Diseño de Un Aerogenerador de 1.8Mw. Completo

7/25/2019 Diseo de Un Aerogenerador de 1.8Mw. Completo

1/102

Proyecto Fin de Carrera

Diseo de un

aerogenerador de 1.8 Mw

Titulacin: Ingeniero en Organizacin Industrial

Alumno/a: Daniel Torroglosa Giner

Director/a/s: Antonio Snchez Kiser

Cartagena, 2 de Octubre de 2013


2/102

Diseo de un aerogenerador de 1.8 Mw

Pgina 2

ndice

Captulo 1: Introduccin ............................................................................. 4

1.1 Evolucin histrica de la energa elica ............................................ 5

1.2 Estado de desarrollo de la energa elica ....................................... 10

1.3 Aerogeneradores ........................................................................... 14

1.3.1 Clasificacin de los aerogeneradores ....................................... 14

1.3.2 Partes del aerogenerador ........................................................ 15

1.3.3 Funcionamiento de los aerogeneradores................................. 16

1.4 Motivacin ..................................................................................... 17

1.5 Objetivos ........................................................................................ 18

1.6 Situacin y emplazamiento ............................................................. 20

1.6.1 Introduccin ............................................................................ 20

1.6.2 Criterios y justificacin de la situacin del parque ................... 20

1.6.3 Criterios para la eleccin del emplazamiento .......................... 21

Captulo 2: Normativa legal aplicable ....................................................... 222.1 Introduccin ................................................................................... 23

2.2 Marco legal de la generacin de energa elctrica .......................... 23

2.3 Real Decreto 2818/1998 ................................................................. 25

2.3.1 Objeto...................................................................................... 27

2.3.2 mbito de aplicacin ............................................................... 27

2.4 Real Decreto 436/2004 ................................................................... 302.4.1 Objeto...................................................................................... 31

2.4.2 mbito de aplicacin ............................................................... 31

2.5 Consideraciones Ambientales ......................................................... 32

2.5.1 Proyectos sometidos a Evaluacin de Impacto Ambiental ....... 32

2.5.2 Procedimiento de Evaluacin de Impacto Ambiental .............. 33


3/102


Pgina 3

Captulo 3:Estudio del recurso elico. Potencial elico disponible .......... 34

3.1 Cmo influye la rotacin de la Tierra en los vientos: Efecto Coriolis35

3.2. Variaciones temporales del viento ................................................ 42

3.3 Variaciones espaciales del viento. Variacin vertical del viento ..... 43

3.4 Datos elicos .................................................................................. 44

3.4.1 Gestin de datos elicos .......................................................... 45

3.4.2 Distribucin de direcciones. Rosa de los vientos ...................... 46

3.4.3 Distribuciones analticas de velocidades. Ley de Weibull ......... 48

Captulo 4: Diseo del aerogenerador ...................................................... 50

4.1 Introduccin ................................................................................... 51

4.2 Diseo del rotor del aerogenerador ............................................... 51

4.2.1 Prediseo del rotor .................................................................. 52

4.2.2 Procedimiento de diseo de las palas ...................................... 60

4.3 Curva del aerogenerador ................................................................ 79

4.4 Clculo de la energa ...................................................................... 81

Captulo 5: Conclusiones .......................................................................... 84

Anexo 1: Recursos elicos a 10 m............................................................. 87

Anexo 2: Recursos elicos a la altura del buje .......................................... 96

Anexo 3: Caractersticas del perfil NACA 0012 ......................................... 99

Planos..................................................................................................... 100

Bibliografa ............................................................................................. 101


4/102


Pgina 4

Captulo 1:

Introduccin


5/102


Pgina 5

1.1 Evolucin histrica de la energa elica

El uso ms antiguo de la energa elica del que se tiene documentacin es

como medio de locomocin. La energa elica encontr su aplicacinmasiva en el panorama energtico de la civilizacin humana con el uso dela vela para la propulsin de embarcaciones.

Salvo aplicaciones menores, los persas fueron probablemente losprimeros en aplicar la energa elica a la agricultura de forma masiva,usando motores de eje vertical para elevar agua de irrigacin y molergrano (siglo VII). Estos aparatos estaban compuestos por velas montadasverticalmente unidas a un eje vertical, el empuje del aire sobre las velas

proporcionaba un movimiento giratorio.

Hacia el siglo XIV se desarroll el molino de torre. Ver figura 1 (Soria,2007). En stos slo gira la parte superior del molino, que incluye el rotor,mientras que la parte inferior es una torre de ladrillo o piedra solidaria alsuelo.

Figura 1. Molinos de torre

La potencia mxima del molino occidental podra cifrarse en unos 7 a 15KW y se poda controlar bien por la cantidad de aspa recubierta de tela,bien con el uso de postigos de madera en las mismas.

El molino occidental se ha usado no slo para moler sino para bombearagua, mover serreras, extraer mineral y para aplicaciones en las que serequera potencia concentrada.


6/102


Pgina 6

Ya en el siglo XVII se realizaron mejoras tecnolgicas en los molinos deviento, como dar cierta torsin a la pala a lo largo de su envergadura conel fin de mejorar su rendimiento aerodinmico, que empiezan a configurarlos molinos modernos.

En el siglo XVIII se refinan los mecanismos del interior del molino, siendoya comn la existencia de rodamientos en los ejes de los molinos msavanzados. Las aspas pasan de ser un enrejado plano de maderarecubierto de una lona con un larguero central, a ser un ala rudimentariade iguales materiales. A finales de este siglo se podan encontrar molinosde viento por toda Europa y Amrica del Norte y del Sur.

En el siglo XIX cabe destacar el desarrollo de la turbina elica multipalaamericana (figura 2. Soria, 2007), que consiste en un rotor multipala deunos 3 metros de dimetro conectado a un mecanismo de bielamanivela.

Figura 2. Multipala americana

Por la misma poca, en 1892, en Dinamarca, pas con importantes

recursos elicos, el profesor Latour dise el primer aerogeneradorelctrico, marcando el comienzo del desarrollo de la moderna tecnologaelica. Antes de la primera guerra mundial se llegaron a instalaraerogeneradores con una potencia mxima de 25 KW.

A comienzos del siglo XX se produjeron muchas aportaciones cientficas ytcnicas fundamentadas en la mecnica de fluidos. El investigador alemnBetz demostr que la mxima fraccin de energa extrable de unacorriente uniforme abierta es el 60 %, conocido como lmite de Betz.


7/102


Pgina 7

Asimismo, Glauert, experto en mecnica de fluidos, demostr que puedeobtenerse mayor rendimiento cuanto mayor es el coeficiente de velocidad, cociente entre la velocidad de punta de pala debida al giro y la

velocidad incidente del viento.

En 1927 Dekkler construy el primer rotor provisto de palas de seccinaerodinmica (redondeado en su borde de ataque (barlovento) y afiladoen su borde de salida (sotavento), permitiendo velocidades de punta depala de 4 a 5 veces la velocidad del viento incidente. La teora haba yademostrado que al aumentar esta relacin de velocidades, menor era lainfluencia del nmero de palas sobre el rendimiento, por lo queempezaron a aparecer aeroturbinas de dos y tres palas, lo que abaratarasu construccin.

En 1924, Savonius desarrolla una aeroturbina de eje vertical consistenteen dos semicilindros huecos, decalados y dispuestos segn un eje vertical.Tenan la ventaja de ofrecer par de arranque pero su bajo rendimiento ysu reducida velocidad de giro hacan que sus aplicaciones se limitasen abombeo de pistn. Ver figura 3. (Soria, 2007).

Figura 3. Aerogenerador Savonius

En 1927, Darrieus desarrolla la turbina de eje vertical consistente en dos oms palas dispuestas con la forma que toma una cuerda sujeta por sus


8/102


Pgina 8

extremos y sometida a un movimiento giratorio. Su rendimiento yvelocidad eran comparables a las turbinas de eje horizontal peropresentaba algunas desventajas como la ausencia del par de arranque, loque haca necesario motorizar la turbina para que comience a girar y el

empleo de tensores adicionales para garantizar la estabilidad estructural.Ver figura 4. (Soria, 2007)

4. Aerogenerador Darrieus

Como consecuencia de la crisis energtica de 1973 y el encarecimiento delprecio del petrleo en el periodo 1973-1986, se produce un resurgimientode la tecnologa del aprovechamiento del viento, que lleva a la aparicinde los actuales aerogeneradores.Ver figura 5. (Soria, 2007).

Figura 5. Aerogenerador actual de eje horizontal


9/102


Pgina 9

A finales de la dcada de los setenta aparecen los primerosaerogeneradores comerciales que denominaremos nueva generacin desistemas de conversin elica.

La energa elica representa hoy da una de las fuentes energticas msbaratas y con una tecnologa de aprovechamiento totalmente madura.

En la siguiente tabla se presenta una comparativa entre las tecnologasutilizadas en las instalaciones elicas de finales del siglo XX con losactuales aerogeneradores (Rodrguez, Burgos y Arnalte, 2003).

Tabla 1.Evolucin de los aerogeneradores en el periodo 1985-2008.

La figura 6 muestra la evolucin de los aerogeneradores en el periodo1985-2005.

Figura 6. Evolucin de los aerogeneradores, periodo 1985-2005.


10/102


Pgina 10

1.2 Estado de desarrollo de la energa elica

ELICA EN ESPAA

Laenerga elica en Espaa es una fuente de energa elctricarenovableen la que Espaa ha sido pionera a nivel mundial, produciendo en2007 el20 % de la electricidad elica mundial, y convirtindose en lder eninvestigacin y desarrollo de esta tecnologa.

A 30 de Abril de2012 la potencia elica instalada era de 21.288MW (21 %

de la potencia bruta instalada del sistema elctrico nacional), cubriendodurante 2011 el 16 % de la demanda elctrica. Adems, desde el 2009 setrata as mismo de la tercera fuente de energa tras superar a la generadamediante carbn, y durante el mes de marzo de 2011 fue la principaltecnologa de generacin elctrica del pas (21% de la demanda).

