Proyecto Eolica

Proyecto de Centrales I

UNIVERSIDAD AUTONOMA“GABRIEL RENE MORENO”

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGIACARRERA: Ing. Electromecánica

PROYECTO DE UNA CENTRAL ELECTRICA

ALUMNO: CESPEDES BATALLANOS LUIS FERNANDO

REGISTRO: 200913611

DOCENTE: Ing. JAIME ALVARADO

MATERIA: CENTRALES ELECTRICA I

SEMESTRE: 01-2015


1.- INTRODUCCION.-

Ante la necesidad de energía eléctrica en un pueblo aislado, y la demanda que tiene la poblaciónadyacentes para el desarrollo local, tanto económica y social, se ha desarrollado un estudio para quetenga una generación eléctrica mediante aerogeneradores (energía eólica) en la cual su combustible vaa ser el aire, es decir, una central eléctrica de energía eólica, para cubrir las demandas eléctricascrecientes que tienen la población con nuestra potencia generada en la central.

La energía eléctrica hoy en día es ocupa o puede ser ocupada en muchas cosas como ser en iluminación,comunicación, educación, duchas, hospitales, etc. Estos usos comunes o de tipo industrial, en la cual enla vida industrial tiene un rol mucho más importante, ya que todas las industrias por lo menos tienen unmotor asíncrono, etc.

La energía eólica es una de las energías más abundantes y renovables de la naturaleza. Proviene de laconversión de la energía cinética que traen las masas de aire en movimiento hacia energía mecánica yluego a energía, mediantes componentes internos. Para conseguir esta conversión se utilizan maquinasllamadas aerogeneradores. Estos dispositivos, a través de una superficie aerodinámica expuesta alviento, producen trabajo mecánico en un eje. Existen varios diseños aerodinámicos para adaptardistintos tipos de aerogeneradores a las condiciones climáticas de cada zona y a las distintas marcas queexisten en el mercado

2.- OBJETIVOS.-

En base a los estudios realizados para determinar si es necesario la implementación de una plantaeléctrica en el pueblo, se tiene como objetivo principal el de poder cubrir la demanda solicitada por el pueblo yla implementación de nuevas energías renovables, en el sistema aislado.

Esta energía renovable tiene como objetivo reducir el impacto ambiental que tienen las demás plantaseléctricas, como ser contaminantes al ozono mediante el CO2 y otro objetivo es que esta tecnología es el futuropara la generación eléctrica en el país y en el mundo.

3.- FUNDAMENTO TEÓRICO.-

Un aerogenerador es un dispositivo que transforma la energía cinética del viento en energía mecánica.En la actualidad, casi la totalidad de las turbinas eólicas son del tipo eje horizontal y tripalas.

El funcionamiento de las antiguas turbinas eólicas, de modo similar a los molinos de viento, se basaba enel principio de la resistencia al arrastre que ofrecen las palas frente a la acción del viento. Este diseño, noaerodinámico, conducía a un rendimiento de conversión de la energía cinética del viento en energía mecánicaen el eje de la máquina muy pequeño, con valores en torno al 12%. Las turbinas modernas funcionan bajo elprincipio de la fuerza de sustentación que se desarrolla en la pala debido a su diseño aerodinámico, de modosimilar al ala de un avión. El avance en el diseño aerodinámico y estructural de las palas, ha permitidoincrementar el rendimiento de conversión a valores cercanos al límite teórico.


4.- ASPECTO AMBIENTALES.-

Las centrales eólicas poseen grandes ventajas desde la perspectiva medio ambiental que tienen que serconsideradas durante el proceso de evaluación. El beneficio principal es el desplazamiento de generación concentrales que utilizan combustibles fósiles, pues la generación eólica está libre de emisiones de gases. Si seconsidera el desplazamiento de generación por una central a carbón, la generación eólica estaría mitigando porcada MWh producido, la emisión de 0.9 toneladas de CO2 y 0.045 toneladas de SO2.

Por otra parte la instalación de sistemas de generación eólica podrían producir una serie de impactosmedioambientales los que, sin duda, son considerablemente menores a los producidos por de otros sistemas degeneración, pero no por ello menos importante. El impacto generador estará determinado principalmente por elnúmero de unidades instaladas y el tamaño de cada una de ellas. Los impactos ambientales más comunes a lossistemas eólicos pueden resumirse en: extensa ocupación de terrenos, impacto sobre la flora, impacto sobre lafauna, impacto visual, y efecto sombra

5.- UBICACIÓN DE LA POBLACIÓN.-

La ubicación de la población comprende el municipio de Ancoraimes (15.888 S, 68.810 O).

Se encuentra ubicado a 135 km de la ciudad de La Paz, capital del departamento; y se halla a 3.880metros sobre el nivel del mar. Según el censo nacional de 2012, el municipio de Ancoraimes cuenta con unapoblación de 13000 habitantes, se encuentra cerca del Lago Titicaca.


