Estado del arte aerogeneradores offshore

Recurso

Eólico

1

Qué es el Recurso Eólico

El recurso eólico es la energía del viento que puede ser aprovechada en un determinado emplazamiento.

Todas las fuentes de energía renovables (excepto la mareomotriz y la geotérmica), e incluso la energía de loscombustibles fósiles, provienen, en último término, del sol. El sol irradia 174.423.000.000.000 KWh. de energía por horahacia la Tierra. En otras palabras, la Tierra recibe 1,74 x 1017 W de potencia.Alrededor de un 1 a un 2 por ciento de la energía proveniente del sol es convertida en energía eólica. Esto supone unaenergía alrededor de 50 a 100 veces superior a la convertida en biomasa por todas las plantas de la tierra.

EL RECURSO EÓLICO

La potencia del viento: cubo de la velocidad del vientoLa velocidad del viento es muy importante para la cantidad de energía que un aerogenerador puede transformar enelectricidad: la cantidad de energía que posee el viento varía con el cubo (la tercera potencia) de la velocidad media delviento; p.ej., si la velocidad del viento se duplica la cantidad de energía que contenga será 2 3 = 2 x 2 x 2 = ocho vecesmayor.Ahora bien, ¿por qué la energía que contiene el viento varía con la tercera potencia de su velocidad? Seguramente, delsaber de cada día, usted estará enterado de que al doblar la velocidad de un coche la energía de frenado para pararlocompletamente será cuatro veces mayor (se trata básicamente de la segunda ley de Newton de la cinemática).En el caso de turbinas eólicas usamos la energía de frenado del viento, por lo que si doblamos la velocidad del vientotendremos dos veces más porciones cilíndricas de viento moviéndose a través del rotor cada segundo, y cada una de esasporciones contiene cuatro veces más energía, como se ha visto en el ejemplo del frenado de un coche.El gráfico muestra que con una velocidad del viento de 8 metros por segundo obtenemos una potencia (cantidad deenergía por segundo) de 314 W por cada metro cuadrado expuesto al viento (viento incidiendo perpendicularmente alárea barrida por el rotor).A 16 m/s obtendremos una potencia ocho veces mayor, esto es, 2.509 W / m2.La tabla de la sección manual de referencia proporciona la potencia por metrocuadrado de superficie expuesta al viento para diferentes velocidades del viento.

Los estudios del recurso eólico incluyen:

•Coeficientes de weibull, rosas de viento y datos medios estacionales, mensuales y horarios.

•Datos horarios de un año tipo (8.760 valores) de viento, densidad, temperatura y presión sobre cualquier puntodel estudio. (Virtual Met Mast).

•Series de 30 años de datos de análisis caso que no se tengan datos de referencia con los que realizar estudiosMCP.

•En Offshore se requiere también estudios batimétricos

Wind Resource Explorer es una herramienta con entorno web que permite la exploración y consulta de los resultados deun estudio del recurso realizado con MesoMap®. Facilita el acceso público por Internet a los resultados de los estudiosdel recurso eólico y permite explorar estos datos de una forma completamente autónoma sin intervención alguna delCliente. Es ideal para aquellas administraciones y entidades públicas que quieren hacer llegar a los usuarios los resultadosde un estudio realizado con MesoMap®.

CÁLCULO DEL RECURSO EÓLICO

http://www.metoffice.gov.uk

La curva de potencia de un aerogenerador se debe calcular de acuerdonorma UNE-EN ISO/IEC 17025, por un laboratorio de ensayos acreditado. Elorganismo internacional que recoge esta actividad es el MEASNET. Que es lared internacional para la armonización y reconocimiento de la medidas deenergía eólica.Los miembros de MEASNET, deben superar todos los requisitos técnicosexigidos y su pertenencia a MEASNET garantiza la más alta calidad de losensayos realizados, y que los métodos utilizados y resultados obtenidos seanaceptados internacionalmente.Sus miembros en España son:

CENERBarlovento.

La velocidad del viento es un dato muy importante para el diseño de un aerogenerador, ahora bien lavelocidad del viento no es constante y varía a lo largo del tiempo, es por tanto importante medir la velocidaddel viento en una determinada zona en el transcurso de un año o más para comprobar que velocidades delviento son las más frecuentes. La variación del viento en un emplazamiento típico suele describirseutilizando la llamada "Distribución de Weibull" .

LA DISTRIBUCIÓN DE WEIBULLLa distribución de Weibull es una distribución de probabilidad continua cuya función densidad dela variablealeatoria x es: 1Donde k > 0 es el parámetro de forma y λ > 0 es el parámetro de escala de la distribución. La distribuciónmodela la distribución de fallos (en sistemas) cuando la tasa de fallos es proporcional a una potencia deltiempo:Un valor k<1 indica que la tasa de fallos decrece con el tiempo.Cuando k=1, la tasa de fallos es constante en el tiempo.Un valor k>1 indica que la tasa de fallos crece con el tiempo.

http://es.wikipedia.org/wiki/Distribuci%C3%B3n_de_Weibull

VELOCIDAD DEL VIENTO

Una rosa de los vientos es un círculo que tiene marcados alrededor los rumbos en que se divide lacircunferencia del horizonte, es un diagrama que representa la intensidad media del viento endiferentes sectores en los que divide el círculo del horizonte.

