EEH. UD2 ENERGÍA EÓLICA Lección 2: Aprovechamiento del recurso eólico Damián Crespí Llorens Máquinas y Motores Térmicos Ingeniería Mecánica y Energía
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
Origen del viento Radiación solar Tierra esfera Incidencia solar no homogénea Diferencias térmicas atmósfera VIENTO Diferencias densidad aire Diferencias presión
Origen del viento Celda de Hadley Fuerza de Coriolis!!!
Fuerza de Coriolis Aparece con: Velocidad perpendicular al eje de rotación Objeto: aceleración desde el punto de vista del observador en rotación
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:
Fuerza de Coriolis
Porqué se produce el viento a escala global?
Perfil vertical de velocidad El perfil vertical es función del tipo de terreno
Qué rasgos topográficos afectan al viento? Brisas marinas
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
Qué rasgos topográficos afectan al viento? Efecto colina
Qué rasgos topográficos afectan al viento? Efecto túnel
Sensores para la medida del viento
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
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 2000 8778 observaciones horarias. Sin dato: 6 h Velocidad media en cada dirección (dm/s) :
Rosa de los vientos Velocidad media en cada dirección (dm/s) : Rosa de frecuencias Apantallamiento ~ 5%
Parque eólico de la Unión
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
Potencia eólica disponible Ya sabemos cuál es la dirección del viento y su magnitud: De cuanta potencia dispone el viento?
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
Potencia eólica disponible Densidad de potencia disponible La potencia disponible aumenta con el cubo de la velocidad
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
De qué variables depende? 2 - Velocidad Ley de distribución de la velocidad del viento
De qué variables depende? 2 - Velocidad
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.
Potencia eólica recuperable Si Cp depende de V: Si Cp fuera constante:
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
Ley de distribución de Weibull c: factor de escala (dimensiones de velocidad) k: factor de forma (adimensional)
Ley de distribución de Weibull Probabilidad V < V de arranque de la turbina: Arranque Desconexión
Utilización de Weibull para el cálculo de la energía
Utilización de Weibull para el cálculo de la energía
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?
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:
Métodos para determinar c y k Método 2 Disponible: Velocidad media Desviación típica Obtendremos k y c mediante la expresión aproximada:
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
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
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?
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
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
Perfil vertical del viento
Perfil vertical del viento
EJERCICIO DE EJEMPLO
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
DUDAS?