Ing° Yuri Alencastre M. 1 EL VIENTO El viento es una consecuencia de la radiación solar. Debido, fundamentalmente, a la redondez de la Tierra se originan diferencias de insolación entre distintos puntos del planeta. En los polos, los rayos solares inciden oblicuamente, por lo que calientan menos la superficie de la Tierra. Ing° Yuri Alencastre M. 2 EL VIENTO El aire que envuelve a la Tierra, como cualquier gas, se mueve desde las zonas de mayor presión atmosférica (mayor densidad) a las de menor presión. Es decir, si la Tierra no girase y su superficie fuese homogénea el aire se movería desde los polos al ecuador por las capas bajas de la atmósfera y del ecuador a los polos por las capas altas siguiendo un ciclo de movimiento de aire en cada hemisferio Ing° Yuri Alencastre M. 3 EL VIENTO Si se tiene en cuenta el movimiento rotacional de la Tierra, el modelo de circulación global del aire sobre la misma se complica. El movimiento de rotación de la Tierra da lugar a la aparición de las fuerzas de Coriolis, las cuales actúan sobre la masa de aire en movimiento desviándola hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur. Ing° Yuri Alencastre M. 4 VIENTOS INDUCIDOS Entre los vientos inducidos térmicamente pueden señalarse las brisas marinas y las corrientes valle-montaña. Las brisas marinas se originan como consecuencia de los distintos calores específicos, y la diferente velocidad de calentamiento y enfriamiento del mar y la tierra. Durante el día la tierra se calienta más rápidamente que el mar, haciendo que el viento sople del mar a la tierra (mediodía y tarde). Ing° Yuri Alencastre M. 5 VIENTOS INDUCIDOS Por la noche y al amanecer el viento sopla hacia el mar, ya que la tierra se enfría más rápidamente que el mar Los vientos valle-montaña se producen por un proceso parecido. Unas laderas reciben más insolación que otras, en función de su pendiente y orientación. Estos vientos soplan durante toda la noche desde la montaña al valle y desde el valle a la montaña durante el día. Ing° Yuri Alencastre M. 6 VIENTOS INDUCIDOS El teorema de Bernoulli establece que la velocidad de un fluido aumenta cuando la sección por la que pasa disminuye. La sección por la que discurre el aire entre las dos montañas es mucho más estrecha que fuera y las líneas de corriente están muy próximas, la velocidad aumenta. Los Pirineos, los Alpes, los Andes forman una especie de embudo, y cuando los vientos en el extremo del embudo llegan al mar, salen a gran velocidad. Por el mismo efecto de Bernoulli, encima de las montañas el viento aumenta de intensidad Inversamente, en un valle el viento disminuye. Ing° Yuri Alencastre M. 7 POTENCIAL DEL VIENTO De forma general, se puede considerar que los factores que influyen en el régimen de vientos en una zona determinada son: ❑ Situación geográfica. ❑ Características climáticas locales. ❑ Topografía de la zona. ❑ Irregularidades del terreno Sólo un 2% de la energía solar que llega a la Tierra se convierte en energía eólica. En teoría, los vientos distribuyen anualmente entre 2,5x105 y 5x105 kWh. Una cantidad enorme de energía, pero solo una parte de la misma puede ser aprovechada, ya que se presenta en forma muy diluida. Ing° Yuri Alencastre M. 8 MEDICIONES DEL VIENTO Se suelen realizar manipulaciones con los datos de viento registrados con el objeto de facilitar un juicio respecto a lo apropiado o no del punto de medida para el aprovechamiento energético eólico. Se estudian básicamente dos aspectos: distribuciones temporales y distribuciones de frecuencia Ing° Yuri Alencastre M. 9 MEDICIONES DEL VIENTO Ing° Yuri Alencastre M. 10 VARIACION DEL VIENTO CON LA ALTURA Uno de los fenómenos más significativos en la explotación de la energía eólica es el incremento de la velocidad media del viento con la altura Ing° Yuri Alencastre M. 11 CUANTIFICACION DE LA ENERGIA EXISTENTE EN EL VIENTO La potencia eólica disponible a través de una superficie de