ROSA DE LOS VIENTOS

Alternativamente a las soluciones estructurales cimentadas en el

fondo marino, la compañía IDERMAR ha desarrollado una nueva gama

de productos denominada IDERMAR METEO destinados a la

realización de campañas de evaluación en emplazamientos marinos de

media y gran profundidad, consistente en un sistema de captación y

gestión de la información basado en una aplicación web que permite

el acceso remoto a los datos meteorológicos y oceánicos del

emplazamiento. El sistema de monitorización se instala en una

subestructura flotante que soporta un mástil meteorológico similar a

los utilizados en campañas terrestres.

La estructura se puede transportar e instalar de manera sencilla

reduciendo el coste económico y el impacto medioambiental en estas

operaciones, frente a estructuras fijadas al fondo. Debido a la

simplicidad de su transporte, los mástiles flotantes pueden ser

reutilizados para distintas campañas de medida o llevados a puerto

para su reparación en caso de ocurrencia de daños estructurales de

relevancia. Actualmente la gama IDERMAR METEO consta de dos

productos con alturas de mástil de 60 y 80 metros respectivamente.

MEDICIÓN

Aerogenerador de 2,3 Mw, que con la distribución delviento indicada en la tabla, da una potencia anual de4.451 Mw.

Que corresponden a 8.760 horas x 508,05 kw de potenciamedia de salida. Distribución de Weibull.

Factor de capacidad = 508,05 / 2300 = 0,22

Potencia máxima/potencia obtenida

CÁLCULO POTENCIA MEDIA

El potencial de energía por segundo del aire varía proporcionalmente al cubo de la velocidad del viento.http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo4a.html#7

La fracción de energía capturada por un aerogenerador viene dadapor el factor Cp, llamado coeficiente de potencia. Este coeficientede potencia tiene un valor máximo teórico de 59,3% denominadolímite de Betz.

La cantidad de energía transferida al rotor por el viento depende como hemos visto, de la densidad del aire,"d", del áreade barrido del rotor, "A", y de la velocidad del viento, "v".La energía cinética de una masa de aire, "m", moviéndose a una velocidad, "v", responde a la expresión:E = 1/2 mv2 Si el volumen de aire que se mueve es "V" y tiene una densidad "d" su masa será; m = V . d, con lo que suenergía cinética será:Ec = 1/2 dVv2 La cantidad de aire que llegará al rotor de un aerogenerador en un tiempo "t" dependerá de: el área debarrido del rotor "A" y de la velocidad del viento.

DENSIDAD DE POTENCIA

Potencia desarrollada por un aerogenerador

http://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/es/tour/wres/pow/index.htm

Potencia desarrollada por un aerogenerador

Para realizar un cálculo en mayor detalle:

Principal conclusiónComo puede observarse de las ecuaciones, la potencia que se puedeextraer del viento, es proporcional al cubo de la velocidad del viento.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27

Velocidad (m/s)

Pro

du

cció

n (

kW

h/1

0m

inu

tos)

CURVA DE POTENCIA

Velocidad de arranque: 3.5 m/s

Velocidad de corte: 25 m/s

Velocidad de máxima potencia: 15 m/s

La curva de potencia es la principal característicadel funcionamiento de un aerogenerador,identifica el umbral de funcionamiento y laveloçidad máxima

Aerogeneradores de regulación por cambio del ángulo de paso ("pitch

controlled")

En un aerogenerador de regulación por cambio del ángulo de paso, el

controlador electrónico de la turbina comprueba varias veces por segundo la

potencia generada. Cuando ésta alcanza un valor demasiado alto, el controlador

envía una orden al mecanismo de cambio del ángulo de paso, que

inmediatamente hace girar las palas del rotor ligeramente fuera del viento. Y a la

inversa, las palas son vueltas hacia el viento cuando éste disminuye de nuevo.

Así pues, las palas del rotor deben ser capaces de girar alrededor de su eje

longitudinal (variar el ángulo de paso), tal y como se muestra en el dibujo.

Observe que el dibujo está exagerado: durante la operación normal, las palas

girarán una fracción de grado cada vez (y el rotor estará girando al mismo

tiempo).

El diseño de aerogeneradores controlados por cambio del ángulo de paso

requiere una ingeniería muy desarrollada, para asegurar que las palas giren

exactamente el ángulo deseado. En este tipo de aerogeneradores, el ordenador

generalmente girará las palas unos pocos grados cada vez que el viento cambie,

para mantener un ángulo óptimo que proporcione el máximo rendimiento a

todas las velocidades de viento.