Desde la dcada de2000 ha sufrido un aumento espectacular, incentivadapor una legislacin que estimulaba fuertemente las investigaciones y lasinversiones en este sector (Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo)mediante primas.

El da 6 de febrero de 2013 se produjo el mximo histrico de produccininstantnea hasta entonces con 17.014 MW a las 15:50. Asimismo seprodujo ese da el mximo de produccin horaria con 16.900MWh entrelas 15 y las 16 horas y de produccin diaria con 344.000 MWh.; lo quesupuso la superacin de produccin de la segunda energa la producida encentrales nucleares en casi 2,50 veces. Esta es una potencia superior (ms

del doble) a la capacidad de generacin de las seiscentrales nucleares quehay en Espaa (7.742,32 MW).

Poltica energtica

En 2011, el gobierno de Espaa aprob en el Plan Nacional de EnergasRenovables unos objetivos elicos para el periodo 2011-2020 de 35.000MW instalados a 2020 en elica en tierra y 3.000 MW en elica marina.
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_e%C3%B3licahttp://es.wikipedia.org/wiki/Espa%C3%B1ahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_renovablehttp://es.wikipedia.org/wiki/2007http://es.wikipedia.org/wiki/2012http://es.wikipedia.org/wiki/Megavatiohttp://es.wikipedia.org/wiki/2000http://es.wikipedia.org/wiki/Megavatiohttp://es.wikipedia.org/wiki/MWhhttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_nuclear_en_Espa%C3%B1ahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_nuclear_en_Espa%C3%B1ahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gobierno_de_Espa%C3%B1ahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gobierno_de_Espa%C3%B1ahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_nuclear_en_Espa%C3%B1ahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_nuclear_en_Espa%C3%B1ahttp://es.wikipedia.org/wiki/MWhhttp://es.wikipedia.org/wiki/Megavatiohttp://es.wikipedia.org/wiki/2000http://es.wikipedia.org/wiki/Megavatiohttp://es.wikipedia.org/wiki/2012http://es.wikipedia.org/wiki/2007http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_renovablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Espa%C3%B1ahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_e%C3%B3lica


11/102


Pgina 11

En 2005, el Gobierno de Espaa aprob una nueva ley nacional con elobjetivo de llegar a los 20.000 MW de produccin en 2010. El planenergtico espaol prevea generar el 30% de su energa de lasenergasrenovables hasta llegar a los 20,1 GW en 2010 y los 36 GW en 2020. Se

espera que la mitad de esta energa provenga del sector elico, con lo quese evitara la emisin de 77 millones de toneladas de dixido de carbono alaatmsfera .

Potencia instalada

Desde mediados de los aos 90, la evolucin de la potencia instaladaelica ha aumentado espectacularmente desde un 1,54 % en 1998, a un21% en2012:

Figura 7: Potencia elica instalada en Espaa

Factor de carga

Segn datos de 2012, la potencia instalada elica era de 21.288 MW, y laproduccin entre Abril de 2011 y Abril de 2012 fue de ese mismo ao fuede 43.112 GWh. Por lo tanto, elfactor de carga del parque elico espaolfue de aproximadamente el 23%.
http://es.wikipedia.org/wiki/Gobierno_de_Espa%C3%B1ahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_renovablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_renovablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sferahttp://es.wikipedia.org/wiki/1998http://es.wikipedia.org/wiki/2012http://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_cargahttp://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_cargahttp://es.wikipedia.org/wiki/2012http://es.wikipedia.org/wiki/1998http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sferahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_renovablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_renovablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Gobierno_de_Espa%C3%B1a


12/102


Pgina 12

Produccin de energa elctrica

A 31 de abril de2012 la capacidad de energa elica era de 21.288 MW(21 % de la potencia instalada del sistema elctrico nacional), cubriendo

durante el ao2011 el 16 % de la demanda elctrica.

Espaa es el segundo productor de energa elica en Europa, despus deAlemania, y el cuarto del mundo, detrs de China, Estados Unidos yAlemania. Esto es debido a un marco regulatorio estable, un mejorconocimiento de los recursos, y una mejora en la tecnologa, que hapropiciado una considerable reduccin de la inversin inicial, elmantenimiento, y la explotacin.

SITUACIN MUNDIAL

Al finalizar 2004 la potencia elica instalada en el conjunto del planeta sesituaba aproximadamente en 47.200 MW. Esto supona un nuevo rcordde crecimiento anual, con 7.700 MW nuevos instalados durante el ao2004. Pero, sobre todo, confirmaba un cambio significativo en eldesarrollo de esta industria: la globalizacin de la energa elica. Laindustria elica internacional est adoptando una visin muy positiva deldesarrollo del mercado elico mundial de cara a los prximos aos.

Para el ao 2013, se espera que la potencia instalada a nivel global alcancelos 300.000 MW.

Figura 8. Evolucin acumulada de la potencia elica mundial. 1997-2010.
http://es.wikipedia.org/wiki/2012http://es.wikipedia.org/wiki/2011http://es.wikipedia.org/wiki/Alemaniahttp://es.wikipedia.org/wiki/Chinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Alemaniahttp://es.wikipedia.org/wiki/Alemaniahttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Chinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Alemaniahttp://es.wikipedia.org/wiki/2011http://es.wikipedia.org/wiki/2012


13/102


Pgina 13

Si bien la Unin Europea (UE) representa el 55 % de toda la potenciainstalada en el mundo, lo cierto es que el aprovechamiento energtico delviento ha dejado de ser cuestin de un nico continente.

Mientras que en 2003 fueron diez los pases que construyeron parqueselicos por encima de los 100 MW, en 2004 esta lista aumentaba a 19, delos cuales 9 eran no europeos. Del mismo modo, el continente asiticoposea ya el 10% de la potencia elica instalada.

En lo que respecta al ranking mundial, los cinco pases del mundo con mspotencia elica acumulada a finales de 2004 volvan a ser: Alemania(16.630 MW), Espaa (8.155 MW), EE. UU. (6.750 MW), Dinamarca (3.120MW) e India (3.000 MW).

Debido a la globalizacin de la energa, este ranking ha cambiado a lolargo de los ltimos cinco aos, siendo en la actualidad EE.UU. el pas quelo lidera con 25.700 MW instalados, seguido de Alemania y Espaa con23.903 MW y 16.754 MW, respectivamente. Ver figura 10.

Figura 9. Top 10 Potencia elica acumulada instalada en 2012


14/102


Pgina 14

1.3 Aerogeneradores

Un aerogenerador es un generador de electricidad activado por la

accin del viento. Se basa en el principio de funcionamiento de losantiguos molinos de viento que se empleaban para la molienda.

En este caso, la energa elica mueve la hlice y, a travs de unsistema mecnico de engranajes, hace girar el rotor de un generador,normalmente un alternador, que convierte la energa mecnica rotacionalen energa elctrica.

Para aportar energa a la red elctrica, los aerogeneradores deben estar

dotados de un sofisticado sistema de sincronizacin para que lafrecuencia de la corriente generada se mantenga perfectamentesincronizada con la de la red (En el caso de Espaa 50 Hz).

1.3.1 Clasificacin de los aerogeneradores

La primera y ms clsica clasificacin, se basa en la posicin de su eje

principal.

Existen dos tipos, los de eje horizontal y los de eje vertical.

Los aerogeneradores de eje horizontal, se les llama de esta forma yaque poseen los ejes principales situados paralelamente al suelo. Necesitaun control de orientacin al viento, por ejemplo un motor elctrico paraaerogeneradores de ms de 50 kW. Los elementos de conexin,multiplicador y generador, se encuentran a la altura del rotor en la

gndola situado en lo alto de la torre. La disposicin de las palas,puede ser a barlovento o a sotavento. Otra posible clasificacin deeste tipo de aerogeneradores, es en funcin del nmero de palas.

Los aerogeneradores de eje vertical, tiene los ejes principalesperpendiculares al suelo. Una ventaja de este uso es que captan el vientoen cualquier direccin, por lo tanto no necesita un control de orientacin,otra ventaja es que el enlace con los multiplicadores y generadores se

realiza en el suelo y por lo tanto tienen un coste menor y una mayorsencillez a la hora de su montaje.


15/102


Pgina 15

La causa de no utilizar ms estos tipos de aerogeneradores e queposeen una eficiencia notablemente menos que los aerogeneradores deeje horizontal.

1.3.2 Partes del aerogenerador

A continuacin, se explicar de forma breve los elementos msimportantes de los aerogeneradores, estos son: las palas, el buje, elequipo multiplicador de potencia, los ejes de alta y baja velocidad, elgenerador, el controlador de la torre.

Las palas del rotor: capturan el viento y transmiten su potencia hacia elbuje. Para hacernos una idea de las dimensiones de una pala,actualmente rondan alrededor de los 30m.

Buje: es el elemento que realiza la unin de todas las palas delaerogenerador. Se monta sobre el eje de baja velocidad, desde el que setransmite el par motriz a la transmisin de potencia del aerogenerador.

Equipo multiplicador de potencia: permite que el eje de alta velocidad,gire 50 veces ms rpidamente que el eje de baja velocidad.

Ejes de alta y baja velocidad: el eje de baja velocidad delaerogenerador conecta el buje del rotor al multiplicador.El eje de alta velocidad est equipado con un freno de discomecnico de emergencia. Este freno se utiliza en caso de fallo delfreno aerodinmico, o durante el proceso de mantenimiento de la

turbina.

Generador: tambin conocido como generador asncrono o deinduccin. Est formado por una mquina encargada de transformar laenerga mecnica de rotacin en energa elctrica. Se compone de unrotor, que es la parte mvil y encargada de generar un campomagntico variable al girar las palas, y un estator que se trata de laparte fija sobre la que se genera la corriente elctrica inducida.