sección “A” perpendicular al flujo de viento “v” viene dada por el flujo de la energía cinética por unidad de tiempo 1 • 2 1 1 2 Pd = m v = ( Av )v = Av 3 2 2 2 (3.1) m -es el caudal másico del aire ρ- es la densidad del aire, que varía con la altitud y con las condiciones atmosféricas. Esta variación puede ser del orden del 7% sobre un valor medio que se toma normalmente de 1,225 kg/m3 (temperatura 15°C y presión atmosférica normal igual a 1.013 mbar Ing° Yuri Alencastre M. 12 CUANTIFICACION DE LA ENERGIA EXISTENTE EN EL VIENTO Por tanto, la potencia del viento (en W) depende de la densidad del aire (kg/m3 ), de la superficie sobre la que incide (m2 ) y del cubo de la velocidad del viento (m/s). Puede concluirse de (3.1) que un error cometido en la estimación de la velocidad del viento se triplica en el caso de la potencia. 1 3 Pd = Av 2 E v2 1 J P = = kg 2 = = W t s s s Ing° Yuri Alencastre M. 13 RECURSOS EOLICOS DISPONIBLES Ing° Yuri Alencastre M. 14 Ing° Yuri Alencastre M. 15 Ing° Yuri Alencastre M. 16 INTRODUCCION La energía eólica es la energía cinética del viento. Para el aprovechamiento de dicha energía se han desarrollado a lo largo de la historia diferentes sistemas tecnológicos. Durante siglos, la aplicación clásica de la energía capturada por las máquinas eólicas ha sido la molienda de grano y el bombeo de agua. Ing° Yuri Alencastre M. 17 Ing° Yuri Alencastre M. 18 INTRODUCCION Ing° Yuri Alencastre M. 19 INTRODUCCION ❑ En la actualidad, la aplicación más generalizada de la energía contenida en el viento es la producción de electricidad mediante aerogeneradores. ❑ Se aprovecha el conocimiento de múltiples disciplinas. ❑ Se diseñan, construyen y operan con las tecnologías más avanzadas ❑ Se conectan, frecuentemente configurando los denominados parques eólicos, a algún tipo de red eléctrica. Ing° Yuri Alencastre M. 20 INTRODUCCION En los últimos 25 años, las fuentes de energía renovables han tenido gran atención debido al incremento del costo , a las reservas limitadas y a los impactos adversos de los combustibles fósiles. En el ínterin los avances tecnológicos, la reducción del costos y los incentivos gubernamentales han hecho de las fuentes de energía renovables mas competitivos en el mercado. Entre ellos la energía del viento es la que mas rápidamente ha crecido. Ing° Yuri Alencastre M. 21 INTRODUCCION Teniendo en cuenta el carácter aleatorio del viento, el pretender incrementar de forma significativa y eficiente (técnica y económicamente) la contribución de la energía eólica a la cobertura de la demanda total de un país, requiere la instalación de sistemas fiables de conversión de energía eólica en energía eléctrica (WECS: Wind Energy Conversion System), en lugares en los que se haya constatado la existencia de un adecuado recurso eólico, ya que la potencia media generada por un WECS depende directamente de las características del viento y de la máquina eólica utilizada. Ing° Yuri Alencastre M. 22 TURBINAS EOLICAS GRANDES Y PEQUEÑAS ❑ Las turbinas de viento tienen un rango desde algunos kW para uso comercial o residencial hasta varios MW para instalaciones en parques eólicos. ❑ La evolución en el tamaño de las turbinas va desde unos 50 kW con un diámetro del rotor de 50 m hasta turbinas de 7.5 MW con un diámetro del rotor de 126 m. La turbina de 10 MW desarrollada tiene un diámetro del rotor de 145 m que seria dos veces el largo de una Boeing 747. ❑ El incremento en el tamaño de las turbinas implica una mayor producción de potencia pues la energía capturada es función del cuadrado del radio del rotor. ❑ Turbinas eólicas mas grandes resultan en menores costos pues los costos de producción, instalación y mantenimiento son menores que la suma de turbinas pequeñas que alcanzan la misma producción de potencia. Ing° Yuri Alencastre M. 23 Aplicaciones on-shore Los parques eólicos se han instalado tradicionalmente en tierra por razones como: ▪ Fácil