Control de potencia en aerogeneradores

Control de emergencia en aerogeneradores

En una emergencia o durante una caída inesperada de la energía, el sistema pitch debe de ser capaz de

devolver las palas a una posición fija de seguridad de 90º frente al viento . Y ello debe ser posible aún en

un fallo de la red de comunicaciones.

Esta es una de las directrices establecida por el Germanischen Lloyd, lo que implica que cada uno de los

sistemas pitch deba ir acompañado de un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI, o UPS en inglés).

Esto es también acompañado por baterías o ultracondensadores.

Y a causa de la importancia de este tema, muchos fabricantes ofrecen ambos sistemas de forma

redundante.

Perturbaciones en el terreno

En áreas donde hay vientos muy persistentes, estos pueden causar cambios permanentes en las

plantas.

Este efecto es interesante para árboles, en particular coníferas, para las que se han desarrollado

índices o clasificaciones basadas en la deformación del tronco, ramas u hojas, que luego se

correlacionan con la velocidad del viento.

El árbol estará más inclinado cuanto más viento haya. La calibración debe hacerse para cada tipo

de árbol.

Métodos linealizados de flujo potencial

Estos modelos son aplicables a configuraciones con

topografía suave, sin desprendimientos de corriente.

Se supone que el obstáculo impone una pequeña

perturbación a perfiles de velocidad del tipo

logarítmico.

La velocidad del viento no es lo mismo en la pala que

está cerca del suelo, que en la que está en lo más alto.

Perturbaciones del Viento

En el mar, prácticamente no hay relieve.

Ejemplo curva de potencia. Vestas V112 3.0 Mw, offshore

Velocidad de arranque: 3 m/sVelocidad de corte: 25 m/sVelocidad de máxima potencia: 12 m/s

Tipos Aerogeneradores

de Eje Horizontal

2

Funcionamiento: Se fundamenta en las leyes del electromagnetismo:

• Si circula corriente por un conductor alrededor del mismo, se crea un campo magnético. Si lacorriente es variable, el campo magnético será variable.

• Si un campo magnético variable abraza a un conductor eléctrico, en dicho conductor secreará una fuerza electromagnética inducida, es decir, una tensión eléctrica.

• Si por un conductor pasa una corriente eléctrica, y éste, está dentro de un campo magnético,dicho conductor será expulsado de dicho campo.

• Los generadores pueden ser de corriente continua o de corriente alterna, y dentro de estos,síncronos o asíncronos.

Los generadores de turbinas eólicas son máquinas rotativas de CA, que basadas en las leyes dela inducción electromagnética, convierten la energía mecánica de rotación en energía eléctrica.

La industria eólica utiliza máquinas síncronas o asíncronas.

• La velocidad del eje de una máquina síncrona viene impuesta por la velocidad de sincronismode la red, es decir, por su frecuencia.

• La velocidad del eje de una máquina asíncrona será mayor que la velocidad de los camposmagnéticos giratorios de la red.

Tipos de generadores eólicos. Funcionamiento

Generadores de turbinas eólicas

Tipos de generadores eólicos. Funcionamiento

Motores síncronos y asíncronos

Tipos de generadores eólicos. Funcionamiento

GENERADOR ASÍNCRONO: Es una máquina eléctrica que basada en las leyes de la inducciónelectromagnética, convierte la energía mecánica de rotación en energía eléctrica.

• Está formado de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator.

• El rotor puede ser bobinado o de jaula de ardilla.

• Si hacemos girar el rotor de forma manual a una velocidad n1 superior a la velocidad síncronadel generador – que viene impuesta por el campo giratorio que crea la red – en este caso el rotorse mueve más rápidamente que el campo magnético giratorio del estator, lo que significa que elestator inducirá una gran corriente en el rotor. Cuanto más rápidamente hagamos girar el rotor,mayor será la potencia transferida al estator en forma de fuerza electromagnética, yposteriormente, convertida en electricidad suministrada a la red eléctrica.

Tipos de generadores eólicos. Generadores asíncronos

Generador asíncrono de inducción

‘‘convencional’’.

•Ésta es la tecnología empleada más antigua y utiliza “unmotor de inducción estándar de la jaula de ardilla”conectado directamente a la red eléctrica. El generadorestá conectado con la turbina a través de una caja decambios. Las máquinas no pueden suministrar su propiacorriente de excitación, que necesita ser suministrada dela red o proveído por separado a través decondensadores. Los generadores de induccióngeneralmente se utilizan solamente con velocidad fija. Elgenerador de inducción no puede proporcionar control depotencia reactivo o del voltaje, regulación de la frecuenciao control de potencia, pero contribuye a la inercia delsistema eléctrico de manera semejante como motor deinducción industrial estándar.

