La Rosa de Sombras de Viento

Transcripción

1 La Rosa de Sombras de Viento Una herramienta para estimar las perdidas de producción en granjas eólicas por efecto de las sombras de viento CARLOS ENRIQUE RAMÍREZ VALENZUELA

2 CONTENIDO Objetivo de esta plática Introducción Objetivo del sistema desarrollado Efectos a considerar La Rosa de Sombras de Viento Un ejemplo Conclusiones

3 Objetivo de esta plática Mostrar cómo el sistema desarrollado estima la baja de producción (MWH) en una granja de N aéreo-generadores AG. No se pretende justificar formalmente los modelos utilizados; sino presentar algunos resultados

4 Introducción Problema: cómo calcular el nivel de generación MW en una granja eólica con N aéreo-generadores AG? Premisas básicas: Debo conocer la velocidad del viento VV (o V) Debo considerar la curva Potencia vs Velocidad de viento de los AG (MW-VV)

5 Premisas básicas: La Rosa de Sombras de Viento Introducción Se supone que el sistema de orientación YAW funciona correctamente orientando a los AG en la dirección del viento oportunamente.

6 Introducción Premisas básicas: Normalmente se diseña la granja ubicando los AG de manera óptima a fin de obtener anualmente la máxima energía. Una vez definida la capacidad de los AG (MW): Se trata de utilizar el terreno de manera de ubicar el máximo número de AG, o si el número de éstos N está definido, utilizar en mínimo de superficie. Para ello se utiliza la estadística de velocidades y direcciones del viento, cuya representación más común es la Rosa de los Vientos del sitio. Existen paquetes de cómputo o softwares comerciales para definir la configuración óptima de los AG, [

7 Introducción Premisas básicas: la Rosa de los Vientos del sitio. Estadísticas viento CERTE

8 Objetivo del sistema desarrollado Para efectos de predecir la producción a corto plazo (cada hora durante las siguientes x horas) si se predice la velocidad del viento en este período se puede calcular la energía que se producirá utilizando la curva MW-VV (excluyendo a los AG fuera de servicio) y así estimar los MWH a producir por cada hora. En otras palabras se desea calcular la potencia a generar en un futuro cercano y en tiempo real de una granja de N AG. Sin embargo, no basta con obtener la predicción de la velocidad del viento y utilizar la curva MW-VV; sino que hay que considerar los efectos de la dirección del viento, el tamaño de las aspas, la densidad del aire, etc.

9 Efectos a considerar Un aspecto que se considera es que la VV en un mismo punto varía con la altura, nosotros consideramos el modelo: V(h 2 ) / V(h 1 ) = [ h 2 / h 1 ] a (1) que considera la rugosidad del terreno. Para obtener a es necesario tener una estadística de las velocidades de viento V en al menos 2 alturas h. a depende: de la época del año, de la hora del día y del terreno.

10 Efectos a considerar

11 La Rosa de Sombras de Viento Efectos a considerar Primero se ajusta la velocidad del viento a la altura del centro del rotor considerando que la altura de la medición no necesariamente es esta, (se aplica la Ecu. 1) Luego se ajusta la velocidad a una velocidad de viento equivalente V e en el área de barrido del rotor, esta es una velocidad uniforme en toda el área de barrido que produce la misma potencia que la VV que cambia según la altura en la zona de barrido (Ecu. 1) Curva MW-VV ajustada en sitio, el fabricante presenta una curva de diseño la cual se puede mejorar midiendo en sitio en un AG operando en el rango de velocidades de la curva durante un tiempo lo suficientemente largo (un año). Si se obtiene esta curva midiendo (VV al centro del rotor y MW de salida) no será necesario los ajustes de altura.

12 Efectos a considerar Una vez que se tiene la velocidad de viento se analiza el efecto de sombras de viento. Este efecto se refleja en una menor VV en los AG que son sombreados por otro. A la velocidad se le llama velocidad del viento efectiva VE y cuyo valor se usa en la curva MW-VV de diseño para obtener la máxima potencia que podrá generar cada AG de la granja. Para ello es necesario tener asociada a la VV su dirección DV

13 Efectos a considerar El principal efecto que afecta la producción es la sombra de viento que generan los propios AG cuando, una vez orientados, quedan delante de otro u otros AG. Este efecto causa que la cantidad de potencia se vea reducida según la ubicación de los AG y la dirección del viento. Se supone que el nivel terreno no cambia drásticamente entre los AG y que no hay turbulencia del viento por ello. Por lo tanto, en el caso de que los AG no estén a la misma altura, esta condición se considera sólo en el sombreado de viento.

14 Efectos a considerar V0 V0 u a V1 r r0 x r = r0 + a x Donde 4.5 o

15 Efectos a considerar Un AG puede ser sombreado por otro en uno de tres niveles, parcial bajo, parcial alto y total. A ij A ij A ij A ik A ij A ik a) Sin sombra b)sombra parcial c) Sombra total d)dos sombras parciales e)una sombra parcial y una total

16 Efectos a considerar Se puede tener un encadenamiento de sombreado, el caso extremo es cuando la dirección del viento coincide con una línea de AG Granj 4 x Y (m) Z(m)

17 Rosa de sombras de viento en Granja 4 X 4 Título del gráfico Series1 Series2 Series3 Series4 Series5 Series6 Series7 Series8 Series9 Series10 Series11 Título del gráfico Series1 Series2 Series3 Series4 Series5 Series6 Series7 Series8 Series9 Series10 Series

18 Efectos a considerar Se puede tener un encadenamiento de sombreado, el caso extremo es cuando la dirección del viento coincide con una línea de AG Posiciones AG's Series1 Series2

19 Inicialmente, se elaboró una versión del software que trabaja en tiempo real; esto es, se alimenta la VV y la DV y se obtiene la potencia y energía generada. Sin embargo, se generó otra versión que se calcula la potencia generada para un rango de VV y de DV y se genera una familia de curvas de potencia para diferentes valores de V y DV. A esta gráfica le llamamos Rosa de Sombras de Viento. También se puede generar el factor de reducción de potencia (valor entre 0 y 1) en lugar de la potencia a generar en la granja. Sin embargo, al graficar las curvas quedan muy cercanas perdiéndose definición. Esto permite obtener de inmediato el efecto de las sombras de viento al acceder a estas curvas paramétricas creadas para cada sitio en particular

20 Un ejemplo Se tienen datos de la granja Villonaco en el Ecuador, Con 11 AG de 1,580 KW de capacidad nominal cada uno Están en una línea como se aprecia en la siguiente figura. El radio del rotor es de 35 m La altura de los AG es de 60 m sobre el nivel del terreno. La velocidad del viento para generar la potencia nominal es de 16 m/s Posiciones AG's Series1 Series2

21 Un ejemplo VN=16 m/s, KWtot = 3406, Ang. r = -75 o KW vs #AG -75 o

22 Un ejemplo VN=12 m/s, KWtot = 3406, Ang. r = 100 o KW vs #AG o

23 Un ejemplo VN=24 m/s, KWtot = 12717, Ang. r = 100(a), 105(n) y 110(g) o KW vs #AG (a), 105(n) y 110(g) o Series1 Series2 Series3

24 Un ejemplo

25 Conclusiones La Rosa de Sombras de Viento Se obtiene fuera de línea para cada sitio en particular. Permite la obtención prácticamente instantánea de la máxima potencia a generar por efecto de las sombras de viento. Se basa en modelos simples pero que darán una idea de en una hora determinada la energía a generar. Habrá que probarlo en varios sitios. En un artículo se explicarán los modelos utilizados

26 Preguntas