TURBINAS DE EJE HORIZONTAL DE ALTA...

TURBINAS DE EJE HORIZONTAL DE ALTA POTENCIA

Componentes principales

Rotor

Palas (1) y controles aerodinámicos

Hub (2)

Tracción

Caja reductora (3)

Generador (6)

Ejes de alta y baja

Sistema de orientación (4)

Góndola (8)

Torre y fundación (5)

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

1


Rotor

Palas (materiales, construcción, formas)

Aerodinámica y resistencia mecánica

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

2


Rotor

Palas (transporte)

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

3


Rotor

Hub

Vincula las palas con el eje principal.

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

4


Rotor

Controles aerodinámicos

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

5


Sistema de tracción (con caja reductora)

Rodamientos

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

6


Sistema de tracción (con caja reductora)

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

7


Sistema de tracción

Freno del eje principal

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

8


Sistema de orientación de la góndola

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

9


Góndola

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

10


Torre

Tubulares de acero

Concreto

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

11


Fundación

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

12

SISTEMA DE TRANSMISIÓN ELECTROMECÁNICA

Para turbinas de velocidad fija

En los parques actuales no se utiliza este tipo de tecnología.

Utilizan generadores de inducción jaula de ardilla y una caja reductora para adaptar la baja velocidad del rotor a la velocidad nominal del generador.

Velocidad aprox. constante, variación del deslizamiento menor al 1% (Tipo 1). Como alternativa (Tipo 2), cuando la velocidad de viento es mayor a la nominal se intercalan resistencias en el rotor (deslizamiento variable) y la operación es más parecida a uno de velocidad variable.

El generador absorbe potencia reactiva por lo que se incluye un banco de capacitores para corregir el factor de potencia.

Requiere arrancador suave para llevarlo a velocidad nominal

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

13

FA

E -

Cla

se

23


Para turbinas de velocidad variable

Se reconocen dos esquemas conceptualmente diferentes

Doblemente alimentadas (doubly-fed)

De escala completa o full converter

Baja velocidad (o direct drive), media velocidad y alta velocidad

Ambas tecnologías utilizan convertidores electrónicos de potencia y se diferencias por el tipo y tamaño del generador y por la función y potencia de los convertidores.

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

14

FA

E -

Cla

se

23


Turbinas de velocidad variable con DFIG (Tipo 3)

Utilizan un generador asincrónico con rotor bobinado, también conocido como de inducción doblemente alimentado (DFIG).

El control se realiza con dos convertidores enfrentados (back-to-back) conectados al circuito rotórico mediante anillos rozantes y escobillas.

El flujo de potencia por el rotor y convertidores (~30% de la potencia nominal del generador, i.e. chicos) es bidireccional dependiendo de la velocidad del rotor.

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

15

FA

E -

Cla

se

23


Turbinas de velocidad variable con DFIG (cont.)

El convertidor permite controlar:

La velocidad de la máquina en un rango de ±30% de la velocidad nominal, extendiendo el rango de operación con extracción de la máxima potencia del viento (incrementa la producción de energía).

El factor de potencia en bornes, inyectando potencia reactiva para soporte de la red eléctrica (exigidos por los códigos de red).

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

16

FA

E -

Cla

se

23


Turbinas de velocidad variable full-converter

Pueden utilizar un generador asincrónico o sincrónico de imanes permanentes.

El convertidor se ubica en el estator. Debe manejar toda la potencia de la máquina (más grande).

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

17

FA

E -

Cla

se

23


Turbinas de velocidad variable full-converter (cont.)

El convertidor back-to-back en el estator:

Desacopla el generador y la transmisión mecánica de la red, reduciendo el impacto ante fallas en la red y mejorando las características eléctricas para el acoplamiento al sistema de potencia.

Controla el torque y la velocidad de la turbina en todo el rango de viento. Mejora la producción de energía.

Controla completamente la potencia activa y reactiva.

