• Author / Uploaded
• Mluis us.

Citation preview

unasam

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL APROVECHAMIENTO HIDROENERGETICO GENERACION DE ENERGIA ELECTRICA MEDIANTE LA FUENTE EOLICA

PRESENTADO POR LA ALUMNOS -MAUTINO SANCHEZ ALEX -USUA LAURENTE ERNESTO -RIVEROS TAMARIS FRAZ DOCENTE: ING. LOLI SILVA, MARCO ANTONIO HUARAZ-ANCASH-PERU DICIEMBRE-2014

INDICE INTRODUCCION RESUMEN CAPITULO I 1.1.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.2.JUSTIFICACION Y /O IMPORTANCIA 1.3.OBJETIVOS 1.3.1. Objetivos Generales 1.3.2. Objetivos Específicos 1.4.HIPOTESIS Y VARIABLES 1.4.1. Hipótesis 1.4.2. Variables

5 5 6 6 6 6 6 8

CAPITULO II 2.1. FUNDAMENTO TEÓRICO CAPITULO III ASPECTO METODOLÓGICO 3.1.Tipo de estudio (Descriptivo, correlacional, explicativo con metodología cuantitativa, cualitativa) 3.2. Población o Universo 3.3. Unidad de análisis y Muestra 3.4. Instrumentos de recopilación de datos. (Cuantitativos y/o cualitativos)

CAPITILO IV 4.1. PROCESAMIENTO DE DATOS CAPITULO V 5.1. ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS 5.2. DISCUSION DE RESULTADOS

55 59 63

CAPITULO VI 6.1. 6.2. BIBLIOGRAFIA ANEXOS

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES

68 68

3

INTRODUCCION El Hombre ha estado siempre en continua búsqueda de fuentes de generación de energía y de aprovechamiento adecuado de los recursos existentes para garantizar la subsistencia de vida de las futuras generaciones. El futuro de dicha visión, será el saber darle el uso óptimo a las fuentes de energía e ingeniarse procesos útiles con los recursos disponibles, los cuales son infinitos e inimaginables. Por esto se deben aprovechar fuentes primarias de energía que sean renovables y no contaminantes, manejando los procesos de producción y estilos de vida más económicos energéticamente y menos destructivos del Medio Ambiente. El uso de plantas eólicas, combinado con componentes de acumulación ofrece la posibilidad de un cubrimiento energético casi completo; también los combustibles fósiles han sido motor de desarrollo durante los últimos años y en la actualidad contribuyen cerca del 80% de la producción mundial de energía, y el predominio de los combustibles fósiles continuará durante mucho tiempo, pero debe considerarse que el carbón, petróleo y gas natural son recursos limitados que deberán sustituirse a largo plazo. La energía eólica es una de las fuentes de energía renovables y es importante ya que no utiliza combustible y no modifica el uso del suelo. Se encuentra en un momento de desarrollo y expansión, desde el aspecto político, económico y social. Las plantas de energía eólica, o los parques eólicos como a veces se les llama, son grupos de máquinas de viento para producir electricidad. Un parque eólico generalmente tiene docenas de máquinas distribuidas en un área grande. Las plantas o centrales eólicas se basan en la utilización del viento como energía primaria para la producción de energía eléctrica. La energía eólica ha sido un recurso empleado desde tiempos remotos en diferentes partes del mundo y para diversos propósitos. El parque eólico más grande del mundo es el Horse Hollow Wind Energy Center en Texas, tiene 421 turbinas eólicas que generan electricidad suficiente para alimentar a 220.000 hogares al año.

Los alumnos

4

RESUMEN

El presente trabajo muestra el proceso generación de energía eléctrica a través del aprovechamiento del recurso eólico (vientos). Brinda la información concerniente al recurso eólico y su aprovechamiento. Se identifican las posibles zonas que cumplan con las características adecuadas para la generación de energía eléctrica mediante este recurso.