Generador asíncrono de inducción doblemente

alimentado (DFIG)

•Con el generador asíncrono de inducción doblementealimentado las bobinas del rotor son accesibles vía losanillos colectores. El generador está conectado con laturbina a través de una caja de cambios. La corriente delrotor se regula usando automatismos electrónicos,permitiendo que el generador actúe sobre una gama develocidad relativamente grande. El DFIG puedepotencialmente contribuir a la regulación de la potenciareactiva, del voltaje y de la frecuencia. Tambiéncontribuye a la inercia total del sistema eléctrico mientrasque las bobinas del estator de la máquina todavía estánconectadas.

Tipos de generadores eólicos. Generadores asíncronos

Características Generador asíncrono de inducción convencional:

Alta eficiencia de un motor de inducción operando con pequeño deslizamiento negativo (super-sincrono). Bajo mantenimiento

Absorbe energía reactiva del sistema (sin compensación ~0.9pf)

Requiere de compensación (baterías de condensadores) a nivel máquina

Una perturbación puede llevar a la máquina a la inestabilidad al sobrepasar su par máximo, acelerándose hasta que dispara la protección (colapso de tensión)

Las fluctuaciones de viento repentinas se transmiten rápidamente a fluctuaciones en la potencia eléctrica: Velocidad variable limitada 10 %

Se emplean modelos convencionales de motores de inducción para análisis de estabilidad transitoria

Tipos de generadores eólicos. Generadores asíncronos

Características Generador asíncrono de inducción doble DFIG

Operación de velocidad variable => mayor aprovechamiento del viento: Alta energía de salida

Capacidad de generar o absorber energía reactiva (0.9pf inductivo/capacitivo)

Pares transitorios más pequeños

Las fluctuaciones de viento repentinas no se transmiten en fluctuaciones en la potencia eléctrica: Velocidad variable del 30-50 %

Diseño eléctrico y control más complejo con electrónica de potencia

Se emplean modelos específicos para el análisis de estabilidad transitoria (RMS)

Para análisis más en profundidad de la interacción del control son necesarios modelos más detallados por fases (EMT)

Es el generador más usado en la actualidad. Un 85 % de los generadores instalados en el mundo son DFIG

Tipos de generadores eólicos. Generadores asíncronos

GENERADOR SÍNCRONO: Es una máquina eléctrica que basada en las leyes de la inducciónelectromagnética, convierte la energía mecánica de rotación en energía eléctrica.

• Está formado de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator.

• El rotor gira debido al empuje de una parte externa, llamada turbina. Por medio de anillosrozantes y escobillas, se acopla una fuente de corriente continua variable a sus devanados, queen ellos genera un campo magnético o un flujo constante, que al estar acoplado al rotor, creaun campo magnético giratorio, que en los devanados del estator induce una corriente alternatrifásica.

Tipos de generadores eólicos. Generadores síncronos

Los electroimanes en unos casos o los imanes, también llamados polos generadores del campomagnético se encuentran en la parte giratoria -rotor- del generador eléctrico. Los polos se realizansobresaliendo de la superficie de rotor para máquinas de más de cuatro polos o a ras de superficiepara máquinas de 2 ó 4 polos. Estos polos, compuestos por electroimanes, dispondrán de corrientecontinua de excitación suministrada desde el exterior, mediante anillos rozantes y escobillas o interna,mediante corriente continua obtenida a partir de una dinamo o mediante un pequeño alternadorsituado sobre el mismo eje del generador, rectificando la corriente obtenida.

La velocidad de un generador (o motor) que está directamenteconectado a una red trifásica es constante y está impuesta por lafrecuencia de la red, tal y como vimos anteriormente. Sinembargo, si dobla el número de imanes que hay en el estator,puede asegurar que el campo magnético girará a la mitad de lavelocidad.

Tipos de generadores eólicos. Generadores síncronos

Los electroimanes en unos casos o los imanes, también llamados polos generadores del campomagnético se encuentran en la parte giratoria -rotor- del generador eléctrico. Los polos se realizansobresaliendo de la superficie de rotor para máquinas de más de cuatro polos o a ras de superficie paramáquinas de 2 ó 4 polos. Estos polos, compuestos por electroimanes, dispondrán de corriente continuade excitación suministrada desde el exterior, mediante anillos rozantes y escobillas o interna, mediantecorriente continua obtenida a partir de una dinamo o mediante un pequeño alternador situado sobreel mismo eje del generador, rectificando la corriente obtenida.

• Con esta opción el generador utilizaimanes permanentes o un sistemaestándar de excitación. El generadorestá directamente conectado con laturbina y permite el funcionamientocon un amplio rango de variación de lavelocidad, optimizando la extracciónde la energía. los generadoressíncronos son muy útiles debido a laposibilidad de controlar la energíareactiva. Tanto la generación como elconsumo de energía reactiva esposible mediante la variación de lacorriente de excitación. Además sepueden cambiar los niveles de tensióny frecuencia.