16/102


Pgina 16

Controlador: el controlador electrnico tiene un ordenador quecontinuamente monitoriza las condiciones del aerogenerador y quecontrola el mecanismo de orientacin. En caso de cualquier anomala,automticamente se para el aerogenerador y llama al ordenador del

encargado (operario), de la turbina a travs de un enlace telefnico omdem.

1.3.3 Funcionamiento de los aerogeneradores

La obtencin de la potencia de un aerogenerador, se consigueconvirtiendo la fuerza del viento en un par que acta sobre las palas del

rotor. La cantidad de energa transferida al rotor por el vientodepende de la densidad del aire, del rea de barrido de las palas y de lavelocidad del viento.

La energa cintica de un cuerpo en movimiento es proporcional a sumasa. Por lo tanto la energa cintica del viento depende de la densidaddel aire. A presin atmosfrica normal y a 15C la densidad del aire es1,255 Kg/m3 aunque ste valor disminuye ligeramente con el aumento dela humedad.

En referencia al rea de barrido de las palas, sta determina cuantaenerga del viento es capaz de capturar el aerogenerador. A mayordimetro de palas, la superficie es mayor y por lo tanto la energa queabsorbe el rotor es mayor.La velocidad del viento es un parmetro muy importante para lacantidad de energa que un aerogenerador puede transformar enelectricidad. A mayor velocidad de viento, la energa que capte el

aerogenerador es mayor.

La energa cintica del viento es capturada por el aerogeneradorgracias a las palas de rotor. Cuando el viento incide contra las palas, stagiran en torno el eje del rotor y por lo tanto hacen girar el eje de bajavelocidad al que est acoplado el buje. ste gracias al multiplicador hacegirar el eje de alta velocidad al que est acoplado el generador, que es elproductor de energa elctrica.


17/102


Pgina 17

1.4 Motivacin

En los ltimos aos se est produciendo un cambio de paradigma en el

modelo energtico, una renovacin de la estructura energtica, unresurgimiento de la tecnologa del aprovechamiento de las fuentesrenovables.

A nivel mundial se est optando por un modelo energtico que,garantizando la cobertura de las necesidades energticas, resulte menosagresivo con el medio ambiente.

Se est apostando por una introduccin progresiva de las fuentes de

energa renovables ya que se ha desarrollado una conciencia generalizadasobre la necesidad de proteccin del medio ambiente, a causa de losinnumerables problemas ambientales que se venan detectando demanera alarmante: emisiones cidas, derivados de la utilizacin masiva eincontrolada del carbn y petrleo; aumento del anhdrido carbnicoatmosfrico, cuya consecuencia ms alarmante es el consiguienteincremento del efecto invernadero; disminucin de la capa de ozono yotra serie de problemas, cuyas consecuencias podran alterar gravementetanto el clima como la calidad de vida en la Tierra.

La motivacin de este proyecto ha surgido dentro del marco de aplicacinde la energa elica por representar hoy en da una de las fuentesenergticas renovables ms econmicas y viables, con una tecnologa deaprovechamiento totalmente madura capaz de competir en rentabilidadcon otras fuentes energticas tradicionales.

En la ltima dcada se ha producido en Espaa una expansin

extraordinaria del aprovechamiento de la energa elica para lageneracin de electricidad. La disponibilidad de zonas con potencial elicoestimable junto con las polticas de apoyo a las energas renovables, sobretodo a la elica, han contribuido a un enorme desarrollo industrial ytecnolgico de este sector.

Espaa es lder mundial, tanto en potencia instalada, donde ocupa eltercer puesto detrs de Alemania y Estados Unidos, como en nmero yvolumen de empresas que participan en los distintos mbitos de la energa


18/102


Pgina 18

elica. Todas las compaas ms importantes del sector industrial elicotienen plantas en nuestro pas.Existe un mercado interior y exterior incipiente y con alto potencial que esun objetivo claro para las empresas espaolas.

Siguiendo con esta poltica energtica se ha elaborado este proyecto, elcual est compuesto por dos partes. Por un lado, se va a realizar el diseoaerodinmico de las palas de un aerogenerador de 1.8 MW de potencia.Por otro lado, tambin se va a llevar a cabo la optimizacin de la energaproducida por el parque elico compuesto por las aeroturbinas diseadas.

1.5 Objetivos

Dentro del marco general de crecimiento de la generacin elica expuestoen las secciones anteriores, el primer objetivo de la presente memoria esdesarrollar un proyecto de diseo de un aerogenerador de 1.8 MW, el cualse usar para la implantacin de un parque elico en el trmino municipalde Lorca, provincia de Murcia.

La energa elctrica generada en el parque elico (compuesto por losaerogeneradores diseados), debe ser capaz de satisfacer la demanda deelectricidad de los habitantes del trmino municipal de Lorca.

Por consiguiente, la potencia nominal del parque se estima en torno a los30 MW, potencia suficiente para generar energa elctrica que cubra lademanda de los habitantes de la zona. Por tanto se implantarn 15aerogeneradores de los diseados para conformar el parque elico.

El segundo objetivo principal es el de estudiar y optimizar la energa quees capaz de producir un parque elico.

La consecucin de este objetivo principal engloba otros objetivossecundarios:


19/102


Pgina 19

Seleccin y clasificacin de zonas para la instalacin del parque elico.

Comprende el estudio de la orografa y el rgimen de vientos de lasdistintas zonas existentes a partir de datos reales de viento. Una vez

seleccionada la zona que a priori dispone de unas condiciones de vientosuficientes como para albergar el parque elico, se analizancualitativamente otros parmetros que ayuden a identificar no slo culesson los mejores emplazamientos desde el punto de vista del recurso(zonas con mayor velocidad media anual) sino tambin aquellos quepresentan unas restricciones menores en cuanto a proteccinmedioambiental, acceso al emplazamiento, cercana de la infraestructuraelctrica para la evacuacin de la energa, etc.

Diseo de la tecnologa de las turbinas elicas.

Al disear un parque elico se dispone de un emplazamiento delimitado,aquel que ha sido elegido en la fase de prospeccin del recurso elico, yde una potencia total fijada asignada al parque. Con estas restriccionesdisearemos la mquina que se va a instalar en el parque. Una primeraeleccin consiste en verificar que no existen limitaciones para la

instalacin de cierto tipo de aerogeneradores por motivosmedioambientales, de transporte o instalacin, etc.

Superada esta fase, el diseo de la aeroturbina se debe realizar de talforma que se aproveche de la mejor manera posible el recurso delemplazamiento, es decir, que la energa anual producida sea la mayorposible.


20/102


Pgina 20

1.6 Situacin y emplazamiento

1.6.1 Introduccin

En este apartado se indicar la situacin y emplazamiento del parqueelico que a tratar en este proyecto. Para ello se incluyen lasjustificaciones necesarias, tanto en el apartado 1.6.2 como en el 1.6.3.

1.6.2 Criterios y justificacin de la situacin del parque

La zona seleccionada para la instalacin del parque elico comprende losparajes de la Quinta y los Pilones, todos ellos situados en el trminomunicipal de Lorca de la Regin de Murcia, tal y como muestra el plano dede emplazamiento (Plano 1).

Para seleccionar la localizacin del parque elico debemos tener encuenta las caractersticas elicas del mismo. Para ello debemos referirnosal mapa de recursos elicos de la Regin de Murcia (Plano n 2) en el que

podemos diferenciar varias zonas:

Zona 1: velocidad media del viento menor de 4 m/sZona 2: velocidad media del viento entre 4 y 4.5 m/sZona 3: velocidad media del viento entre 4.5 y 5 m/s

Y as sucesivamente.

Observando el mapa indicado podemos ver que Lorca, poblacin en la quevamos a implantar el parque elico, se encuentra en una zona cuyavelocidad media del viento oscila entre 3.5 y 4.5 m/s, de manera quepodemos considerar que se trata de un emplazamiento adecuado para lasituacin de un parque elico.

Por otro lado, el desarrollo del parque elico repercutir directamentesobre la estructura productiva de esta zona y generar unos ingresos porcanon de cesin de terrenos, licencia de obras, contratacin de personal e

ingresos de carcter fiscal y administrativos, importantes.


21/102


Pgina 21

Esto favorecer el desarrollo econmico de la poblacin, que en laactualidad es uno de los ms bajos de la Regin de Murcia.

1.6.3 Criterios para la eleccin del emplazamiento

En la eleccin de los terrenos donde se situarn las instalaciones se hantenido en cuenta las condiciones del terreno, adems de la proximidad alas redes elctricas de interconexin y del impacto medioambiental.

Puesto que la Sierra de Lorca est considerada como Z.E.P.A. (Zona deEspecial Proteccin para las Aves), y L.I.C (Lugar de inters cultural)

solamente nos quedan unos pocos lugares donde localizar lasinstalaciones y que se encuentren dentro del trmino municipal de Lorca.

En el Plano n 3 podemos observar cules son las zonas protegidas deltrmino de Lorca y cules no.

De las zonas no protegidas se ha optado, finalmente, por seleccionar laque incluye los parajes de la Quinta y los Pilones, ya que es la que seencuentra ms prxima a las redes elctricas de interconexin. Esteemplazamiento elegido para la ubicacin de las instalaciones es elindicado en el Plano n 1.


22/102


Pgina 22

Captulo 2:Normativa legal

aplicable


23/102


Pgina 23

2.1 Introduccin

En este apartado vamos, en primer lugar, a hacer una relacin de la

normativa legal aplicable a la generacin de energa elctrica y, enparticular, a la produccin de energa elctrica en rgimen especial,dentro de la que se incluye la energa elica. Posteriormente, se realizarun pequeo resumen de la normativa que afecta a la autoproduccin deenerga elctrica a partir de energa elica. En ltimo lugar, se expondr lanormativa referente a las consideraciones ambientales que se debentener en cuenta a la hora de realizar el proyecto de un parque elico,como es el caso que nos ocupa en este documento.

En lo que se refiere al diseo estructural y aerodinmico del rotor y laspalas de un aerogenerador, no hay una documentacin de obligadocumplimiento en nuestro pas; si bien es cierto que las empresas que sededican a la realizacin de este tipo de diseos s que poseen unanormativa propia. Por tanto, en este proyecto no se tendr en cuentaningn tipo de normativa a la hora de realizar nuestro diseo delaerogenerador.

