Conferencias Aula Tecnologías Energéticas 2004 Cátedra Rafael Mariño

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1 Conferencias Aula Tecnologías Energéticas 2004 Cátedra Rafael Mariño
UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS CUESTIONES TECNOLÓGICAS EN EL CONTEXTO DE LA ENERGÍA EÓLICA Noelia Álvarez Marivela 10 de noviembre 2004 ÁREA DE PLANIFICACIÓN. Tramitación Administrativa

2 Evaluación del potencial eólico
INDICE 1. PROMOCIÓN Evaluación del potencial eólico Aerogeneradores & tecnologías Conexión a red CONSTRUCCIÓN Instalación y montaje de aerogeneradores Proyecto y ejecución técnica de parque 3. EXPLOTACIÓN Condicionantes y datos relevantes de la explotación Desarrollos futuros y puntos de mejora RETOS TECNOLÓGICOS Terrenos complejos Sistema de control Reducción del ruido Mantenimiento Integración en la red

3 EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO
PROMOCIÓN EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO -Campaña de Recurso (Mínimo 1 año): -Torres de medición (celosía): redundancia de equipos críticos, telemedida Micrositing (hipótesis de tabulación de ofertas): LISTA LARGA WASP en punto de torre (referencia): producción teórica Curva potencia: densidad más próxima a la del emplazamiento a la altura de buje Producción x nº aeros < 50 MW Implantación de aeros: diferentes alturas de buje / diámetro rotor (factores técnicos, económicos, ambientales y administrativos) -Factores correctores Errores de modelo-perfil vertical, estelas, disponibilidad, pérdidas … -Incertidumbres: Falta de medidas reales a la altura de buje de cada aero Consideración de los perfiles verticales de viento iguales en la zona Consideración de mismas pérdidas para el parque con datos de una torre Consideración de pérdidas por estelas iguales para todos los aeros Evaluación de Recurso (plazos y costes): LISTA CORTA

4 AEROGENERADORES / TECNOLOGÍAS
PROMOCIÓN AEROGENERADORES / TECNOLOGÍAS CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE AEROGENERADORES TÉCNICOS PROMOCIÓN Anteproyecto Proyecto EJECUCIÓN EXPLOTACIÓN AMBIENTALES ADMINISTRATIVOS ECONÓMICOS

5 Comparativa de máquinas
PROMOCIÓN AEROGENERADORES / TECNOLOGÍAS SELECCIÓN DE AEROGENERADORES: CASO PRÁCTICO 1 Comparativa de máquinas CLASE IEC II I I / III Potencia unitaria (kW) 1500 850 Diámetro de rotor (m) 70,5 72 52 52/58 Altura de buje (m) 64,7 62 55 Área barrida (m2) 3904 4071 2124 2278 Densidad curva de potencia (Kg/m3) 1,13 1,12 Prod. Unitaria. T. Aguión (MWh/año) 4509 4561 2429 2512 Nº de aerogeneradores 33 58 57 Potencia total (MW) 49,5 49,3 48,5 Velocidad altura de buje (m/s) 7,43 7,39 7,3 Coeficiente ley exponencial WASP (alfa) 0,12 0,13 Prod. Teórica WASP (MWh/año) 148797 150513 140882 143184 Producción Neta (MWh/año) 113688 116506 109310 111096 Horas equivalentes 2297 2354 2217 2293 Área barrida en parque (m2) 128816 134356 123172 129860 Producción específica (kW/m2) 883 867 887 856

6 Comparativa de máquinas multimegavatio
PROMOCIÓN AEROGENERADORES / TECNOLOGÍAS SELECCIÓN DE AEROGENERADORES: CASO PRÁCTICO 2 Comparativa de máquinas multimegavatio CLASE IEC II I II / III Potencia unitaria (kW) 1500 1650 2000 Diámetro de rotor (m) 70,5 72 80 83 Altura de buje (m) 64,7 63,5 62 67 Área barrida (m2) 3904 4071 5026 5410 Densidad curva de potencia (Kg/m3) 1,10 1,09 1,106 Nº de aerogeneradores 33 22 11 25 15 10 Potencia total (MW) 49,5 36,3 16,5 50,0 30,0 20,0 Prod. Teórica WASP (MWh/año) 156434 113105 50724 155961 96147 61154 Prod. Correc. Densidad (MWh/año) 157287 114765 51469 62052 Prod. Correc. Modelo (MWh/año) 152569 111322 49925 151282 93263 60190 Prod. Correc. Disponibilidad (MWh/año) 144940 105756 47428 143718 88599 57181 Prod. Correc. Estelas (MWh/año) 137113 99199 44867 137682 85233 54493 Prod. Correc. Otras (MWh/año) * 135742 97225 44418 136305 84380 53948 Prod. Correc. Pérd. Elect. (MWh/año) 128955 92364 42198 129490 80161 51251 Producción Neta (MWh/año) Horas equivalentes 2605 2549 2590 2628 Área barrida en parque (m2) 128816 89570 44785 125660 75396 54104 Producción específica (kW/m2) 1001 1031 942 1030 1063 947