CAPITULO I

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

5

Buscar y aprovechar fuentes de energía alternas es el camino a seguir para solucionar muchos de los problemas energéticos y ecológicos de la humanidad. En muchos sectores, especialmente aquellos alejados de las grandes ciudades, pocas personas conocen completamente el concepto de energía limpia o alternativa, lo que sin duda retrasa el proceso de cambio hacia el uso de este tipo de energía, ya sea un cambio de mentalidad acerca del tema o un cambio de hecho, en la investigación e implementación de equipos que la aprovechen. Informar acerca de este tema es fundamental y sin duda la solución al problema, para que las personas de toda índole busquen un cambio, construyendo equipos de cualquier tamaño y costo, que aprovechen la energía eólica sin necesidad de depender del sistema interconectado nacional de energía eléctrica.

1.2. OBJETIVOS 1.3.3. OBJETIVOS GENERALES  Describir la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento del recurso eólico.

1.3.4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Describir los beneficios y desventajas del uso de la energía eolica  Identificar las posibles zonas en el Peru en las cuales seria viable la aplicación de la energía eólica.

1.3. HIPOTESIS Y VARIABLES

6

1.4.3.

HIPOTESIS El aprovechamiento de la energía eólica es una solución a la imposibilidad de generación de energía eléctrica convencional.

1.4.4.

VARIABLES

A) Dependientes  Aprovechamiento de la energía eolica B) Independientes  La velocidad del viento  La tecnología y geometría usadas  La densidad del aire  La demanda poblacional

CAPITULO II

FUNDAMENTO TEORICO La energía eólica hace uso de uno de los elementos más útiles y antiguos de la humanidad el molino de viento. Un molino es una máquina que transforma el viento en energía aprovechable, que proviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas unidas a un eje común. El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de maquinaria para moler grano, bombear agua o generar electricidad. Cuando el eje se conecta a una carga, como una bomba, recibe el nombre de molino de viento. Si se usa para producir electricidad se le denomina generador de turbina de viento. Los molinos tienen un origen remoto. La industria de la energía eólica en tiempos modernos comenzó en 1979 con la producción en serie de turbinas de viento por los fabricantes Kuriant, Vestas, Nordtank, y Bonus. Aquellas turbinas eran pequeñas para los estándares actuales, con capacidades de 20 a 30 Kw cada una. Desde entonces, la talla de las turbinas ha crecido enormemente, y la producción se ha expandido a muchos países. En la actualidad el desarrollo e implementación de las turbinas eólicas es realizado por diversas organizaciones y compañías tales como Gamesa, ALstom-Ecotecnia, Windtest, GE Wind Energy, NREL, RES Group, Ecole de Technologie Superieure (Canadá), Hatvh ltd,

7

Siemens Wind Power, Vestas, Endesa, Neo Energía (EDP Renovables), FEUP, y CENER e incluso ciertas comunidades pequeñas; sin embargo producto del desarrollo técnico de estos equipos la organización llamada TC 88 IEC (International Electrotechnical Comission/Comisión Electrotécnica Internacional) que es la encargada de la revisión de la normativa que sirve de referencia en el sector eólico a nivel internacional y supone el resultado del esfuerzo realizado para lograr la armonización entre los diferentes esquemas nacionales existentes. 2.1.

ELEMENTOS CLAVE PARA LA ENERGÍA EÓLICA.

• Viento: Se considera viento a toda masa de aire en movimiento, que surge como consecuencia del desigual Calentamiento de la superficie terrestre, siendo la fuente de energía eólica, o mejor dicho, la energía mecánica que en forma de energía cinética transporta el aire en movimiento. La Tierra recibe una gran cantidad de energía procedente del Sol que en lugares favorables puede llegar a ser del orden de 2000 Kw/m2 anuales; el 2% de ella se transforma en energía eólica capaz de proporcionar una gran potencia. • Generador: Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generara una fuerza electromotriz (F.E.M.). 2.2.

