MF0616_3: Operaciones y puesta en servicio deinstalaciones de energía eólica

Elaborado por: Equipo Editorial

Edición: 6.0

EDITORIAL ELEARNING S.L.

ISBN: 978-84-16199-74-7 • Depósito legal: MA 1317-2014

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Operaciones y puesta en servicio de instalaciones de energía eólica

ínDice

UD1Sistemas eólicos de producción de energía eléctrica

1.1. Producción de electricidad. Transporte, transformación y suministro de energía eléctrica ......................................................... 71.2. Principios físicos y funcionales de los aerogeneradores ................... 171.3. Instalaciones de energía eólica conectadas a la red .........................201.4. Funcionamiento de la red eléctrica. Requisitos técnicos de sistemas conectados a red ......................................................... 251.5. Circuitos eléctricos. Sistemas polifásicos ........................................ 391.6. Parque eólico .................................................................................. 911.7. Subestación eléctrica......................................................................961.8. Estaciones meteorológicas ............................................................. 971.9. Telemando y telecontrol. Software de comunicación y gestión ....................................................................................... 1071.10. Configuraciónmecánicadeunaerogenerador .............................. 1101.11. Configuracióneléctricadeunaerogenerador ................................1131.12. Gestión de instalación .................................................................. 1161.13. Sistemas de seguridad en el funcionamiento de las instalaciones ........................................................................117Lo más importante .................................................................................. 119Autoevaluación UD1 ................................................................................ 121

UD2Gestión del parque eólico

2.1. Activos:Identificación,caracterizaciónydocumentación ............. 1292.2. Estudiodeeficiencia ......................................................................1312.3. Mantenimiento: preventivo, correctivo, predictivo yplanificado ..................................................................................133

eólicaOperaciones y puesta en servicio de instalaciones de energía eólica

2.4. Gestión económica ....................................................................... 1342.5. Gestión del factor humano ........................................................... 1392.6. Gestión de los repuestos y stocks ................................................. 1442.7. Tecnología de la información ........................................................ 1442.8. Indicadores de mantenimiento .................................................... 145Lo más importante .................................................................................. 147Autoevaluación UD2 ................................................................................149

UD3Operación en parque eólico

3.1. Maniobras usuales en la explotación de una instalación de energía eólica ............................................................................... 1553.2. Sistemas manuales y automáticos para la operación en instalaciones ............................................................................ 1603.3. Maniobras en aerogeneradores .................................................... 1673.4. Maniobras en subestaciones ......................................................... 1723.5. Operaciones en modo local y remoto ........................................... 1723.6. Test de instalaciones y equipos ..................................................... 1743.7. Herramientas, equipos y técnicas para el chequeo eléctrico y

mecánico ...................................................................................... 1763.8. Toma de medidas ......................................................................... 1783.9. Valores de consigna de los parámetros característicos .................. 1783.10. Maniobrasdeenergización,puestaenservicioyparodela

instalación .................................................................................... 179Lo más importante .................................................................................. 185Autoevaluación UD3 ................................................................................ 187

UD4Seguridad en un parque eólico

4.1. Normativas de aplicación ............................................................. 1934.2. Requisitos de acceso a un parque eólico........................................ 2014.3. Procedimientos de emergencia. Seguridad y medioambiente ...... 2024.4. Vigilancia meteorológica ..............................................................208Lo más importante .................................................................................. 213Autoevaluación UD4 ................................................................................215

UD1Sistemas eólicos de producción de energía eléctrica

1.1. Producción de electricidad. Transporte, transformación y suministro de energía eléctrica

1.2. Principios físicos y funcionales de los aerogeneradores1.3. Instalaciones de energía eólica conectadas a la red1.4. Funcionamiento de la red eléctrica. Requisitos técnicos de sistemas

conectados a red1.5. Circuitos eléctricos. Sistemas polifásicos1.6. Parque eólico1.7. Subestación eléctrica1.8. Estaciones meteorológicas1.9. Telemando y telecontrol. Software de comunicación y gestión1.10. Configuraciónmecánicadeunaerogenerador1.11. Configuracióneléctricadeunaerogenerador1.12. Gestión de instalación1.13. Sistemas de seguridad en el funcionamiento de las instalaciones

eólica

7Operaciones y puesta en servicio de instalaciones de energía eólica

UD11.1. Producción de electricidad. Transporte, transformación y

suministro de energía eléctrica

La producción de energía eléctrica se realiza en los generadores eléctricos. Un ge­nerador o alternador puede también actuar como motor eléctrico. El caso más re­presentativo es el uso por parte de las locomotoras eléctricas. El uso de motores eléctricos se ha generalizado gracias a su economía, rapidez y reducida contami­nación. Los motores que utilizan los ferrocarriles son de las mismas características con los generadores utilizados por las máquinas eólicas: asíncronos.

