Proyecto Eolica

Proyecto de Centrales I

UNIVERSIDAD AUTONOMA AUTONOMA “GABRIEL RENE MORENO” FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGIA CARRERA: Ing. Electromecánica

PROYECTO DE UNA CENTRAL ELECTRICA

CESPEDES CESPEDES BATALLANOS BATALLANOS LUIS FERNANDO FERNANDO 200913611 Ing. JAIME ALVARADO CENTRALES ELECTRICA I 01-2015

Proyecto de Centrales I

1.- INTRODUCCION.

Ante la necesidad de energía eléctrica en un pueblo aislado, y la demanda que tiene la población adyacentes para el desarrollo local, tanto económica y social, se ha desarrollado un estudio para que tenga una generación eléctrica mediante aerogeneradores (energía eólica) en la cual su combustible va a ser el aire, es decir, una central eléctrica de energía eólica, para cubrir las demandas eléctricas crecientes que tienen la población con nuestra potencia generada en la central.



La energía eléctrica hoy en día es ocupa o puede ser ocupada en muchas cosas como ser en iluminación, comunicación, educación, duchas, hospitales, etc. Estos usos comunes o de tipo industrial, en la cual en la vida industrial tiene un rol mucho más importante, ya que todas las industrias por lo menos tienen un motor asíncrono, etc.



La energía eólica es una de las energías más abundantes y renovables de la naturaleza. Proviene de la conversión de la energía cinética que traen las masas de aire en movimiento hacia energía mecánica y luego a energía, mediantes componentes internos. Para conseguir esta conversión se utilizan maquinas llamadas aerogeneradores. Estos dispositivos, a través de una superficie aerodinámica expuesta al viento, producen trabajo mecánico en un eje. Existen varios diseños aerodinámicos para adaptar distintos tipos de aerogeneradores a las condiciones climáticas de cada zona y a las distintas marcas que existen en el mercado

2.- OBJETIVOS.En base a los estudios realizados para determinar si es necesario la implementación de una planta eléctrica en el pueblo, se tiene como objetivo principal el de poder cubrir la demanda solicitada por el pueblo y la implementación de nuevas energías renovables, en el sistema aislado. Esta energía renovable tiene como objetivo reducir el impacto ambiental que tienen las demás plantas eléctricas, como ser contaminantes al ozono mediante el CO 2 y otro objetivo es que esta tecnología es el futuro para la generación eléctrica en el país y en el mundo.

3.- FUNDAMENTO TEÓRICO.Un aerogenerador es un dispositivo que transforma la energía cinética del viento en energía mecánica. En la actualidad, casi la totalidad de las turbinas eólicas son del tipo eje horizontal y tripalas. El funcionamiento de las antiguas turbinas eólicas, de modo similar a los molinos de viento, se basaba en el principio de la resistencia al arrastre que ofrecen las palas frente a la acción del viento. Este diseño, no aerodinámico, conducía a un rendimiento de conversión de la energía cinética del viento en energía mecánica en el eje de la máquina muy pequeño, con valores en torno al 12%. Las turbinas modernas funcionan bajo el principio de la fuerza de sustentación que se desarrolla en la pala debido a su diseño aerodinámico, de modo similar al ala de un avión. El avance en el diseño aerodinámico y estructural de las palas, ha permitido incrementar el rendimiento de conversión a valores cer canos al límite teórico.

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4.- ASPECTO AMBIENTALES.Las centrales eólicas poseen grandes ventajas desde la perspectiva medio ambiental que tienen que ser consideradas durante el proceso de evaluación. El beneficio principal es el desplazamiento de generación con centrales que utilizan combustibles fósiles, pues la generación eólica está libre de emisiones de gases. Si se considera el desplazamiento de generación por una central a carbón, la generación eólica estaría mitigando por cada MWh producido, la emisión de 0.9 toneladas de CO2 y 0.045 toneladas de SO2. Por otra parte la instalación de sistemas de generación eólica podrían producir una serie de impactos medioambientales los que, sin duda, son considerablemente menores a los producidos por de otros sistemas de generación, pero no por ello menos importante. El impacto generador estará determinado principalmente por el número de unidades instaladas y el tamaño de cada una de ellas. Los impactos ambientales más comunes a los sistemas eólicos pueden resumirse en: extensa ocupación de terrenos, impacto sobre la flora, impacto sobre la fauna, impacto visual, y efecto sombra

5.- UBICACIÓN DE LA POBLACIÓN.La ubicación de la población comprende el municipio de Ancoraimes (15.888 S, 68.810 O). Se encuentra ubicado a 135 km de la ciudad de La Paz, capital del departamento; y se halla a 3.880 metros sobre el nivel del mar. Según el censo nacional de 2012, el municipio de Ancoraimes cuenta con una población de 13000 habitantes, se encuentra cerca del Lago Titicaca.

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Como se ve en la figura se puede llegar mediante la ruta 16, que sale de La Paz

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6.- ESTUDIO DE LA VELOCIDAD EN ANCORAIMES.-

Como se ve en la figura, en el municipio tiene una alta velocidad media anual del viento que esta alrededor de los 9 (m/s).