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

18

FA

E -

Cla

se

23



De baja velocidad

Utiliza un generador sincrónico de baja velocidad con imanes permanentes o con excitación externa. No utiliza caja reductora (gearless o direct drive).

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

19

FA

E -

Cla

se

23

https://www.enercon.de/en/technology/#showVideo



De media velocidad

Requiere utilizar una caja reductora simple o de dos etapas con un generador sincrónico compacto (100-500 rpm).

Bajo peso (12.5-25tn) y tamaño.

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

20



De alta velocidad

Requiere utilizar una caja reductora con varias etapas (normalmente 3).

Puede usar un generador sincrónico o de inducción jaula de ardilla (~2000 rpm).

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

21

FA

E -

Cla

se

23


Convertidores

ABB ACS880, 1-8 MW

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

22

FA

E -

Cla

se

23

TURBINAS COMERCIALES

DFIG con caja reductora

Vestas V90 3.0 MW

Potencia nominal: 3 MW

Clase IEC: IA y IIA

Diámetro rotor: 90 m

Área barrida: 6,362 m2

Velocidad nominal: 16.1 rpm

Rango velocidad: 8.6 - 18.4 rpm

Generador: DFIG 4-polos

Caja reductora: dos etapas

planetarias y una helicoidal

Regulación de potencia por

pitch con velocidad variable

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

23


Full converter - direct drive

EWT 52/54

(500 kW)

http://www.ewtdirectwind.com/

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

24


Full converter - direct drive

Enercon E-101 E2 / 3,500 kW

Potencia nominal: 3.500 kW

Diámetro del rotor: 101 m

Área barrida: 8012 m²

Clase de viento: IEC/EN IA

Palas: GRP (resina epoxi)

Velocidad: 4-14,5 rpm

Control de pitch independiente

con energía de emergencia

Generador: síncrono en anillo

con acoplamiento directo

Conexión a red: convertidor ENERCON

Freno mecánico del rotor, bloqueo de rotor

Sistema de control de orientación activo

http://www.enercon.de/

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

25


Full converter – con caja

Vestas V136 4.2MW

Pitch regulated with variable speed

Rated power 4,000 kW/4,200 kW

Cut-in/out wind speed 3/25 m/s

Wind class IEC IIB/IEC S

Sound Maximum 103.9 dB(A)

Rotor diameter 136 m

Swept area 14,527 m2

Air brake full blade feathering with 3

pitch cylinders

Converter full scale

Gearbox: two planetary and one helical

Nacelle: H 6.9 m, W 4.2 m, L 12.8 m

Hub: H 3.8m, W 3.8m, L 5.5 m

Blade: L 66.7 m, max. chord 4.1m

https://www.vestas.com/en/products/turbines/v136-_4_2_mw#!at-a-glance

Vestas V 136 3.45 MW

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

26

GRANJAS EÓLICAS

Características

Ventajas de la centralización

Reducción de costos de desarrollo (costos fijos)

Simplificación de conexiones a las líneas de transmisión

Simplificación del acceso para mantenimiento y operación

Mayor potencia en el punto de acoplamiento a la red (PCC) permitiendo colaborar en tareas de servicio

27

On-shore Off-shore

GRANJAS EÓLICAS

Configuración del parque

Separación típica para reticulados lineales.

28

Parque eólico Rawson (80 MW)Parque eólico Corti (100 MW + 50 MW)

GRANJAS EÓLICAS

Configuración del parque (cont.)

Se busca reducir la interferencia entre turbinas y aprovechar al máximo el recurso. El emplazamiento final se realiza mediante software, e.g. WAsP (www.wasp.dk)

Ejemplo conceptual: arreglo cuadrado con turbinas equidistantes

La eficiencia disminuye con la cantidad de turbinas y el efecto es menor cuanto mayor es la separación.