Generador Síncrono

Full converter

Tipos de generadores eólicos. Generadores síncronos

Tecnología Multiplicadora

•La potencia de la rotación del rotor de la turbina eólica es transferida al generador a través deltren de potencia, es decir, a través del eje principal, la caja multiplicadora y el eje de alta velocidad.

•Pero, ¿por qué utilizar una caja multiplicadora? ¿No podríamos hacer funcionar el generadordirectamente con la energía del eje principal?

•Si se usara un generador ordinario, directamente conectado a una red trifásica de CA ( corrientealterna ) a 50 Hz, con dos, cuatro o seis polos, deberíamos tener una turbina de velocidadextremadamente alta, de entre 1000 y 3000 revoluciones por minuto (r.p.m.), Con un rotor de 43metros de diámetro, esto implicaría una velocidad en el extremo del rotor de bastante más de dosveces la velocidad del sonido, así es que deberíamos abandonar esta opción.

•Otra posibilidad es construir un generador de CA lento con muchos polos. Pero si quisiera conectarel generador directamente a la red, acabaría con un generador de 200 polos (es decir, 300 imanes)para conseguir una velocidad de rotación razonable de 30 r.p.m.

•Otro problema es que la masa del rotor del generador tiene que ser aproximadamenteproporcional a la cantidad de par torsor (momento, o fuerza de giro) que tiene que manejar. Asíque, en cualquier caso, un generador accionado directamente será muy pesado (y caro).

Tipos de generadores eólicos. Caja Multiplicadora

CAJA MULTIPLICADORA:

•La solución práctica, utilizada en dirección contraria en muchas máquinas industriales, y queestá relacionada con los motores de automóviles, es la de utilizar un multiplicador.

•Con un multiplicador hace la conversión entre la potencia de alto par torsor, que obtiene delrotor de la turbina eólica girando lentamente, y la potencia de bajo par torsor, a alta velocidad,que utiliza en el generador.

•La caja multiplicadora de la turbina eólica no "cambia las velocidades". Normalmente, sueletener una única relación de multiplicación entre la rotación del rotor y el generador. Para unamáquina de 600 ó 750 kW, la relación de multiplicación suele ser aproximadamente de 1:50.

Tipos de generadores eólicos. Caja Multiplicadora

Tecnología multipolar de imanes permanentes

El inconveniente principal del uso de generadores de bajo número de polos (2, 4, 6 etc.), es lanecesidad de implementar una caja multiplicadora, la cual incrementa el peso razonablemente,genera ruido, demanda un mantenimiento regular e incrementa las perdidas del aerogenerador. Elincremento del coste no es significativo, pero es un elemento que en algunos aerogeneradores hasido fuente de graves problemas.

Tipos de generadores eólicos. Imanes permanentes

Los generadores síncronos directamenteacoplados a la turbina son una de las opcionesmás prometedoras en el futuro de la industriaeólica.

Por ello se utilizan cada vez mas sobretodo enaerogeneradores de velocidad variable,generadores síncronos con alto número de polosbien sean electroimanes o de imanespermanentes.

•Este tipo de generador evita el uso de cajamultiplicadora debido a que al disponerde un gran número de polos (hasta 64 omás), su velocidad de sincronísmo es bajay perfectamente compatible con lavelocidad del rotor del aerogenerador.Este tipo de generadores disponen depolos compuestos por electroimanes, locual hace que sean muy pesados yvoluminosos, pero sean capaces deregular la tensión de salida mediante lavariación de la corriente continua deexcitación. Para inyectar la corriente deexcitación disponen normalmente deescobillas que son uno de los puntosdébiles desde el punto de vista demantenimiento.

• Se utilizan en sistemas de velocidadvariable ya que la frecuencia de la señalde salida debe acoplarse medianteconvertidores electrónicos a la señal dered.

• Un generador multi-polo de rotaciónlenta es bastante grande y pesado – paraturbinas del tamaño de Megawatios, eldiámetro exterior puede ser de hasta 5metros y el peso del orden de las decenasde toneladas.

Generador Síncrono

multipolar excitado

eléctricamente

Tipos de generadores eólicos. Imanes permanentes

• En aerogeneradores de pequeña potencia (hasta12 kW) se utilizan mayormente generadoressíncronos de imanes permanentes. Esto esdebido principalmente a su robustez y su bajomantenimiento, evitan el uso de cajasmultiplicadoras, aunque su precio es algomayor. Este tipo de generadores se estáutilizando cada vez mas en aerogeneradores degran potencia debido a lo reducido de su peso yvolumen al utilizar imanes de alto magnetismo.

• Existen distintas topologías de generadores deimanes permanentes. La mayor diferenciaestriba en el camino de flujo magnético. Estepuede ser radial (normalmente en generadoresde pequeña potencia) o axial.

