• Medición de sus parámetros
Energía eólica proviene del sol
Calentamiento diferenciado de la atmosfera sumado a la rotación de
la tierra promueve movimiento de masas de aire (viento)
El calentamiento no uniforme de la atmosfera se debe entre otros
factores a la orientación de los rayos solares y al movimiento de
la tierra.
Una estimación de la energía total disponible en los vientos
alrededor del planeta es !ec!a en base a la !ipótesis de "ue el #$
de la energía solar absorbida por la tierra es convertida en
energía cin%tica de los vientos
Una transformación del #$ de la energía solar incidente parece
pe"ue&a pero representa centenares de veces la energía
producida por las centrales el%ctricas alrededor del mundo
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
E'isten lugares de la tierra por los mecanismos "ue lo producen en
donde los vientos amás* dean de soplar (calentamiento +onas
ecuatoriales y enfriamiento +onas polares)
,os vientos planetarios constantes se clasifican en-
lisios van de los trópicos para el ecuador (baas latitudes)
Contra/lisios de +onas ecuatoriales !acia los polos
0ientos del 1este de los trópicos para los polos
(rgentina/2atagonia latitud 4)
0ientos polares masas de aire frio de los polos !acia +onas
templadas
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
6ada la inclinación del ee de la tierra #3.78 en relación al plano
de su orbita en torno al sol sucede-
0ariaciones estacionales de la distribución de radiación solar por
lo tanto cambio estacional en intensidad y duración de los
vientos.
9urgen vientos continentales o periódicos llamados mon+ones y
brisas
:on+ones- vientos periódicos "ue cambian de dirección cada seis
meses apro'imadamente
;risas- suceden por la diferente capacidad de absorción de calor
"ue tienen las superficies (mar y continente) por lo tanto surgen
vientos "ue soplan del mar !acia el continente y viceversa.
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
decuarse a la variabilidad del viento
6entro de un clima regional !ay una gran variación en pe"ue&a
escala dependiente de-
,a proporción de tierra y mar la presencia de monta&as y
valles.
El tipo de vegetación "ue puede tener un gran efecto sobre la mayor
o menor absorción o refle'ión de la radiación solar y por lo tanto
el cambio en el movimiento de masas de aire.
,ocalmente la topografía tiene un gran efecto sobre el
viento.
<n más cerca obstáculos como arboles y construcciones afectan
claramente al recurso.
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
decuarse a la variabilidad del viento
6ada una locación o sitio la variabilidad temporal en escala grande
es muy importante por eemplo de un a&o al pró'imo. Estas
variaciones de largo tiempo no son a<n bien entendidas y
dificultan la viabilidad económica de un proyecto
En tiempos de escala más pe"ue&os menores a un a&o las
variaciones estacionales son muc!o más predecibles
un"ue las variaciones en escala de tiempos menores (unos pocos
días) es entendida es difícil predecir lo "ue puede ocurrir por
encima de algunos días (variación sinóptica).
,a variación sinóptica esta relacionada con el pasae de sistemas
temporales. 6ependiendo del lugar !ay variaciones diarias las
cuales son bastante bien estimadas.
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
2redicción
,a predicción es de suma importancia para integrar gran cantidad de
energía eólica en la red el%ctrica.
2ermite al operador planificar el despac!o de las otras
generaciones
2or debao del minuto !acia los segundos la variación del viento es
conocida como turbulencia. Este efecto es muy importante sobre el
dise&o y desempe&o de las turbinas mismo en la calidad de
la energía suministrada.
0an der =oven (>?7@) construyó un espectro de la velocidad del
viento en donde se pueden observar picos de intensidades
correspondientes a los efectos sinóptico diurnos y
turbulentos.
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
2or"u% es tan importante caracteri+ar el viento de un lugarA
,a energía disponible en el viento varia con el cubo de su
velocidad.
2or lo tanto el entendimiento del recurso eólico es crítico para
todos los aspectos de la e'plotación de la energía eólica.
Bdentifica si un sitio es adecuado o viable económicamente para la
e'plotación y proyección de una grana eólica.
2ermite un dise&o adecuado de las turbinas eólicas.
9u entendimiento permite operar adecuadamente la distribución
el%ctrica y su posible impacto.
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
6el punto de vista del aprovec!amiento de la energía eólica es muy
importante conocer los diferentes tipos de variaciones de la
velocidad del viento a saber- anuales estacionales diarias y de
corta duración.
2ara tener un buen conocimiento del r%gimen de los vientos no es
suficiente basarse en el análisis de datos de un a&o. Cuanto
mayor cantidad de datos anuales son colectados más confiables serán
las características levantadas del r%gimen del lugar.