Cuandolalocomotoranonecesitaflujoeléctricoparafuncionar,periodosdedes­aceleración, es capaz de utilizar la inercia de su movimiento para generar electri­cidad. Es lo que se conoce como freno regenerativo. Los frenos regenerativos se basan, por lo tanto, en el principio de que un motor eléctrico puede ser también utilizado como generador. El motor eléctrico de tracción es reconectado como generador durante el frenado y las terminales de alimentación se convierten en suministradoras de energía.

Cuando un buen conductor, como es el cobre, pasa a través de un campo magnéti­co, la fuerza de este campo magnético suministra la energía necesaria para que los átomos de cobre liberen los electrones de su última capa. Además estos electrones liberados se moverán en cierta dirección dependiendo de la forma en que el con­ductor cruce este campo magnético. El movimiento es relativo, puede moverse tanto el conductor como el campo magnético, para que se produzca el efecto. Por lo tanto, el generador, para producir electricidad, debe tener una espira que gire impulsada por algún medio externo y un campo magnético uniforme, creado por un imán, en el cual pueda girar la espira que está situada en su interior.

Unejemplodegeneradoreléctricoeselquemostramosen lafigura1.1.Elgirodelaespiraoriginaqueelflujomagnéticoatravésdeellacambieconelgiro, loque produce una fuerza electromotriz que a través del circuito externo originará la circulación de una corriente eléctrica. El medio externo que permite que la espira gire puede ser tradicional (turbina accionada por vapor de agua generado en una caldera que quema carbón, fuel o gas natural) o renovable (turbina accionada por las palas de un aerogenerador o por el rotor de una presa hidráulica). La frecuencia del giro de la bobina o la espira siempre deberá ser a una frecuencia determinada.

Ver imagen en la página siguiente:

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Figura 1.1. Espira girando dentro de un campo magnético

La producción de electricidad siempre se realizará en una central eléctrica. Por lo tanto, podemos definir como central eléctrica la instalación capaz de convertirenergía mecánica, obtenida mediante fuentes de energía primaria, en energía in­termediayfinal,comoeslaenergíaeléctrica.Enestepuntoesinteresanteexplicarlasdiferenciasentreenergíaprimaria,intermediayfinal.

La energía primaria es aquella que se encuentra disponible en la naturaleza, pu­diendo agruparse en energía renovable y fósil. Entre las renovables podemos des­tacar la proveniente del Sol y el viento, del agua y de la biomasa. Entre las fósiles tendríamos el uranio, el carbón y petróleo y el gas natural. Para valorar la ener­gía primaria renovable se tendrá en cuenta la energía producida y no la disponible pero no aprovechable por no existir potencia instalada que sea capaz de aprove­char esta energía proveniente de fuentes renovables.

9Operaciones y puesta en servicio de instalaciones de energía eólica

UD1La energía intermedia es aquella que sufre las transformaciones necesarias para ser consumida. Son los denominados vectores energéticos entre los que destacamos la electricidad y los combustibles(mediantetratamientodelpetróleoenrefineríasparaproducir gasolinas, gasóleos y gases licuados). También deberemos utilizar paneles solares para transformar la energía primaria del Sol en energía intermedia eléctrica.

Por último, tendremos energía final que será la consumida en el hogar o la em­presa, así como en los vehículos para el transporte de personas y mercancías (el transportenecesarioparahacer llegarestaenergíaal consumidorfinalno seríauno de los agregados que tendríamos que contabilizar en esta partida). Esta ener­gía tendría forma de calor, frío, luz y fuerza, agua caliente y desplazamientos de personas y mercancías.

