4 Coloquio Internacional Corredor E³lico del .– Curvas de potencia...

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  • 4 Coloquio

    Internacional

    Corredor Elico del Istmo

    Consultado en: http://planeolico.iie.org.mx/4tocol/8-ManuelGAMESA.pps#1

    Fecha de consulta: 20/09/2009.

    http://planeolico.iie.org.mx/4tocol/8-ManuelGAMESA.pps

  • Caractersticas viento como combustible:Variabilidad espacio-temporal, aleatoriedad Viento geostrfico, perfil vertical, rugosidad

    32

    21

    21 vAAvvPD ==

    ENERGA DEL VIENTO

    densidad del aireA Area de barrido del rotorv velocidad del viento

    Depende de:

    A

    v

  • Recopilacin de datos existentes

    Instalacin de torres de medida

    Metodologa de Evaluacin del Potencial Elico

    Control de calidad de datos

    Modelizacin del Campo de Viento

    (extrapolacin espacial)

    Correlacin con series de

    referencia (extrapolacin

    temporal)

    Parmetros estadsticos

    Diseo de parque

    Clculo de la produccin energtica de parque

    Perfil vertical

    Turbulencia

  • TRATAMIENTO DATOS. OBTENCIN ESTADISTICOS

    Velocidad

    Direccin

    Temperatura

    Presin

    DURANTE AL MENOS UN AO!1Hz, promedio 10 min, 30 min

    k

    Avk

    eAv

    AkvP

    =

    1

    )(

    Distribucin de Weibull

    Dos parmetros:k -> Factor de formaA -> factor de escala La distribucin de Rayleigh es un

    caso especial con k=2

    MEDIDAS

  • EXTRAPOLACIN ESPACIAL:

    E1

    E100

    Datos necesarios: Medidas de viento Mapa digitalizado topogrfico Mapa digitalizado de rugosidad Digitalizacin de los obstculos Curva de potencia del aerogenerador

    Calcula:Viento en toda la zona de estudio

    Produccin energtica del parque elico

  • DISEO PARQUE: Micrositing(Park, Wind Farmer, WindPro)

    Datos necesarios: Mapa de vientos Curvas de potencia Zonas de exclusin Restricciones (ruido, distancias) Mapa digitalizado de rugosidad

    Optimiza diseo

    Calcula energa

  • Rozamiento con el suelo. Perfil vertical

    =

    00 HH

    VV

    Ley Potencial:

    =

    0

    *

    ZZLn

    KVV

    Ley logartmica:

    H

    H0 V0

    V

    V* friction vel., K constant, Z0 roughness length

  • Energa del viento

    Potencia disponible en el viento:

    Energa disponible

    Energa extrable

    3

    21 vAP =

    r: air densityA:areav: velocity

    tPE =

    pe CtvAE =3

    21 Cp :coeficiente de potencia (Cp

  • Clculo de la produccin energtica de un aerogenerador

    Power curve

    0

    100

    200

    300

    400

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

    V (m/s)

    Powe

    r (W

    )

    Wind speed distribution

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

    V (m/s)

    %

    =i

    iia TWE

    Ti

    Wi

  • EMPLAZAMIENTOS ELICOS

    VIENTOS LOCALES:Aceleracin flujo por ascenso

    El viento atravesando lascimas de las montaas se haceveloz y denso, y cuando sopla fuerade ellas se vuelve ligero y lento, comoel agua que sale de un canal estrecho yva a desembocar al mar.Leonardo da Vinci(1452-1519)

  • EMPLAZAMIENTOS ELICOSEfecto Estela

    en Parques Elicos

    POSIBLE PRDIDA ENERGTICA!!

  • Vida de diseo 20 aos. Condiciones de viento normales. Condiciones de viento extremas. Otras condiciones medioambientales:t

    ambiente, humedad, salinidad, densidad del aire, hielo...

    WTGS class I II III IV S

    Vref (m/s) 50 42,5 37,5 30

    Vave (m/s) 10 8,5 7,5 6

    A 0,18 0,18 0,18 0,18

    B 0,16 0,16 0,16 0,16 to be specified

    Clases de aeroturbina. Norma IEC 61400-1

  • Norma IEC 61400-1Condiciones de viento normales

    Distribucin anual: tipo weibull (K=2) Perfil vertical: ley exponencial a=0,2 Modelo de turbulencia normal:

    (I15, a)Espectro turbulento de Von Karman

    Componente vertical de viento: 8

  • Verificacin de las condiciones de vientoinformacin necesaria para evaluacin y seleccin del aerogenerador

    Velocidad media anual a la altura del buje (extrapolada a largo plazo) Constante de forma K de weibul Intensidad de turbulencia I15 Velocidad de referencia Vref (obtenida a travs de correlacin a largo plazo con estaciones meteorolgicas

    cercanas) Velocidad mxima histrica Ve50 (obtenida por correlacin a largo plazo con estaciones meteorolgicas

    cercanas) En terreno complejo y para las ubicaciones reales de las aeroturbinas:

    Pendiente del terreno en en las ubicaciones y cercana a cortados. Cortadura de viento Posibilidad de rfagas extremas en velocidad o direccin Inclinacin de flujo Mapa orogrfico del parque con indicacin de la ubicacin de mquinas