2.2 Marco legal de la generacin de energa elctrica

La normativa que afecta a la generacin de energa elctrica, nace con lapublicacin de la Ley 82/1980, de 30 de Diciembre, sobre Conservacin dela Energa, en la que se establecen las normas y principios bsicos parapotenciar las acciones encaminadas a una utilizacin ms eficiente de laenerga y en cuyo captulo segundo se define al autogenerador y se

regulan las relaciones entre ste y las compaas elctricas.

Posterior a la divulgacin de esta Ley, la normativa referente a generacinde energa elctrica por medio de fuentes de energa renovables fue enaumento, con una serie de Leyes, Reales Decretos y rdenes ministeriales,las cuales se citan a continuacin.

Real Decreto 907/1982, de 2 de Abril, sobre fomento de la autogeneracinde energa elctrica.


24/102


Pgina 24

Real Decreto 872/1982 sobre tramitacin de expedientes de solicitud debeneficios fiscales, financieros y econmicos.Real Decreto 2366/1994, de 9 de Diciembre, sobre produccin de energaelctrica por instalaciones hidrulicas, de cogeneracin y otras abastecidas

por recursos o fuentes de energa renovables.

Ley 54/1997, de 27 de Noviembre, del Sector Elctrico, que establece losprincipios de un nuevo modelo de funcionamiento que, en lo que serefiere a la produccin, estn basados en la libre competencia.

Real Decreto 2818/1998, de 23 de Diciembre, sobre produccin de energaelctrica por instalaciones abastecidas por recursos o fuentes de energarenovables, residuos y cogeneracin.

Real Decreto 1955/2000, de 1 de Diciembre, por el que se regulan lasactividades de trasporte, distribucin, comercializacin, suministro yprocedimientos de autorizacin de instalaciones de energa elctrica.

Real Decreto 841/2002, de 2 de Agosto, por el que se regula para lasinstalaciones de produccin de energa elctrica en rgimen especial suincentivacin en la participacin en el mercado de produccin,

determinadas obligaciones de informacin de sus previsiones deproduccin, y la adquisicin por los comercializadores de su energaelctrica producida.

Real Decreto 436/2004, de 12 de Marzo, por el que se establece lametodologa para la actualizacin y sistematizacin del rgimen jurdico yeconmico de la actividad de produccin de energa elctrica en rgimenespecial.

REAL DECRETO 661/2007, de 25 de mayo, que sustituye al anterior, por elque se regula la actividad de produccin de energa elctrica en rgimenespecial.

Orden Ministerial de 7 de Julio de 1980: Regulacin de las relacionestcnicas y econmicas entre autogeneradores y empresas elctricas.

Orden Ministerial de 7 de Julio de 1982: Normas para la obtencin de lacondicin de autogenerador elctrico.


25/102


Pgina 25

Orden Ministerial de 8 de Abril de 1983: Normas para la obtencin de lacondicin de autogenerador elctrico.

Orden Ministerial de 17 de Diciembre de 1985: Normas administrativas y

tcnicas para funcionamiento y conexin a la red elctrica deautogeneradores.Orden Ministerial de 5 de Septiembre de 1985: Normas administrativas ytcnicas para funcionamiento y conexin a la red elctrica deautogeneradores.

Orden Ministerial de 28 de Febrero de 2001 de la conserjera deTecnologas, Industria y Comercio, por la que se establecen las basesreguladoras de la concesin de subvenciones con destino a ejecucin deproyectos de explotacin de recursos energticos renovables.

A continuacin se desarrollar de forma resumida la normativa que afectaa la autoproduccin de energa elctrica a partir de energa elica.

2.3 Real Decreto 2818/1998

La Ley 54/1997, de 27 de Noviembre, del Sector Elctrico, establece losprincipios de un nuevo modelo de funcionamiento que, en lo que serefiere a la produccin, estn basados en la libre competencia. La Ley hacecompatible este fundamento con la consecucin de otros objetivos, talescomo la mejora de la eficiencia energtica, la reduccin del consumo y laproteccin del medio ambiente, por otra parte necesarios en funcin delos compromisos adquiridos por Espaa en la reduccin de gasesproductores del efecto invernadero. As establece para su consecucin la

existencia de un rgimen especial de produccin de energa elctrica,como rgimen diferenciado del ordinario. En este ltimo, el esquemaregulador es el mercado de produccin en el que se cruzan ofertas ydemandas de electricidad y donde se establecen los precios comoconsecuencia de su funcionamiento como mercado organizado.

El rgimen especial ha venido siendo regulado desde el ao 1980 pordiversa normativa. Sin embargo, la nueva Ley hace obligada lapromulgacin del presente Real Decreto para tratar de adecuar el


26/102


Pgina 26

funcionamiento de dicho rgimen a la nueva regulacin e introduccin decompetencia.

El presente Real Decreto desarrolla la Ley 54/1997, de 27 de Noviembre,

del Sector Elctrico, con las modificaciones que introduce la Ley 66/1997,de 30 de Diciembre, de Medidas Fiscales, Administrativas y del OrdenSocial, e impulsa el desarrollo de instalaciones de rgimen especialmediante la creacin de un marco favorable sin incurrir en situacionesdiscriminatorias que pudieran ser limitadoras de una libre competencia,aunque estableciendo situaciones diferenciadas para aquellos sistemasenergticos que contribuyan con mayor eficacia a los objetivos antessealados.

Para alcanzar ese logro se establece un sistema de incentivos temporalespara aquellas instalaciones que requieren de ellos para situarse enposicin de competencia en un mercado libre. Para las instalacionesbasadas en energas renovables y de residuos el incentivo establecido notiene lmite temporal debido a que se hacen necesario internalizar susbeneficios medioambientales y a que, por sus especiales caractersticas ynivel tecnolgico, sus mayores costes no les permiten la competencia enun mercado libre.

Los incentivos que se establecen para las energas renovables son talesque van a permitir que su aportacin a la demanda energtica de Espaasea como mnimo del 12 por 100 en el ao 2010, tal y como establece ladisposicin transitoria decimosexta de la Ley 54/1997, de 27 deNoviembre, del Sector Elctrico.

Asimismo, el presente Real Decreto establece un perodo transitoriosuficientemente dilatado en el que a las instalaciones acogidas a la

regulacin anterior contina sindoles de aplicacin el rgimen que dicharegulacin estableca.

En su virtud, a propuesta del Ministro de Industria y Energa, de acuerdocon el consejo de Estado, con aprobacin del Ministro deAdministraciones Pblicas, y previa deliberacin del Consejo de Ministrosen su reunin del da 23 de Diciembre de 1998.


27/102


Pgina 27

2.3.1 Objeto

El desarrollo reglamentario, en lo que se refiere al rgimen especial, de laLey 54/1997, de 27 de Noviembre, del Sector Elctrico, en lo relativo a los

requisitos y procedimientos para acogerse al rgimen especial, a losprocedimientos de inscripcin en el Registro correspondiente, a lascondiciones de entrega de la energa y al rgimen econmico. Elestablecimiento de un rgimen transitorio para las instalaciones que en lafecha de entrada en vigor de la Ley del Sector Elctrico antes citada,estaban acogidas al Real Decreto 2366/1994, de 9 de Diciembre, sobreproduccin de energa elctrica, por instalaciones hidrulicas, decogeneracin y otras abastecidas por recursos o fuentes de energa

renovables.

La determinacin de una prima para aquellas instalaciones mayores de 50MW que utilicen como energa primaria energas renovables noconsumibles y no hidrulicas, biomasa, biocarburantes o residuosagrcolas, ganaderos o de servicios, de acuerdo con lo establecido en elartculo 30.5 de la Ley del Sector Elctrico.

2.3.2 mbito de aplicacin

Podrn acogerse al rgimen especial establecido en este Real Decretoaquellas instalaciones de produccin de energa elctrica con potenciaelctrica instalada inferior o igual a 50 MW, que renan las siguientescaractersticas:

Instalaciones de autoproductores que utilicen la cogeneracin u otras

formas de produccin trmica de electricidad asociadas a actividades noelctricas siempre que supongan un alto rendimiento energtico ysatisfagan los requisitos que se determinan en el anexo I.

Estos tipos de instalaciones se clasifican en dos grupos:

a.1. Instalaciones que incluyan una central de cogeneracin,entendindose como tales aquellas que combinan la produccin deenerga elctrica con la produccin de calor til para su posterior

aprovechamiento energtico no elctrico.


28/102


Pgina 28

a.2. Instalaciones que incluyan una central que utilice energas residualesprocedentes de cualquier instalacin, mquina o proceso industrial cuyafinalidad no sea la produccin de energa elctrica.

Tienen la consideracin de autoproductores aquellas personas fsicas ojurdicas que generen electricidad fundamentalmente para su propio uso,entendiendo que esto es as si autoconsumen en promedio anual, almenos, el 30 por 100 de la energa elctrica producida si su potencia esinferior a 25 MW y, al menos, el 50 por 100 si es igual o superior a 25 MW.

A los efectos del cmputo de autoconsumo a que se refiere el prrafoanterior se podr contabilizar el consumo de electricidad en aquellasempresas que tengan una participacin superior al 10 por 100 en latitularidad de la planta de produccin en rgimen especial.

En cualquier caso, deber existir un nico perceptor de las primas, quien,adems, deber disponer de los aparatos de medida necesarios paraacreditar el cumplimiento de las condiciones anteriores.

