haber entre el nivel del agua antes de la turbina y después de la turbina. Las turbinas mencionadas que requieren Head funcionan obteniendo la energía en base a la Energía Potencial del agua (Head). Las turbinas THC (free flow turbine) funcionan sin la necesidad que exista Head.

40 Aprovechamiento de pasos naturales Las THC aprovechan las corrientes que se obtienen en pasos naturales de los rios, o mares, donde las velocidades se incrementan. Las THC pueden operar en canales hechos por el hombre, ríos, corrientes marinas u oceánicas y mareas.

41 Ejemplo de uso de estructuras existentes. Las THC no necesitan de grandes instalaciones civiles, no obstante se pueden utilizar estructuras existentes como puentes y canales

42 Alta Potencia (Ejemplo con venturi * ) Potencia = 1 Mw Diámetro turbina = 11.5 metros Longitud del ducto = 19.2 metros Utilización : corrientes oceánicas, mareas y ríos muy caudalosos (*) Vista de la THC con su cubierta ( venturi) destinada a aumentar la velocidad del agua en su pasaje por las palas.

43 Turbinas de 1 MW (Energía mareomotríz Noruega)

44 Proyecto INVAP-THC Etapa 1 Construcción modelo 0,8 Kw Desarrollo y fabricación de un Modelo de 0.8 Kw, para ensayarlo en un flujo de agua libre, con el objeto de validar las herramientas de cálculo y diseño utilizadas (CFD) Dinámica de los Fluidos Computacional, para el diseño de un Prototipo THC de 4.5 Kw. Desarrollo y fabricación de una cubierta (venturi). Potencia = 0.8 Kw Diámetro de palas = 0.86 m Velocidad agua = 2 m/s Modelado conceptual inicial

45 Proyecto INVAP-THC Etapa 1 Construcción modelo 0,8 Kw Detalle de la THC prototipo, visto desde aguas abajo, con el dispositivo Venturi montado.

46 Proyecto INVAP-THC Etapa 1 Modelado CFD del prototipo 1 Algunos resultados iniciales de la modelización CFD donde se visualiza al intensidad de turbulencia, un parámetro de diseño importante para mejorar la performance del equipo

47 Proyecto INVAP-THC Etapa 1 Construcción modelo 0,8 Kw Modelado de la pala de la turbina y análisis estructural FEA Básico con una distribución de cargas uniforme en la envergadura

48 Proyecto INVAP-THC Etapa 1 Construcción modelo 0,8 Kw Pala modelizada y pala en proceso de mecanizado

49 Proyecto INVAP-THC Etapa 1 Construcción modelo 0,8/1,0 KW Vista del rotor en su versión de 4 palas

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51 Proyecto INVAP -THC Etapa 2 Construcción Prototipo 9 Kw (4.5 Kw Kw ) La unidad de 9 Kw ( con dos rotores gemelos) será en sí misma uno de los dos modelos comerciales de menor potencia, dentro de la gama de turbinas previstas. Se pretende que sea una máquina simple, de paso fijo, que gire a régimen variable de rpm y genere en tensión y frecuencia variables, para luego obtener la tensión de red y los 50 Hz mediante un convertidor, igual al de los aerogeneradores, pero con la ventaja de no necesitar prácticamente, un banco de baterías.

52 Proyecto INVAP-THC Etapa 2 Construcción Prototipo 4.5 Kw Ejemplo de una THC con su cubierta (venturi) destinada a aumentar la velocidad del agua en su pasaje por las palas. Potencia = 4.5 Kw Diámetro (c/u) = 1.5 metros Velocidad del agua = 2.1 m/s

53 Proyecto INVAP-THC Etapa 2 Ejemplo de turbina twin 9 Kw ( Kw ) Potencia = 9 Kw (4.5 Kw Kw) Diámetro (c/u) = 1.5 metros Velocidad del agua = 2.1 m/s

54 Argentina: Demanda Eléctrica Total GWh/año GWh/año GWh GWh/año MW/año instalados Escenario Base Máx Crecimiento Demanda Crecimiento Anual Promedio: 4 a 5 % - Deben instalarse mas de MW nuevos cada año

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56 Hipotética Proyección (optimista) de Potencia Eólica Instalada al año 2032 Hipótesis: el 25% de la potencia nueva que se instale cada año, será Eólica Mw Eólicos Factor de penetración Eólica = 17,6% (en 2032) Muy similar a la situación actual de España

57 El Sistema Eléctrico Español Potencia (MW instalados) Energía (MWh/año) Fuente: REE Red Eléctrica de España Boletín Mar-08

58 Generación Eléctrica total Situación actual en Argentina (hidroeléctrica + térmica + nuclear) Generación bruta del MEM Nuclear junio 2008 Generación bruta del MEM Nuclear acumulado ,18% Hidráulica 6,77% 27,94% Hidráulica 35,37% Fósil 57,45% Fósil 65,28% Fuente: CAMMESA - CNEA

59 Resultados de Modelo Fuente: CADER

60 Emisión de CO2