«Análisis Técnico de las turbinas eólicas a instalar en la Argentina.

Presentación del tema: "«Análisis Técnico de las turbinas eólicas a instalar en la Argentina."— Transcripción de la presentación:

1 «Análisis Técnico de las turbinas eólicas a instalar en la Argentina.
Fortalezas y Debilidades " Dr. Ing. di Prátula, Horacio Raúl

2 Esquema de Presentación
1.- Introducción: Recursos, su incidencia 2.- Análisis del tipo de turbinas 3.- El mantenimiento . Otros aspectos . 4.- Debilidades y Fortalezas Dr. Ing. di Prátula, H.R.

3 Recursos, su incidencia
1.- Introducción- Recursos, su incidencia Dr. Ing. di Prátula, H.R.

4 Generación Eléctrica total Situación actual en Argentina (hidráulica, térmica fósil, nuclear y alternativa ) Dr. Ing. di Prátula, H.R.

5 El medio ambiente es un compromiso de todos, pero sin racionalizar ni considerar los aspectos relacionados al agotamiento de los recursos no hemos comprendido el problema. Si analizamos las diferentes fuentes de energía a la luz del TRE ó EROI (en inglés): La definición no nos debe confundir. No representa la eficiencia de conversión, EROI y sus variantes son a veces llamados la evaluación del excedente de energía, el equilibrio energético, o análisis de la energía neta . 𝐸𝑅𝑂𝐼= 𝐿𝑎 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑑𝑞𝑢𝑖𝑟𝑖𝑑𝑎 𝐿𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑒𝑟 𝑒𝑠𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 Dr. Ing. di Prátula, H.R.

6 Con el auxilio teórico de la EROI es posible comparar eficazmente fuentes energéticas diversas entre sí, desde la simple leña (biomasa) hasta la energía solar fotovoltaica, que requiere una considerable inversión energética en la fabricación de los paneles solares. Los detractores minimizan sus resultados pero eso también ocurrió con la curva de Hubbert. Dr. Ing. di Prátula, H.R.

7 No se puede ir a contramano de los indicadores
No se puede ir a contramano de los indicadores. «El petróleo estará agotado antes de estar agotado» Dr. Ing. di Prátula, H.R.

8 El cálculo del TRE (EROI) para nuestro País se agrega en la siguiente tabla:
Estimación de la Tasa de Retorno Energética de la Energía Eólica en Nuestro País (E. Martınez et.al Life cycle assessment of a multi-megawatt wind turbine) Dr. Ing. di Prátula, H.R.

9 Este valor coincide con las apreciaciones de las referencias (Ida Kubiszewski et.al Meta-analysis of net energy return for wind power systems) y (Manfred Lenzena et al Wind turbines in Brazil and Germany: an example of geographical variability in life-cycle assessment) que dan un valor del EROI para turbinas eólicas de 500 kW (año 2004) en Brasil entre 14.8 y 40 siendo el menor valor citado para una potencia de 5 Mw (repower). Dr. Ing. di Prátula, H.R.

10 Fortalezas y Debilidades de las diferentes fuentes de energía no renovables.
Dr. Ing. di Prátula, H.R.

11 Los datos anteriores muestran claramente que el camino es diversificar la matriz energética de producción de energía. Una de las energías que mayor avance y potencia puede alcanzar potencialmente rentable es la energía eólica. Sin embargo es conveniente para alcanzar la plenitud de generación y también de satisfacción en el comportamiento del parque eólico a largo tiempo analizar el tipo de aerogenerador conveniente y el mantenimiento futuro. Nuestro País no posee las condiciones Europeas de asistir rápidamente ante fallas al parque eólico tanto económicamente como en el aspecto logístico. Es importante considerar todos los aspectos relacionados a la elección del aerogenerador para lograr un mejor aprovechamiento y además un aerogenerador propio adecuado a las condiciones que rigen en nuestro País. Dr. Ing. di Prátula, H.R.

12 Recursos Eólicos Argentinos
Los recursos eólicos en el País muestran diferentes intensidades y turbulencia. En la figura adjunta se exhibe un mapa eólicos del País. Se destacan zonas de diferente intensidad. Vmed≈ >10 Vmed≈ >8 Vmed≈ >5 Dr. Ing. di Prátula, H.R.

