Energía Eólica Ton van der Wekken y Fred Wien Con la colaboración de Víctor Criado – UPM - Madrid Experience you can trust. Contenidos Introducción a la energía eólica Tecnología de las turbinas eólicas Tendencias para el futuro Costes Visión general del desarrollo de parques eólicos Desarrollo de las turbinas eólicas desde 1980 130 m Ø 12 m Ø 1980 2007 De la Energía Eólica a la Eléctrica Potencia (traslación) = fuerza x velocidad (P=F x V) o Potencia (rotación) = par x velocidad angular (P=T x ) Pviento = [Cp 1/2 V2 A] V Cp 1/2 V2 V A eficiencia (“Betz” max. = 16/27) presión dinámica para 1 m2 densidad del aire (~1.22 kg/m3) velocidad del viento área total del rotor El viento a través del área del rotor Fuerzas en las palas del rotor Flujo y Fuerzas con más detalle Sustentación velocidad del viento dirección rotacional del rotor velocidad del viento resultante velocidad angular Resistencia dirección del viento Principios de Conversión de Viento a Electricidad De Resistencia (Savonius): Eficiencia baja: 10% a 15% De Sustentación con rotor vertical (Darrieus): Eficiencia moderada: ~30% De Sustentación con rotor horizontal de 2 o 3 palas: Eficiencia alta: 45 a 50% Curva de Potencia – Velocidad (P-V) potencia en el viento 3 (ρ/2).A.V potencia específica potencia maxima teórica utilizable 3 (ρ/2).A.V .(16/27) 100% curvas de potencia reales 3 (ρ/2).V .A.Ce 75% 50% controlado por Pérdida controlado por Inclinación 25% 0 0 5 10 15 20 Velocidad del viento no perturbada (m/s) 25 30 Tecnología tradicional: Turbina Eólica con caja multiplicadora Alternativa técnica: Turbina Eólica con Transmisión Directa (sin caja multiplicadora) Finalidad del control de potencia en una turbina: limitar la potencia con mucho viento Velocidad de rotor constante Las palas no se inclinan Generador directamente conectado a la red Control de potencia por Pérdida Aerodinámica Desventaja: no muy apropiado para grandes turbinas (escala de MW) Velocidad de rotor variable Es necesario un convertidor de frecuencia para la conexión a la red Control de potencia por la inclinación de las palas Ventaja: apropiado para grandes turbinas (escala de MW) Turbinas eólicas de velocidad constante Turbinas eólicas de velocidad variable Certificación de las turbinas eólicas Certificado-tipo Antes de que comience la construcción es obligatorio disponer de un certificado vigente. El certificado declara que se cumplen las normas básicas de seguridad Standards IEC 61400-1 “Wind Turbine Safety”. Algunos países europeos tiene su propios standards de turbinas eólicas (Dinamarca, Alemania) Sistemas de seguridad de los aerogeneradores Objetivo: mantener la turbina eólica dentro de las especificaciones de diseño y condiciones de seguridad bajo todas las circunstancias posibles. Certificado tipo: exige 2 sistemas de seguridad independientes (por ejemplo,freno aerodinámico y mecánico) Tendencia: a diseñar 3 sistemas de inclinación de palas independientes, incluyendo 3 baterías de reserva Tendencias hasta 2012 En tierra, de 5 a 6 MW por turbina, altura de torre de hasta 130 m Crecimiento del mercado offshore, de 7 a 8 MW por turbina Velocidad variable con control de inclinación de las palas Desarrollo de las distintas transmisiones : Caja de Cambios, Transmisión Directa e Híbrida Crecimiento del nicho de las mini-turbinas en entorno urbano [0,5 a 5 kW]. Desglose de costes de la Energía Eólica 2000 horas a plena carga [EUR/MWh] 2500 horas a plena carga [EUR/MWh] 40 a 50 30 a 40 Operación y mantenimiento incluyendo las revisiones generales 12 12 Otros gastos de funcionamiento 8 8 60 a 70 50 a 60 Desglose de costes de la Energía Eólica Inversión (12 años, tipo de interés 4%) Total Atlas Europeo de “Energía Eólica” Fases del desarrollo de un parque eólico Iniciación y estudio de viabilidad (continuar / no continuar) Fase de Pre-construcción (continuar / no continuar) Construcción Operación y mantenimiento Tiempo de desarrollo: Tiempo de construcción: Vida util: De ½ a más de 5 años De 1 a 2 años 20 años Caso de estudio: desarrollo de un parque eólico de 10 MW 5 aerogeneradores de 2 MW Velocidad media del viento de 7 m/s Altura de torre, 80 metros Diámtro del rotor, 80 metros, con 3 palas Cimiento octangular, 18 x18 x 2 m Góndola: 100 toneladas Torre: 200 toneladas Iniciación y fase de viablidad ¡Encontrar un sitio apropiado! Comprobar el plan para la zona, los otros usos posibles y las limitaciones a la construcción Posiblidades de conexión a la red Tarifas y subvenciones a la Energía Eólica Separación de los aerogeneradores la distancia equivalente a 5 diámetros (~400 metros) Longitud requerida ~1.600 metros Ausencia de edificios en 300 o 500 metros (ruido o molestias creadas por la sombra) Lo más lejos posible de los obstáculos Las Autoridades u otros grupos pueden pedir un análisis de riesgos Estimación anual de la producción de Energía Velocidad media del viento 7.0 m/s Potencia del parque eólico (MW) Factor de forma de la distribución de Weibull, k=2 10 10 10 10 7.5 m/s 8.0 m/s 8.5 m/s 27,000 31,000 34,000 37,000 Horas equivalentes a plena carga 2,700 3,100 3,400 3,700 Hours per year Producción total anual de Energía (MWh) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12131415 16 17 18 1920 21 222324 m/s Costes de inversión de un parque eólico de 10 MW: ~1,25 M€/MW Costes por aerogenerador [K€] Costes del parque eólico [K€] 100 500 2,000 10,000 200 1,000 200 1.000 INVERSIÓN TOTAL (año 1) 2,500 12,500 Renovación (al año 10) - nivel de precios de 2006 - 250 1,250 2,750 13,750 Costes de inversión - nivel de precios de 2006 Costes de preparación 5 aerogeneradores de 2 MW cada uno Obra civil e infraestructura eléctrica Conexión a la red TOTAL Costes de Operación y Mantenimiento de un parque eólico de 10 MW: ~42.5 k€/MW Costes de operación anuales - nivel de precios de 2006 - Costes por aerogenerador [K€] Costes del parque eólico [K€] Servicio, mantenimiento y seguros de la turbina eólica 50 250 Impuestos locales y conexión a red 10 50 Arrendamiento del terreno 15 75 Gestión diaria 5 25 Consumo de electricidad propio 5 25 TOTAL 85 425 Cálculo del Cashflow: intervalo de 20 años de vida útil(no incluidos los costes financieros) Cálculo del cashflow para el parque eólico de 10 MW basado en un plazo de 20 años de vida y el nivel de precios de 2006: Tarifa subvencionada Ingresos totales Periodo de amortización Valor actual neto (NPV) Rentabilidad (IRR) 60 €/MWh 1.47 M€/año > 15 años 6.1 M€ 4% 85 €/MWh 2.08M€/año > 9 años 17.7 M€ 11% ¡Gracias por su atención! 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