7 AEROGENERADORES / TECNOLOGÍAS
PROMOCIÓN AEROGENERADORES / TECNOLOGÍAS Especificaciones técnicas: Características generales Montaje (viales y plataformas) Características eléctricas Curvas de potencia f = Vviento (m/s) (certificaciones) Cimentaciones Tipo de generador: Inducción-asíncrono: JAULA DE ARDILLA (compensación mediante BC en BT) ROTOR BOBINADO-DA (control para compensación a cosphi=1; preparadas ó no para soportar huecos de tensión) Síncrono (soportan huecos de tensión) - Compensación “global” en set: Baterías de Condensadores, SVC`s, Statcoms - Potencia nominal (kVA), Potencia activa nominal (kW) Sistema compensación reactiva: Tipo: baterías, excitación rotórica … Rango de variación en función de la potencia activa: kVAr y cos phi Sistema de control: Palas (pitch control): variables de control, rango variación operación (paso variable) Regulador de tensión/factor de potencia: rangos, límites reactiva (0,95 ind – 0,95 cap), ¿modificación de consigna de reactiva durante huecos de tensión? Par Huecos de tensión: estrategias ante “huecos” (disparo + reconexión, mantenimiento de la conexión del aerogenerador …), límites operativos Protecciones (relés alta/baja Frecuencia Hz / Tensión +- 10%)

8 EFICIENCIA PRECIO & RENDIMIENTO EQUILIBRIO INNOVACIÓN & FIABILIDAD
PROMOCIÓN AEROGENERADORES / TECNOLOGÍAS EFICIENCIA PRECIO & RENDIMIENTO EQUILIBRIO INNOVACIÓN & FIABILIDAD Marcas y Modelos NORDEX: N50 (I-800), N60 (I-1300), N80 (I-2500), N90 (I-2300) ECOTECNIA: EC62 (I-1350), EC74 (I-1670), EC80 (II-1670) GENERAL ELECTRIC: GE 1.5 S (II-III-1500), GE 1.5 SL (III-1500) NEG MICON: NM52 (I-900), NM72 (I-1650), NM82 (I-1650) VESTAS: V80 (I-2000), V90 (II ), V90 (I-3000) REPOWER: MM70 (I-2000), MM82 (II-2000), MD70 (I-1500), MD77 (II-1500) GAMESA (MADE): G52 (I-850), G58 (III-850), G80 (I-2000), G90 (III-2000) AE52 (I-800), AE61 (I-1320) Diferentes alturas de buje (torre) Misma potencia y Mayor D rotor: < Velocidad viento Clases I (>8,5 m/s)- II (7,5 – 8,5 m/s) –III (<7,5 m/s) Subclase de turbulencia A (baja) - B (alta)

9 PROMOCIÓN CONEXIÓN A RED
Las formas de conexión a la red receptora serán las siguientes: a) Conexión directa a una subestación. b) Conexión a una línea: - Para media y alta tensión, preferentemente mediante una unión entrada – salida. La barra y las posiciones de entrada-salida serán operadas por la empresa receptora en régimen de propiedad. - Para baja tensión, podrá realizarse una derivación en T. Caída de tensión máxima: 5% Potencia máxima a entregar: igual ó inferior a la capacidad de la red receptora - Línea: 50% de la capacidad de la línea en ese punto - Subestación: 50% de la capacidad de transformación en ese nivel de tensión A título orientativo, las instalaciones de producción se conectarán preferentemente al nivel de tensión que les corresponda de acuerdo con la potencia total de la instalación de producción según lo indicado en la tabla siguiente: Potencia máx. de la instalación (kW) Nivel de tensión 100 =< 1kV 1.000 1< kV =< 10 2.000 10< kV =< 12 3.000 12< kV =< 15 4.000 15< kV =< 20 6.000 20< kV =< 25 8.000 25< kV =< 36 15.000 36< kV =< 72,5 40.000 72,5< kV =< 132 >40.000 132< kV