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
,a física de la atmosfera es complea no lineal y posee infinitos
grados de libertad
9u dinámica es escrita matemáticamente por las ecuaciones de
avier/9toDes "ue se derivan del principio de la conservación de la
masas y de la cantidad de movimiento
o se obtienen soluciones analíticas debido a la alinealidad de las
ecuaciones "ue gobiernan el fenómeno
9oluciones apro'imadas de algunos estados reales de la atmósfera se
obtienen a trav%s del uso de !ipótesis simplificadas
fin de evitar las dificultades de resolver un sistema de ecuaciones
no lineales se divide la atmosfera en diversas capas !ori+ontales
"ue representan los diferentes regímenes de fluo. Estas capas son
definidas en función del fenómeno físico dominante
2ara fines eólicos la capa de la atmosfera "ue interesa es la
troposfera "ue se e'tiende !asta los >4m por encima del
suelo
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
Ley Logarítmica
•U(Zref) velocidad a la altura de referencia
•Zo Rugosidad en metros
•Z altura en metros
Ley Exponencial
0ariación de la velocidad del viento con la altura
0ariación de la velocidad del viento con la altura
v = velocidad del fluido
Eemplo-
9e tiene una turbina eólica de 7 metros de diámetro cuyo ee de
rotor se encuentra a una altura de >7 metros. 9i se considera la
rugosidad del terreno igual a 4.# y en un instante la velocidad del
viento medida a >4 metros de altura es de #7DmG!. Calcule para
dic!o instante la potencia disponible en el viento "ue atraviesa el
rotor de dic!a turbina.
6onde potencia disponible viento-
0ariación !ori+ontal de la velocidad del viento durante un período
de >4 minutos (muestras a =+ #44 puntos)
(Desviación Standard, No cambia con la altra!
Intensidad de "rblencia # I$%U U (&elocidad media , Si cambia
con la altra!
Turbulencia en terrenos planos
:edia 5epresenta el centro del conunto de datos-
,- ,.!.#.'"""./-
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
Henómeno estocástico caracteri+ado por parámetros
estadísticos
:ediana e"uidista de los valores e'tremos divide a conunto
de datos en
dos partes iguales.
,a mediana representa meor el valor central de datos
,a media es muy afectada por los valores e'tremos
0alores pró'imos de media y mediana indican un conunto de datos
bastante sim%tricos
:edidas de dispersión- Bndican el apartamiento de los elementos del
conunto en torno a la media
0ariancia- 6ado un conunto : de valores 0i
6esvio 9tandard-
:- + fi (n8 de observaciones)
6e E. :J 3K
0- velocidad media suma de cuarta columna dividida por :
0ariancia- suma de "uinta columna dividida por :
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
0ariancia
Hrecuencia relativa evita trabaar con valores elevados cuando la
muestra es grande
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
C,9E de 0elocidad - ecesidad de representación de las
velocidades debido a la
cantidad de muestras y a sus valores con decimales.
9e define-
1 -.. -// -0 3 1.. 1// 10
=istograma de Hrecuencias relativas
Hácil visuali+ación y obtención de fri de cada clase 9e puede
obtener valores como la media y desvíos
Hrec. 5elat.
=istograma de Hrecuencias acumuladas
Bndica la frecuencia de clase acumulada es decir por eemplo para la
clase de velocidad >4 tengo el ?>$ de las ocurrencias del
fenómeno.
Hrec. cumul.
:uestras
2eríodo de muestra- intervalo de tiempo utili+ado para el cálculo
de las medias de las
velocidades de viento a ser almacenadas.
9eg<n análisis se obtiene mayor precisión con períodos de
muestra de >4 minutos.
9e reali+an medidas con frecuencia de > segundo es decir a
>=+. 2or lo tanto se obtienen K44
medidas cada >4 minutos de la cual se obtiene la media
representativa de dic!o intervalo.
,as planillas dan > muestras diarias.
parte de los valores medios se acumulan los mínimos y má'imos del
intervalo die+ minutal
luego se agrega además el desvío correspondiente.
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
9u configuración depende de las características particulares del
proyecto de cada sitio.
,as medidas son transferidas a un computador "ue podrá ser local o
remoto en formato de te'to para ser
luego editadas y procesadas.
parte de la magnitud de velocidad se guarda su dirección más
registros de temperatura presión y !umedad
todos con sus correspondientes desvíos.
El 6T,1LLE5 acumula para el caso de velocidad y dirección datos de
sensores ubicados a diferentes
alturas.
6ía Típico
0elocidad representativa !oraria se obtienen las medias de cada
!ora del día.
9e configura una planilla con las medias !orarias mensuales.
