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EJERCICIO FINAL

Diseo y dimensionamiento de un Parque Elico en La Muela, provincia de Zaragoza.

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ENERGA ELICA

EJERCICIO FINAL

PRESENTADO POR: FREDDY SANJUAN SALCEDO

ORIENTADOR: MNICA LVAREZ CUEZVA

PROFESOR: ASSIER DEL VALLE


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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIN 2

CUERPO DEL TRABAJO 3

APROVECHAMIENTO DEL RECURSO ELICO 3

BIBLIOGRAFA 15

INTRODUCCIN


2

En el presente trabajo se pretende disear un parque elico en el municipio de La Muela, provincia de Zaragoza.

El diseo se realizar teniendo en cuenta los costos de cada elemento del sistema para minimizar la inversin inicial como tambin los costos de instalacin y mantenimiento sin descuidar lgicamente la calidad y garanta de dicho proyecto.

CUERPO DEL TRABAJO

Datos del parque:


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*Emplazamiento: La Muela, Provincia de Zaragoza

*Datos meteorolgicos:

Latitud: 42.1 Altitud (m): 600

PARTE I: Clculo de la potencia disponible, aprovechable y elctrica.

Sabemos atraves de una estacin meteorolgica, situada a diez metros de altura con referencia a la superficie del emplazamiento, los siguientes datos:

Direccin predominante del viento: Oeste Temperatura ambiente media: 10 C Velocidad media del viento, en relacin a diez metros y direccin

predominante: 5.4 m/s N horas anuales equivalentes a velocidad media y en la direccin

predominante: 2.458 horas/ao

I. APROVECHAMIENTO DEL RECURSO ELICO Gracias a la estacin meteorolgica, sabemos que la velocidad media a una altura de diez metros sobre la superficie de emplazamiento es de 5.4 m/s y la direccin ms favorable es Oeste, quedando as definido el criterio para elegir la colocacin de los Aerogeneradores, los cuales sern ubicados perpendicularmente a sta direccin. El beneficio garantizado por un rgimen de vientos ms fuertes al sealado en nuestro enunciado, representa un incremento en los costes de aproximadamente 0.25% por cada metro de torre levantado. Teniendo en cuenta que las alturas posibles para nuestro buje son de 60 m, 67 m, 78 m y 100 m, para el Aerogenerador GAMESA G 80-2.0 MW, segn especificaciones del fabricante y de 120 m para el Aerogenerador GAMESA G 128-4.5 MW. Determinemos la altura con mejor relacin coste-rendimiento para el aerogenerador GAMESA G 80-2.0 MW, para ello emplearemos la siguiente frmula:


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= [ ]

Donde: V = Velocidad del viento a la altura en la que se desea saber el valor de la velocidad del viento. V0 = Velocidad del viento a la altura de la estacin meteorolgica. H = Altura a la que se realiz la medicin de la velocidad del viento en la estacin meteorolgica. H0 = Altura a la que se desea conocer la velocidad del viento.

= Parmetro experimental obtenido en tablas y que vara entre 0.0002 para terrenos lisos (hielo o mar) y 1.6 para terrenos con muchos obstculos, para nuestros clculos vamos a tomar un valor de 0.15. Para una altura de 60 m, tenemos que: 5.4 = 6010 . = 7.06 Anlogamente procederemos con las alturas restantes: 5.4 = 6710 . = 7.18 5.4 = 7810 . = 7.35 5.4 = 10010 . = 7.63 Ahora elevamos cada velocidad hallada al cubo para poder relacionarla con la potencia, as: (V60)3 = 352.6 (V67)3 = 370.1 (V78)3 = 397.1


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(V100)3 = 444.2 Para determinar el incremento de potencia (en %) realizamos una regla de tres simple as:

Si a 60 m la potencia es del 100%, entonces: A 67 m 352.6 100% 370.1

= 105 % A 78 m 352.6 100 % 397.1 % = 112.6 %

A 100 m 352.6 100 % 444.2 % = 126 %

Para determinar el incremento del coste, sabemos que por cada metro adicional de altura este se incrementa un 0.25%.

Entonces tenemos que para 67 m el incremento sera de:

= [0.25% (67 60 ) = 1.75% PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

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Para 78 m = [0.25% (78 60 ) = 4.50%

Para 100 m = [0.25% (100 60 ) = 10%

De los clculos anteriores podemos deducir que la mejor relacin coste-potencia corresponde para una altura del aerogenerador GAMESA G 80-2.0 MW de 78 m

A) Potencia elica disponible. LA potencia elica disponible viene definida por la ecuacin: = 12 Donde: P = Potencia media del viento en W. = Densidad del aire en el lugar de la medicin en kg/m3. A = rea transversal a la direccin del viento formada por la rotacin del rotor, (es decir palas del aerogenerador) en m2. = Velocidad media del viento incidente sobre el rotor en m/s.