En todo este proceso se producen gastos por operación de plantas, transporte, pérdidas, accidentes, etc. Por lo tanto, la cantidad de energía primaria que entra enelsistema,serásiempresuperioralafinalmenteconsumida.Además,tenemosque tener en cuenta que durante el proceso se producen impactos ambientales y contaminación que debe ser tratada y eliminada con equipos humanos y técnicos, cuyo coste se debería contabilizar como una partida más imputable al coste de la energía primaria que un país debe pagar. Las energías primarias renovables, natu­ralmente, no tienen esta repercusión negativa en cuanto a costes añadidos.

La energía eléctrica, por tanto, es una energía intermedia a la que una vez que le eliminemoslaspérdidascorrespondientestendremoslaenergíafinalconsumidaporlosusuarios.Elusuariofinalutilizalosdosvectoresenergéticos,combustiblesy electricidad, provenientes de fuentes energéticas renovables y no renovables.

Al girar el rotor a gran velocidad, gracias a la energía que le suministra la turbina, se produce una corriente en los hilos de cobre del rotor. Esta corriente proporciona al generador la fuerza electromotriz capaz de producir energía eléctrica a cualquier sistema conectado a él.

El transporte de la energía eléctrica producida se realiza a través de la red eléctrica del país en cuestión. Esta red debe tener los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumos, situados a grandes distancias, la energía generada en las centrales eléctricas.

Antes de realizar el transporte la energía producida en los generadores debe trans­formarse, elevándose su nivel de tensión. El elevar el nivel de tensión es funda­mental ya que para un nivel de potencia a transmitir, se reduce la corriente que circula por el tendido. Las pérdidas producidas por el efecto Joule se minimizan de esta forma al máximo.

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El efecto Joule es el fenómeno por el cual al circular por un conductor una corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debi­do a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que están circulando. Estos choques originan que la temperatura de este conductor se eleve considerablemente. Este fenómeno se produce porque los sólidos tienen general­mente estructura cristalina, ocupando los átomos los vértices de esta estructura, aunque algunas veces también ocupan el centro de estas caras. Cuando circula una corriente de electrones por este sólido estos deben atravesar la intrincada red de átomos perdiendo parte de su energía cinética que se cede en forma de calor. El fenómenosehadefinidodelasiguienteforma:

“La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende di-rectamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula

por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente”.

Lasiguientedefiniciónsepuederepresentarmedianteformulacióndelasiguientemanera:

Q=I2·R·t

donde:

Q eslacantidaddeenergíacaloríficaproducidaI es la intensidad de la corrienteR es la resistencia del conductort es el tiempo que está circulando por el conductor esa corriente

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Figura 1.2. Relación entre intensidad y tensión eléctrica

11Operaciones y puesta en servicio de instalaciones de energía eólica

UD1El transporte a largas distancia debe realizarse reduciendo al máximo la intensi­daddelacorriente.Lacantidaddeenergíacaloríficaproducidaesdirectamenteproporcional al cuadrado de la intensidad que circula por el conductor en la línea de transporte. Por este motivo, mientras mayor sea la intensidad más pérdidas se producirán por efecto de la mayor resistencia y calor generado. Como puede observarseenlafigura1.2larelaciónentretensióneintensidadesinversa.Asíquemientras más incrementemos la tensión eléctrica más podremos reducir la inten­sidad para la misma potencia transportada lo que implicará menos pérdidas por efecto Joule.

Unareddetransportepuedeemplearvoltajesdelordende220kVysuperioresde400o500kV.Unalíneadetransportedeenergíaeléctricaolíneadealtatensiónes el medio físico por el cual se produce la transmisión de la energía eléctrica a distancias considerables.

Esta línea está constituida tanto por el elemento conductor, usualmente cables de materiales como el acero, cobre o aluminio, así como por sus elementos de sopor­te que son las conocidas torres de alta tensión.

Usualmentesedicequelosconductoresestánsujetosatraccionescausadasporlacombinación de agentes como el viento, la temperatura del conductor y del viento.

Existen una gran variedad de torres de transmisión, entre ellas las más importan­tes y más usadas son las torres de amarre, la cual debe ser mucho más fuertes para soportar las grandes tracciones generadas por los elementos antes mencionados, usadas generalmente cuando es necesario dar un giro con un ángulo determinado para cruzar carreteras, evitar obstáculos, así como también cuando es necesario elevarlalíneaparasubirunaformaciónrocosaopasarpordebajo/encimadeunalínea ya existente.