construcción, ▪ bajo costo de mantenimiento ▪ proximidad a las líneas de transmisión Ing° Yuri Alencastre M. 24 Aplicaciones on-shore y offshore Por otro lado los parques eólicos offshore son comercialmente rentables y por lo tanto viables. ❑ Una de las principales razones de su desarrollo es la ausencia del recurso eólico en tierra. El caso de áreas densamente pobladas ❑ Otra razón es que la velocidad del viento marino es considerablemente mayor y mas estable que el viento en tierra ❑ Considerando que la energía obtenida por las turbinas de viento es proporcional al cubo de la velocidad del viento, las turbinas pueden capturar mas energía cuando estén operando offshore ❑ El impacto Ambiental, como el ruido audible, impacto visual es mínimo en estos parques offshore Ing° Yuri Alencastre M. 25 Aplicaciones offshore Ing° Yuri Alencastre M. 26 PERSPECTIVA DE LA GENERACION EOLICA GLOBAL Ing° Yuri Alencastre M. 27 COSTO DE LOS SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA Hoy en día las plantas eólicas pueden generar electricidad por $ 0.07 a $0.12 por kWh. Comparado con otras fuentes de energía limpias, la energía eólica es una de las mas viables económicamente Ing° Yuri Alencastre M. 28 COSTO DE LOS SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA Para una turbina de 2 MW la tabla muestra el desglose de costos Uno de los métodos mas efectivos para la reducción de costos por kW instalado es incrementar el tamaño de la turbina. Como el área de barrido de las paletas de rotor crece proporcionalmente al cuadrado del tamaño de la pala, hay una nolineariadad favorable entre el largo de la pala y la energía del viento capturada. Ejemplo 1980 50 kW 2010 7.5 MW times 150 Ing° Yuri Alencastre M. 15 m 126 m 8.4 29 COSTO DE LOS SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA ❑ El costo total de los sistemas de energía eólicos es afectado por la ubicación de las turbinas. ❑ Las turbinas offshore son mas costosas que las terrestres debido principalmente a sus costos de instalación y a la transmisión de potencia ❑ Con el avance tecnológico el costo total de turbinas onshore y offshore seguirán disminuyendo. ❑ Aunque las turbinas offshore son mas costosas, su mayor producción de potencia puede compensar los altos costos iniciales. Esta es una razón por la que la generación offshore se hace atractiva Ing° Yuri Alencastre M. 30 TURBINAS EOLICAS DE EJE HORIZONTAL Y VERTICAL Ing° Yuri Alencastre M. 31 TURBINAS EOLICAS DE EJE HORIZONTAL Y VERTICAL ❑ En turbinas de eje horizontal, la orientación del eje de rotación es paralo al suelo. ❑ La torre eleva la góndola para proveer suficiente espacio para la rotación de las palas del rotor. ❑ La góndola soporta el hub del rotor que contiene las palas, la caja de cambios, el generador y en algunos diseños los convertidores de potencia. ❑ La industria standard de turbinas HAWT usa un rotor tripala posicionado enfrente de la góndola conocida como configuración barlovento. Existen también configuraciones sotavento. Existen turbinas con uno, dos, mas de tres palas Ing° Yuri Alencastre M. 32 TURBINAS EOLICAS DE EJE HORIZONTAL Y VERTICAL ❑ En las turbinas de eje vertical la orientación del eje de rotación es perpendicular al suelo. ❑ El rotor de la turbina usa aspas verticales. ❑ El generador y la caja de cambios están ubicados en la base de la turbina cerca al suelo. ❑ Las aspas del rotor tienen una variedad de diseños con diferentes formas y numero de aspas. ❑ La turbina VAWT normalmente require de vientos para mantener el eje del rotor en una posición fija y minimizar posibles vibraciones mecánicas Ing° Yuri Alencastre M. 33 TURBINAS EOLICAS DE EJE HORIZONTAL Y VERTICAL Tipo de turbina Ventajas Desventajas Eje horizontal Mayor eficiencia de conversión de energía eólica Costo de instalación alto, torre mas robusta para soportar el peso de la góndola Acceso a vientos mas fuertes debido a la altura de la torre Cable mas largo