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Professor:Jacinto Arroyo
El viento es aire en movimiento y es una forma indirecta de la energía solar. Este movimiento de las masas de aire se origina por diferencias de temperatura causada por la radiación solar sobre la superficie terrestre, que junto a la rotación de la tierra, crean entonces los, llamados, patrones globales de circulación.
DINÁMICA ATMOSFÉRICA
DINÁMICA ATMOSFÉRICA
Fuerzas que intervienen en elmovimiento de la atmósfera
2da Ley de NewtonF=m.a
Fuerza de gradientede presión
Fuerza de Coriolis
Fuerza centrípeta
Fuerza de fricción
Vientos de Escala Macro (100 ‐ 10,000 Km.) El flujo de viento originado por la circulación global se conoce como
vientos de escala macro. La escala horizontal de movimiento de estos vientos va desde algunos
cientos a miles de kilómetros. El viento de escala macro (no perturbado por características de la
superficie terrestre excepto por cadenas de montañas) se encuentra en altitudes superiores a los 1,000 metros.
Vientos de Escala Media (5 a 200 Km.) Las variaciones de la superficie terrestre con escala horizontal de 10 a
100 Kilómetros tienen una influencia en el flujo de viento entre los 100 y 1,000 metros de altura sobre el terreno.
Obviamente, la topografía es importante y los vientos tienden a fluir por encima y alrededor de montañas y colinas. Cualquier otro obstáculo (ó rugosidad) sobre la superficie terrestre de gran tamaño desacelera el flujo de aire.
Vientos de Escala Micro (hasta 10 Km.) En una escala micro, los vientos de superficie (entre 60 y 100 metros
sobre el terreno), los cuales son los más interesantes para la aplicación directa de la conversión de la energía eólica, son influenciados por las condiciones locales de la superficie, como la rugosidad del terreno (vegetación, edificios) y obstáculos.
la velocidad del viento varía con la altura y dependefundamentalmente de la naturaleza del terreno sobre el cual se desplazan lasmasas de aire. La variación de velocidad puede representasemediante la siguiente expresión:
donde V1 < V2 representan las velocidades del viento a lasalturas h1 < h2, respectivamente. El exponente a caracterizaal terreno, pudiendo variar entre 0,08 (sobre superficieslisas como hielo, lagunas, etc.) y 0,40 (sobre terrenosmuy accidentados).
P = Potencia en Wρ = densidad del aire en Kg/m3
(aprox. 1,2 Kg/m3)A = Superficie en m2
V = Velocidad del viento en m/s
P = 1/2ρAv3
Si la velocidad del viento se duplica, la potencia es ocho veces más grande. De 2 a 3 m/s develocidad de viento, la potencia del viento es más de tres veces. De 4 a 5 m/s de velocidad deviento, la potencia es el doble
Datos Meteorológicos Velocidad del viento Promedio Anual. Variaciones estacionales Variaciones diurnas Borrascas, vientos extremos. Para determinar las máximas velocidades de viento en las cuales cualquier equipo de conversión de energía eólica puede ser capaz de aguantar sin presentar daño. Períodos de Calma. Se requiere información sobre períodos largos de baja intensidad del viento para determinar las dimensiones de elementos como baterías o tanques de almacenamiento. Distribución de frecuencia de velocidades de viento.
Información empírica
Otros métodos‐ Método por anenómetros‐ Método de correlación
ESTIMACIONES DE LA ENERGÍA EÓLICA
El siguiente paso consiste en elegir un equipo eólico comercial para su evaluación, por ejemplo se escoge el equipo BERGEY Windpower Co BWC Excel, cuyas características se son:
Con la información de distribución de viento y de curva de potencia del aerogenerador se puede entonces estimar la producción de energía en el período de análisis.