Otro tipo de torres son las llamadas torres de suspensión, las cuales no deben so­portar peso alguno más que el del propio conductor. Este tipo de torres son usadas para llevar al conductor de un sitio a otro, tomando en cuenta que sea una línea recta, que no se encuentren cruces de líneas u obstáculos.

La capacidad de la línea de transmisión afecta al tamaño de estas estructuras prin­cipales.Porejemplo,laestructuradelatorrevaríadirectamentesegúnelvoltajerequerido y la capacidad de la línea. Las torres pueden ser postes simples de ma­deraparalaslíneasdetransmisiónpequeñashasta46kilovoltios(kV).SeempleanestructurasdepostesdemaderaenformadeH,paralaslíneasde60a230kV.Delmismo modo, se utilizarán estructuras de acero independientes, de circuito sim­ple,paralaslíneasde160kVomás.Comohemosvisto,esposibletenerlíneasdetransmisiónde500kVyhastade1.000kV.

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Estaslíneasestánformadasporestructurashechasdeperfilesdeacero,comome­diodesustentacióndelosconductoresseempleanaisladoresdediscoyherrajespara soportarlos.

LasleyesdeindustriayregulacióndelsectoreléctricoLey21/1992yLey24/2013,respectivamente,dondeseestablecequeademásdelapersecucióndeobjetivospropios del sector, las actividades que regulen deben ser compatibles con la pro­tecciónyconservacióndelmedioambiente,asegurandolassuficientesmedidasdeseguridadensusinstalacionesafindegarantizarlainocuidaddeestasfrentealas especies silvestres.

Estanormatienecarácterbásicoyadopta laformadeRealDecretoqueresultauncomplementonecesarioparagarantizarlaconsecucióndelafinalidadquesepretende.

Elobjetivohasidoestablecermedidastécnicasentendidoseléctricosdesnudosqueatraviesanzonasdeinterésfaunísticoconelfindereducirlosriesgosdeelec­trocuciónycolisiónparalaavifauna.Paraellosedefinenlaspartesquecomponenlostendidoseléctricos,asícomolaspartesdestinadasalasmejorasparalosfinescitados. Se tratan de establecer las zonas de actuación más importantes, aquellas donde la avifauna reside en mayor cantidad como parques naturales, reservas de la biosfera. También se tienen en cuenta áreas prioritarias de alimentación, cría, corredores migratorios, y especialmente aquellas zonas donde residen especies incluidas en el catálogo español de especies amenazadas.

LaslíneaseléctricasdebenajustarsealasespecificacionestécnicascitadasenelpropioarticuladodelRealDecreto,siendolascomunidadesautónomaslosórganoscompe­tentesencargadosdelaregulaciónycomprobacióndedichasespecificaciones.

Algunas medidas contra la electrocución y la colisión son:

4 Las líneas han de ser construidas con cadenas de aisladores de la corriente, evitándose los apoyos en posición rígida.

4 Todos los componentes de las líneas y torres como amarres, fusibles, transfor­ma dores, etc., se diseñaran de modo que no sobresalgan de las cruce tas o semicrucetas de los apoyos.

4 Las torres o armados de las líneas deben construirse de modo que se respeten lasdistanciasmínimasespecificadasenlafigura1.3.

4 Las alargaderas de diseñaran de modo que pueda evitarse el posar de las aves.

13Operaciones y puesta en servicio de instalaciones de energía eólica

UD1 4 Lostendidosestaránprovistosdeseñalizadoresysalva-pájarosvisuales.

4 Estos elementos deben colocarse en el cable de tierra, deben ser opacos y encontrase cada 10 metros, disminuyendo dicha distancias si la zona es de condiciones meteorológicas que afectan a la distancia de percepción.

4 Tamañodelosseñalizadoresosalva-pájaros:

1 espirales, 30cm de diámetro, 1m de ancho

1 en forma de X, 5x35 cm

1 Sepodráutilizarotrotipodeseñalizadoressiempreycuandosueficaciasea probada.

ElRealDecretotambiénestablecelaprohibicióndelostrabajosdemantenimientoenépocasdenidificación,reproducciónycrianzaenlostendidosestablecidosenelartículotres,autorizándosedichostrabajosdemodoexcepcionalparacorregirgraves averías que afecte al suministro de energía, y para asegurarse de que todo estosecumplaexisteunrégimensancionadorrecogidoenlaLey24/2013paraensu caso resulte de aplicación.