Entonces tenemos que para el aerogenerador GAMESA G-80-2.0 MW, la potencia elica disponible es: = 12 = 12 (1.247) 5027 (5.4) = 484837


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Teniendo en cuenta sus caractersticas tcnicas:

ROTOR Dimetro 80 m rea de barrido 5.027 m2 Velocidad de giro 9.0 rpm a 19.0 rpm Sentido de giro Agujas del reloj (vista frontal) Peso (inc. Buje) Aprox. 38 T Peso (inc. Buje y Nacelle) Aprox. 108 t

Pare el aerogenerador GAMESA G 128-4.5 MW, tenemos:

= 12 = 12 (1.247) 12868 (5.4) = 1241076

ROTOR Dimetro 128 m rea de barrido 12687 m2 Velocidad de giro 12 rpm Sentido de giro Agujas del reloj (vista frontal)

*Densidad del aire, a una altura de 10 metros

B) Correccin de la potencia teniendo en cuenta las variaciones de la densidad del aire respecto a la temperatura y altura.

* Los datos anteriores han sido calculados teniendo en cuenta la densidad del aire correspondiente a una temperatura de 10 C, ahora vamos a realizar las correcciones pertinentes del caso teniendo en cuanta que nuestro emplazamiento se encuentra a una altura de 600 m sobre el nivel del mar (La Muela) y adicionalmente la altura del buje la estimamos en 78 m, es decir, que tendramos una altura final de 678 m.


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Segn la tabla 2 de la unidad de estudio nmero dos (pgina 17) corresponde una correccin de 0.94, es decir que para cada aerogenerador tenemos:

GAMESA G 80-2.0 MW = 0.94 484837 = 455746.8

GAMESA G 128-4.5 MW = 0.94 1241076 = 1166611.4

II. POTENCIA ELICA APROVECHABLE

Por cuestiones de diseo y de prdidas en cada elemento del que est compuesto un aerogenerador, no toda la energa disponible es aprovechable, siendo esta ltima inferior, para calcular l potencia elica aprovechable tendremos en cuenta los coeficientes de rendimiento elctrico y mecnico, para los dos aerogeneradores tenemos:

Rendimiento elctrico: 0.85 Rendimiento mecnico: 0.90

La frmula para calcular la potencia elica aprovechable es:

, = Donde: = Coeficiente de rendimiento elctrico = Coeficiente de rendimiento mecnico P = Potencia, W

Entonces tenemos que la potencia para cada aerogenerador es:


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G 80-2.0 MW , = = 0.85 0.90 455746.8 , = 348.646

G 128-4.5 MW

, = = 0.85 0.90 1166611.4 , = 892.458

III. MAXIMIZACIN DE LA POTENCIA INSTALADA

Una vez determinada la potencia aprovechable para cada aerogenerador vamos a optimizar la potencia calculada teniendo en cuanta los siguientes datos:

L, longitud de la plataforma = 10 km d, dimetro del rotor (m)

La frmula para optimizar la potencia teniendo en cuenta la longitud de la plataforma de instalacin es:

( + 1)

Donde:

L, longitud de la plataforma N, separacin entre aerogeneradores


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d, dimetro del rotor n, nmero de aerogeneradores

Para nuestro diseo vamos a tomar una distancia entre aerogeneradores de 2.5.

Tenemos entonces que para el aerogenerador:

G 80-2.0 MW (2.5) 80 ( + 1) 10000 = 49

Entonces tenemos que para esta plataforma disponemos de 49 aerogeneradores.

G 128 4.5 MW

(2.5) 128 ( + 1) 10000 = 30

Entonces tenemos que para esta plataforma disponemos de 30 aerogeneradores.

IV CLCULO DE LA PRODUCCIN MEDIA ANUAL E INGRESOS ECONMICOS

Produccin media anual por cada tipo de aerogenerador.

Una vez calculada la energa proporcionada por cada aerogenerador, vamos ahora a determinar la produccin total del parque elico, por las horas de trabajo, conformado por cada tipo de aerogenerador:

Horas de trabajo del parque elico: 2458 h/ao


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G 80-2.0 MW

( ) =

( ) = 348.646 2458 = 8.57

Multiplicamos ahora por el nmero de aerogeneradores: ( ) = 8.57 49 = 420

El parque elico, con aerogeneradores G 80-2.0 MW, produce una energa anual de 420 MW aproximadamente.