Efecto de duplicar la separación de las turbinas (incrementa la superficie 4x)

Caso A : 4 turbinas

Eficiencia 4D = 80%

Eficiencia 8D = 95% (+15%)

Caso B: 100 turbinas

Eficiencia 4D = 50%

Eficiencia 8D = 85% (+35%)

A

B

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

29

GRANJAS EÓLICAS

Configuración de las turbinas y la red eléctrica

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

30

GRANJAS EÓLICAS

Etapas principales para el desarrollo de una granja

Se siguen los pasos típicos de cualquier central de generación pero con las particularidades del caso.

Se pueden identificar los siguientes pasos

Selección del lugar de emplazamiento (prefactibilidad)

Estudios de factibilidad del proyecto

Medición del viento (MCP), micrositing

Preparación y obtención de los permisos correspondientes

Estudios de impacto ambiental (EIA)

Solicitud de ingreso al MEM, estudio de ampliación de acceso a capacidad de transporte, presentación de obra eléctrica a construir

Audiencia pública

Contrato de abastecimiento.

Construcción

Operación

Disposición final

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

31

GRANJAS EÓLICAS

Códigos de red

Establecen los requisitos que deben cumplir los parques para conectarse al sistema eléctrico.

Fueron evolucionando en el tiempo, incrementando las exigencias a medida que el nivel de penetración aumentaba. Marcaron un camino para el desarrollo de tecnología.

Cada país tiene su propio código de red que depende de las características propias del sistema de transmisión y del tipo de generación.

Se tiende a la unificación de criterios (Europa).

Requerimientos

Estado estacionario: diagramas PQ, limitación de potencia.

Estado transitorio ante pequeñas perturbaciones: variaciones de tensión y frecuencia, regulación de tensión y frecuencia.

Estado transitorio ante grandes perturbaciones: huecos de tensión (LVRT, HVRT, inyección de reactivo), emulación de inercia.

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

32

GRANJAS EÓLICAS

Normativa en Argentina (cont.)

Anexo 40 – Generación eólica

“Establece el tratamiento en el MEM de la generación eólica, atendiendo a las particularidades del equipamiento involucrado y a la naturaleza del recurso, circunstancia que lo diferencia en algunos aspectos de la generación convencional.”

Para el ingreso debe tener

Potencia mínima de 1MW.

Factor de potencia de 0.95 inductivo y capacitivo.

Los requisitos adicionales se definen según el tipo de granja

Granjas tipo A: la potencia de la granja es alta respecto a la potencia de cortocircuito en el PCC.

Granjas tipo B: la potencia de la granja es pequeña y no produce variaciones de tensión que exceden los valores indicados.

No se exige control de tensión y puede funcionar con factor de potencia constante. Característica P-Q triangular.

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

33

NORMATIVA GRANJAS ARGENTINA

Generación eólica MEM (Anexo 40)

Granjas tipo A:

No deben provocar variaciones de tensión en el PCC superiores al 1% (132-500kV), 2% (35-132kV) y 3% (hasta 35kV) ante variaciones de viento.

Se definen dos tipos de variaciones de potencia debidas al viento:

Mayor variación rápida de generación: valor de la máxima variación estimada de potencia activa, dentro de períodos de 10 minutos.

Mayor variación frecuente de generación: valor de la máxima variación de potencia activa, dentro de una hora, de los 6 valores de potencia media registrada cada 10 min. que no es superado el 95% del tiempo

Deben controlar la tensión en el PCC o en un punto interno.

Característica P-Q de tipo pentagonal.

Evitar desconexión simultánea de todos los aerogeneradores ante vientos extremos.

Soportar fallas del SADI correctamente despejadas.

DIE

C-U

NS

-1

er c

ua

t. 20

19

FA

E -

Cla

se

23

34

TURBINAS DE EJE HORIZONTAL DE ALTA...

Documents

Transcript of TURBINAS DE EJE HORIZONTAL DE ALTA...