9e establece un día típico mensual estacional y anual.
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
6ía típico
:uy importante permite estimar la distribución de potencia a lo
largo de un día.
Lráfica de día típico anual
0elocidad (mGs)
Es necesario elaborar planillas estacionales y anuales.
Es recomendable medir más de un a&o.
9uele ser representativo para el sitio medir un a&o y luego
correlacionar con estaciones meteorológicas cercanas por los menos
>4 a&os para atrás.
,os datos de la medida y su procesamiento son de vital
importancia a la !ora de proyectar un par"ue eólico.
Cuanto menor sea la incertidumbre sobre lo medido mayores
posibilidades de %'ito tendrá un determinado proyecto.
la !ora de evaluar rentabilidad de un proyecto surgirán otros
condicionantes como disponibilidad de terreno cerc anías de
poblados la topografía del lugar acceso al mis mo (tener en cuenta
"ue un ae rogenerador
de #.> :M posee una torre de alrededor ?4m de alto y palas
cercanas a los 74m) por lo tanto las posibilidades de llegada al
lugar uegan un papel importante a tener en cuenta. 1tro factor no
menor es la posibilidad de
:edición de la dirección del viento (,a 5osa de los 0ientos)
5epresenta la frecuencia de la dirección de los vientos
medidos
2ermite determinar las direcciones dominantes de los vientos
,a frecuencia relativa de ocurrencia esta asociada con las
circunferencias conc%ntricas.
El cero grado indica el norte.
Es buen dato a la !ora de evaluar un sitio "ue los vientos
predominen de una determinada
dirección
:edición de la dirección del viento (,a 5osa de los 0ientos)
Eemplo Ciudad de Cutral/Co 2rovincia del eu"u%n.
0 00E
##"$
6istribución de Meibull
•,a variación de viento en un lugar es generalmente bien descripta
en su comportamiento de acuerdo a una distribución de
probabilidades de Meibull
Eemplo Ciudad de Cutral/Co 2rovincia del eu"u%n.
0- 0elocidad del viento
5elacionado con el desvío standard
C- factor de escala
6imensión de velocidad (mGs)
6istribución de Meibull
,a distribución de Meibull se adapta a los valores reales medidos
(Nustus >?@?)
6atos medidos
- 0elocidad media del viento
Hunción L:: O* relaciona los parámetros c y D de la Meibull
0elocidad media
0arian+a
2arámetro D
nemómetros veletas medidores de presión y temperatura se ubicaran
adecuadamente
sobre una torre de medición.
fuente- 56C"OR 7ERNANDO A""IO, 7ERNANDO "ILCA
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
;uen 6ise&o
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
6ise&o 1 6ECU61
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
:ontae nemómetros
:ala ubicación puede traer errores en la medición mayores a los
indicados por calibración.
9u ubicación en la estela de la torre no refleará la medida
real.
;uena ubicación origina errores menores al >$
,a altura del anemómetro en la evaluación de energía será a la
altura de bue de molino.
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
:ínima perturbación en ubicación a 78 respecto al viento
incidente
:ínima distancia entre el ee de la torre y el del rotor igual a
veces el diámetro de la torre.
9i se coloca el anemómetro aguas arriba en la dirección del viento
incidente la distancia entre ees debe ser como mínimo K> veces
el diámetro de la torre.
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
:ínima perturbación en ubicación a ?48 respecto al viento
incidente
:ínima distancia entre el ee de la torre y el del rotor igual a 3@
veces el lado de la torre.
9i se coloca el anemómetro aguas arriba en la dirección del viento
incidente la distancia entre ees debe ser como mínimo veces el lado
de la torre.
fuente- 56C"OR 7ERNANDO A""IO, 7ERNANDO "ILCA
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
;ra+os de montae de sección circular.
Cables de anemómetro en lo posible debe ir por dentro de bra+o y
torre.
El rotor del anemómetro debe estar separado en forma vertical del
bra+o de sueción a la torre por lo menos >7 veces el espesor de
dic!o bra+o.
;uen :ontae :al :ontae
fuente- 56C"OR 7ERNANDO A""IO, 7ERNANDO "ILCA
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
Uno o dos anemómetros en el mismo nivel
Cuando se utilice un solo anemómetro la medición proveniente de la
dirección de la torre se v erá afectada por esta por lo tanto deben
ser reempla+ados por datos sinteti+ados por alg<n softQare "ue
los considere.
2ara evitar los efectos de sombra se usan dos anemómetros en mismo
nivel.
;ra+os de anemómetros formando ángulo de >P48 (torre reticulada)
y normal a la dirección del viento preponderante.