• Es típico ver generadores de imanespermanentes de dos, de tres y de hasta seis omás fases. Sin embargo el número de imanes esmucho mas flexible, desde 2 a 30 engeneradores de pequeña potencia, debido a sugeometria y de hasta 90 imanes en generadoresde gran potencia. Hay que tener en cuenta queun mayor número de imanes ofrece un mayorpar para el mismo nivel de corriente. Por otrolado, un mayor número de imanes implica unmenor sitio para implementarlo. El númeroideal de imanes dependerá de la geometría delgenerador y de las propiedades de losmateriales utilizados.

Generador Síncrono

multipolar con imanes

permanentes

Tipos de generadores eólicos. Imanes permanentes

Tipos de generadores eólicos. Imanes permanentes

Los aerogeneradores de imanes permanentes son mucho máspequeños, ya que en su diseño no requieren de cajamultiplicadora. Y al contar con menos elementos, requierenmenor mantenimiento.

Ventajas de la tecnología Multipolar (I):

•Acoplamiento directo: ausencia de multiplicadora.

•No genera residuos tóxicos: carece de aceites contaminantes.

•Velocidad variable: se optimiza la eficiencia aerodinámica de la máquina ajustando la velocidaddel rotor al viento existente.

•Convertidor total: al pasar toda la potencia del aerogenerador por el convertidor, se controla demanera cooperativa y desacoplada el par eléctrico, la velocidad de rotor, las potencias activa yreactiva, etc.

•Sistema de control robusto QFT: minimiza la fatiga mecánica, mejora la fiabilidad de la máquinaante circunstancias inesperadas y optimiza el rendimiento a cada velocidad de viento.

•Control independiente y fiable de pitch: control de las tres palas del aerogenerador de maneraindependiente. Cada sistema de pitch acumula energía para parar la máquina sin suministro deésta.

•Eficiencia energética mejorada: optimiza la energía obtenida para cada velocidad de viento.

•Fiabilidad, robustez y potencia: simplicidad mecánica que permite alargar su durabilidad, reducirsu mantenimiento y aumentar la disponibilidad.

Tipos de generadores eólicos. Imanes permanentes

Ventajas de la tecnología Multipolar (II):

•Adaptabilidad y flexibilidad: los parámetros del sistema de control, pitch y convertidor se puedenadecuar fácilmente a las condiciones específicas de cada parque.

•Inmune frente a huecos de tensión: aporte de energía reactiva durante el hueco. La reacción de lamáquina es extremadamente rápida, en menos de 20 milisegundos.

•Control de potencia reactiva: controla la energía reactiva que entrega, siguiendo consignas entiempo real del operador de red o la demanda generada por el cliente.

•Control de potencia activa: controla la energía activa que entrega, siguiendo consignas en tiemporeal del operador de red o la demanda generada por el cliente.

•Control de tensión: colabora en el control de tensión de la red en su punto de conexión, siguiendoconsignas en tiempo real del operador de red o la demanda generada por el cliente.

•Control de frecuencia: colabora en el control de frecuencia de la red en su punto de conexión,siguiendo consignas en tiempo real del operador de red o la demanda generada por el cliente.

•Calidad de suministro eléctrico: bajo nivel de armónicos y de flicker.

•Larga vida útil: al instalar componentes mecánicos sencillos y a la utilización de una estrategia decontrol robusto especial que minimiza la fatiga mecánica del aerogenerador.

Tipos de generadores eólicos. Imanes permanentes

Situación Eólica

Offshore

3

PROYECTOS DE EÓLICA OFFSHORE

En estos momentos, en Europa hay una gran cantidad de proyectos de generación de energía eólicaOffshore. En la página web http://www.4coffshore.com/offshorewind/, pueden verse todos los parquesoffshore, tanto los experimentales, como los operativos y los que están en desarrollo.

EVOLUCIÓN POTENCIA EÓLICA OFFSHORE INSTALADA

En el año 2011, en EU, se alcanza la cifra de 3.796 MW, con un total de 1.368 aerogeneradores.

TURBINAS OFSHORE INSTALADAS (final 2011)

Reparto del mercado por unidades

Por unidades instaladas (acumulado), al final

del año 2011, es Siemens quien domina el

mercado, con una cuota del 50%, que

corresponde a 698 aerogeneradores offshore

instalados.

Le sigue Vestas, con un total de 533

aerogeneradores instalados, que suponen el

39% de la cuota de mercado.

El restante 10 % del mercado, está repartido

entre Repower, Winwind, Bard, GE y Areva.

TURBINAS OFSHORE INSTALADAS (final 2011)

Reparto del mercado por Potencia instalada

El reparto del mercado, por potencia instalada

da también el liderazgo a Siemens, con un 53%

de la capacidad total, quien es seguido por

Vestas con un 36%.

Repower es el tercero con una potencia

instalada de 182 MW que equivalen a un 5%

del total. Y el resto se lo reparten entre Bard,

Winwind, GE y Areva.