desde el tope de la torre al suelo Regulación de la potencia por control del ángulo de paso y parada a velocidades altas Requiere orientación Costo de instalación mas bajo y mantenimiento mas fácil debido a que el generador y caja de cambios están a ras del suelo Menor eficiencia de conversión de la energía eólica Operación independiente de la dirección del viento Fluctuaciones del torque mayores y propensa a vibraciones mecánicas Apropiadas para techos Opciones limitadas de regulación de la potencia a velocidades altas Eje vertical Ing° Yuri Alencastre M. 34 TURBINAS DE VELOCIDAD FIJA y VARIABLE ▪ Como su nombre lo dice, las turbinas de velocidad fija rotan a una velocidad casi constante que esta determinada por la relación de transmisión del engranaje, la frecuencia de la red y el numero de polos del generador. ▪ La máxima eficiencia de conversión puede ser alcanzada solamente a una determinada velocidad del viento, mientras que a otras velocidades la eficiencia se degrada. ❖ La turbina esta protegida por un control aerodinámico de las palas frente a posibles daños causados por ráfagas de viento. o Estas turbinas generan una potencia muy fluctuante que se entrega a la red ocasionando disturbios en el sistema de potencia. ▪ Requieren un diseño mecánico robusto para absorber tensiones mecánicas grandes. Ing° Yuri Alencastre M. 35 TURBINAS DE VELOCIDAD FIJA y VARIABLE ❑ Las turbinas de velocidad variable pueden alcanzar la máxima eficiencia de conversión en un amplio rango de velocidades del viento. ❑ La turbina puede ajustar continuamente su velocidad rotacional según la velocidad del viento. Al hacer esto la relación de velocidad de la punta, que es la relación de la velocidad de la punta de la pala respecto a la velocidad del viento, puede mantenerse en un valor optimo para alcanzar la máxima eficiencia de conversión de la potencia a diferentes velocidades del viento ❑ Para hacer la velocidad de la turbina ajustable, el generador de la turbina esta normalmente conectado a la red mediante un sistema de conversión de potencia. ❑ El sistema de conversión permite el control de la velocidad del generador que esta mecánicamente acoplado a las palas del rotor Ing° Yuri Alencastre M. 36 TURBINAS DE VELOCIDAD FIJA y VARIABLE Velocidad Ventajas Desventajas Velocidad fija Simple, robusta, confiable Eficiencia de conversión de energía relativamente baja Bajo costo y mantenimiento Tensión mecánica alta Altas fluctuaciones de potencia Velocidad variable Eficiencia de conversión de energía alta Costos y perdidas adicionales debido al uso de conversores Calidad de la potencia mejorada Sistema de control mas compleja Tensión mecánica reducida Ing° Yuri Alencastre M. 37 CONTROLES DE POTENCIA AERODINAMICOS DE PARADA y PASO Stall control and pitch control Teoria de: “mayor trayectoria” o “igual transito” La parte superior de la superficie sustentadora tiene un diseño que provee una trayectoria mas larga que la inferior Las moléculas de aire recorren un camino mas largo en la parte de arriba Las moléculas de aire deben moverse mas rápido en la superficie superior para encontrarse con las moléculas en la esquina trasera que vienen por debajo De la ecuación de Bernoulli: mayor velocidad produce menor presión en la parte superior Ing° Yuri Alencastre M. el levante La diferencia de presiones produce 38 CONTROLES DE POTENCIA AERODINAMICOS DE PARADA y PASO Stall control and pitch control Ing° Yuri Alencastre M. 39 CONTROLES DE POTENCIA AERODINAMICOS DE PARADA y PASO Stall control and pitch control Ing° Yuri Alencastre M. 40 CONTROLES DE POTENCIA AERODINAMICOS DE PARADA y PASO Stall control and pitch control Ing° Yuri Alencastre M. 41 CONTROLES DE POTENCIA AERODINAMICOS DE PARADA y PASO Stall control and pitch control Las palas de las turbinas están aerodinámicamente optimizadas para capturar la máxima potencia del viento en operación normal con velocidades del viento entre de 3-15 m/s. Para evitar daños a las turbinas a velocidades altas del viento aprox. 