13 Tabla según normativa IEC 61400-1
Las normas aplicadas a la construcción de aerogeneradores permiten determinar la clase de turbina a elegir. La intensidad de turbulencia se define como la relación del desvio standard de las fluctuaciones de la velocidad del viento a la media. Tabla según normativa IEC Dr. Ing. di Prátula, H.R.

14 Uref se define como el viento promedio de 10´ con un periodo de recurrencia de 50 años a la altura del cubo. Las turbinas se diseñan para soportar ese climas con vientos iguales o menores que Uref. Parámetros básicos para Clases de Turbinas Eólicas Desvio estándar de turbulencia para modelo de turbulencia normal ( © IEC:2005) Dr. Ing. di Prátula, H.R.

15 Debemos realizarnos las siguientes preguntas:
¿ Como optimizamos la elección para que la inversión inicial sea menor con estos recursos? ¿Cómo optimizamos la operación una vez instalados considerando la red eléctrica y los recursos? ¿ Como optimizamos el mantenimiento en relación al stock y la logistica del mismo considerando la elección realizada en el punto 1? Dr. Ing. di Prátula, H.R.

16 La respuesta a estas preguntas requieren de análisis:
La menor inversión obliga a analizar adecuadamente el recurso pero también el mantenimiento posterior al elegir el equipo. La operación demanda de un análisis de la red eléctrica y del tipo de aerogenerador adecuado a los recursos sin olvidar los factores de calidad de producto. El mantenimiento requiere haber elegido bien el equipo, haber estudiado bien los recursos y elegido la logistica de operación ha realizar. Dr. Ing. di Prátula, H.R.

17 2.- Análisis del Tipo de Turbina

18 ¿Con caja de engranaje o sin caja de engranaje?
El primer paso es elegir la clase. Esto requiere un buen análisis de los recursos y conocimiento de las turbinas existentes en el mercado. El segundo paso es determinar aspectos constructivos porque esto determina el tipo de aerogenerador. Potencia del equipo. ¿Con caja de engranaje o sin caja de engranaje? ¿ que tipo de generador? ¿ que tipo de torre? ¿ que altura ? Dr. Ing. di Prátula, H.R.

19 Las turbinas eólicas actuales utilizan convertidores electrónicos de potencia para garantizar la regulación de su inter-relación con la red eléctrica. Clasificaremos las turbinas eólicas modernas considerando el tipo de generador elegido por el fabricante para convertir la energía mecánica en eléctrica, ya que este aspecto es importante para interpretar el problema de armónicas en red. En la tabla siguiente vemos turbinas con generador de inducción y un generador sincrónico Dr. Ing. di Prátula, H.R.

20 Todos los dispositivos cuentan con caja de engranaje.
Dr. Ing. di Prátula, H.R.

21 Fortalezas y Debilidades
Dr. Ing. di Prátula, H.R.

22 Dr. Ing. di Prátula, H.R.

23 Dr. Ing. di Prátula, H.R.

24 Dr. Ing. di Prátula, H.R.

25 ¿ que potencia de cortocircuito tiene la red eléctrica en el nodo?
En los considerandos de la elección también debe incluirse las condiciones de operación con la red eléctrica existente o que modificaciones se efectuarán a la misma y los aspectos relacionados con el mantenimiento futuro. Por ejemplo: ¿ que potencia de cortocircuito tiene la red eléctrica en el nodo? ¿Cómo voy a llevar a cabo el mantenimiento de los aerogeneradores? ¿ que acceso a gruas y partes del aerogenerador existen? ¿ Que acceso al terreno y a los equipos? Dr. Ing. di Prátula, H.R.

26 Los de mayor importancia se describen brevemente a continuación.
La primera pregunta tiene que ver con la integración de la generación eólica a la red. La integración de la generación eólica en el sistema eléctrico provoca un impacto, afectando, entre otros, la calidad de potencia del mismo. El impacto se encuentra relacionado con el nivel de penetración y con la robustez del sistema eléctrico. Es importante mencionar que algunos de los aspectos de la calidad se ven mejorados y otros empeorados. Se producen fenómenos de régimen permanente de calidad de potencia y fenómenos transitorios. Los de mayor importancia se describen brevemente a continuación. Dr. Ing. di Prátula, H.R.