SUBESTRUCTURES OFFSHORE

Cimentación de los aerogeneradores

offshore

La principal subestructura de anclaje de los

aerogeneradores es la del monopilote, que es

usado en el 75% de los casos, seguida por

fundaciones de gravedad, más unos pocos

jackes y 23 pilares triples.

Por el momento, solo en tres

aerogeneradores se usan estructuras

flotantes.

ATLAS EUROPEO OFFSHORE

Refleja el recurso eólico disponibleen las costas europeas. Se puedeobservar que en el norte de UK elrecurso eólico es muy elevado, yaque los vientos superan los 10m/s.Todo el norte de Europa disponede una importante cantidad deenergía eólica.

EUROPEAN GRIDS

Una de las claves del desarrollo de los parques offshore es su conexión a tierra mediante redes eléctricas de alto voltaje.

MARKET OUTLOOK

Actualmente hay 140.976 MW de energía eólica offshore en diferentes etapas, la mayor parte de los proyectos están en la fase de planificación.

PROFUNDIDAD

Dos de las claves de la instalación de los parques offshore, son: La profundidad y la distancia a tierra, ya que ellas tienen una gran influencia en los costes del mismo.

CADENA DE SUMINISTRO

Los suministradores deequipamiento, componentes,fundaciones, se sitúanprincipalmente en lospuertos de mayor cercanía alos parques offshore.

La cimentación de los aerogeneradores depende principalmente de la profundidad del mar.

TIPOS DE CIMENTACIONES

CIMENTACIONES de POCA PROFUNDIDAD

El coste de las cimentaciones de los

aerogeneradores offshore es muy

elevado, llegando a suponer entre el

15% y el 20% del conjunto.

Este es un importante handicap, para

la viabilidad económica de la eólica

offshore, sin embargo, el hecho que en

el mar haya más horas de viento y una

velocidad media mayor, compensan

este coste extra.

Reparto medio de costes:

• Turbina: 52%

• Cimentación: 16%

• Conexión eléctrica: 17%

• Electrónica: 6%

• O&M: 2%

• Planificación: 4%

• Varios: 3%

CIMENTACIONES FLOTANTES

Los aerogeneradores offhore flotantes, son una necesidad en diversas zonas de la costa europea, y en

especial en la costa española, por su profundidad. Existen diversos prototipos experimentales, uno de los

cuales es el que se está ensayando en la CAPV en un proyecto que lidera Acciona y que se llama

HiPRWind.

Desarrollo grandes

aerogeneradores

TAMAÑO DE LOS AEROGENERADORES OFFSHORE

El tamaño de los nuevos aerogeneradores sigue creciendo en tamaño y en potencia, existiendo ya

aerogeneradores de 6 y 7 MW y estando previsto el desarrollo de turbinas de mayor potencia.

Es de resaltar el caso de Gamesa, quien tiene previsto el desarrollo de un aerogenerador de 15 MW para

el año 2020. Así como la existencia de varios desarrollos de aerogeneradores de 10 MW.

Fuera de Europa, existen también proyectos de grandes aerogeneradores de potencias que alcanzan los

15 MW, solo que su desarrollo se prevé para el año 2013.

TAMAÑO DE LOS AEROGENERADORES OFFSHORE

Desarrollo de un Aerogenerador offshore de 15 MW, por parte de GAMESA.

Gamesa together with other companies and research institutions are looking at developing a 15MW offshore wind turbine by 2020.The Azimut Offshore Wind Energy 2020 project includes 11 companies and 22 research centresspecialising in offshore wind energy technologies. The aim is to generate the know-how required todevelop a large-scale offshore wind turbine using Spanish technology.The offshore wind project will involve a total investment of €25 million over the next four years, andis co-financed by participating companies.The initiative is scheduled to be finalised in 2013 with subsequent development around 2020.Gamesa says the initial objective call for the development of a 15 MW offshore wind turbine that canovercome the technical and financial hurdles facing the rollout of offshore wind power. These includeavailability, foundations, transmission and costs.Gamesa will head activities related to offshore wind energy capture; Acciona Windpower will beresponsible for electricity conversion technologies; Alstom Wind will manage the marine structureand substructure segment; Acciona Energia will head construction, operation and maintenance atoffshore sites; and Iberdrola Renovables will be managing the integration of offshore wind energyinto the grid.Azimut has been approved by Spain’s Centre for the Development of Industrial Technology (CDTI), aunit of the Science and Innovation Ministry, within the framework of the 6th round of research anddevelopment grants through the Cenit (National Strategic Consortium in Technical Research)Programme.

GRANDES AEROGENERADORES OFFSHORE

Desarrollo de un Aerogenerador offshore de 15 MW, por parte de GE.

