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1 La verificación de rendimiento de los parques eólicos Rafael Zubiaur Barlovento Recursos Naturales S.L., España [email protected] Hall 7, stand B18 Wind PowerExpo 2009 Sesión I.II. Diagnóstico y análisis de la eficiencia de los parques eólicos. *Ensayo de curva de potencia

Rafael Zubiaur. BARLOVENTO

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La verificación de rendimiento de los parques eólicos

Rafael Zubiaur

Barlovento Recursos Naturales S.L., Españ[email protected]

Hall 7, stand B18

Wind PowerExpo 2009Sesión I.II. Diagnóstico y análisis de la eficiencia de los parques eólicos.

*Ensayo de curva de potencia

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BARLOVENTO ¿QUIÉNES SOMOS?

ASESORES TÉCNICOS INDEPENDIENTES Y LABORATORIO DE ENSAYOS

• Consultores en energías renovables.

• Proyectos en más de 30 países: Europa, América, África y Asia.

• Asesor Técnico en más de 10.000 MW eólicos y 400 MW fotovoltaicos construidos.

• “site assessment” de más de 1000 parques eólicos.

• Gestión de más de 1000 torres de medición.

• Acreditaciones para ensayos de energías renovables.

• Miembros de Measnet (ensayo de curva de potencia).

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BARLOVENTO

Laboratorio de Ensayos, acreditaciones ENAC de acuerdo a ISO 17025:

• Aerogeneradores (Curva de Potencia1), miembro de MEASNET.• IEC 61400-12-1

• Campañas de Medidas Meteorológicas2:• IEC 61400-12-1• UNE EN 500520• Orden de medidas de la DGA (ORDEN de 6 de julio de 2004, del Departamento de Industria, Comercio y Turismo).

• Certificado Sistema de Gestión I+D+i AENOR UNE 166002.

1 1, 2

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1. Introducción2. Desvíos en la evaluación del recurso3. La verificación del rendimiento4. Conclusiones

CONTENIDO

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• El proceso de evaluación del recurso eólico conduce a la producción media estimada a largo plazo.

• El proceso de evaluación encierra incertidumbres que se traducen en incertidumbre en la producción (ingresos).

• La principal fuente de incertidumbres en la evaluaciónprocede de las medidas: son necesarias medidas de calidad y cantidad suficientes.

• Los desvíos respecto a la producción prevista pueden estarligados al emplazamiento, al aerogenerador o al parque.

1. INTRODUCCIÓN

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Campaña de medidasVelocidad, dirección, P, T, densidad aire

Extrapolación altura buje

Estación de referencia y Largo plazo

Modelo de campo de vientos

Modelo de parque:-Curva de potencia,-Estelas,-Disponibilidad,-Pérdidas

Resultados:-Producción anual estimada a largo plazo,-Incertidumbre del resultado:P50, P75, P90

EVALUACIÓN DE PRODUCCION

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ORIGEN DE LAS DESVIACIONES:• Evaluación de condiciones de viento y ambientales

(medidas, perfil vertical, largo plazo, hielo, temperaturasaltas, …).

• Modelos de campo de vientos.• Diseño del parque (estelas, clase-subclase inadecuadas).• Rendimiento del aerogenerador (curva de potencia y

disponibilidad).• Operación.

2. DESVÍOS EN LA EVALUACIÓN DEL RECURSO

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Campaña de medidasVelocidad, dirección, P, T, densidad aire

Extrapolación altura buje

Estación de referencia y Largo plazo: Vave, VrefRosas de distancias

Modelo de campo de vientos

Posiciones de turbina:Upflow, características de terreno complejo,Turbulencia (Frandsen),…

Resultados:-Clase y subclase de turbina en cada posición,-Estrategias de WSM

DISEÑO DE PARQUE

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• Incorrecta evaluación de las condiciones ambientales: IEC 61400-1.

– Velocidad en cada posición,– Velocidad extrema Vref– Nivel de turbulencia

• Aerogenerador de Clase, Subclase no idóneas.• Disposición de aerogeneradores inadecuada puede

conducir a:–Incorrecta evaluación de subclase.–Menor disponibilidad.–Más averías.–Mayores pérdidas por estelas.

