Energia eólica

PARTE I: Cálculo de la potencia disponible, aprovechable y eléctrica
Se procede a realizar los cálculos sobre dos aerogeneradores de la empresa llamada Gamesa, con dos potencias muy distintas:
• Gamesa eólica G80 – 2.0 MW
• Gamesa eólica G128 – 4.5 MW
Tomando la densidad del aire constante en el enclave del aerogenerador, realmentela potencia eólica va a depender exclusivamente del área barrida por las palas.
E / T = 0,5 (ρ A L v2/ T) P = 0,5 ρ A v3
Datos necesarios para obtener la potencia disponible:
Velocidad (v): la obtendremos de la siguiente fórmula:
V = v0 (Ln (h/z0)/ Ln (h0/z0))
G80 V = 5,4 (Ln (100/0,03)/ Ln (10/0,03)) = 7,54 m/s

G128 V = 5,4 (Ln (120/0,03)/ Ln (10/0,03)) = 7,71 m/s
Densidad(ρ): según las tablas 1,2 de la página 14,15;
T = 10ºC ρ = 1,247 Kg / m3
Altitud: la Muela = 600 metros
G80, 700m, Área de barrido = 5027 m2
Variación relativa = 0,93. ρ final = 1,247 * 0,93 = 1,15971 kg / m3
G128, 720m, Área de barrido = 12868 m2
Variación relativa = 0,925. ρ final = 1,247 * 0,925 = 1,1535 kg / m3
Potencia eólica disponible
G80 P = 0,5 * 1,15971 * 5027 * (7,54)3 =1249517,46 W = 1249,51 KW
Potencia eólica disponible
G128 P = 0,5 * 1,1535 * 12868 * (7,71)3 = 3401431,97 W = 3401,43 KW

La potencia eólica aprovechable, Pm, referida como potencia mecánica en el eje del rotor o eje de baja velocidad, es la siguiente:
Pm = Cp * P = Cp * 0, 5 * ρ * A * v3
Cp= coeficiente de potencia mecánico (fracción de potencia extraíble) en el rotor respecto a ladisponible en el viento. Cp, depende de la velocidad del viento, de la velocidad del aerogenerador y del ángulo de calado de las palas. Por ello, se puede sintetizar en dos parámetros:
- El ángulo de paso de pala, β
- La velocidad específica, λ,
Para la realización del cálculo se tendrá en cuenta las siguientes expresiones:
λ = (Ω (D/2)) / Vhub. v = Ω * R, (m/s).
Aerogenerador G80: Segúnlas características de este aerogenerador, la velocidad de giro de la maquina es de 12 rpm, por lo tanto: Ω = (2 * π * 12) / 60 = 1,2566 rad/s, a partir de este dato obtenemos la velocidad específica, λ:
λ = (Ω (D/2)) / Vhub λ = (1,2566 (80/2)) / 7,54 = 6,67
Una vez obtenido este dato, según la figura 3, de la segunda unidad:
Podemos ver, que el coeficiente Cp, coge un valor de 0,33. Lapotencia mecánica en el eje de baja velocidad se transmite al eje de alta a través del tren de potencia. En esta transmisión se producen una serie de pérdidas de potencia en el sistema mecánico, tanto por rozamiento en los cojinetes y los cierres de contacto del eje de baja velocidad como en la caja multiplicadora. Todas estas pérdidas se pueden englobar en un coeficiente de rendimiento mecánico, ήm.La potencia mecánica resultante en el eje de alta velocidad o potencia entregada al eje del generador eléctrico, Pm, como: Pm, alta = ήm * Pm, baja = ήm * Cp * P
Por lo tanto: Pm, alta = ήm * Cp * P = 0,9 * 0,33 * 1249,51 = 371,11 KW
Aerogenerador G128: Según las características de este aerogenerador, la velocidad de giro de la maquina es de 12 rpm, por lo tanto: Ω = (2 * π * 12) / 60 = 1,2566rad/s a partir de este dato obtenemos la velocidad específica, λ:
λ = (Ω (D/2)) / Vhub λ = (1,2566 (128/2)) / 7,71 = 10,43
Una vez obtenido este dato, procediendo de manera análoga que para el anterior caso podemos ver, que el coeficiente Cp, coge un valor de 0,41.
La potencia mecánica resultante en el eje de alta velocidad o potencia entregada al eje del generador eléctrico, Pm, como: Pm,alta = ήm * Pm, baja = ήm * Cp * P Por lo tanto: Pm, alta = ήm * Cp * P = 0,9 * 0,41 * 3401,43 = 1255,13 KW
Potencia eléctrica, el generador eléctrico, los convertidores electrónicos, los cables del generador y el transformador de conexión a red convierten la potencia mecánica disponible en el eje de alta velocidad del generador, “Pm, alta” en potencia eléctrica “Pe” en todos estos componentes...