    Las condiciones de viento deben haberse obtenido mediante medidas en el emplazamiento durante unperiodo de al menos 6 meses y preferiblemente 1 ao si se prev una variacin estacional de importancia

    Otras condiciones medioambientales de la red elctrica y del terreno: Temperaturas extremadamente altas o bajas y periodo anual de ocurrencia Formacin de hielo (periodo anual de ocurrencia) Zona ssmica Densidad del aire Tipo de suelo Cadas frecuentes de la red Distancia prevista entre aerogeneradores

  • Definicin:Distribucin de probabilidad utilizada a menudo para la velocidad del viento en un lugar, cuya funcin de distribucin depende de dos parmetros, el parmetro de forma, que determina la anchura de la distribucin, y el parmetro de escala, que determina la velocidad media del viento de la distribucin(La distribucin de Rayleigh es idntica a la distribucin de weibull con un parmetro de forma igual a 2)

    Distribucin de Weibull

    Consideraciones:Las distribuciones con K baja indican mayor probabilidad de ocurrencia de vientos bajos y de vientos extremosLas distribuciones con K baja dan valores mas bajos de produccionA veces una distribucin weibul ajustada con k baja puede significar combinacion de dos regimenes de viento de velocidad media diferente y k proxima a 2 (distribucion bimodal)

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    700

    800

    900

    1000

    0 10 20 30 40 50 60

    Anual w ind speed (K=2) 7.50 m/sAnual w ind speed (k=1.5) 7.50 m/sAnual w ind speed (K=2) 10.00 m/s

  • Condiciones del emplazamiento. ImportanciaVELOCIDADES EXTREMAS

    Las velocidades extremas con periodo de retorno de 1 y 50 aos son los parmetros que tienen mayor importancia en las cargas ltimas sobre la aeroturbina.

    Si no se dispone de valores medidos se deber hacer una extrapolacin a largo plazo basada en correlaciones con estaciones meteorolgicas cercanas

  • Condiciones del emplazamiento. ImportanciaVELOCIDADES EXTREMAS

    Frecuencia de la velocidad de viento:Ajuste a la funcin de distribucin acumulada de Gumbel

    y = 0,3523x - 1,938

    -2

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    16

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50V (m/s)

    -Ln(-Ln(Frec)

    -Ln(-Ln(Frec ajust))

  • Condiciones del emplazamiento. ImportanciaMAPA OROGRFICO Y UBICACIN (II)

    Energa cintica turbulenta

  • Condiciones del emplazamiento. ImportanciaTURBULENCIA AADIDA POR ESTELA

    En caso de encontrarse las mquinas en estela de otra uotras situadas a barlovento a la turbulencia propia delemplazamiento se le aade la que ocasiona la estela de lasmquinas

    20

    2total I Ct/St 1,2 I +=

    (Fradsen 1996)

  • Condiciones del emplazamiento. ImportanciaDENSIDAD DEL AIRE

    La energa generada por las aeroturbinas es directamente proporcional a la densidad del aire

    Las fuerzas aerodinmicas que ejerce el viento sobre la aeroturbina son directamente proporcionales a la densidad del aire

    Bajas densidades producen menor ventilacin La densidad del aire de diseo corresponde a la

    densidad del aire standard dens= 1,225 Kg/m3 Un emplazamiento con menor densidad del aire

    puede compensar un leve exceso respecto a la clase de la aeroturbina

  • Condiciones del emplazamiento. ImportanciaEXPONENTE DE CORTADURA (a)

    Los datos de viento medidos en mstiles de altura inferior a la altura del buje deben extrapolarse a la altura del buje mediante las formulas logartmica o exponencial de cortadura de viento

    La aparicin de exponentes de cortadura negativos en determinadas ubicaciones de parque puede ocasionar deflexiones mximas no contempladas por la norma

    El exponente de cortadura de un emplazamiento definir la altura de torre mas rentable para el emplazamiento

  • Condiciones del emplazamiento. ImportanciaFLUJOS VERTICALES DE VIENTO

    La aparicin de fuertes componentes verticales de viento produce sobre las palas cargas asimtricas izquierda derecha que provocan pares de guiada fuertes sobre el aerogenerador

    La norma IEC establece 8 como ngulo de inclinacin del viento, ngulos superiores deben ser objeto de anlisis

  • Condiciones del emplazamiento. ImportanciaMAPA OROGRFICO Y UBICACIN DE MAQUINAS (I)

    La utilizacin de software de simulacin basados en teora potencial (WAsP) conduce a la colocacin de las aeroturbinas en posiciones demasiado cercanas al borde del barranco

  • Condiciones Del Emplazamiento. Importancia

    TEMPERATURAS EXTREMAS Y FORMACION DE HIELO Temperaturas extremadamente altas o bajas y si adems se

    combinan con baja densidad provocan problemas de refrigeracin en generador y multiplicadora y/o no funcionamiento de sistemas electrnicos

    La formacin de hielo en palas implica menor produccin La formacin de hielo en palas durante periodos prolongados

    con los aerogeneradores funcionando pueden provocar cargas de fatiga importantes por mayor peso y/o desequilibrio msico.

    La formacin