Instalaciones que utilicen como energa primaria alguna de las energas

renovables no consumibles, biomasa o cualquier tipo de biocarburante,clasificadas en los grupos siguientes:

b.1. Instalaciones que nicamente utilicen como energa primaria energasolar.

b.2. Instalaciones que nicamente utilicen como energa primaria energaelica.

b.3. Instalaciones que nicamente utilicen como energa primaria energageotrmica, energa de las olas, de las mareas y de rocas calientes y secas.

b.4. Centrales hidroelctricas cuya potencia no sea superior a 10 MW.

b.5. Centrales hidroelctricas cuya potencia sea superior a 10 MW y nosupere los 50 MW.

b.6. Centrales que utilicen como combustible principal biomasa primaria,entendiendo como tal el conjunto de vegetales de crecimiento menor de


29/102


Pgina 29

un ao, que pueden utilizarse directamente o tras un proceso detransformacin, para producir energa.

b.7. Centrales que utilicen como combustible principal biomasa

secundaria, entendiendo como tal el conjunto de residuos de una primerautilizacin de la biomasa, principalmente estircoles, lodos procedentesde la depuracin de aguas residuales, residuos agrcolas, forestales,biocombustibles y biogs. Se entender como combustible principal aquelque suponga como mnimo el 90 por 100 de la energa primaria utilizada,medida por el poder calorfico inferior.

b.8. Centrales que utilizan energas incluidas en los grupos b.6 y b.7anteriores, junto con combustibles convencionales, siempre que stos nosupongan ms del 50 por 100 de la energa primaria utilizada, medida porel poder calorfico inferior. La electricidad generada por el combustibleconvencional slo ser retribuida al precio de mercado a que hacereferencia el artculo 24 de este Real Decreto.

b.9. Centrales mixtas de los grupos anteriores del presente apartado.

Instalaciones que utilicen como energa primaria residuos no

contemplados en el prrafo b) anterior, que se clasifican en los siguientesgrupos:

c.1. Centrales que utilicen como combustible principal residuos urbanos.

c.2. Instalaciones que utilicen como combustible principal otros residuosno contemplados anteriormente.

c.3. Centrales que utilizan energas incluidas en los grupos anteriores,

junto con combustibles convencionales, siempre que stos no suponganms del 50 por 100 de la energa primaria utilizada, medida por el podercalorfico inferior.

d) Instalaciones de tratamiento y reduccin de los residuos de los sectoresagrcola, ganadero y de servicios, con una potencia instalada igual oinferior a 25 MW.

No podrn acogerse al presente Real Decreto aquellas instalaciones que ala entrada en vigor de la Ley del Sector Elctrico hubieran estado


30/102


Pgina 30

sometidas al rgimen previsto en el Real Decreto 1538/1987, de 11 deDiciembre, por el que se determina la tarifa elctrica de las empresasgestoras del servicio, salvo que hubieran permanecido sin produccindurante los cinco aos anteriores a la solicitud de inclusin y superado el

perodo de vida til que dicha reglamentacin estableca y lasinstalaciones de los grupos definidos en el prrafo b) anterior cuando sutitular realice actividades de produccin en rgimen ordinario.

Se entendern incluidas en el presente Real Decreto aquellas instalacionesacogidas al Real Decreto 2366/1994, con posterioridad a la entrada envigor de la Ley del Sector Elctrico. No obstante, los titulares de estasinstalaciones debern solicitar al rgano competente adscripcin dealguno de los grupos definidos en el presente artculo y la inscripcin en elcorrespondiente Registro, de acuerdo con el captulo II del presente RealDecreto.

2.4 Real Decreto 436/2004

Este real decreto tiene por objeto unificar la normativa de desarrollo de laLey 54/1997, de 27 de Noviembre, en lo que se refiere a la produccin deenerga elctrica en rgimen especial, en particular en lo referente alrgimen econmico de estas instalaciones. Se pretende con l seguir elcamino iniciado con el Real Decreto 2818/1998, de 23 de Diciembre, sobreproduccin de energa elctrica por instalaciones abastecidas por recursoso fuentes de energa renovables, residuos o cogeneracin, con una ventajaaadida, como es el hecho de poder aprovechar al propio tiempo la

estabilidad que ha venido a proporcionar, para el conjunto del sistema, elReal Decreto 1432/2002, de 27 de Diciembre, de metodologa para laaprobacin de la tarifa elctrica media o de referencia, para dotar aquienes han decidido o decidan en el futuro prximo apostar por elrgimen especial de un marco regulatorio duradero, objetivo ytransparente.


31/102


Pgina 31

2.4.1 Objeto

Este real decreto tiene por objeto:

La actualizacin, sistematizacin y refundicin de las disposicionesreglamentarias dictadas en desarrollo de las normas sobre rgimenjurdico de la actividad de produccin de energa elctrica en rgimenespecial recogidas en la Ley 54/1997, de 27 de Noviembre, del SectorElctrico.

El establecimiento de un rgimen econmico duradero para lasinstalaciones acogidas al rgimen especial, basado en una metodologa declculo de la retribucin, objetiva y transparente, compatible con lametodologa para la aprobacin o modificacin de la tarifa elctrica mediao de referencia, regulada por el Real Decreto 1432/2002, de 27 deDiciembre.

El establecimiento de sendos regmenes econmicos transitorios, tantopara las instalaciones acogidas al Real Decreto 2366/1994, de 9 de

Diciembre, sobre produccin de energa elctrica por instalacioneshidrulicas, de cogeneracin y otras abastecidas por recursos o fuentes deenerga renovables, como para las acogidas al Real Decreto 2818/1998, de23 de Diciembre, sobre produccin de energa elctrica por instalacionesabastecidas por recursos o fuentes de energa renovables, residuos ocogeneracin.

La determinacin de una prima complementaria para aquellasinstalaciones mayores de 50 MW, de acuerdo con lo establecido en el

artculo 30.5 de la Ley 54/1997, de 27 de Noviembre.

2.4.2 mbito de aplicacin

Podrn acogerse al rgimen especial establecido en este Real Decreto lasinstalaciones de produccin de energa elctrica contempladas en elartculo 27.1 de la Ley 54/1997, de 27 de Noviembre.


32/102


Pgina 32

2.5 Consideraciones Ambientales

La normativa que afecta a la realizacin de parques elicos en lo referentea evaluacin de impacto ambiental es la que sigue:

Real Decreto Legislativo 1302/1986, de 28 de Junio, de Evaluacin deImpacto Ambiental.

Real Decreto 1131/1988, de 30 de Septiembre, por el que se aprueba elReglamento para la ejecucin del Real Decreto Legislativo 1302/1986, de28 de Junio, de Evaluacin de Impacto Ambiental (E.I.A.).

Real Decreto 1955/2000, de 1 de Diciembre, por el que se regulan lasactividades de transporte, distribucin, comercializacin y suministro yprocedimientos de autorizacin de instalaciones de energa elctrica.

Ley 1/1995, de 8 de Marzo, de proteccin del medio ambiente de laRegin de Murcia.

Ley 6/2001, de 8 de Mayo, de modificacin del Real Decreto Legislativo1302/1986, de 28 de junio, de evaluacin de impacto ambiental.

2.5.1 Proyectos sometidos a Evaluacin de Impacto Ambiental

Tanto en la Ley 1/1995, de 8 de Marzo, como en la Ley 6/2001, de 8 deMayo, vienen recogidos los tipos de proyectos que deben ser sometidos a

Evaluacin de Impacto Ambiental y, ms concretamente, los proyectos deinstalaciones que utilizan la energa elica para generar energa elctrica.A continuacin pasamos a desarrollar los apartados de cada Ley en los quese hace referencia a este tipo de proyectos.

Ley 1/1995, de 8 de Marzo, de proteccin del medio ambiente de laRegin de Murcia.

Anexo I


33/102


Pgina 33

2.1.a. Cualquier proyecto a realizar en un rea de Sensibilidad Ecolgicadonde exista el riesgo de alteracin de la realidad fsica o biolgica de lazona.2.6.f. Plantas de transformacin de energa solar y energa elica que

ocupen una superficie mayor de 5.000 metros cuadrados.

Ley 6/2001, de 8 de Mayo, de modificacin del Real Decreto Legislativo1302/1986, de 28 de junio, de evaluacin de impacto ambiental.9.b.9. Parques elicos que tengan ms de 10 aerogeneradores.

Anexo II4.h. Parques elicos no incluidos en el Anexo I.9.k. Cualquier cambio o ampliacin de los proyectos que figuran en losAnexos I y II, ya autorizados, ejecutados o en proceso de ejecucin quepuedan tener efectos adversos significativos sobre el medio ambiente

2.5.2 Procedimiento de Evaluacin de Impacto Ambiental

El procedimiento aplicable ser el establecido en el Real Decreto1131/1988, de 30 de Septiembre, por el que se aprueba el Reglamentopara la ejecucin del Real Decreto Legislativo 1302/1986, de 28 de Junio,de Evaluacin de Impacto Ambiental. En la Regin de Murcia esteprocedimiento se completa con lo establecido en la Ley 1/1995, de 8 deMarzo, modificada por la Ley 1/2002, de 20 de Marzo, de Adecuacin delos procedimientos de la Administracin Regional a la Ley 30/1992.

Real Decreto 1131/1988, de 30 de Septiembre, por el que se aprueba elReglamento para la ejecucin del Real Decreto Legislativo 1302/1986, de

28 de Junio, de Evaluacin de Impacto Ambiental (E.I.A.):

Captulo II. Seccin III. Artculos del 13 al 19.

Real Decreto 1955/2000, de 1 de Diciembre, por el que se regulan lasactividades de transporte, distribucin, comercializacin y suministro yprocedimientos de autorizacin de instalaciones de energa elctrica.

Ttulo VII. Captulos I y II. Artculos 124 y 125.


34/102


Pgina 34

Captulo 3:Estudio del recursoelico. Potencial

elico disponible


35/102


Pgina 35

Este captulo est destinado a describir cada uno de los pasos seguidos enel tratamiento de los datos de viento del emplazamiento de nuestroestudio, desde su recogida en la estacin de medicin, hasta la obtencindel potencial elico disponible en la zona, el cual marcar el diseo

definitivo del proyecto.