El estimativo de energía producida por el equipo BWC EXCEL para el período de análisis de 4340 horas, se realiza multiplicando el nivel de potencia del generador y el número de horas de viento en cada intervalo, la energía total producida es entonces la suma de la distribución de energía, lo cual resulta ser 21670.3 Kwhr para el período de 180 días. Este nivel de energía corresponde a una capacidad de generación diaria promedio de 120 Kwhr/día, permitiendo un suministro de energía eléctrica para 30 viviendas con un consumo básico de 4 Kwhr/día/vivienda
Los equipos eólicos se dividen en dos tipos: Los Sistemas de Conversión de energía
eólica de eje Horizontal (SCEH) con dos subdivisiones como son los de baja velocidad (muchas aspas) o los de alta velocidad (pocas aspas)
Los Sistemas de Conversión de Eje Vertical (SCEV), con subdivisión similar a los de eje horizontal
Componentes Rotor
Caja de Engranajes Torre Cimientos Controles Generador
Tipos Eje Horizontal El más común Controla el diseño de giro del rotor
en el viento
Eje Vertical
Poco común
Esquema de Turbina Eólica de Eje Horizontal
Caja con Engranajes Y Generador
Diámetrodel
Rotor
Área Barrida por Las Aletas
Conexiones EléctricasSubterráneas(Vista Frontal)
Cimientos(Vista Lateral)
Aleta delRotor
Altura del Eje
Torre
Eje Vertical
Eje Horizontal
ROTOR El rotor de una turbina eólica, es la parte
esencial para la conversión de energía, el rotor convierte la energía cinética del aire en energía mecánica rotacional útil en un eje.
Este se compone de las aspas y el cubo (elemento de sujeción de las aspas y conexión del eje del equipo).
El sistema de transmisión es aquel sistema que convierte la energía rotacional suministrada por la turbina a través de su eje, en movimiento oscilante del vástago de la bomba para aerobombeo o alimentación del generador eléctrico en aerogeneración.
Recurso Eólico: PeruVS España
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Hora
Pote
ncia
MW
Potencia MW
En la madrugadaPermitirá ahorrarAgua.
Buena producción en horas punta
Buen complemento con las hidroeléctricas, es convenienteAhorrar el agua cuando la gente duerme.
Ene-09 Feb-09 Mar-09 Abr-09 May-09 Jun-09 Jul-09 Ago-09 Sep-09 Oct-09 Nov-09 Dic-09 TOTALCMg Est. 80% excedencia 67 73 151 113 110 233 261 219 212 192 176 55Tarifa Adjudicación 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100Energ. Eólica (400 MW) 96,709 40,877 42,041 85,581 132,784 143,971 135,552 146,698 143,145 123,441 101,117 103,006 1,294,920
Tipo de generación Ene-09 Feb-09 Mar-09 Abr-09 May-09 Jun-09 Jul-09 Ago-09 Sep-09 Oct-09 Nov-09 Dic-09Hidráulica 1,896,317 1,720,818 1,793,926 1,713,150 1,647,720 1,494,995 1,354,813 1,097,434 1,088,890 1,333,039 1,451,124 1,734,740Térmica 692,237 675,703 863,013 833,170 982,913 1,058,585 1,250,457 1,527,665 1,485,028 1,346,513 1,179,270 982,257Total (Mw) 2,588,554 2,396,522 2,656,939 2,546,320 2,630,633 2,553,579 2,605,269 2,625,099 2,573,918 2,679,552 2,630,394 2,716,996 31,203,775
Costo Var. Elevado (6% Tot Gener.) * 155,313 143,791 159,416 152,779 157,838 153,215 156,316 157,506 154,435 160,773 157,824 163,020 1,872,226
Costo Total Diesel 10,449,991 10,538,944 24,007,945 17,241,642 17,397,952 35,747,556 40,780,281 34,418,723 32,739,208 30,849,141 27,829,046 9,018,906 291,019,332
Costo Total Diesel y Eolica 13,613,979 11,630,643 21,880,737 16,141,646 16,040,016 16,553,881 18,972,206 17,031,557 16,707,903 19,507,384 20,110,815 13,620,782 201,811,551
Ahorro (Postivos) -3,163,988 -1,091,700 2,127,207 1,099,995 1,357,936 19,193,674 21,808,075 17,387,166 16,031,305 11,341,757 7,718,231 -4,601,877 89,207,781
* Centrales Diesel ,Centrales Turbo Vapores Residuales, R600 y Fallas
Estimaciòn de ahorro en dólares del Sistema Interconectado al ingresar la Energía Eólica
En esta tabla se aprecia que el resultado final, al reemplazar parte de la generación térmica diesel con400 MW de generación Eólica ( datos reales medidos de viento 2013 valorizado a $100 el MWh e incluirla comoparte del 6% que se gasta en combustibles caros), el resultado final con los datos proyectados del 2013 del
COES es un ahorroal sistema de 89 millones de dólares. Adicionalmente se han importado equipos de emergencia y eso lo paga el
Usuario.
Proyecciones del COES 2014