EEH. UD2 ENERGÍA EÓLICA

Lección 2: Aprovechamiento del recurso eólico

Damián Crespí LlorensMáquinas y Motores TérmicosIngeniería Mecánica y Energía

ÍndiceLección 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 solarno homogénea

Diferencias densidad

aire

Diferencias presiónVIENTO

Diferencias térmicas

atmósfera

Origen del viento

● Celda de Hadley

¡¡¡Fuerza de Coriolis!!!

Fuerza de CoriolisAparece con: Velocidad perpendicular al eje de rotación

● Objeto: aceleración desde el punto de vista del observador en rotación

Fuerza de CoriolisAparece con: Velocidad partícula aleja/acerca al eje de rotación

Se acerca al eje:

Se aleja del eje:

En el ecuador nose da esta situación

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 COTASDESCIENDE 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

ÍndiceLección 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 vientosVelocidad media en cada dirección (dm/s) :

Apantallamiento ~ 5%

Rosa de frecuencias

Parque eólico de la Unión

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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”

Potencia disponibleDensidad de potenciadisponible

Parámetro objetivo para seleccióndel emplazamiento (no conocemos S todavía)

Potencia eólica disponible

Densidad de potenciadisponible

La potencia disponible aumenta con

el cubo de la velocidad

¿De qué variables depende?

● 1 - Densidad del aire

ρ=pRg T

Ec. GasesIdeales

ρ0=1,225 kg /m3Densidad del aire en condiciones de:15ºC1013,3 mbar

¿De qué variables depende?

● 2 - Velocidad

Ley de distribuciónde la velocidad del

viento

¿De qué variables depende?

● 2 - Velocidad

Energía disponible

Energía disponible

Energía calculada con V̄ 3

Permite conocer si el emplazamientoes idóneo o no lo es.

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:

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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

c: factor de escala (dimensiones de velocidad)k: factor de forma (adimensional)

Ley de distribución de Weibull

ArranqueDesconexión

Probabilidad V < V de arranque de la turbina:

Ley de distribución de Weibull

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 → → → V̄ y V̄ 3 P̄ / S Po

Seleccionado unaTurbina (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

– : Probabilidad de vientos en calma (tpu)

– δ(V )= δ(V=0)=1

δ(V≠0)=0

F 0

Ley de Weibull a diferentes alturas

z a

● Medidas de viento suelen ser a altura inferior a la del buje (10 m).– Conocidos y a altura

– Buscamos: c y k a la altura del buje

cak a

Utilización de Weibull para el cálculo de la energía

● Hasta este punto sabemos como calcular la potencia/ energía recuperable:

c,k → → → V̄ y V̄ 3 P̄ / S Po

Seleccionado unaTurbina (Cp y S)

Potencia recuperable

OBJETIVO:¿c,k?

¿Como obtenemos la energíarecuperable?

Curva velocidades clasificadas● Es una curva temporal de velocidades

t

8760 horas

4380 horas

Cuantas horas al año tenemos garantizadasQue el viento va a tomar un valor mayor quevi

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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?