3.1 Cmo influye la rotacin de la Tierra en los vientos:

Efecto Coriolis

La rotacin de la Tierra ejerce un efecto sobre los objetos que se mueven

sobre su superficie que se llama "Efecto Coriolis". En el Hemisferio Norteeste efecto curva su direccin de movimiento hacia la derecha. Cuando unobjeto inicia un movimiento apuntando en una direccin en el HemisferioNorte, sea cual sea esa direccin, la trayectoria real resulta curvada haciala derecha respecto a la direccin inicial. Esto es debido a que la Tierra girade Oeste a Este. Cuando se dispara con un can de largo alcance, en elmomento de apuntar, hay que tener en cuenta este efecto.Con un can que alcance 40 km, el punto de impacto se desviar a laderecha de la direccin en que apuntamos. Sin ningn tipo de viento que

desve la bala, caer unos cuantos metros a la derecha debido a larotacin de la Tierra.

Figura 10. Aclaracin del efecto Coriolis


36/102


Pgina 36

Vientos locales: brisas marinas

Aunque los vientos globales son importantes en la determinacin de losvientos dominantes de un rea determinada, las condiciones climticas

locales pueden influir en las direcciones de viento ms comunes. Losvientos locales siempre se superponen en los sistemas elicos a granescala, esto es, la direccin del viento es influenciada por la suma de losefectos global y local.Cuando los vientos a gran escala son suaves, los vientos locales puedendominar los regmenes de viento.

Brisas marinas

Durante el da la tierra se calienta ms rpidamente que el mar por efectodel sol.El aire sube, circula hacia el mar, y crea una depresin a nivel del sueloque atrae el aire fro del mar. Esto es lo que se llama brisa marina. Amenudo hay un periodo de calma al anochecer, cuando las temperaturasdel suelo y del mar se igualan.Durante la noche los vientos soplan en sentido contrario. Normalmente

durante la noche la brisa terrestre tiene velocidades inferiores, debido aque la diferencia de temperaturas entre la tierra y el mar es ms pequea.El conocido monzn del sureste asitico es en realidad un forma a granescala de la brisa marina y la brisa terrestre, variando su direccin segn laestacin, debido a que la tierra se calienta o enfra ms rpidamente queel mar.

Vientos locales: vientos de montaa

Un ejemplo es el viento del valle que se origina en las laderas que dan alsur ( en las que dan al norte en el hemisferio sur). Cuando las laderas y elaire prximo a ellas estn calientes la densidad del aire disminuye, y el aireasciende hasta la cima siguiendo la superficie de la ladera. Durante lanoche la direccin del viento se invierte, convirtindose en un viento quefluye ladera abajo. Si el fondo del valle est inclinado, el aire puedeascender y descender por el valle; este efecto es conocido como viento decan.


37/102


Pgina 37

Los vientos que soplan en las laderas a sotavento pueden ser bastantepotentes. Ejemplo de ello son: El Fhon de los Alpes en Europa, el Chinooken las Montaas Rocosas y el Zonda en los Andes. Ejemplos de otrossistemas de viento locales son el Mistral, soplando a lo largo del valle del

Rhone hasta el Mar Mediterrneo, y el Sirocco, un viento del surproveniente del Sahara que sopla hacia el Mar Mediterrneo.

La energa en el viento: densidad del aire y rea de barrido del rotor

Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerzadel viento en un par (fuerza de giro) actuando sobre las palas del rotor. Lacantidad de energa transferida al rotor por el viento depende de ladensidad del aire, del rea de barrido del rotor y de la velocidad delviento.

Figura 11: porcin cilndrica pasa a travs del rotor de un aerogenerador

Densidad del aire

La energa cintica de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa

(o peso). As, la energa cintica del viento depende de la densidad delaire, es decir, de su masa por unidad de volumen.


38/102


Pgina 38

En otras palabras, cuanto "ms pesado" sea el aire ms energa recibir laturbina.

A presin atmosfrica normal y a 15 C el aire pesa unos 1,225 kilogramos

por metro cbico, aunque la densidad disminuye ligeramente con elaumento de la humedad.

Adems, el aire es ms denso cuando hace fro que cuando hace calor. Agrandes altitudes (en las montaas) la presin del aire es ms baja y el airees menos denso.

rea de barrido del rotor

Nuestro aerogenerador, tiene un dimetro de barrido de 78m, lo quesupone un rea de barrido de 5 m. aproximadamente. El rea del rotordetermina cuanta energa del viento es capaz de capturar una turbinaelica. Dado que el rea del rotor aumenta con el cuadrado del dimetrodel rotor, una turbina que sea dos veces ms grande recibir 2 = 2 x 2=cuatro veces ms energa.

La potencia producida aumenta con el rea de barrido del rotor.

El rea del disco cubierto por el rotor (y, por supuesto, las velocidades delviento) determina cuanta energa podemos colectar en un ao.

La figura 12 da una idea de los tamaos de rotor normales enaerogeneradores: una tpica turbina con un generador elctrico de 600 kWsuele tener un rotor de unos 44 metros. Si dobla el dimetro del rotor,

obtendr un rea cuatro veces mayor (dos al cuadrado).

Esto significa que tambin obtendr del rotor una potencia disponiblecuatro veces mayor.Los dimetros de rotor pueden variar algo respecto a las cifras dadasarriba, ya que muchos de los fabricantes optimizan sus mquinasajustndolas a las condiciones de viento locales: por supuesto, un grangenerador requiere ms potencia (es decir, vientos fuertes) slo parapoder girar.


39/102


Pgina 39

Por lo tanto, si instala un aerogenerador en un rea de vientos suavesrealmente maximizar la produccin anual utilizando un generadorbastante pequeo para un tamao de rotor determinado (o un tamao derotor ms grande para un generador dado).

Para una mquina de 600 kW, los tamaos de rotor pueden variar entre 39a 48 m. La razn por la que, en zonas de vientos suaves, se puede obteneruna mayor produccin de un generador relativamente ms pequeo esque la turbina estar funcionando durante ms horas a lo largo del ao.

Figura 12: La potencia producida aumenta con el rea de barrido del rotor

Razones para elegir grandes turbinas

Existen economas de escala en las turbinas elicas, es decir, las mquinasms grandes son capaces de suministrar electricidad a un coste ms bajoque las mquinas ms pequeas. La razn es que los costes de lascimentaciones, la construccin de carreteras, la conexin a la red elctrica,adems de otros componentes en la turbina (el sistema de controlelectrnico, etc.), son ms o menos independientes del tamao de lamquina.

Las mquinas ms grandes estn particularmente bien adaptadas para laenerga elica en el mar. Los costes de las cimentaciones no crecen en

proporcin con el tamao de la mquina, y los costes de mantenimientoson ampliamente independientes del tamao de la mquina.


40/102


Pgina 40

En reas en las que resulta difcil encontrar emplazamientos para ms deuna nica turbina, una gran turbina con una torre alta utiliza los recursoselicos existentes de manera ms eficiente.

Razones para elegir turbinas ms pequeas

La red elctrica local puede ser demasiado dbil para manipular laproduccin de energa de una gran mquina. Este puede ser el caso de laspartes remotas de la red elctrica, con una baja densidad de poblacin ypoco consumo de electricidad en el rea.

Hay menos fluctuacin en la electricidad de salida de un parque elicocompuesto de varias mquinas pequeas, pues las fluctuaciones de vientoraras veces ocurren y, por lo tanto, tienden a cancelarse. Una vez ms, lasmquinas ms pequeas pueden ser una ventaja en una red elctrica dbil.

El coste de usar grandes gras, y de construir carreteras losuficientemente fuertes para transportar los componentes de la turbina,puede hacer que en algunas reas las mquinas ms pequeas resulten

ms econmicas.

Con varias mquinas ms pequeas el riesgo se reparte, en caso de fallotemporal de la mquina (p.ej. si cae un rayo).

Consideraciones estticas en relacin al paisaje pueden a veces imponer eluso de mquinas ms pequeas. Sin embargo, las mquinas ms grandessuelen tener una velocidad de rotacin ms pequea, lo que significa querealmente una mquina grande no llama tanto la atencin como muchos

rotores pequeos movindose rpidamente.

Los aerogeneradores desvan el viento

En realidad, un aerogenerador desviar el viento antes incluso de que elviento llegue al plano del rotor. Esto significa que nunca seremos capacesde capturar toda la energa que hay en el viento utilizando unaerogenerador.


41/102


Pgina 41

En la imagen de arriba tenemos el viento que viene desde la derecha yusamos un mecanismo para capturar parte de la energa cintica queposee el viento (en este caso usamos un rotor de tres palas, aunque podrahaberse tratado de cualquier otro mecanismo.

El rotor de la turbina elica debe obviamente frenar el viento cuandocaptura su energa cintica y la convierte en energa rotacional. Estoimplica que el viento se mover ms lentamente en la parte izquierda delrotor que en la parte derecha.

Dado que la cantidad de aire que pasa a travs del rea barrida por elrotor desde la derecha (por segundo) debe ser igual a la que abandona elrea del rotor por la izquierda, el aire ocupar una mayor seccintransversal (dimetro) detrs del plano del rotor.

Este efecto puede apreciarse en la imagen inferior, donde se muestra untubo imaginario, el llamado tubo de corriente, alrededor del rotor de laturbina elica. El tubo de corriente muestra cmo el viento movindoselentamente hacia la izquierda ocupar un gran volumen en la parteposterior del rotor.

Figura 13: desvo del viento en el aerogenerador

El viento no ser frenado hasta su velocidad final inmediatamente detrsdel plano del rotor. La ralentizacin se producir gradualmente en la parteposterior del rotor hasta que la velocidad llegue a ser prcticamenteconstante.


42/102


Pgina 42

3.2. Variaciones temporales del viento

Los movimientos de la atmsfera varan en un amplio rango de escalas

temporales (de segundos a meses) y espaciales (de centmetros a miles dekilmetros).

Mediante el anlisis de las series temporales de viento en la regincercana al suelo, se observa que existen determinados ciclos ofluctuaciones de la velocidad del viento en diversos rangos de frecuencia.