Enlafigura1.4indicamoslasdescripcionestécnicasparalaminimizacióndedañofaunístico por las torres de alta tensión en función de la distancia mínimas de segu­ridad en las zonas de protección y el tipo de torre utilizada. La terminología utiliza­daenestasinstalacionessedefineacontinuación:

4 Apoyo: Estructura que soporta las crucetas y con estas los conductores del tendido eléctrico.

4 Cruceta:Brazohorizontaldeunapoyodondesefijanlosaisladoresyconduc-tores.

4 Aisladores: elementono conductorque soporta los cablese impideelflujode energía desde el conductor al propio apoyo. Suelen ser de cerámica y con forma de sucesión de platillo.

4 Crucetatresbolillo:losbrazoshorizontalesparalafijacióndelosaisladoressefijanalternativamenteaunladoyotrodelapoyo.

4 Cruceta bóveda: las puntas de la cruceta están a menos altura que la parte central.

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4 Cadena en suspensión: estructura formada por el aislador y la grapa de ama­rre, es por tanto la distancia entre el conductor y la punta de la cruceta para aisladores rígidos.

4 Cadena de amarre: estructura formada por el aislador y la grapa de amarre, es por tanto la distancia entre el conductor y la punta de la cruceta para aisladores en suspensión o de amarre.

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d

d

Tipo CanadienseCadena de suspensión. Distancia,d=478mm

d

d

d

TresbolilloCadena en suspensión.Distancia,d=600mm

dd

d

BóvedaCadena en suspensión,

Distancia,d=600mmyunmetroaisladoacadaladodelenganche

Figura 1.3. Tipos de crucetas usadas para el tendido eléctrico

15Operaciones y puesta en servicio de instalaciones de energía eólica

UD11

2

34

Cadena en suspensión Cadena de amarre

12 3 4

1. Horquilla2. Aislador3. Rótula4. Grapa de amarre

Cuando la cadena es de amarre, en vez suspendida como el caso anterior, las dis­tanciasdeseguridaddifieren,aumentandoconsiderablemente:

4 Cruceta Canadiense, d: 600 mm.

4 Cruceta Tresbolillo, d: 1.000 mm.

4 Cruceta Bóveda, d: 1.000 mm y puente central aislado.

1. Apoyo2. Descargador de arco eléctrico3. Grapa de amarre4. Amortigüador de las vibraciones mecánicas5. Conductor6. Cadena de aisladores

12

34

56

Figura 1.4. Esquema de una cadena de amarre

La transformación de la tensión de la energía eléctrica es, por lo tanto, fundamental para una correcta gestión del recurso. Los grandes centros productores de energía eléctrica lo hacen a una potencia determinada. Generalmente un gran aerogenerador produce elec­tricidadaunos690V.Estatensiónnoesadecuadaparasutransportealargadistancia.Por este motivo habrá que transformarla en alta tensión para transportarla a largas dis­tancias.Dentrodelparqueeólico,noobstante,laenergíaeléctricasedistribuyeenmediatensión,previaconversiónenelpropioaerogenerador,aunos20kV.La transformación de la tensión se realiza en las subestaciones eléctricas, que no sonmásque instalacionesdestinadasmodificar y establecer losnivelesde ten­sión de una infraestructura eléctrica. El equipo fundamental de la subestación es el transformador.Podemosclasificardostiposdesubestaciónes:

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4 Subestaciones elevadoras, situadas en las proximidades del parque eólico. Se encargarándeelevarelniveldetensiónhasta los400kVantesdevolcar laenergía a la red de transporte.

4 Subestaciones reductoras, situadas cerca de los grandes núcleos de consumo, seencargandereducirlatensiónavalorespordebajodelos66kV,entregandola energía generada a la red de distribución.

Porúltimo,loscentrostransformacióncercadelusuariofinal,reduciránlatensiónhastavalorespordebajodelos400V.

Además de la conversión de la tensión las subestaciones eléctricas y centros de transformación disponen de sistemas de maniobra caracterizados por interrupto­res, seccionadores, fusibles, etc. que posibilitan cortar el suministro eléctrico en ciertas áreas de la red eléctrica. Estos cortes localizados permitirán acometer tra­bajosdeoperaciónymantenimientoenlíneaseléctricasquehayansufridoacci­dentes o mal funcionamiento.