RIESGOS DEL DISEÑO

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• La principal forma de evitar las desviaciones es mejorarla campaña de medidas:

–Más torres, más altas, instrumentación de calidad, equipos redundantes,

–Sistemas de medida remota: sodar, lidarNORMAS: IEC 61400-12-1, recomendaciones IEA y

Measnet, Orden de medidas DGA,

• Las medidas ayudan a disminuir el error de losmodelos de campo de vientos.

• Las campañas de medidas más largas y con más torrespermiten la mejora del diseño del parque.

MEJORAS EN LA EVALUACIÓN DEL VIENTO Y DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES Y EN EL DISEÑO

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• La verificación del rendimiento suele formar parte de las comprobación de garantías de suministro, pero además:

• la verificación del rendimiento es útil para:

–Conocer el comportamiento real del aerogenerador en las condiciones del emplazamiento.

–Seguimiento de la degradación del rendimiento durante toda la vida del parque.

–Verificación de las actuaciones correctivas o mejoras.

• Los desvíos en el rendimiento (curva de potencia) pueden tener origen en el aerogenerador y/o en las condiciones ambientales: perfil vertical, turbulencia, …

3. RENDIMIENTO DE AEROGENERADOR Y PARQUE

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ALGUNOS EJEMPLOS:.

• Influencia de temperatura en la curva de potencia,

• Influencia del perfil vertical,

AEP SITE 3

92

94

96

98

100

102

104

106

4 5 6 7 8 9 10 11AVG. WIND SPEED (m/s)

% A

EP T

otal

α < 0.120.12 < α < 0.17α > 0.17

N o rm alized p o w er fo r d ifferen t tem p eratu re ran g es

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0 5 10 15 20 25 30

W ind speed (m/s)

Nor

mal

ized

pow

er

T < = 0

T < = 2

T < = -2

All data

T > = 2

T < = 10

T > 10

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I. Ensayo de curva de potencia, norma IEC 61400-12-1. Ed. 2005

II.Verificación con anemómetro de góndola, IEC 61400-12-2 en preparación.

III.Verificación de curva de parque , IEC 61400-12-3 en suspenso.

Además:

IV.Medida de disponibilidad (en inicio).

TRES ENFOQUES EN LA VERIFICACIÓN DEL RENDIMIENTO:

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• Ensayo de aerogenerador en condiciones controladas:

– Medidas meteorológicas y de potencia.

– Para una densidad del aire se obtiene Potencia = F (Vbuje)

– Formulación demasiado simple (en revisión).

• Ventaja:

– Proceso controlado.

– Permite conocer el comportamiento real del aerogenerador en condiciones específicas del emplazamiento.

– Permite un seguimiento de la degradación del rendimiento durante toda la vida del parque.

– Identificación de posibilidades de mejora.

– Verificación de las actuaciones correctivas o mejoras.

• Inconveniente: Medida en reducido número de máquinas en un parque.

I. Ensayo de curva de potencia, según IEC 61400-12-1

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i. Estudio de obstáculos+aerogeneradores => SECTOR VÁLIDO

ii. Selección de punto de torre: 2-4 D

iii. Estudio de orografía => necesidad de calibración emplazamiento

iv. (Calibración emplazamiento)

v. Medida de curva de potencia.

vi. Evaluación de curva y AEP

Esquema del proceso de ensayo de curva de potencia:

DISPERSIÓN DE PUNTOS. POTENCIA ACTIVA ESTATORAsunto: 2007-013. P.E. San Lorenzo (SLA-11). Base de Datos B

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

0

Velocidad del Viento a la Altura de Buje (m/s)

Pote

ncia

Act

iva

(kW

)

Valores Mínimos

Valores Máximos

Desviación Estándar

Valores Medios

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i. - Equipos meteorológicos: 2 anemómetros, 1 veleta, Temp, ii. Presión, Lluvia.iii. - Medida eléctrica: Transformadores de tensión e intensidad,iv. Convertidor de potencia.v. - Sistema de Adquisición de datos.vi. - Señales de disponibilidad del aerogenerador.

vii. - Requisitos en cuanto a brazos soporte de instrumentación y torre.

viii. - Instrumentación calibrada, especialmente anemómetros.