15-25 m/s, se requiere el control aerodinámico de la potencia de la turbina. Existen diferentes formas para el control de fuerzas aerodinámicas en las palas de las turbinas. Los métodos mas usados son los controles de paso y de parada. Ing° Yuri Alencastre M. 42 CONTROLES DE POTENCIA AERODINAMICOS DE PARADA Stall control El método de control mas simple es el control de parada pasivo,“passive stall control”. Las palas de la turbina están diseñadas de tal forma que cuando la velocidad del viento excede la velocidad nominal del viento de aprox 15 m/s, se genera una turbulencia de aire en el lado de la superficie de la pala que no esta encarando al viento. Ing° Yuri Alencastre M. 43 CONTROLES DE POTENCIA AERODINAMICOS DE PARADA Stall control La turbulencia reduce la fuerza de levante en la pala que conlleva a la reducción de la potencia capturada, y que previene algún daño en la turbina. Al no haber actuadores mecánicos, sensores o controladores, el control de la potencia por “passive stall” es robusto y costo-efectivo La mayor desventaja de este método de control es la reducción de la eficiencia de conversión de potencia a velocidades bajas del viento. Se usan en pequeñas y medianas WECS Ing° Yuri Alencastre M. 44 CONTROLES DE POTENCIA AERODINAMICOS DE PASO Pitch control Durante condiciones de operación normal con la velocidad del viento entre 3 -15 m/s, el ángulo de paso se gradúa en su valor optimo para capturar la máxima potencia del viento. Cuando la velocidad del viento excede la nominal, las aspas son sacadas de la dirección del viento para reducir la potencia capturada. La aspas son alineadas con su eje longitudinal cambiando el ángulo de paso a través de un dispositivo electromecánico o hidráulico ubicado en el hub del rotor y embragado al sistema de engranaje en la base de cada aspa. Como resultado la potencia capturada por la turbina se mantiene cerca a la nominal. Ing° Yuri Alencastre M. 45 CONTROLES DE POTENCIA AERODINAMICOS DE PARADA y PASO Ing° Yuri Alencastre M. 46 CONTROLES DE POTENCIA AERODINAMICOS DE PARADA y PASO Ing° Yuri Alencastre M. 47 PITCH y STALL CONTROL Ing° Yuri Alencastre M. 48 PITCH y STALL CONTROL Ing° Yuri Alencastre M. 49 PITCH y STALL CONTROL Ing° Yuri Alencastre M. 50 SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA ❑ En un sistema de conversión de energía eólica, el generador y el convertidor de potencia son los dos principales componentes. ❑ Existen diferentes configuraciones de estos dos componentes que llevan a una variedad de configuraciones de WECS que se pueden clasificar en 3 grupos. 1) Sistemas de velocidad fija sin interface de convertidor de potencia 2) Sistemas que usan convertidores de capacidad reducida 3) Sistemas operados con convertidor de full capacidad alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 51 SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA 1) Sistemas de velocidad fija sin interface de convertidor de potencia En este tipo de WECS se usa exclusivamente un motor SCIG y su velocidad rotacional esta determinado por la frecuencia de la red y en numero de polos del del estator. Para un generador de 4 polos conectado a una red de 60 Hz el generador opera a 1800 rpm. El Sistema es simple, barato en manufactura y mantenimiento, confiable en operación. 