Estos ciclos estn asociados a diferentes escalas del movimientoatmosfrico, los cuales slo estn provocados directamente por la

radiacin solar sino tambin por las energas procedentes de los diversosintercambios (dinmicos, trmicos y radiactivos) que tienen lugarsimultneamente en la atmsfera.

El espectro de la energa cintica del viento representa la distribucin deuna serie de ciclos energticos que se detallan a continuacin:

Ciclos anuales, de muy baja frecuencia, con una gran energaasociada y motivada por el movimiento de la Tierra en su rbita

alrededor del Sol.

Ciclos de 3 a 4 das, de frecuencia intermedia, asociados a frentesmeteorolgicos (ciclones y anticiclones), y que son importantes parala operacin de un parque elico.

Ciclos diarios, de menor importancia energtica, como pueden serlas brisas marinas.

Ciclos de menos de 1 minuto, de alta frecuencia y que puedentener importancia energtica, originados por el intercambiomecnico en las capas bajas de atmsfera debido a lascaractersticas superficiales del terreno. Se denominan ciclos deturbulencia o, simplemente, turbulencia.


43/102


Pgina 43

3.3 Variaciones espaciales del viento. Variacin vertical

del viento

En general, el perfil vertical de velocidades no es constante con la altura.Debido al rozamiento con la superficie terrestre, la velocidad es menorcerca del suelo y tiende a aumentar segn se asciende.

La rugosidad y los cambios del relieve modifican la distribucin vertical delviento provocando aceleraciones y deceleraciones del viento que setraducen en un perfil irregular, llegando incluso, a sobrecargar laestructura del aerogenerador.

Los datos de vientos son medidos a una altura determinada sobre el niveldel suelo. En el caso de las estaciones meteorolgicas empleadas en esteestudio se realizaron medidas a 10 m. Existen distintos mtodos quepermiten determinar la velocidad del viento a otras alturas de inters,como es, por ejemplo, la correspondiente a la altura del eje del rotor.

Los perfiles ms utilizados para establecer las caractersticas cualitativas ycuantitativas de esta variacin vertical son el perfil logartmico y el perfil

de potencia. En este proyecto se ha empleado la ley logartmica. Msadelante explicaremos los motivos.

En este estudio ha sido preciso realizar la extrapolacin vertical paraconocer la velocidad ms prxima a la realidad a la altura del buje delaerogenerador.

Se debe tener en cuenta que un cambio de rugosidad o la presencia deobstculos provocan aceleraciones o deceleraciones del viento, a la vez

que modifica su perfil vertical.

Como se ha podido observar, es obvia la dificultad de conocer lascaractersticas del viento en una zona con la simple obtencin de datos deuna estacin de medida.


44/102


Pgina 44

3.4 Datos elicos

a) Campaa de registro de datos elicos

Para la determinacin del recurso elico de una zona es necesariodisponer de datos lo ms precisos posible, para lo cual se realiza unacampaa de medidas que proporcione todos aquellos parmetros bsicospara un buen diseo del parque elico.

La campaa de registro de datos elicos debe prolongarse al menosdurante un ao de forma interrumpida. En nuestro caso se han utilizadodatos de alrededor de 1 ao. De esta forma, podemos conocer las

variaciones o ciclos anuales de la corriente de viento. Para determinar lascaractersticas del viento y poder analizar las posibilidades y condicionesde su aprovechamiento es necesario realizar un anlisis estadstico deestos datos, al ser el viento una fuente de energa variable y aleatoria.

Los valores instantneos a medir mediante los correspondientes aparatosde medida son:

La velocidad.

La direccin del viento. La temperatura. La presin atmosfrica.

b) Instrumentacin

En energa elica se utilizan principalmente cuatro tipos de instrumentos

meteorolgicos: anemmetros, termmetros, veletas y barmetros.

1. Anemmetros para medir la velocidad del viento.

La velocidad de rotacin, proporcional a la velocidad del viento, semide, en este caso, contando mecnicamente el nmero derevoluciones, conectando el eje de la rueda de cazoletas a un pequeogenerador elctrico y midiendo el voltaje instantneo.


45/102


Pgina 45

2. Veletas para medir la direccin

Son dispositivos montados sobre un eje vertical y de giro libre, de talmodo que pueden moverse cuando el viento cambia de direccin.

Normalmente, el movimiento de la veleta est amortiguado paraprevenir cambios demasiado rpidos de la direccin del viento.

3. Termmetros para medir la temperatura del aire

Con la medicin de la temperatura se puede determinar la potenciasuministrada, as como analizar la climatologa local enemplazamientos de plantas elicas. El termmetro ms empleadoconsiste en un elemento de resistencia de platino.

4. Barmetros para medir la presin atmosfrica ambiental

La seal que procede de cada instrumento se dirige a un sistema deregistro o LOGGER ubicado en la base de la torre, donde la informacinqueda almacenada en pequeos chips.

3.4.1 Gestin de datos elicos

Con los datos obtenidos se hace una modelizacin en la zona de estudio,mediante una extrapolacin temporal a largo plazo (al menos durante lavida til del parque) y una extrapolacin espacial a todo el dominioconsiderado.

Representaciones estadsticas

Al ser la energa elica una fuente de energa variable y aleatoria, esnecesario realizar anlisis estadsticos de los datos.

Las representaciones estadsticas ms comnmente utilizadas parasintetizar las velocidades y direcciones de viento caractersticas delpotencial elico en un emplazamiento son: la distribucin por rumbos delas direcciones y la distribucin por frecuencias de las velocidades.


46/102


Pgina 46

3.4.2 Distribucin de direcciones. Rosa de los vientos

La representacin ms corriente de distribucin direccional del viento esla llamada Rosa de los vientos, que representa el porcentaje de tiempo

en que el viento proviene de una determinada direccin.

La direccin del viento siempre est referida al lugar desde donde procedela corriente de aire. Normalmente, en la rosa de vientos tambin se reflejala distribucin de velocidades de viento para cada intervalo direccional.

La parcela elegida para la ubicacin del parque se encuentra en la ciudadde Lorca, entre las zonas de La quinta y Los pilones como ya hemos

explicado anteriormente.

Lo primero que vamos a hacer es calcular la distribucin de velocidades enla zona.

Para ello, vamos a acceder a los datos proporcionados por el CentroNacional de Energas Renovables (CENER). Fuente:www.cener.es

Estos datos han sido obtenidos mediante 1 ao de simulaciones aprox.

hora a hora con el modelo meteorolgico SKIRON. Los resultados sepresentan a 10 metros de altura sobre la superficie del terreno.

La Figura 14 representa la Rosa de Vientos formada por 16 sectores,relativa a la zona de Lorca. En ella se ve claramente dos direccionespredominantes en las zonas norte y oeste, encontrndose adems que lasvelocidades mximas del emplazamiento corresponden con esas mismasdireccines.
http://www.cener.es/http://www.cener.es/http://www.cener.es/http://www.cener.es/


47/102


Pgina 47

Figura 14: Rosa de Vientos

Como podemos observar, las direcciones predominantes del viento en lazona son la norte y la oeste.

La frecuencia en estas dos zonas es del 54.2% y el 31.4% respectivamente.Esto supone que los aerogeneradores que componen nuestro parqueelico deben tener una orientacin opuesta a la direccin predominantedel viento. En nuestro caso nos quedaremos con la direccin oeste (W) yaque es la que mayor porcentaje nos da. Por tanto los aerogeneradoresestarn orientados en direccin este (E). Adems, el parque estarformado, idealmente, por filas de aerogeneradores con direccin

perpendicular a la predominante del viento, es decir, en direccin Norte.

En el anexo 1, apartado A se muestra la tabla con la frecuencia y elporcentaje en que se repiten las direcciones del viento proporcionada porCener.

0

10

20

30

4050

60N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Rosa de los vientos


48/102


Pgina 48

3.4.3 Distribuciones analticas de velocidades. Ley de Weibull

El conocimiento de la distribucin de probabilidades de viento esimportante para determinar el potencial elico disponible, adems de

obtener otros parmetros energticos de inters como son, la potenciarecuperable, el factor de irregularidad, o para estimar la probabilidad deque la velocidad est comprendida dentro de un intervalo de velocidadesdado.

Las representaciones analticas ms utilizadas por su similitud con lasdistribuciones reales normalmente medidas son la de Rayleigh y la deWeibull:

Distribucin de Rayleigh. La distribucin de probabilidades acumuladas,que mide la probabilidad de que la velocidad del viento sea inferior a unvalor dado V.

Distribucin de Weibull. La expresin analtica ms usada en estudios deenerga elica para representar la probabilidad de velocidades de vientoes la distribucin de Weibull. sta consta de dos parmetros: el parmetrode forma K (adimensional) y el factor de escala A (m/s).

Desde el punto de vista prctico la expresin de Weibull, en funcin dedos parmetros, proporciona un mtodo emprico preciso para larepresentacin de la distribucin de probabilidades de viento. Ladistribucin de Rayleigh es un caso particular de la Weibull para K=2.

La distribucin de velocidades obtenida del emplazamiento de Lorca espara una altura de 10 m correspondiente a la del anemmetro de la torrede medida.

Estas medidas deben extrapolarse a la altura del buje del aerogeneradorescogido que, en este caso, siguiendo las indicaciones de los fabricantespara este tipo de proyectos ser de 78m.

Por tanto, para las medidas realizadas por Cener, la grfica de distribucinde probabilidad de las velocidades medias del viento es la siguiente:


49/102


Pgina 49

Grfica 1: distribucin de probabilidad del viento

Podemos observar como la velocidad de viento que aparece con msfrecuencia es el intervalo 4-5 m/s, cuya frecuencia es casi del 35%.Estosvalores de velocidad de viento son para la altura del anemmetro (10metros), por eso son un poco bajos; sin embargo, hay que decir que dadoel perfil vertical de velocidades observamos que esta velocidad aumenta.