Como se ve en la figura se puede llegar mediante la ruta 16, que sale de La Paz


6.- ESTUDIO DE LA VELOCIDAD EN ANCORAIMES.-

Como se ve en lafigura, en el municipiotiene una altavelocidad media anualdel viento que estaalrededor de los 9(m/s).


6.1.- VELOCIDAD DEL VIENTO.-

La estimación de la velocidad del viento de la ubicación y a la altura de bujede 80 m es de 9.6 m/s. Esta es la velocidad promedio anual y refleja lascondiciones generales del terrero en su área. Los datos obtenidos están entreun rango de 7.4 y 11.7 m/s.

6.2.- DIRECCIONES DEL VIENTO.-

La rosa de los vientos para todas las velocidades del viento porhora durante el año. La rosa de los vientos nos indica lafrecuencia con la cual sopla el viento de una dirección dada. Laextensión de cada cuña de la gráfica indica la frecuencia y ladistancia entre los círculos concéntricos y representa unafrecuencia de 10%. Por ejemplo, una cuña en direcciónascendente (N) y que se extiende tres anillos significa que elviento sopla 30% de las veces del Norte. Los intervalosadicionales tienen un grosor de 30° de ancho.

Mes Velocidad delViento (m/s)

Enero 11.9

Febrero 11.2

Marzo 10.3

Abril 9.5

Mayo 8.7

Junio 7.1

Julio 8.3

Agosto 7.6

Septiembre 9.4

Octubre 10.7

Noviembre 9.8

Diciembre 10.2

Promedio 9.6

56789

10111213

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Velo

cida

d de

l vie

nto

(m/s

)

Mes


6.3.- VARIACIÓN DIARIA DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO.-

La grafica se basa entodos los valores porhora durante el año. Laslíneas verticalesdelgadas representan elerror estándar que seestima. Tenemos un68% de confianza que laverdadera velocidad delviento en la ubicacióncae dentro de los límitesindicados por la líneavertical delgada.

6.4.- CONCLUSIÓN.-

Como se pudo ver en los anteriores puntos, la velocidad del viento es muy buena para poder colocar una centralde energía eólica

7.-CALCULO DE DEMANDA DEL MUNICIPIO.-

Viviendas: 2000 Postes de alumbrado público: 5000

Potencia vivienda = N° (Vivienda) * 11 (kW/Vivienda)

Potencia vivienda = 22000 kW

Potencia Alumbrado = N° (Postes) * 0.115 (kW/Postes)

Potencia Alumbrado = 575 kW

Potencia Instalada = (Potencia vivienda + Potencia Alumbrado) * 1.25

Potencia Instalada = 28218.75 kW aprox. 30 (MW)


0,0

1000,0

2000,0

3000,0

4000,0

5000,0

6000,0

7000,0

8000,0

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

Pote

ncia

kW

Velocidad (m/s)

8.- AEROGENERADORES A UTILIZAR.-

Se va a ocupar la marca ENERCON, el modelo E-126, que se ocuparan 11 aerogeneradores para alcanzar los 30MW y que también depende de la velocidad, como la velocidad promedio anual es de 9.6 (m/s).

8.1.- ASPECTOS TÉCNICOS.-

Viento(m/s)

Potencia P(kW)

1 0,02 0,03 55,04 175,05 410,06 760,07 1250,08 1900,09 2700,0

10 3750,011 4850,012 5750,013 6500,014 7000,015 7350,016 7580,0

Potencia nominal: 7580 kW

Diámetro del rotor: 127 m

Altura de buje enmetros:

135 m

Concepto deaerogenerador:

Sin multiplicadora, velocidadde giro variable, control delángulo de paso de la palaindependiente

Rotor

Tipo:A barlovento con control activo delángulo de paso de la pala

Sentido de rotación: Agujas del reloj

Numero de palas: 3

Área de barrida: 12.668 m2

Composición de laspalas:

GRP (resina epoxi)/aceroprotección cintra rayos integrada

Velocidad: Variable, 5 – 12 r.p.m.



5750

4850

37503225

2350

1250

22001600

3200

4400

3700 3800

11.9 11.2 10.3 9.5 8.7 7.1 8.3 7.6 9.4 10.7 9.8 10.2

POTENCIA ANUAL

8.2- POTENCIA GENERADA DEL MUNICIPIO.-

En este punto veremos cómo es la potencia generada, con la velocidad promedio mensual que tiene elmunicipio

Mes Velocidad delViento (m/s)

Potencia P(kW)

Enero 11.9 5750

Febrero 11.2 4850

Marzo 10.3 3750

Abril 9.5 3225

Mayo 8.7 2350

Junio 7.1 1250

Julio 8.3 2200

Agosto 7.6 1600

Septiembre 9.4 3200

Octubre 10.7 4400

Noviembre 9.8 3700

Diciembre 10.2 3800

Promedio 9.6 40075


9.- FUNCIONAMIENTO DEL AEROGENERADOR.-

9.1.-ARRANQUE DEL AEROGENERADOR.