1) El Sistema suministra potencia nominal solo a una velocidad dada, lo que degrada su factor de conversión a otras velocidades del viento 2) La potencia suministrada es fluctuante lo que causa disturbios en la red A velocidades diferentes del viento la velocidad del generador varia en un 1% respecto a su nominal. El rango de velocidad del generador es muy pequeño por lo que se le conoce como sistema de velocidad fija Ing° Yuri Alencastre M. alenaya© 52 SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA 2) Sistemas de velocidad variable con convertidores de capacidad reducida La operación variable tiene una serie de ventajas. ✓ Incrementa la eficiencia de conversión de energía y reduce la tensión mecánica causada por las ráfagas de viento. La reducción de la tensión mecánica tiene un impacto positivo en el diseño de la estructura y partes mecánicas de la turbina y permite la construcción de turbinas mas grandes. ✓ Se reduce el desgaste y desgarro de los cojinetes y de la caja de cambios expandiéndose el ciclo de vida y reduciéndose los requerimientos de mantenimiento. La principal desventaja es la necesidad de contar con un interface de convertidor de potencia para controlar la velocidad del generador, lo que encarece y añade complejidad al Sistema. alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 53 SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA 2) Sistemas de velocidad variable con convertidores de capacidad reducida ✓ Sin embargo el convertidor de potencia desacopla el generador de la red lo que permite el control de la potencia activa y reactiva del lado activo de la red. Basados en el rango de potencia del convertidor se pueden dividir en: 1) Convertidor de potencia de capacidad reducida Factibles con generadores WRIG (rotor devanado) la operación con velocidad variable se puede alcanzar controlando las corrientes del rotor sin necesidad de procesar la potencia total del sistema Existen dos diseños para configuraciones WRIG: 1)con convertidor controlado por resistencia variable 2) con convertidor de potencia de cuatro cuadrantes 2) Convertidor de potencia de full capacidad alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 54 SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA Generador WRIG con resistencia variable del rotor La variación en la resistencia del rotor afecta la característica torque/velocidad del generador permitiendo la operación a velocidad variable de la turbina. La resistencia del rotor se varia mediante un convertidor. El ajuste de la velocidad es del orden del 10% sobre la sincrónica del generador. Con velocidad variable, el sistema puede capturar mayor potencia del viento, pero tiene perdidas en la resistencia . Esta configuración requiere de un starter y alenaya© de compensación reactiva. Ing° Yuri Alencastre M. 55 SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA Generador WRIG con resistencia variable del rotor Ejemplos de WECS comerciales con resistencia variable del rotor alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 56 SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA Generador DFIG con convertidor del rotor La configuración de este sistema es similar al de un WRIG excepto por: 1) La resistencia variable en el circuito del rotor ha sido reemplazada por un sistema de convertidor de potencia conectado a la red 2) No hay necesidad del arrancador o de la compensación reactiva El factor de potencia puede ser ajustado por los convertidores de potencia. Los convertidores tienen que procesar solo la potencia de deslizamiento en los circuitos del rotor, que es 30% de la potencia nominal, lo que resulta en costos reducidos en comparación a sistemas que usan convertidores de full capacidad alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 57 SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA Generador DFIG con convertidor del rotor El uso de convertidores permite el flujo bidireccional de potencia en el circuito del rotor e incrementa la velocidad del generador. Este sistema se caracteriza por una eficiencia mejorada de la conversión de potencia en general, un aumento en el rango de la velocidad (± 30%) y una dinámica mejorada en la performance comparado con los sistemas de velocidad fija. Estas características han hecho que el DFIG sea ampliamente aceptado en el mercado. alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 58 SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA Generador DFIG con convertidor del rotor Ejemplos de