10 PROYECTO Y EJECUCIÓN TÉCNICA DEL PARQUE
CONSTRUCCIÓN PROYECTO Y EJECUCIÓN TÉCNICA DEL PARQUE OBRA CIVIL ACCESOS Visitas conjuntas con fabricante aerogeneradores Dimensiones de los aerogeneradores (técnico / ambiental) Ancho, altura de buje (torre), R giro, peso (puentes), pendientes Actuaciones necesarias Condiciones de seguridad VIALES INTERIORES CIMENTACIONES: Estudio geológico - geotécnico PLATAFORMAS ZANJAS MT PARQUES DE MAQUINARIA SISTEMA ELÉCTRICO CABLEADO MT (20 kV ó 30 kV) Cálculos, comparativas, costes, pérdidas CELDAS Y TRANSFORMADORES (relación transformación)

11 PROYECTO Y EJECUCIÓN TÉCNICA DEL PARQUE
CONSTRUCCIÓN PROYECTO Y EJECUCIÓN TÉCNICA DEL PARQUE DESCRIPCIÓN TÉCNICA DE LAS INSTALACIONES OROGRAFÍA (TERRENO SUAVE, OROGRAFÍA COMPLEJA O OFF-SHORE) y ALTITUD MIN./MÁX. (m) Terreno suave, 1,071 m m AEROGENERADOR (MARCA, MODELO, POTENCIA NOMINAL [kW]) 660 kW (paso variable, velocidad variable, rotor bobinado) NÚMERO DE AEROGENERADORES 12 ALTURA DE TORRE (m) 45 DISTANCIA MEDIA ENTRE AEROGENERADORES (m) 130 m (2,8 diámetros de rotor) Línea de evacuación (voltaje [kV], longitud [km] y descripción) 132 kV, 35 m, aérea, doble circuito entrada-salida, con conductor tipo LA-455 Condor Líneas internas (voltajes [kV] y longitud en cada voltaje [km]) 2 líneas de 22 kV, m (línea 1: m y línea 2: m) Transformadores BT/MT (número, capacidades [kVA] y rt) 12, 750 kVA, 690/ V Transformadores MT/AT (número y capacidades [kVA] y rt) 1, 9 MVA, / V PUNTO DE CONEXIÓN Y COMPAÑÍA ELÉCTRICA Conexión a la Línea aérea 132 kV Salime-Corredoria (HC) ACCESOS (descripción, longitud) El camino de acceso parte a 1,8 km de la Mesa, por la carretera que une dicha localidad con Buspol y Villar de Buspol. Comienza en la cota y alcanza la Longitud total: m VIALES INTERIORES (anchura y longitud, [m]) Anchura: 3,5 m y Longitud: m CIMENTACIONES (descripción y dimensiones) Zapata de hormigón armado tipo HA-30/B/20/H, de 10,5 m x 10,5 m x 1 m. Pedestral de hormigón armado tipo HA-30/B/20/H, de planta circular de 3,6 m de diámetro y 1,3 m de altura PLATAFORMAS (dimensiones, [m]) 20 x 14 CANALIZACIONES (descripción y longitud, [m]) 2.000 m, paralelas a la línea de aerogeneradores y contiguas al vial interior Otros Parque de maquinaria (durante la fase de obras) POTENCIA ELÉCTRICA INSTALADA (MW) 7,92 ENERGÍA BRUTA GENERADA (MWh/año) 24.655 HORAS EQUIVALENTES (h/año) 2.444 VELOCIDAD MEDIA (m/s) 7,50 DIRECCIÓN PREDOMINANTE DEL VIENTO SW-ENE

12 CONDICIONANTES Y DATOS RELEVANTES DE LA EXPLOTACIÓN
Instalación de los aerogeneradores, MT, FO, línea y subestación Ubicación geográfica: zonas lejanas y sin infraestructuras Orografía compleja: accesos, climatología, … Especificidad del trabajo: multidisciplinar (mecánico, eléctrico, instrumentación y control, comunicaciones), riesgos (eléctricos, cargas, altura, …) Análisis de datos: complejidad y volumen Materia prima (viento): volatilidad, temporalidad, incertidumbre Tecnología: poca experiencia histórica, tencnología no probada M/L plazo Entorno local (op.&mto.) y despacho (análisis y control) Coberturas y servicios: grandes correctivos y revisiones (grúas, repuestos críticos, limpieza de palas, mantenimiento viales especial en zonas hielo y nieve, …) Operación remota y gestión instantánea DATOS RELEVANTES - Análisis de causas y alternativas de mejora de la disponibilidad: condiciones de operación (local – remoto) y mantenimiento (preventivo – correctivo), fiabilidad aerogenerador, climatología