Cuando la turbina detecta viento en cualquier dirección, por los sensores de velocidad de viento (anemómetrosde turbina), el controlador realiza las siguientes órdenes al aerogenerador, a través de los motorescorrespondientes:

Entre 2 - 3 m/s. Envía la orden de posicionarse frente al viento. Esta orden se denomina orientación dela turbina.

A partir de 3 m/s. La orden de desaplicar frenos para permitir el giro de la turbina y comenzar a girarpor el efecto únicamente del empuje del viento.

Paso variable, además envía la consigna de posición de las palas progresivamentede 90º - 0º.

Rpm >= 1500. Al llegar a la velocidad de sincronismo del generador solicitado (dependiendo del viento,se selecciona un generador u otro con velocidades diferentes), se conecta el generador a la red de formasuave, contando para ello con electrónica de potencia mediante tiristores (un tipo de interruptorcontinuo de semiconductor, que puede ser controlado electrónicamente). Al realizar la conexión (duraentre 3 y 4 segundos), se conecta directamente el generador a red, mediante un interruptor.

9.2.- PARADA DEL AEROGENERADOR

Puede ocurrir por los siguientes motivos:

Vientos altos. Cuando el viento supera un margen (>25 m/s ó 90 km/h), o bien cuando un error esdetectado en base a la lectura de los sensores de viento.

Error de funcionamiento. Se detecta un error de funcionamiento mediante la información de lossensores.

Parada por poco viento. Se inicia la secuencia si se detecta poca generación o vientos muy bajos.

Parada Manual. Se realiza bajo la supervisión del personal de operación y mantenimiento.

En la parada de la turbina se distinguen los siguientes procedimientos:

Parada Suave.

Paso fijo. El controlador envía una orden al sistema de captación para desplegar los Aero frenos,simultáneamente desconecta el generador, revisa la disminución de las rpm y emplea los frenosde forma suave. Al cabo de varios segundos, aplica una presión de frenada cada vez mayor hastaconseguir la detención total.

Paso Variable. La orden la envía a los actuadores del calaje de palas (pitch) aumentando losgrados hasta los 90º. Simultáneamente desconecta el generador y realiza de igual forma unincremento paulatino de presión en el circuito secundario de frenada.

Parada de Emergencia. Se produce ante errores importantes, peligro para personas o integridad de laturbina. Se aplican frenos con la máxima presión desde el primer momento.


10.- MANTENIMIENTO PROGRAMADO.-

A los 3 meses: Reapriete y comprobación de pernos.

Menor: Comprobaciones de pares de apriete, engrases.

Mayor: Revisión exhaustiva del aerogenerador.

Cambio de aceite del grupo hidráulico: Cada 5 años.

10.1.- REVISIONES ESPECÍFICAS.-

Las revisiones que se tienen que hacer son las siguientes:

Cimentación y torreo Grietaso Pares de apriete

Palaso Fisuras y marcas de grietaso Decoloración y rugosidadeso Borde de ataque

Rotoro Fisuras y tornillos, soporte cono del bujeo Retenes y engrases de rodamientos de palas

Pala – Bujeo Aprietes y holguras de cajas de rodamientos de palaso Uniones del rotor y eje principalo Engrase de rodamiento del eje principalo Comprobación de la alineación del eje principal

Eje Alta Velocidado Freno: desgastes, fisuras, alabeos.o Sistema hidráulico de freno: aceite, fugas y precarga.o Uniones de cardan, juntas, engraseso Rodamientos

Generadoro Engrase de rodamientoso Inspección y apriete de caja de borneso Inspección de anillos y escobillaso Limpieza de intercambiador y filtroso Inspección de devanados del estator y rotor


Eléctricoo Inspección visual, limpieza y comprobación de conexiones: tierra, auxiliare, cables, terminales,

trafo, celda, etc.

Sistema de orientacióno Inspección de dientes y prueba: carga, ruido, puntos duroso Engrase de corona y superficies deslizanteso Reapriete de discos y holguras rad. Placas deslizanteso Comprobación del sistema hidráulico: aceite, presión y frenos

11.- INSTALACIÓN DE LA CENTRAL EÓLICA.-

La central eólica del municipio de Ancoraimes tendrá una capacidad de 3 MW por aerogenerador en la que secolocaran 11 aerogeneradores, dando a conocer que la demanda del municipio es de 30 MW.

En el municipio hay 2000 viviendas más el alumbrado público de la zona. La central abastecerá la demanda de 30MW colocando un parque eólico a unos metros de la zona poblada.

Así se debería ver las torres ya instaladas en ellugar, la distancia que tiene cada torre es de 900 m,porque, si están más cerca las ráfagas de viento noserán las mismas ya analizadas, es decir, que cadatorre puede afectar el rendimiento de otra torre.


En la figura podemos observar una central similar, con todos los componentes auxiliares que deberá tener parasu implementación. El aerogenerador. Los cables conductores, carga de freno, toma de tierra, caja de control ybatería, fuente auxiliar, transformadores, líneas de transmisión eléctrica.

12.- DIAGRAMA UNIFILAR DE GENERACIÓN.-

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