G 128-4.5 MW

( ) = 892.458 2458 = 21.9

La energa total del parque sabiendo que contamos con 30 aerogeneradores es:


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( ) = 21.9 30 = 657

Vamos a realizar una comparacin de la energa producida por cada tipo de aerogenerador:

Tipo de generador Potencia anual (MW) G 80-2.0 MW 420 G 128-4.5 MW 657

Aspectos econmicos.

Segn un estudio de Unin Fenosa, los costes asociados a la inversin de un parque elico se encuentran distribuidos de la siguiente manera:

El ingreso esperado depende de la energa generada que se establece con primas previstas en el RD 661/207. Los parques elicos pueden optar por vender su energa directamente en el mercado a un precio fijo de 5.36 c/kWh, segn lo dispuesto en el artculo 42 TARIFAS Y PRIMAS PARA INSTALACIONES DE LA CATEGORA C.

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10

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Distribucin de inversion %

Aerogeneradores

Sistemas elctricos y conexin a Red

Obra civil

Ingeniera


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Con lo cual tenemos:

Tipo de generador Potencia anual (MW) Prima por kWh () Ingresos por kWh

G 80-2.0 420 0.0536 22 512 000 G 1284.5 657 0.0536 35 215 520

Vamos a estimar los costes asociados a la instalacin del parque elico, tomando como referencia los costes de cada modelo de aerogenerador y, teniendo en cuenta las distribuciones de costes del estudio de Unin Fenosa, tenemos:

Cada aerogenerador G 80-2.0 MW tiene un coste aproximado de un milln doscientos mil euros ( 1 200 000), como tenemos 49 aerogeneradores, entonces: Inversin (a-g) = 1200000 x 49 = 58 880 000 , que corresponde con una inversin del 75%. Haciendo una regla de tres simple tenemos que: 58 880 000 100% 75% = 78 506 667

Donde x corresponde a una inversin del 100%. Anlogamente vamos a proceder a determinar los costes asociados con los sistemas elctricos, obra civil e ingeniera:

Sistemas elctricos: 78 506 667 100% 10%


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Entonces tenemos que: = 7 850 667

Obra civil: 78 506 667 100% 10% = 7 850 667

Ingeniera: 78 506 667 100% 5% = 3 625 333 Finalmente tenemos que los costes aproximados de la implementacin del parque elico con este tipo de aerogenerador son:

CT = 78 506 667 + 7 850 667 + 7 850 667 + 3 625 333 = 94 570 534

CT = 94 570 534

Cada aerogenerador GAMESA G 128-4.5 MW tiene un coste aproximado en el mercado de 2 700 000 . (segn el portal www.sotaventogalicia.com el precio de un kW elico instalado va desde 600 a 781 euros).

Vamos a proceder en forma anloga al ejercicio anterior:


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Inversin (a-g) = 2700000 x 30 = 81 000 000 , que corresponde con una inversin del 75%. Haciendo una regla de tres simple tenemos que: 81 000 000 100% 75% = 60 750 000

Donde x corresponde a una inversin del 100%. Anlogamente vamos a proceder a determinar los costes asociados con los sistemas elctricos, obra civil e ingeniera:

Sistemas elctricos: 60 750 000 100% 10% Entonces tenemos que: = 6 075 000

Obra civil: 60 750 000 100% 10% = 6 075 00

Ingeniera: 60 750 000 100% 5%


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= 3 037 500 Finalmente tenemos que los costes aproximados de la implementacin del parque elico con este tipo de aerogenerador son:

CT = 60 750 000 + 6 075 000 + 6 075 00 + 3 037 500 = 65 002 500

CT = 65 002 500

Conclusin.

Para la instalacin del parque elico en la poblacin de La Muela, en la provincia de Zaragoza, es ms rentable el emplazamiento con Aerogeneradores GAMESA G 128-4.5 MW, que a pesar de su alto coste individual comparado con los Aerogeneradores G 80-2.0 MW, producen mayor energa total a una inversin econmica menor.


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BIBLIOGRAFA

www.idae.es (Instituto para la Diversificacin y Ahorro Energtico) www.aeeolica.org (Asociacin Empresarial Elica) http://www.ewea.org/ (Asociacin Elica Europea) http://www.windpower.org/es/tour/ (Pgina explicativa de la energa

elica). www.sotaventogalicia.com Parque elico experimental de Galicia. RD 661/2007


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