Dimensionado parque eólico

ENUNCIADO
Aplicando lo aprendido en este curso, diseña y dimensiona un parque eólico situado en La Muela, en la provincia de Zaragoza.
A través de una estación meteorológica situada a 10m sobre el nivel del terreno hemos recogido los siguientes datos:
Dirección predominante: Oeste.
Temperatura media ambiente: 10º C.
Velocidad media a una altura de 10m en la dirección predominante: 5’4m/s.
Nº horas anuales equivalentes a velocidad media y en la dirección predominante: 2.458 horas/año.
PARTE I: CÁLCULO DE LA POTENCIA DISPONIBLE, APROVECHABLE Y ELÉCTRICA

Calcula la potencia eólica disponible, potencia aprovechable y la potencia eléctrica para los siguientes modelos de aerogenerador:
GAMESA EÓLICA G80 – 2.0 MW


GAMESA EÓLICA G128 – 4,5 MW


Siendo los coeficientesde rendimiento los siguientes:
Rendimiento eléctrico: 0,85
Rendimiento mecánico: 0,90.
Cálculo potencia eólica disponible
El municipio de La Muela (Zaragoza), se encuentra a una altitud de 598metros sobre el nivel del mar. Al estar la estación meteorológica situada 10m sobre el terreno, consideraremos que la altitud a la cual calcular la densidad del aire es de 608m.
En primer lugardeterminaremos la densidad según temperatura ambiente. Usando las tablas de la unidad 2, vemos que la densidad del aire a 10ºC es de 1,247kg/m3. Seguidamente tendremos que calcular la variación relativa de la densidad respecto al nivel del mar a la altura de 608 metros que hemos hallado anteriormente. Como las tablas muestran un valor de 608m de referencia, la diferencia no es significativa parainterpolar, con lo que elegiremos el valor de variación relativa de densidad respecto al nivel del mar de 0,94. Con éstos dos datos:

Para calcular la potencia eólica disponible hará falta saber cuál es el área de barrido para cada modelo de aerogenerador, así como la altura de éste ya que afectará la velocidad del viento. Estos valores vienen definidos en las características técnicas de cada uno. Parael cálculo de la variación vertical del viento, consideraremos que la clase de rugosidad es de tipo 3, con lo cual zo=0,4m.
GAMESA EÓLICA G80 – 2.0 MW
Arrea de barrido= 5.027m2
De la ficha técnica elegiremos altura (h) 100m.

La potencia eólica disponible será de:

GAMESA EÓLICA G128 – 4.5 MW
Arrea de barrido= 12.868m2
Altura (h) 120m.


La potencia eólica disponible será de:Cálculo de la potencia eólica aprovechable
GAMESA EÓLICA G80 – 2.0 MW
Diámetro= 80m
Velocidad de giro= 19rpm



Mediante el gráfico y considerando que el ángulo de paso de las palas es 0, obtenemos un Cp de 0,4.

GAMESA EÓLICA G128 – 4.5 MW
Diámetro= 128m
Velocidad de giro= 448rpm. No obstante, este dato se refiere al generador, por lo que si queremos obtener la velocidad de giro del rotorhabrá que dividir por el ratio de la multiplicadora (37,88):



Mediante el gráfico y considerando que el ángulo de paso de las palas es 0, obtenemos un Cp de 0,4.




Cálculo de la potencia eléctrica
GAMESA EÓLICA G80 – 2.0 MW


GAMESA EÓLICA G128 – 4.5 MW

PARTE II: MAXIMIZACIÓN DE LA POTENCIA INSTALADA

Una vez obtenidos los datos anteriores y sabiendo que la superficie disponibletiene una longitud de 10 Km., maximiza la potencia instalada.
N·d·(n+1)≤L
La variable N representa la separación entre aerogeneradores y se estima en un rango comprendido entre 2 y 3 veces el diámetro, por tanto 2 < N < 3. En nuestro caso, optamos por tomar N = 2.
GAMESA EÓLICA G80 – 2.0 MW
2·80·(n+1) ≤ 10.000  n≤61.5
Instalaremos 61 aerogeneradores de éste modelo.
GAMESA EÓLICA G128 – 4.5MW
2·128·(n+1) ≤ 10.000  n≤38,06
Instalaremos 38 aerogeneradores de éste modelo.
PARTE III: CÁLCULO DE LA PRODUCCIÓN MEDIA ANUAL E INGRESOS ECONÓMICOS
Calcula la producción media anual de electricidad del Parque Eólico diseñado en función de cada aerogenerador.
Por último, calcula los ingresos económicos del parque eólico así como los costes asociados al mismo. En función de los...