Sistema autónomo de conversión de

UNIVERSIDAD: Universidad Nacional de La Plata – Facultad de Ingeniería NÚCLEO DISCIPLINARIO / COMITÉ ACADÉMICO: Energía TÍTULO DEL TRABAJO: SISTEMA AUTÓNOMO DE CONVERSIÓN DE ENERGÍA EÓLICA CON MÁQUINA DE DOBLE BOBINADO. APLICACIÓN AL BOMBEO DE AGUA. AUTOR (ES): CAMOCARDI Pablo E-MAIL DE LOS AUTORES: pcamocardi@ing.unlp.edu.ar PALABRAS CLAVES: Energía Eólica, Bombeo de Agua, Sistemas Autónomos.ÁREA TEMÁTICA: Control de Sistemas que Emplean Energías Renovables. 1. INTRODUCCIÓN: La provisión de agua es uno de los principales problemas para el desarrollo en regiones remotas. A lo largo de la historia, distintas civilizaciones han empleado mecanismos de acople directo para el bombeo de agua a partir de la energía del viento. Recientemente se han comenzado a popularizar los sistemas de bombeoautónomos (sin conexión a red), con acoplamiento eléctrico (generador-motor) entre la turbina eólica y la bomba [1–3]. Con dicho acoplamiento, la ubicación de la bomba de agua puede ser seleccionada independiente de la ubicación de la turbina eólica; por consiguiente, la turbina puede ser colocada en un sitio de óptima energía de viento mientras la bomba puede ser posicionada cercana al pozo otanque de agua, mejorando la eficiencia del conjunto [4].

Dado que el rendimiento máximo de la turbina se obtiene cuando alcanza la velocidad de giro óptima para cada velocidad de viento [1][5], el funcionamiento de la misma a velocidad variable permite una captura de energía mucho más eficiente, comparada con aquellos sistemas que funcionan a velocidad constante [6].

Este trabajo analiza unsistema autónomo de conversión de energía eólica de velocidad variable aplicado al bombeo de agua. Dicho sistema consiste en una turbina eólica, un generador sincrónico, un motor de inducción, una bomba centrífuga, y bancos de baterías o flywheels (volante de inercia). Se realiza un análisis de los flujos de potencia tanto en régimen transitorio como en estacionario, junto con las mejoras deperformance debida a la estrategia de control propuesta. Los análisis son respaldados con resultados de simulaciones realizados con el Toolbox SimPowerSystems perteneciente al simulador Simulink de Matlab.

2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA:
El sistema que se analiza corresponde al esquema mostrado en la Figura 1, y consta de tres subsistemas. El primero, turbina–generador sincrónico, convierte la energíacinética disponible en el viento en energía eléctrica. El segundo, motor–bomba de inducción, convierte la energía eléctrica en mecánica para el bombeo, y el tercero es el encargado, junto con el control, de administrar el flujo de potencia desde el generador hacia la bomba. La conexión entre los primeros dos subsistemas se realiza de forma directa entre estatores.
Generador Sincrónico MotorAsincrónico

Caja de Engranajes 1 : 10 ωt ωg

ωb
Almacenamiento de Energía

VControl
CC - CC

PControl
Qb Bomba Centrífuga

Figura 1. Esquema del sistema propuesto. 2.1 Subsistema Turbina – Generador Sincrónico: Este subsistema está constituido por una turbina eólica de eje horizontal, de tres palas de 4 metros de radio, y se encuentra acoplada al generador de CA a través de una caja deengranajes con relación de velocidades de 1:10. El generador es una máquina sincrónica de rotor bobinado, dos pares de polos y 50 HP, que posee un control de tensión continua en rotor para asegurar una relación de tensión–frecuencia constante (V/f = cte.) en los bornes de estator. De esta forma, si consideramos despreciables las caídas de tensión en las impedancias internas en ambas máquinas, seasegura flujo constante en el motor de impulsión de la bomba. La potencia generada por la turbina está dada por la siguiente ecuación:
1 Pt = ⋅ ρ ⋅ A ⋅ C p (λ ) ⋅ V 3 , 2

(1)

donde ρ es la densidad del aire, A el área barrida por la pala, Cp el coeficiente de potencia, V la velocidad del viento y
λ

la relación de punta de pala. Por otro lado, la cupla desarrollada
Pt

por la turbina...