AEROGENERADOR:

Es un generador eléctrico movido por una turbina accionada por el viento (turbina eólica). Sus precedentes directos son los molinos de viento que se empleaban para la molienda y obtención de harina. En este caso, la energía eólica, en realidad la energía cinética del aire en movimiento, proporciona energía mecánica a un rotor hélice que, a través de un sistema de transmisión mecánico, hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador trifásico, que convierte la energía mecánica rotacional en energía eléctrica.

Mecanismo La energía cinética del aire en movimiento mueve la hélice a través de un sistema mecánico de engranajes, hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador trifasico, que convierte la energía mecánica rotacional en eléctrica. Para aportar esta energía a la red los aerogeneradores deben estar dotados de un sofisticado sistema de sincronización para que la frecuencia de la corriente generada se mantenga perfectamente sincronizada con la red. Componentes

8

 La Góndola Contiene los componentes clave del aerogenerador, incluyendo el multiplicador y el generador eléctrico. El personal de servicio puede entrar en la góndola desde la torre de la turbina. 

Las Palas del Rotor

Se mueven con el viento y transmiten su potencia hacia el buje. En un aerogenerador moderno de 600 KW. cada pala mide alrededor de 20 metros de longitud y su diseño es muy parecido al del ala de un avión. Los materiales que tradicionalmente se han utilizado en la fabricación de las palas de los aerogeneradores se han visto desplazados por la utilización de plásticos y resinas, La fibra de vidrio se aplica al 99% de los grandes aerogeneradores. Existe una tendencia clara hacia el uso de epoxi (generalmente resina de poliéster) reforzado de fibra de vidrio o carbono.  El Buje El buje del rotor está acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador.

9



El Eje de Baja Velocidad

Conecta el buje del rotor al multiplicador. En un aerogenerador moderno de 600 kW. El rotor gira muy lento, a unas 19-30 r.p.m. El eje contiene conductos del sistema hidráulico para permitir el funcionamiento de los frenos aerodinámicos. El multiplicador Tiene a su izquierda el eje de baja velocidad. Permite que el eje de alta velocidad que está a su derecha gire 50 veces más rápido que el eje de baja velocidad. 

El Eje de Alta Velocidad

Gira aproximadamente a 1.500 r.p.m. lo que permite el funcionamiento del generador eléctrico. Está equipado con un freno de disco mecánico de emergencia. El freno mecánico se utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico, o durante las labores de mantenimiento de la turbina. 

Sistema de Cambio de Paso

La principal función del sistema de cambio de paso es el control de potencia el sistema de control está continuamente comparando la curva de potencia con la producción del aerogenerador, seleccionando el paso de la pala óptimo para cada velocidad de rotación. El cambio de paso se realiza mediante un actuador hidráulico individual para cada pala, aumentando o disminuyendo la presión. Con este sistema se logra una mayor precisión en la regulación, optimizar la dinámica del sistema y una mayor seguridad frente a fallos. También se utiliza el cambio de paso para el sistema de frenado. Mediante las servo válvulas se llevan las palas hasta 88° (posición de bandera) a una velocidad de 5,7°ls en una parada normal. Para frenada de emergencia se utilizan, adicionalmente a las servo válvulas, unos acumuladores que son capaces de llevar la pala a 88° a una velocidad de 15°ls. 

El Generador Eléctrico

Suele ser un generador asíncrono o de inducción. En los aerogeneradores modernos la potencia máxima suele estar entre 500 y 1.500 kW Generador asíncrono: tiene un doble devanado estatórico de, por ejemplo, 4 y 6 polos, lo que permite elegir, en función de la velocidad del viento, cuál de los dos se conecta a la red, optimizando así el rendimiento de la transformación energética y características aerodinámicas, a la vez que se reduce el nivel de ruido a bajas velocidades de viento. La potencia de cambio está en el entorno de los 130 kW. Generador es de tipo síncrono: es de velocidad de sincronismo 1500 rpm. El sistema de control permite al generador producir energía desde 750 rpm hasta la velocidad de sincronismo. Este sistema de velocidad variable permite optimizar la captación de energía para velocidades de viento inferiores a la velocidad nominal. En este sistema, el acoplamiento entre el generador síncrono y la red eléctrica de frecuencia fija, se establece a través de un convertidor de frecuencia, situado directamente entre el estator de la máquina y la red. La potencia total generada por la máquina pasa a través del convertidor. 