Este perfil de velocidades lo podemos ver en el anexo 1 donde se explica

con ms detalle.En el anexo 1 (y en clculos Excel: Rosa de los vientos y Weibull) tambintenemos todos los clculos realizados para la obtencin de la rosa de losvientos as como de los parmetros Weibull a 10m (altura de la torre demedicin) y a 20 metros.

Para poder determinar el potencial elico de la zona a la altura deseada(altura del buje: 78 m) a partir de los datos de viento obtenidos mediante

nuestra torre de medida podemos usar dos mtodos:

Utilizando el software llamado Wasp el cual es una herramienta deestimacin del rgimen elico especializado en las aplicaciones deenerga elica.

Realizando los clculos de forma analtica mediante el mtodoJustus y Mikhail.

En nuestro caso se ha optado por la opcin analtica la cual se explica a en

el anexo 2 y en la hoja Excel: Weibull a 78 m.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

1 2 3 4 5 6 7 8

Frecuencia()%

velocidad (m/s)

Frecuencia velocidad del viento


50/102


Pgina 50

Captulo 4:Diseo del

aerogenerador


51/102


Pgina 51

4.1 Introduccin

El apartado que vamos a comenzar incluye el diseo del aerogenerador de

1.8 MW adecuado para las caractersticas elicas, descritasanteriormente, propias de la zona en la que se ubicar el parque elico.

En primer lugar, en el apartado 4.2, se realizar el diseo del rotor. Paraello, debemos hacer previamente (apartado 4.2.1), un prediseo delmismo a partir de una serie de datos de partida, entre los que seencuentran la potencia nominal del aerogenerador, la velocidad nominal,el coeficiente de potencia, etc.

Una vez realizado el prediseo del rotor, pasamos al diseo aerodinmicode las palas del aerogenerador en el apartado 4.2.2. Para ello, utilizamosel procedimiento de diseo propuesto por Le Gourieres, que serexplicado en este mismo apartado.

Tras realizar el diseo del rotor, pasamos a obtener las curvascaractersticas del aerogenerador. Estas curvas incluyen las de potencia yenerga que sern definidas en los apartados posteriores.

Por ltimo, en el apartado final, se estimarn la potencia total y la energatotal obtenidas por el parque elico compuesto por 15 de losaerogeneradores diseados y finalmente se definirn las caractersticasprincipales del aerogenerador diseado.

4.2 Diseo del rotor del aerogenerador

Realizar el diseo aerodinmico de las palas de un aerogenerador,consiste en que dadas unas condiciones de partida (potencia requerida ycondiciones de viento) queremos determinar las caractersticas de la palaque maximizan la potencia capturada por la misma (longitudes de cuerday ngulo de torsin o calado para cada seccin de la pala).

Puesto que vamos a utilizar el procedimiento de diseo propuesto por LeGourieres, nuestros datos de partida para el diseo son la velocidad

nominal, el dimetro y la velocidad de rotacin del rotor.


52/102


Pgina 52

Esto significa que, antes de hacer el diseo, necesitamos esos datos, loscuales se obtienen mediante la realizacin de un prediseo del rotor.

4.2.1 Prediseo del rotor

Antes de empezar con el prediseo del rotor, resulta convenienteintroducir cules son los parmetros adimensionales que caracterizan elcomportamiento de la aeroturbina. Los parmetros ms significativos delproblema planteado sern:

f(P, v0,, R, , ) = 0

Donde Pes la potencia, v0la velocidad del viento, la densidad del fluido,

Rel radio del rotor, la velocidad de rotacin del rotor y la viscosidaddel fluido. Aplicando el teorema de Pi, obtenemos tres parmetrosadimensionales:

Coeficiente de potencia (CP). Es la relacin entre la potencia capturada y lapotencia incidente sobre un rea equivalente a la del rotor. No es un

rendimiento, aunque se utiliza para comparar mquinas del mismo tipo.Viene dado por la expresin:

Velocidad especfica (). Es la relacin entre la velocidad azimutal y la

velocidad del viento. Su valor ptimo para maximizar la potencia oscilaentre 6 y 10.

23

0

p

Rv2

1

PC

0v

R


53/102


Pgina 53

Nmero de Reynolds (Re). Es la relacin entre las fuerzas inerciales y lasfuerzas viscosas. Se suele representar tomando como longitudcaracterstica la cuerda en vez del radio, dado que el elemento con el querealmente se va a enfrentar el flujo es el perfil.

Por tanto, en el prediseo del rotor se van a utilizar como datos de partidalos siguientes:

Velocidad especfica en punta de pala (0)Coeficiente de potencia a la velocidad nominal (Cp)Densidad media ()Potencia nominal del aerogenerador (Pn)Velocidad nominal de funcionamiento del aerogenerador (vn)

Como podemos observar, el Nmero de Reynolds no se utiliza en elprediseo, pero s en el diseo en s de las palas, como veremos en elapartado siguiente.

Una vez expuesto lo anterior, podemos pasar a ver los valoresseleccionados para cada dato de partida necesario para el prediseo delrotor.

Para la velocidad especfica en punta de pala (0), se ha tomado un valorde 8,2 (valor tpico en aeroturbinas de este tamao).

Por otro lado, en general, las mquinas elicas actuales pueden alcanzar

valores medios del coeficiente de potencia de 0,4 o algo superiores. Portanto, el coeficiente de potencia a la velocidad nominal seleccionado es Cp= 0,45. La densidad media utilizada es la densidad estndar, es decir, ladensidad para una temperatura de 15 C y a la presin atmosfrica (=1,267 kg/m3).

Para los datos que nos faltan (potencia nominal y velocidad nominal)vamos a explicar, a continuacin, el proceso de clculo, ya que en lapotencia nominal aparecen una serie de rendimientos que se deben tener

RvRe 0

cvRe 0


54/102


Pgina 54

en cuenta y la velocidad nominal se va a obtener mediante elprocedimiento descrito anteriormente.

La potencia que queremos obtener a la salida del aerogenerador es de

1800 kW. Puesto que en el aerogenerador se producen una serie deprdidas, debemos tenerlas en cuenta a la hora de realizar nuestroprediseo. Estas prdidas, expresadas en forma de rendimientos, sondebidas a la caja multiplicadora y al generador fundamentalmente,adems de las prdidas debidas al propio rotor (prdidas que se tienen encuenta al utilizar el coeficiente de potencia en los clculos). En el siguienteesquema, podemos observar las distintas potencias y rendimientosindicados.

Llamando Pwa la energa contenida en el viento, una aeroturbina slo escapaz de transformar en energa mecnica una cantidad P

m, segn Betz,

habiendo sido afectado con el coeficiente de potencia Cp.

La potencia despus de la transmisin mecnica vendr afectada por unrendimiento de la forma:

mmt PP

Por ltimo la energa de salida de la transmisin mecnica, sertransformada en energa elctrica por medio de un generador, el cual,introducir unas prdidas:

tge PP

Combinando las dos ecuaciones anteriores, se puede expresar la potenciaelctrica extrable de un aerogenerador en funcin de la energa

contenida en el viento:


55/102


56/102


Pgina 56

tR

t

P

PX

0,215

eR

6

P

100,05Y

Siendo: PtRes la potencia nominal de la caja multiplicadoraPeRes la potencia nominal del generador elctrico

Por tanto, pasamos a calcular cada uno de los rendimientos:

[1]Rendimiento de la caja multiplicadora (m):

Para calcular el rendimiento de la caja multiplicadora utilizamos laexpresin definida anteriormente:

m

mRmm

P

Pq(0,02)P

Suponiendo: Pm= PmRq = 3

Nos queda:


57/102


Pgina 57

0,9430,021q0,021P

q)0,02(1P

P

Pq(0,02)P

m

m

m

mRmm

[2]Rendimiento del generador ( g ):

X

1)(XY)(1Y0,5X

2

g

Suponiendo: Pt= PtRPeR= Pe = 1800 kW

Tenemos que:

1

P

PX

tR

t

0,043102

100,05

P

100,05Y

0,215

6

60,215

eR

6

Por tanto:

0,961

1)(10,043)(10,0430,51

X

1)(XY)(1Y0,5X

22

g


58/102


Pgina 58

Una vez calculados ambos rendimientos, podemos calcular el rendimientoglobal del aerogenerador (sin tener en cuenta el coeficiente de potenciapara el rotor):

0,90240,960,94 gm0

De esta forma podremos calcular la potencia nominal que debemosutilizar para realizar el prediseo de manera que obtengamos realmente lapotencia demandada a la salida del aerogenerador (Pe= 1800 kW):

Por tanto, y para asegurar los 1800 kW a la salida del aerogenerador,vamos a utilizar en los clculos la siguiente potencia nominal:

Pn= 2000 kW

La velocidad nominal de funcionamiento del aerogenerador podra serelegida directamente, sin embargo, existe un procedimiento de diseo conel que podemos determinar cul es la velocidad nominal ptima que nospermite maximizar la energa capturada por la mquina elica para unalocalizacin determinada caracterizada por un rgimen de vientos propio.

Segn este procedimiento de diseo, necesitamos los valores de losparmetros de Weibull(cy k) de la zona estudiada a la altura del buje.

Para obtener estos parmetros a partir de los cuales calcularemos lavelocidad nominal de funcionamiento del aerogenerador, debemosutilizar los resultados obtenidos a la altura del buje. Para nuestro estudiola altura del buje es de 78 m.

kW1994.680,9024

1800

PP

0

en


59/102


Pgina 59

Los clculos obtenidos a la altura del buje se encuentran descritos en elanexo 2, los cuales nos indican unos parmetros de Weibull a dicha alturade:

K=2 y c=6.3

Teniendo en cuenta que:

Vn= 1.8 * cVa = 0.5 * VnVd =2 * Vn

Obtenemos los siguientes resultados:

Vn= 11.34 m/sVa = 5.67 m/sVd = 22.68 m/s

Con el valor obtenido de velocidad nominal y con el resto de datos

necesarios, pasamos a realizar el prediseo del rotor.

Para obte

Documents

Diseño de Un Aerogenerador de 1.8Mw. Completo