No obstante, estas maniobras de cierre y apertura de interruptores es una de las maniobras más peligrosas que pueden acometerse en una subestación, ya que el carácter inductivo de los circuitos presenta rechazo al corte en la circulación de la intensidad eléctrica que se producen en al apertura del interruptor.

La aparición de arcos eléctricos, que acumulan gran cantidad de energía, resultan muy peligrosos para las personas que realizan operaciones en las inmediaciones de una subestación eléctrica.

Estos riesgos relacionados con los interruptores eléctricos convencionales se están reduciendo por la utilización de otro tipo de interruptores que se conocen como “blin­dados”.Ahoraelcortenosehacealairesinoqueserealizaenungas,hexaflorurodeazufre, que impide la propagación de llamas y la generación de arcos eléctricos.

A modo de conclusión podemos decir que el suministro de energía eléctrica está for­mado por todos los medios y elementos necesarios para la generación, transporte ydistribuciónde laenergíaeléctricaenunterritorio.Esteconjuntodesistemasdeben estar dotados de mecanismos de protección, seguridad y control.

Este control se realiza de dos formas: centralizado y distribuido. El primero de ellos garantiza una explotación racional de los recursos de generación y una calidad de servicio acorde con las necesidades del cliente. El control distribuido se realiza in situ en los grandes centros de generación, en las subestaciones eléctrica y en los transformadores,asícomoenlosdomiciliosdelclientefinal.

Lagestióndelsuministroserealizaráporvariascompañías.Porejemplo,bajola

17Operaciones y puesta en servicio de instalaciones de energía eólica

UD1marca Endesa existirán distintas líneas de negocio (Endesa generación, Endesa distribución, Endesa comercializadora) que en la práctica son empresas indepen­dientes y hasta con intereses contrapuestos ya que la empresa generadora inten­tará colocar la electricidad generada en el mercado al mayor precio posible y la distribuidora intentará comprarlo al menor precio para poder ofrecer a sus clientes un producto competitivo.

El transporte de toda la electricidad generada en el país corresponde a Red Eléctri­ca España (gestión técnica) y la gestión económica al Operador del Mercado Eléc­trico (OMEL) que se encarga de realizar una casación del mercado eléctrico todos los días gestionando las órdenes de compra y de venta necesarias para el buen funcionamiento del mercado eléctrico español.

Las empresas comercializadoras son las que tienen el contacto directo con el usua­riofinal,yaseaesteindustrialodoméstico.

1.2. Principios físicos y funcionales de los aerogeneradores

Las partículas de aire en movimiento que inciden sobre la pala del aerogenerador son las que permiten realizar el movimiento del rotor de la máquina. Estas partí­culas pueden agruparse “ordenadamente” en distintas láminas unas yuxtapuestas a otras originando un movimiento laminar, o bien, como sucede habitualmente, estas láminas pueden entrecruzarse y originar movimientos turbulentos.

Una medición en una masa de aire turbulento nos dará resultados dispares en cuanto a magnitud y dirección del viento.

Los orígenes de las turbulencias hay que buscarlos en los obstáculos con los que se encuentran las masas de aire.

Por lo tanto,cuandosesitúaunobjetoenel senodeunacorrientedeaireesteobjetopresentaunaresistenciaalavancedelamasadeaire,originandoposterior­mente una deformación en las láminas antes ordenadas.

La resistencia del aire sobre una placa es un vector cuyo punto de aplicación es su centroaerodinámicoocentrodeempuje,siendosudirecciónperpendiculara laplaca,susentidoeldelviento,ysuintensidadproporcionalalasuperficieexpuestay al cuadrado de la velocidad del viento, quedando:

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donde:

k eselcoeficientequedependedelángulodeincidencia,delaunidadelegidayde la turbulencia que origine el movimiento.

Cw eselcoeficientederesistencia.S eslasecciónfrontaldelperfil.δ esladensidaddelaire.