La Unidad de Refrigeración

10

Contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador eléctrico. Además contiene una unidad refrigerante por aceite empleada para enfriar el aceite del multiplicador. Algunas turbinas tienen generadores refrigerados por agua.



Sistema de Orientación

El aerogenerador tiene un sistema activo de orientación, que hace girar la góndola de forma que el rotor permanezca orientado hacia el viento El sistema actúa sobre un rodamiento de bolas que une la torre al chasis. La parte exterior del rodamiento, que se une a la torre a través de tornillos, tiene un dentado sobre el que actúan los moto-reductores de orientación. En la parte interna de la torre existe un disco de freno, sobre el que se montan las pinzas de freno. A través de los sensores de viento localizados en el exterior de la góndola (duplicados por seguridad), el control es informado si la góndola está orientada o no con el viento incidente. Si no lo está, se liberan parcialmente (reduciendo la presión de su circuito hidráulico) las 4 pinzas de freno en orientación de la máquina, de forma que cuando los 2 moto-reductores eléctricos aplican su par de giro sobre el rodamiento corona, la máquina mantiene un par pasivo que hace más suave y más seguro el movimiento de la máquina.



Convertidor

Tiene el cometido de regular el par que es opuesto por el generador eléctrico a la turbina, regulando de esta forma su velocidad de giro, y el de inyectar la energía producida en la red con la máxima calidad posible. El convertidor se encuentra en una plataforma intermedia de la torre. Su entrada se encuentra conectada al generador a través de mangueras flexibles, y la salida es dirigida de igual forma al transformador de media tensión para su distribución. Los objetivos que el convertidor cumple son:  Inyección de potencia a la red de forma óptima.  Reducción máxima de fluctuaciones de potencia y efecto Flickering. 

Operación con velocidad variable del rotor, de forma que el punto de funcionamiento de la turbina sea el de máximo rendimiento dentro del rango de funcionamiento.

11

12

13

14

15

16

2.3.

Clasificacion:

En la actualidad existen una enorme variedad de modelos de generadores y pueden clasificarse, de acuerdo a distintos criterios: a) Según la posición del generador

EJE VERTICAL

17

Su característica principal es que el eje de rotación se encuentra en posición perpendicular al suelo. Son también llamados "VAWTs", que corresponde a las siglas de la denominación inglesa "Vertical Axis Wind Turbines". Existen tres tipos de estos aerogeneradores: • Darrieus: Consisten en dos o tres arcos que giran alrededor del eje. • Panemonas: Cuatro o más semicírculos unidos al eje central. Su rendimiento es bajo. • Sabonius: Dos o más filas de semicilindros colocados opuestamente.

EJE HORIZONTAL Son los más habituales y en ellos se ha centrado el mayor esfuerzo de diseño en los últimos años. Se los denomina también "HAWTs", que corresponde a las siglas de la denominación inglesa "Horizontal Axis Wind Turbines".  A barlovento Las maquinas corriente arriba tiene el rotor contra el viento. La principal ventaja de los diseños corriente arriba es que se evita el abrigo del viento tras la torre.  A sotavento

Las máquinas corrientes abajo tienen el rotor situado en la cara a sotavento de la torre. La ventaja teórica que tienen es que pueden ser construidos sin un mecanismo de orientación, si el rotor y la góndola tienen un diseño apropiado que hace que la góndola siga al viento pasivamente. b) Por el Numero de Palas: • UNA PALA Al tener sólo una pala, estos aerogeneradores precisan un contrapeso en el otro extremo para equilibrar. La velocidad de giro es muy elevada. Su gran inconveniente es que introducen en el eje unos esfuerzos muy variables, lo que acorta la vida de la instalación. Una aplicación de este tipo de máquinas puede verse en la foto situada al lado.