WECS comerciales con generador DFIG alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 59 SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA 3) Sistemas de velocidad variable con convertidor de full capacidad La performance de un sistema eólico ha sido ampliamente mejorado con el uso de un convertidor de potencia de capacidad completa . El generador esta conectado a la red a través de un sistema de convertidor de plena capacidad. Generadores de jaula de ardilla, generadores síncronos de rotor devanado, y generadores síncronos de imanes permanentes han encontrado aplicaciones en este tipo de configuración alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 60 SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA 3) Sistemas de velocidad variable con convertidor de full capacidad ❖ La potencia del convertidor es la misma que la potencia del generador. ❖ El generador esta totalmente desacoplado de la red y puede operar en el rango de velocidad completa. Permite ejecutar la compensación de potencia reactiva y alisar la conexión a la red. ❖ La desventaja principal es un sistema mas complejo con costos incrementados. ❖ Cabe destacar que el sistema puede operar sin la necesidad de una caja de cambios si se usa un generador síncrono de baja velocidad con elevado numero de polos. ❖ La eliminación de la caja de cambios eleva la eficiencia del sistema y reduce costos iniciales y mantenimiento. Sin embargo un generador de baja velocidad tiene un diámetro substancialmente grande para acomodar la gran cantidad de polos en el perímetro lo cual conlleva a un aumento en los costos del generador y de la instalación alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 61 SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA 3) Sistemas de velocidad variable con convertidor de full capacidad Ejemplos de configuraciones de velocidad variable con convertidor de capacidad plena alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 62 SISTEMAS DE CONVERSION DE LA ENERGIA EOLICA 3) Sistemas de velocidad variable con convertidor de full capacidad Ejemplos de configuraciones de velocidad variable con convertidor de capacidad plena alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 63 CODIGO DE CONEXION A LA RED (grid code) ❖ Los códigos de conexión a la red ha sido desarrollado por muchos países a lo largo de muchos años. Estos aseguran aplicaciones de estándares uniformes para sistemas de potencia y proveen un marco a los fabricantes para el desarrollo de sus equipos. ❖ Los códigos están basados en la experiencia adquirida de la operación de sistemas de potencia y pueden variar de un SEP a otro. Las diferencias provienen también de condiciones regionales o geográficas. ❖ Sin embargo los elementos clave en cualquier código permanecen similares en todo el mundo ya que su objetivo final es asegurar la operación del sistema de potencia de forma segura, confiable y económica. Ing° Yuri Alencastre M. alenaya© 64 CODIGO DE CONEXION A LA RED (grid code) Debido al rápido desarrollo de las energías renovables y su integración a la red, los códigos han sido actualizados en muchos países en relación con la generación de potencia con renovables. Según las actualizaciones, los parques eólicos tienden a ser consideradas como plantas de generación de potencia que deberían considerarse de manera similar a las plantas convencionales. Los principales elementos en los códigos incluyen requerimientos de: ✓ “fault-ride through”, ✓ control de potencia activa/reactiva, ✓ regulación de frecuencia/voltaje, ✓ calidad de energía y ✓ protección del sistema alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 65 CODIGO DE CONEXION A LA RED “FAULT RIDE THROUGH” Las perturbaciones de la red tales como severos valles de tensión causados por cortocircuitos pueden llevara desconexiones de la red de unidades generadoras, lo que a su vez llevaría a la inestabilidad en el red. Para evitar esto, el