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6.1.- VELOCIDAD DEL VIENTO.Mes

Velocidad del Viento (m/s)

Enero

11.9

Febrero

11.2

Marzo

10.3

Abril

9.5

Mayo

8.7

Junio

7.1

Julio

8.3

Agosto

7.6

Septiembre

9.4

Octubre

10.7

Noviembre

9.8

Diciembre

10.2

Promedio

9.6

La estimación de la velocidad del viento de la ubicación y a la altura de buje de 80 m es de 9.6 m/s. Esta es la velocidad promedio anual y refleja las condiciones generales del terrero en su área. Los datos obtenidos están entre un rango de 7.4 y 11.7 m/s.

13 12

  o 11    t   n   e 10    i   v 9    l   e   )   s 8    d   /    d  m7   a   (    d    i 6   c   o 5    l   e    V

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Mes

6.2.- DIRECCIONES DEL VIENTO.-

La rosa de los vientos para todas las velocidades del viento por hora durante el año. La rosa de los vientos nos indica la frecuencia con la cual sopla el viento de una dirección dada. La extensión de cada cuña de la gráfica indica la frecuencia y la distancia entre los círculos concéntricos y representa una frecuencia de 10%. Por ejemplo, una cuña en dirección ascendente (N) y que se extiende tres anillos significa que el viento sopla 30% de las veces del Norte. Los intervalos adicionales tienen un grosor de 30° de ancho.

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6.3.- VARIACIÓN DIARIA DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO.-

La grafica se basa en todos los valores por hora durante el año. Las líneas verticales delgadas representan el error estándar que se estima. Tenemos un 68% de confianza que la verdadera velocidad del viento en la ubicación cae dentro de los límites indicados por la línea vertical delgada.

6.4.- CONCLUSIÓN.Como se pudo ver en los anteriores puntos, la velocidad del viento es muy buena para poder colocar una central de energía eólica

7.-CALCULO DE DEMANDA DEL MUNICIPIO.

Viviendas: 2000  Postes de alumbrado público: 5000 Potencia vivienda = N° (Vivienda) * 11 (kW/Vivienda) Potencia vivienda = 22000 kW Potencia Alumbrado = N° (Postes) * 0. 115 (kW/Postes) Potencia Alumbrado = 575 kW

Potencia Instalada = (Potencia vivienda + Potencia Alumbrado) * 1.25 Potencia Instalada = 28218.75 kW aprox. 30 (MW)

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8.- AEROGENERADORES A UTILIZAR.Se va a ocupar la marca ENERCON, el modelo E-126, que se ocuparan 11 aerogeneradores para alcanzar los 30 MW y que también depende de la velocidad, como la velocidad promedio anual es de 9.6 (m/s) .

8.1.- ASPECTOS TÉCNICOS.Viento (m/s)

Potencia P (kW)

1

0,0

2

0,0

3

55,0

4

175,0

5

410,0

6

760,0

7

1250,0

8

1900,0

9

2700,0

10

3750,0

11

4850,0

12

5750,0

13

6500,0

14

7000,0

15

7350,0

16

7580,0

8000,0 7000,0 6000,0

   W     k 5000,0    a    i    c 4000,0    n    e    t    o 3000,0    P 2000,0 1000,0 0,0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16

Velocidad (m/s)

Potencia nominal:

7580 kW

Diámetro del rotor:

127 m

Altura de buje en metros:

135 m

Concepto de aerogenerador:

Sin multiplicadora, velocidad de giro variable, control del ángulo de paso de la pala independiente

Rotor Tipo:

A barlovento con control activo del ángulo de paso de la pala

Sentido de rotación:

Agujas del reloj

Numero de palas:

3

Área de barrida:

12.668 m

Composición de las palas:

GRP (resina epoxi)/acero protección cintra rayos integrada

Velocidad:

Variable, 5 – 12 r.p.m.

2

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8.2- POTENCIA GENERADA DEL MUNICIPIO.En este punto veremos cómo es la potencia generada, con la velocidad promedio mensual que tiene el municipio

Mes

Velocidad del Viento (m/s)

Potencia P (kW)

Enero

11.9

5750

Febrero

11.2

4850

Marzo

10.3

3750

Abril

9.5

3225

Mayo

8.7

2350

Junio

7.1

1250

Julio

8.3

2200

Agosto

7.6

1600

Septiembre

9.4

3200

Octubre

10.7

4400

Noviembre

9.8

3700

Diciembre

10.2

3800

Promedio

9.6

40075

POTENCIA ANUAL

5750 4850 4400 3700   3800

3750 3225

3200 2350

2200 1600

1250

11.9

11.2

10.3

9.5

8.7

7.1

8.3

7.6

9.4

10.7

9.8

10.2

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9.- FUNCIONAMIENTO DEL AEROGENERADOR.9.1.-ARRANQUE DEL AEROGENERADOR. Cuando la turbina detecta viento en cualquier dirección, por los sensores de velocidad de viento (anemómetros de turbina), el controlador realiza las siguientes órdenes al aerogenerador, a través de los motores correspondientes: 

Entre 2 - 3 m/s. Envía la orden de posicionarse frente al viento. Esta orden se denomina orientación de la turbina.