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Figura 1.5.Ejemplosdelosefectosdelvientosobreperfiles

Elánguloαqueseindicaenlasimágenesdelafigura1.5nosdarálarelaciónen­tresobrepresiónydepresiónaambosladodelaplaca.Deestaformaunángulopróximo a los noventa grados determina zonas de fuerte presión de cara al viento y gran depresión en la otra cara de la placa. Si el ángulo de incidencia es menor la sobrepresión que aparece en la parte inferior de la placa, unida a la depresión de la parte superior, originará una fuerza que tenderá a elevar esta placa. Esta fuerza es la que se entiende como de sustentación. Por lo tanto, si disminuye el ángulo de incidenciaαlaresultanteRserámayor.

Varias palas, unidas al rotor del aerogenerador, serán las que se encarguen detransmitirlaenergíacaptadadelvientoalejecomunicadoconelgeneradoreléc­trico.Elperfildecadapalaesaerodinámico,unodelosextremos,eldebordedeataque,seráromo.Elotroextremo,deformaafilada,eselbordedesalida.Porlotanto,enunapalatendremosdosperfiles.

4 Extradós:Perfildondelasláminasdeaireestánendepresión.

4 Intradós:Perfildondelasláminasdeaireestánensobrepresión.Es importanteque laspalasesténbienperfiladas,yaquesinoesasí, las turbu­lencias originadas en el extradós disminuyen la energía cinética del aire. Cuanto menorsealaturbulenciamayorseráeltrabajorealizado.

19Operaciones y puesta en servicio de instalaciones de energía eólica

UD1Segúnlageometríadelosperfilesestostienendistintosnombres.Deestaformatendremosperfilesbiconvexossiel intradósyelextradóssonconvexosyplano-convexossitienenelextradósconvexoyelintradósplano.Delamismaforma,sedenominarán de doble curvatura si el intradós y el extradós son cóncavos.

LostiposdeperfilesmásutilizadosenlasmáquinaseólicasrápidassondelaserieNACA(NationalAdvisoryCommitteeofAeronautics).Estosperfilesvienendeter­minadosporunconjuntodecifrasquedefinensugeometría.

Figura 1.6.Detallecortedepalaaerogenerador

Lapaladeunaerogeneradorestaráperfiladaparatransformarlaenergíacinéticadel viento en energía mecánica de rotación. El viento relativo que recibe la pala será la suma del viento real a una velocidad v, y del viento originado por el movi­miento de rotación de la propia pala, u.

Las palas de un aerogenerador son similares a las de un avión, aunque más senci­llas y fáciles de construir. Esto es debido a que son más lisas, presentando al viento unasuperficiecasiplana.

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1.3. Instalaciones de energía eólica conectadas a la red

Losgrandesparqueseólicostienencomoobjetivovolcartodalaenergíaeléctricaque generan a la red eléctrica. La tensión de generación en cada aerogenerador estásituadaentornoalos690V.Untransformadorubicadoenelinteriordelfustedecadamáquinaseencargadeelevarlatensióna20kV.

La red colectora subterránea lleva la energía desde los aerogeneradores hasta la casetadondeseubicanlascorrespondientesprotecciones.Después,dichaenergíaserá transformada y transportada hasta la red general de distribución de alta ten­sión.

La conversión de la energía mecánica a la eléctrica se puede realizar de múltiples formas.En lafigura1.7semuestran lascombinacionesmásrepresentativasporpotencia instalada a nivel mundial. Los tipos de aerogeneradores más utilizados, hasta la fecha, han sido los asíncronos.

EnergíaMecánica

Transmisión directa

Transmisión

Generador

Rotor

Estator

Transmisión

Caja multiplicadora

Síncrono multipolos

Síncronoconvencional

Asíncrono o de inducción

Bobinado Imanes permanentes

Jaula de ardillas Bobinado o Brushless

Bobinado Bobinado Bobinado Bobinado

Convertidor electrónico

Convertidor electrónico

Convertidor electrónico

Convertidor electrónico

EnergíaEléctrica

Figura 1.7. Mapa de conversión energía mecánica­eléctrica

Losaerogeneradoresdevelocidadfija congeneradorde inducción,utilizanunacajamultiplicadorayuncompensadordereactivaparareducirlademandadepo­tencia reactiva a la red. Este tipo de aerogeneradores no lleva convertidores por lo que están directamente conectados a la red. Son aerogeneradores de velocidad fija.Lapotenciaactivadeestasmáquinas,porlotanto,puedecontrolarseencues­tión de segundos.