código requiere que las unidades de generación de potencia permanezcan conectadas ininterrumpidamente y operando aun cuando las valles de tensión alcancen valores muy bajos. La profundidad y duración de los valles de tensión se definen generalmente por el diagrama voltajetiempo. La figura muestra un ejemplo de los requerimientos de “low-voltage ride through” Ing° Yuri Alencastre M. durante las fallas de la red. alenaya© 66 CODIGO DE CONEXION A LA RED “FAULT RIDE THROUGH” Por encima de la línea limite, un sistema de generación de potencia debe permanecer conectado durante la falla aun cuando el voltaje de la red caiga a cero durante 50 ms. Se permite la desconexión del sistema de la red solo cuando los valles de tensión están en el área debajo de la línea limite. Los códigos de la red también requieren que el sistema suministre una cierta cantidad de reactivos para mantener el voltaje de la red durante la falla. Nótese que los requerimientos de limites y rangos del LVRT varían con el operador y los países, pero todos ellos comparten un propósito común. Los WECS equipados con convertidores de full capacidad son capaces de satisfacer dichos requerimientos. Ing° Yuri Alencastre M. alenaya© 67 CODIGO DE CONEXION A LA RED “FAULT RIDE THROUGH” alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 68 In electrical power engineering, fault ride through (FRT), sometimes under-voltage ride through (UVRT), or low voltage ride through (LVRT),[1] is the capability of electric generators to stay connected in short periods of lower electric network voltage (cf. voltage dip). It is needed at distribution level (wind parks, PV systems, distributed cogeneration, etc.) to prevent a short circuit at HV or EHV level from causing a widespread loss of generation. Similar requirements for critical loads such as computer systems[2] and industrial processes are often handled through the use of an uninterruptible power supply (UPS) or capacitor bank to supply make-up power during these events. Ing° Yuri Alencastre M. 69 CODIGO DE CONEXION A LA RED CONTROL DE POTENCIA REACTIVA Tal como las plantas convencionales, las turbinas de viento proveen potencia reactiva a la red. La figura muestra un ejemplo del rango de la potencia reactiva versus la activa para una unidad de generación. Por ejemplo una turbina de 1 MW cuando suministra una potencia activa de 1 en pu a la red, esta debe ser capaz de generar una potencia reactiva maxima entre ±0.33 (pu) para mantener el voltaje de la red. Esto corresponde a un fp de 0.95 en atraso o adelanto alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 70 CODIGO DE CONEXION A LA RED CONTROL DE POTENCIA REACTIVA Similarmente cuando la turbina eólica produce una potencia active de 0.5 pu, esta debería ser capaz de proveer una potencia reactiva de ±0.33 pu que corresponde a un fp de 0.835 en atraso o adelanto respectivamente. Este requerimiento puede satisfacerse con una turbina de velocidad variable apropiadamente diseñada. Notese que la figura es solo un ejemplo. Diferentes requerimientos pueden ser especificados en cada realidad alenaya© Ing° Yuri Alencastre M. 71 1) Tecnocracia, redes Inteligentes y Economia verde https://www.technocracy.news/flashback-technocracy-smartgrid-green-economy/ Ing° Yuri Alencastre M. 72 2) Una red 100% renovable no es simplemente factible. ¿Es eso cierto? https://reneweconomy.com.au/a-100-renewable-grid-isnt-just-feasible-its-already-happening-73505/ Ing° Yuri Alencastre M. 73 3) Impacto de las renovables en las fluctuaciones de frecuencia de la red Ing° Yuri Alencastre M. 74 4) Pueden las renovables aisladas cerrar la brecha del acceso a la electricidad? Ing° Yuri Alencastre M. 75 5) Cinco formas como la tecnología de las redes inteligentes esta empujando las energías renovables https://thedailyplaniot.com/5-ways-smart-grid-technology-is-pushing-renewable-energy/ Ing° Yuri Alencastre M. 76 Ing° Yuri Alencastre M. 77