Campaña de medida:

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• Ensayo basado en el empleo de la medida de la velocidad de góndola:

“Free stream wind speed” se obtiene a partir de la velocidad de góndola a través de una función de transferencia (“Nacelle Transfer Function”)

Vfree = NTF (Vgóndola)

• A partir de las medidas de potencia y Vfree se obtiene la curva de potencia (Nacelle PowerCurve):

Potencia = NPC (Vfree)

• Inconveniente: – El anemómetro muy influenciado por rotor y góndola: mayor incertidumbre que el ensayo

de curva de potencia.– Dependencia de las condiciones específicas del sitio: perfil y turbulencia.

• Ventaja:

– Velocidad de góndola disponible en todos los aerogeneradores.– Utiliza instrumentación existente.– Velocidad próxima al centro del rotor.

II. Verificación con anemómetro de góndola, IEC 61400-12-2 (en preparación)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0.25

-0.7

5

1.25

-1.7

5

2.25

-2.7

5

3.25

-3.7

5

4.25

-4.7

5

5.25

-5.7

5

6.25

-6.7

5

7.25

-7.7

5

8.25

-8.7

5

9.25

-9.7

5

10.2

5-10

.75

11.2

5-11

.75

12.2

5-12

.75

13.2

5-13

.75

14.2

5-14

.75

15.2

5-15

.75

16.2

5-16

.75

17.2

5-17

.75

Velocidad góndola

P31P32P33C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10

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Tratamiento similar al del ensayo de curva de potencia, pero:¡resultados en todos los aerogeneradores!

¡No lineal!

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• Ensayo basado en el empleo de medidas en torres en torno al parque, para obtener una curva de potencia de parque:

Potencia parque = F (V, dirección, ρ)

• Ventaja:

– Engloba estelas.– Describe el parque en conjunto (diseño del parque, aerogenerador elegido,

pérdidas, …)– Puede englobar la disponibilidad.

• Inconveniente: – Incorpora error de modelos de viento.– Sólo aceptable en terrenos poco complejos.

III. Curva de parque, IEC 61400-12-3 (tramitación parada)

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010

2030

40

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120

130

140150

160170180

190200210

220

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240

250

260

270

280

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340 350

M ET1

010

2030

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50

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70

80

90

100

110

120

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180190

200210

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260

270

280

290

300

310

320330

340350

M ET2

- Según la dirección del viento, se considera la torre que no esté influenciada por los aerogeneradores

- Los sectores válidos vienen determinados por la misma consideración de obstáculos de la norma IEC 61400-12-1

EJEMPLO 61400-12-3: PARQUE CON 2 DIRECCIONES PREDOMINANTES

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1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105 113 121 129 137 145 153

Potencia Estimada Potencia Medida

Total Energía Esperada durante la prueba

(MWh) 56000

Total Energía Medida durante la prueba

(MWh) 53760

Eficiencia 96%

Resultados:

- Serie de potencia esperada con modelo de parque

- Se comparan resultados de energía esperada – energía medida y se establecen criterios de cumplimiento

- En fase de explotación, puede usarse el procedimiento para detectar desviaciones y analizarlas

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4. CONCLUSIONES• La principal forma de mejorar las predicciones de producción es mejorar la campaña de medidas.

NORMAS: IEC 61400-12-1, recomendaciones IEA y Measnet, Ordende medidas DGA, recomendación IEA sodar (borrador)

• El diseño inadecuado se traduce en pérdidas de producción: estelas, indisponibilidad, averías, …

NORMA: IEC 61400-1

• Para la evaluación de recursos serían necesarias curvas de potenciaespecíficas, no genéricas.

NORMA: IEC 61400-12-1 (en revisión)• La verificación del rendimiento permite no sólo la verificación del cumplimiento de garantías, sino también mejorar la operación.

NORMAS: IEC 61400-12-1, IEC 61400-12-2

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Rafael Zubiaur BARLOVENTO RECURSOS NATURALESC/Pintor Sorolla 8, 1ºA26007 Logroño (La Rioja)Tel 941287347 Fax 941287348www.barlovento-recursos.comrzubiaur@barlovento-recursos.com

GRACIAS POR SU ATENCIÓN