13 DESARROLLOS FUTUROS Y PUNTOS DE MEJORA
EXPLOTACIÓN DESARROLLOS FUTUROS Y PUNTOS DE MEJORA Operación & mantenimiento: < costes, > garantías, > disponibilidad Aprovechamiento del recurso y flexibilidad en la gestión. OPERACIÓN REMOTA Escenarios: empresa – tecnologías (aprovechamiento de la flexibilidad de la oferta de Grupo) Sistemas expertos de supervisión y control de aerogeneradores (fiabilidad, programación de matenimientos, adelanto a averías) Aumentar el rendimiento del DESPACHO DE EXPLOTACIÓN (gestión continua y centralizada en tiempo real, ampliación de la capacidad de mando, mayor selectividad de datos para análisis) Implantación de un sistema de predicción fiable (salida a mercado con garantías > valor de ventas y optimización de programación de mantenimientos): precisión de la PREDICCIÓN DE PRODUCCIÓN Mercado eléctrico y conexión a red: cumplimiento de nuevos requisitos en la generación eólica INTEGRACIÓN EN LA RED REGULACIÓN DE POTENCIA ACTIVA Y REACTIVA (Rango de variación del factor de potencia) COMPORTAMIENTO ANTE HUECOS DE TENSIÓN (+ coordinación de protecciones) SOLUCIONES EN Ó FUERA DE LA MÁQUINA (Combinaciones turbina-parque: compensación LOCAL en los aeros, GLOBAL en set: BC, SVC, Statcom ó MIXTA) LIMITACIONES: EQUILIBRIO COSTE-BENEFICIO Adecuación de los parques existentes y/ó futuros Alternativas: Baterías de condensadores, SVC´s, Statcoms Aplicación sustitutiva ó complementaria según diferentes tecnologías

14 RETOS TECNOLÓGICOS TERRENO COMPLEJO
- Optimización binomio emplazamiento – aerogenerador (altas turbulencias y viento heterogéneo) Menor fatiga en componentes Mayor disponibilidad Viabilidad técnico-económica-ambiental en instalación y montaje Aerogeneradores multi MW con rotores adaptados a condiciones de viento: binomio producción - coste Viabilidad de parques de bajo viento > área barrida (m2) : < densidad de potencia (W/m2) : > % precio aeros / inversión total SISTEMA DE CONTROL Mejora rendimiento aerodinámico - Mejora de la producción Mejora control de potencia Menores niveles de ruido Paradas de turbina más seguras

15 RETOS TECNOLÓGICOS REDUCCIÓN DEL RUIDO
- Mecánica (diseño multiplicadora, aislamiento y ensamblaje de la nacelle) - Aerodinámica (diseño de palas y reducción de velocidad de giro) MANTENIMIENTO - Vida útil del aerogenerador (roturas) - Mejora de la disponibilidad (pérdidas de producción) - Reducción de costes - Gestión de activa y reactiva (integración red / otros PE´s) - Financiación: cumplimiento de garantías y parámetros de funcionamiento (disponibilidad & rendimiento, cobertura seguros, curva de potencia)

16 Sostenibilidad técnica y económica
RETOS TECNOLÓGICOS INTEGRACIÓN EN LA RED - Contribución a la estabilidad de la red y mejora de la gestión técnica del sistema (calidad de la energía y adaptación a redes débiles) Regulación de potencia activa y reactiva Programas de producción (predictibilidad – efectos económicos en los desvíos) Nuevo RD 436/2004, de 12 de marzo ( % * TMR * E ): Complemento por REACTIVA (Bonificación hasta 8 %; Penalización hasta -4% en V-P-LL) Valle (8 h): Sistema excedentario de Q (U >>). Bonificación hasta 8% por absorción de Q (0,98 ind - 0,95 ind: Q con) Punta (4 h): Sistema necesitado de Q. Bonificación hasta 8% por aporte de Q (0,98 cap - 0,95 cap: Q gen) (mantener U) Llano (12 h): Sistema “sin problemas”. Bonificación 4% por cos phi = 1 (0,98 ind – 0,98 cap) Complemento por continuidad de suministro frente a HUECOS DE TENSIÓN (bonificación 5%) (*) (Garantía de no desconexión ante una perturbación sin consumo de P ni Q) (*) Aclaraciones y desarrollo posterior: Regulación de los requisitos de las protecciones de las diferentes instalaciones y tecnologías de producción, así como un procedimiento transitorio para la adaptación de las instalaciones existentes Sostenibilidad técnica y económica

17 MUCHAS GRACIAS Jornadas 2004 Cátedra Rafael Merino
UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS CUESTIONES TECNOLÓGICAS EN EL CONTEXTO DE LA ENERGÍA EÓLICA MUCHAS GRACIAS Noelia Álvarez Marivela 10 de noviembre 2004 ÁREA DE PLANIFICACIÓN. Tramitación Administrativa