energia eólica parque dimensionamiento


Ejercicio final eólica



Enunciado 2
PARTE I: Cálculo de la potencia disponible, aprovechable y eléctrica 2
Cálculo de la potencia aprovechable 2
Cálculo de la potencia disponible 4
Cálculo de la potencia eléctrica 7
PARTE II: Maximización de la potencia instalada 8
PARTE III: Cálculo de la producción media anual e ingresos económicos 9
Producción media anual 9
Ingresos económicos10
Costes y selección aerogenerador 11














Enunciado
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 direcciónpredominante: 5’4 m/s.
 Nº horas anuales equivalentes a velocidad media y en la dirección predominante: 2.458h/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 loscoeficientes de rendimiento los siguientes:
 Rendimiento eléctrico: 0,85
 Rendimiento mecánico: 0,90
Cálculo de la potencia disponible
Potencia eólica
P  Av3

Donde:

 P, potencia del viento en W.
 , densidad del aire en el lugar de la medición en kg/m3.
 A, área transversal a la dirección del viento formada por la rotación del
rotor (es decir, palas del aerogenerador) en m2. v, velocidad del viento incidente sobre el rotor en m/s.

Calculo de la densidad:

La densidad estándar relativa del aire se toma a nivel del mar, a 15º C, a presión atmosférica estándar (1013,3 mbar) y aire seco. Su valor es de 1,225 Kg/m3.

Con los datos de las tablas de las páginas 14 y 15 la densidad del aire a 10º C es de 1,247 Kg /m3 (tabla 1) a nivel del mar.


ProvinciaAltitud (m) (de la capital)
52. Zaragoza
200


Si nos situamos con dicha temperatura a 210m sobre el nivel del mar, a partir de los valores correspondientes de la tabla 2, obtendremos la variación relativa de la densidad respecto al nivel del mar:

305 – 152 / 0,970 – 0,990 = 305 – 210 /0,970 – x
153 (0,970 –x) = (-0,02) x 95
148,41 - 153x = -1,9

x=0,982

La densidad es de 1,247 x0,982 = 1,225 Kg/m3

Cálculo del área barrida:

A=r2

Gamesa G80-2.0 MW (Diámetro 80 m)
Área de barrido 5.027 m2

Gamesa G128-4.5 MW (Diámetro 128 m)
Área de barrido 12.868 m2

Calculo de la velocidad:

La velocidad del viento aumenta con la altura según la siguiente fórmula:

V Vo ln(h / zo) / ln(ho/zo)

Se considera la clase de rugosidad del terreno 1, y longitud de larugosidad zo=0,03.


Gamesa G80-2.0 MW 5 secciones * 100 m
* Disponible para clase de viento IEC IIA
IEC IIA (densidad del aire 1.225 kg/m3, velocidad media anual del viento inferior a 8,5 m/s, ráfaga máxima
en 50 años inferior a 59,5 m/s)

V=5,4 ln( 100 /0,03) / ln(10/0,03) = 7,53 m/s

Gamesa G128-4.5 MW Altura del buje 120 m

V=5,4 ln( 120 /0,03) / ln(10/0,03) = 7,71 m/sAplicando la formula descrita al principio:

P  Av3

Gamesa G80-2.0 MW
P=1/2 x 1,225 x 5027 x (7,53)3
P=1.314.619,006 W= 1,3 MW
Gamesa G128-4.5 MW
P=1/2 x 1,225 x 12868 x (7,71)3
P=3612270,624 W= 3,6 MW

Cálculo de la potencia aprovechable

La potencia mecánica aprovechable se calcula según la siguiente expresión:
Pm, baja = CpP

Donde:
 Pm, baja : Potencia mecánicaaprovechable
 CpCoeficiente mecánico de potencia
 P: Potencia disponible en el viento

Para determinar la potencia mecánica aprovechable se requiere determinar previamente
el coeficiente de potencia Cp.

Gamesa G80-2.0 MW
La velocidad rotórica viene determinada por la ficha técnica de la máquina:
9,0 - 19,0 rpm - consideraremos la mínima velocidad rotorica de 9 rpm

Velocidad del...