A partir de 3 m/s. La orden de desaplicar frenos para permitir el giro de la turbina y comenzar a girar por el efecto únicamente del empuje del viento. 

Paso variable, además envía la consigna de posición de las palas progresivamente de 90º - 0º.



Rpm >= 1500. Al llegar a la velocidad de sincronismo del generador solicitado (dependiendo del viento, se selecciona un generador u otro con ve locidades diferentes), se conecta el generador a la red de forma suave, contando para ello con electrónica de potencia mediante tiristores (un tipo de interruptor continuo de semiconductor, que puede ser controlado electrónicamente). Al realizar la conexión (dura entre 3 y 4 segundos), se conecta directamente el generador a red, mediante un interruptor.

9.2.- PARADA DEL AEROGENERADOR Puede ocurrir por los siguientes motivos: 

Vientos altos. Cuando el viento supera un margen (>25 m/s ó 90 km/h), o bien cuando un error es detectado en base a la lectura de los sensores de viento.



Error de funcionamiento. Se detecta un error de funcionamiento mediante la información de los sensores.



Parada por poco viento. Se inicia la secuencia si se detecta poca generación o vientos muy bajos.



Parada Manual. Se realiza bajo la supervisión del personal de operación y mantenimiento.

En la parada de la turbina se distinguen los siguientes procedimientos: 

Parada Suave. 

Paso fijo. El controlador envía una orden al sistema de captación para desplegar los Aero frenos, simultáneamente desconecta el generador, revisa la disminución de las rpm y emplea los frenos de forma suave. Al cabo de varios segundos, aplica una presión de frenada cada vez mayor hasta conseguir la detención total.



Paso Variable. La orden la envía a los actuadores del calaje de palas (pitch) aumentando los grados hasta los 90º. Simultáneamente desconecta el generador y realiza de igual forma un incremento paulatino de presión en el circuito secundario de frenada.



Parada de Emergencia. Se produce ante errores importantes, peligro para personas o integridad de la turbina. Se aplican frenos con la máxima presión desde el primer momento.

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10.- MANTENIMIENTO PROGRAMADO.A los 3 meses: Reapriete y comprobación de pernos. Menor: Comprobaciones de pares de apriete, engrases. Mayor: Revisión exhaustiva del aerogenerador. Cambio de aceite del grupo hidráulico: Cada 5 años.

10.1.- REVISIONES ESPECÍFICAS.Las revisiones que se tienen que hacer son las siguientes: 

Cimentación y torre Grietas o Pares de apriete o



Palas o o o



Fisuras y marcas de grietas Decoloración y rugosidades Borde de ataque

Rotor o o

Fisuras y tornillos, soporte cono del buje Retenes y engrases de rodamientos de palas



Pala – Buje Aprietes y holguras de cajas de rodamientos de palas o Uniones del rotor y eje principal o Engrase de rodamiento del eje principal o Comprobación de la alineación del eje principal o



Eje Alta Velocidad Freno: desgastes, fisuras, alabeos. o Sistema hidráulico de freno: aceite, fugas y precarga. o Uniones de cardan, juntas, engrases o Rodamientos o



Generador Engrase de rodamientos o Inspección y apriete de caja de bornes o Inspección de anillos y escobillas o Limpieza de intercambiador y filtros o Inspección de devanados del estator y rotor o

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

Eléctrico Inspección visual, limpieza y comprobación de conexiones: tierra, auxiliare, cables, terminales, o trafo, celda, etc.



Sistema de orientación Inspección de dientes y prueba: carga, ruido, puntos duros o Engrase de corona y superficies deslizantes o Reapriete de discos y holguras rad. Placas deslizantes o Comprobación del sistema hidráulico: aceite, presión y frenos o

11.- INSTALACIÓN DE LA CENTRAL EÓLICA.La central eólica del municipio de Ancoraimes tendrá una capacidad de 3 MW por aerogenerador en la que se colocaran 11 aerogeneradores, dando a conocer que la demanda del municipio es de 30 MW. En el municipio hay 2000 viviendas más el alumbrado público de la zona. La central abastecerá la demanda de 30 MW colocando un parque eólico a unos metros de la zona poblada.

Así se debería ver las torres ya instaladas en el lugar, la distancia que tiene cada torre es de 900 m, porque, si están más cerca las ráfagas de viento no serán las mismas ya analizadas, es decir, que cada torre puede afectar el rendimiento de otra torre.

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En la figura podemos observar una central similar, con todos los componentes auxiliares que deberá tener para su implementación. El aerogenerador. Los cables conductores, carga de freno, toma de tierra, caja de control y batería, fuente auxiliar, transformadores, líneas de transmisión eléctrica.

12.- DIAGRAMA UNIFILAR DE GENERACIÓN.-