18

Aerogenerador de una pala

Aerogenerador de una pala

DOS PALAS Los diseños bipala de aerogeneradores tienen la ventaja de ahorrar el coste de una pala y, por supuesto, su peso. Sin embargo, suelen tener dificultades para penetrar en el mercado, en parte porque necesitan una mayor velocidad de giro para producir la misma energía de salida. Esto supone una desventaja tanto en lo que respecta al ruido como al aspecto visual una aplicación de este diseño se presenta en la figura. Esto supone una desventaja tanto en lo que respecta al ruido como al aspecto visual. Una aplicación de este diseño se presenta en la figura.

19

Aerogenerador de dos palas

TRES PALAS La mayoría de los aerogeneradores modernos tienen este diseño, con el rotor mantenido en la posición corriente arriba, usando motores eléctricos en sus mecanismos de orientación este diseño tiende a imponerse como estándar al resto de los conceptos evaluados. La gran mayoría de las turbinas vendidas en los mercados mundiales poseen este diseño un espectacular ejemplo, de 72 m de diámetro del rotor y 80 m de altura hasta el eje, puede verse en la foto. Aerogenerador de tres palas

MULTIPALAS

Con un número superior de palas o multipalas. Se trata del llamado modelo americano, debido a que una de sus primeras aplicaciones fue la extracción de agua en pozos de las grandes llanuras de aquel continente.

Aerogenerador multipalas

20

c)

Por la Manera de Adecuar la Orientación del Equipo a la Dirección del Viento en Cada Momento:

El mecanismo de orientación de un aerogenerador es utilizado para girar el rotor de la turbina en contra del viento. Se dice que la turbina tiene un error de orientación si el rotor no está perpendicular al viento. Un error de orientación implica que una menor proporción de la energía del viento pasará a través del área del rotor (esta proporción disminuirá con el coseno del error de orientación). Por tanto, la eficiencia del mecanismo de orientación es fundamental para mantener el rendimiento de la instalación. d) Según la forma de producir energía eléctrica En conexión directa a la red de distribución convencional o de forma aislada: Las aplicaciones aisladas por medio de pequeña o mediana potencia se utilizan para usos domésticos o agrícolas (iluminación, pequeños electrodomésticos, bombeo, irrigación, etc.), incluso en instalaciones industriales para desalación, repetidores aislados de telefonía, TV, instalaciones turísticas y deportivas, etc. En caso de estar condicionados por un horario o una continuidad, se precisa introducir sistemas de baterías de acumulación o combinaciones con otro tipo de generadores eléctricos (grupos diésel, placas solares fotovoltaicas, centrales mini hidráulicas,...) También se utilizan aerogeneradores de gran potencia en instalaciones aisladas, desalinización de agua marina, producción de hidrógeno, etc. e) La Conexión Directa a la Red Viene representada por la utilización de aerogeneradores de potencias grandes (mas de 10 ó 100 kW). Aunque en determinados casos, y gracias al apoyo de los Estados a las energías renovables, es factible la conexión de modelos mas pequeños, siempre teniendo en cuenta los costes de enganche a la red (equipos y permisos). La mayor rentabilidad se obtiene a través de agrupaciones de máquinas de potencia conectadas entre sí y que vierten su energía conjuntamente a la red eléctrica. Dichos sistemas se denominan parques eólicos.

CAPITULO III

21

ASPECTO METODOLÓGICO

CAPITULO IV 3.1.

PROCESAMIENTO DE DATOS

5.1.

DISCUSION DE RESULTADOS

22

CAPITULO VI

6.3.

CONCLUSIONES

6.4.

RECOMENDACIONES

23

BIBLIOGRAFIA