27 La tensión de los aerogeneradores es menor de 1000 V – por seguridad, el uso de cables colgantes y los generadores son de menor costo. Sin embargo esto obliga al uso de transformadores que pueden estar en la misma torre del aerogenerador o cercano. En los actuales parques se conecta cada generador a un transformador y no varios a uno solo (sistema Antiguo). Cuando se trata de un parque eólico de gran porte se requieren dos niveles de transformación. El primero eleva la tensión desde BT a MT (13.2 o 33 kV), agrupando varios generadores para cada transformador. El segundo nivel centraliza para una subestación cercana las líneas de MT y eleva a AT. Desde ésta SE se llevarán las líneas de AT para ser distribuidas utilizando una SE de distribución. Dr. Ing. di Prátula, H.R.

28 Transitorio de conexión
Los fenómenos asociados a la conexión del parque eólica a la red y que deben analizarse aún desde el mismo instante de la elección del tipo de aerogenerador son: Armónicas Límites del contenido armónico en corriente inyectado a la red según IEC Flicker: Variaciones de tensión de frecuencia cercana a 9 Hz. Lo provoca la variación de potencia del parque por fluctuación del viento. Huecos de tensión y microcortes: variación de tensión entre 90 y 10% de la tensión. Afecta al aerogenerador y es un fenómeno asociado al sistema. Factor de potencia Transitorio de conexión Dr. Ing. di Prátula, H.R.

29 3.- El mantenimiento . Otros aspectos

30 Las estadísticas de fallas son fundamentales para analizar el mantenimiento:
Incidencia porcentual de fallas en turbinas eólicas con caja de engranajes Dr. Ing. di Prátula, H.R.

31 Comparación fallas con y sin caja de engranajes
Dr. Ing. di Prátula, H.R.

32 Estadística de comparación entre diferentes experiencias
Dr. Ing. di Prátula, H.R.

33 Comparación entre velocidad variable y fija de palas

34 El análisis del costo de compra de los aerogeneradores, montaje y mantenimiento son importantes en el momento de la elección. Es costumbre minimizar el costo de operación y mantenimiento de acuerdo a los estudios de costos de Países Europeos, pero nosotros debemos valorarlos y analizar su incidencia futura en la producción de energía. Pérdidas de producción días para reemplazo de material Tiempo de grua para reemplazo material número de días para reparación incluyendo viajes horas por día Potencia de la turbina en kW Factor de capacidad Costo de la energía por MWh Materiales costo de item costo de transporte 4% costo de carga de material 0,5% costo de descarga de material 0,5% impuestos % Mano de Obra número de personas para reemplazar componentes Número de días para reemplazar componentes Horas de trabajo por día mano de obra especializada por hora Costos de acceso Costo por hora de la grúa incluido el operador número de horas por día Costo de grúa por día incluyendo movilización y desmob número de días impuestos Items a evaluar: Materiales, M de O, Acceso y Pérdidas de Producción. Fallas en: palas Tren de propulsión Eje principal Caja de engranajes Generador

35 4.- Debilidades y Fortalezas

36 Hay que estudiar los recursos
Debilidades: Hay que estudiar los recursos Debe elegirse la turbina adecuada a la zona El mantenimiento debe analizarse con criterio No todos los sitios son favorables por tener viento La red eléctrica es importante Debe estudiarse el comportamiento del parque en relación a la red Debe cuidarse la calidad de producto en relación a las normas vigentes. Fortalezas: Energía renovable No compromete el medio ambiente Potencia de los parques aceptables. A partir de cierta potencia es rentable. El avance tecnológico es el mayor de todos los sistemas de energías sustentables Los aerogeneradores son de mayor potencia y se requieren menos de ellos para un gran parque. Dr. Ing. di Prátula, H.R.

37 No he colocado como debilidad el ruido y la inconstancia de los vientos, porque no estoy de acuerdo en citarlos de ese modo. Considero que el ruido no esta por encima de los valores que otros sistemas tienen y con respecto a los vientos destaco que si el desarrollo de la energía eólica en el País fuera el correcto se podría establecer una producción media con bastante aproximación siendo por lo tanto esta forma de producción de energía de base. EN CONCLUSIÓN: La energía eólica debe desarrollarse pero con los estudios cuidadosos con que se realizan todos los proyectos de producción de energía, sea cual fuere el combustible a usar. La matriz energética debe modificarse en nuestro País incluyendo ésta y otras formas de energías renovables. Dr. Ing. di Prátula, H.R.

38 ¡ Gracias por Vuestra Atención !
Dr. Ing. di Prátula, H.R.