Es muy importante "ue la electrónica utilice el mismo relo de
muestreo para ambos anemómetros.
En el tratamiento de los datos a"uella medida "ue este afectada por
la estela de la torre será descartada caso contrario se promediarán
ambas mediciones.
fuente- 56C"OR 7ERNANDO A""IO, 7ERNANDO "ILCA
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
9alidas
,a energía anual del viento a trav%s del área del rotor y la
estimación de producción.
,a distribución anual de energía del viento y la producida en
función de su velocidad media considerando la TE.
Bgual anterior pero en relación a la dirección del viento
medio
fuente- 56C"OR7ERNANDOA""IO, 7ERNANDO "ILCA
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
J 6ensidad del aire típico >##7 gGm3 (dependiente
condiciones climáticas temperatura presión y !umedad)
J rea afectada por el viento en m# (área de rotor turbina)
0 J 0elocidad del viento en mGs
2d J potencia disponible en el viento
6ensidad de potencia media seg<n distribución de MEB;U,,
Vndice del recurso eólico de un lugar independiente de las
características del erogenerador
fuente- 56C"OR 7ERNANDO A""IO, 7ERNANDO "ILCA
9e dise&a rotor turbina para ma'imi+ar C2 (má'ima e'tracción de
energía)
Curva de 2otencia del erogenerador
1btenida a partir de mediciones en campo o t<nel de viento
EP Enercon
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
Cut/in - 0elocidad de viento mínima a partir de la cual se comien+a
con la generación de energía el%ctrica
0elocidad nominal- velocidad de viento nominal a trav%s de l a cual
se llega a la potencia nominal del aerogenerador
Cut/off- 0elocidad de viento má'ima !asta la cual se genera energía
el%ctrica a partir de la cual se act<a a trav%s del control
sobre el rotor de la má"uina para asegurar su vida <til.
fuente- 56C"OR7ERNANDOA""IO, 7ERNANDO "ILCA
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
Fuente: CEPE!rupo Eletro"rás
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
5elación entre la energía el%ctrica generada en un determinado
sitio en un a&o por un determinado aerogenerador y a "uella "ue
podría obtenerse si trabaase siempre a su potencia nominal es decir
la "ue surge del producto de su potencia nominal y el total de las
!oras del a&o (P@K4!)
Tambi%n suele darse en t%rminos de !oras al a&o "ue el molino
trabaa en promedio a potencia nominal. 2or lo tanto en la <ltima
ecuación se dividiría solo por la potencia nominal.
fuente- 56C"OR7ERNANDOA""IO, 7ERNANDO "ILCA
fuente- 56C"OR7ERNANDOA""IO, 7ERNANDO "ILCA
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO
Por Distribución Discreta
frecuencia de ocurrencia relativa del viento en horas
Integrando distribución de frecuencia y curva de potencia por
método numérico “Simpson’s
fuente- 56C"OR 7ERNANDOA""IO,7ERNANDO"ILCA
Por Distribución Discreta
Por Distribución Discreta
Curva de Potencia
Huente- CE2E,Lrupo Electrobras
Por Distribución Discreta
Por Distribución Discreta
Por Distribución Discreta
7actor de Capacidad
Por Integración numérica a través de Simpson’s
!"emplo# Seg8n unan9lisis de recursoeólico6referidos auna altura
debu"ede :.m6de uns itio en elsur dela provinciade ;s% <s%Se
obtuvo una distribuciónde densidadde probabilidad =uecorrelaciona
con )eibullcon par9metros /,26$C,-m's
Se pretendeinstalarun par=ueeólico con cinco*! depotencia
nominal&..3> (velocidad variabley controlde paso depala+% ?a
curva de potenciase entregaseg8n la siguiente tabla#
Se pide calcular# 2%?aestimación deenerg@a producidaporel
par=ueeólico6 considerando un 0Ade pérdidasporefecto estela yun
4Adepérdidas eléctricasgenerales%
0%7actorde Capacidad y utili5ación dela instalación%
4%?aestimación delprecio del B>hproducido6 sila inversiónno
cuenta con subsidio6y secalcula en
2&..S'3>instalado6suponiendo un costo de EFB
de0Ainversión'aGo6 tasade descuentodel 2.Ay una vida 8tildel
proyecto de0.aGos%
Huente- CE2E, Lrupo Electrobras
Huente- CE2E, Lrupo Electrobras
Con
Pm
Precio estimado de la Producción “PP
Con 6 H (tasa de retorno+ 6 i (tasa de descuento+6 (aGos+6 Inv%
(inversión+
fuente- 56C"OR7ERNANDOA""IO, 7ERNANDO "ILCA
UNIDAD 3 EL RECURSO EOLICO