GE Global Research is looking into wind turbine generators in the 10-15 MW range using MRI technology undera two-year, US$3 million project from the US Department of Energy (DoE).Keith Longtin, Wind Technology Leader, GE Global Research, says: “Applying more than 30+ years of experiencewith superconducting magnets for MRI systems in healthcare, we’re developing an innovative new generatortechnology that will deliver more power while at the same time helping to reduce the cost of wind power.“For MRI systems, we’re applying superconducting magnets to make lower cost systems with higher imagequality,” Longtin adds. “For wind turbines, we want to apply them to generate more wind power at a lower costof electricity. The applications are different, but the basic technology is the same.”The application of superconducting technology could enable significant improvements to the wind turbinegenerator and make the elimination of the gearbox more economical. The keys are reducing the size and weightof the generator, while reducing speed and increasing torque, Longtin explains.Using superconducting technology reduces weight by virtue of the high magnetic fields that can be created bythe superconducting field winding and the fact that the heavy iron in the superconducting generator can bereduced.GE's superconducting wind turbine machine design will employ a novel architecture and proven cryogeniccooling technology, which could result in improved reliability of the complete machine. GE's proposedsuperconducting wind turbine generator aims to have twice the torque density of competing technologies andwould reduce the dependence on the rare earth materials prevalent in all permanent magnet machines used inthe wind power industry. In addition to the superconducting wind turbine generator, GE is also looking at:

•Incorporating lighter composite materials to enable longer wind turbine blades;•Delivering more advanced controls, sensors and condition monitoring algorithms to further reduceoperating costs; and•Developing an array of grid integration technologies to integrate larger amounts of wind power into thegrid.

GRANDES AEROGENERADORES OFFSHORE

LOS 30 MODELOS MAS GRANDES

Tras los aerogeneradores en desarrollo de 15 MW, estos son los mayores aerogeneradores offshore

AEROGENERADOR X. WIND POWER LIMITED

En la UE se están financiando proyectos de I+D que apuntan al desarrollo de nuevos prototipos decaracterísticas muy diferentes a los actuales aerogeneradores de eje horizontal.

SWAY 10 MW

Otro de los grandes desarrollos de aerogeneradores,es el SWAY cuyo prototipo, de 10 MW, ya ha sidoinstalado en la costa de Bergen, Noruega.

http://www.4coffshore.com/offshorewind/

WINDTEC SEATITAN

Este es un prototipo de AMSCWINDTEC SOLUTIONS, queofrece una potencia máxima dede 10 MW.

Objetivos:

El objetivo común que se pretende alcanzar en el Proyecto EMERGE es el desarrollo de la tecnologíanecesaria para extender y liderar la construcción de parques eólicos marinos en aguas profundas. Eldesarrollo de esta novedosa tecnología define la singularidad del proyecto ya que no existen actualmentedesarrollos flotantes en una fase suficientemente madura como para su utilización en la generación deelectricidad. La extensión de la energía eólica a aguas de profundidades mayores de 60 metros será unavance crítico para el sector.

Alcance:

En la actualidad el desarrollo de parques eólicos marinos (offshore) se encuentra limitado a pequeñasprofundidades, en donde los aerogeneradores pueden ser cimentados directamente al lecho marinomediante diferentes técnicas de pilotaje. Para profundidades algo superiores se están estudiando otrotipo de cimentaciones y estructuras que permitan un desarrollo de estos parques hasta los 45-50m. Amayor profundidad, no se ha desarrollado tecnología que permita la instalación de este tipo de plantasde generación. Por lo que nos encontramos ante un límite técnico-económico que condicionaenormemente el desarrollo de parques eólicos marinos en países como España, en donde los fondosbajan abruptamente hasta la plataforma oceánica situada en torno a los 200 metros de profundidad.

Participantes:

Acciona Energía, Iberdrola Renovables, Ecotecnia/Alstom, Robotiker Tecnalia, Instituto de investigaciónde energia de Cataluña (IREC), Kv consultores, Tecnalia-RBTK (España), Universidad del País Vasco (UPV),Universidad de Cádiz (UCA), CENER.

I+D: Proyecto EMERGE

Objetivos:El propósito del proyecto HiPRWind es investigar, desarrollar y validar nuevas soluciones paraaerogeneradores de gran potencia destinados a futuros desarrollos marinos. HiPRWind es parte del 7ºPrograma Marco europeo de investigación en materia de energía.Contenido y actividades:El proyecto se estructura en diez paquetes o áreas de trabajo (WP), fuertemente integradas entre sí,gestionadas con metodología industrial, pero respetando al mismo tiempo la perspectiva a largo plazo enmuchos de los retos de investigación existentes en este ámbito:El WP1 se ocupa del diseño de la estructura flotante de soporte y sus fijaciones.El WP2 se centra en la construcción de un aerogenerador a escala, su ensamblaje en recinto portuario ysu instalación en la zona de ensayos offshore.El WP3 cubre la coordinación y operación de la investigación relacionada con la plataforma.Los WP4 al WP7 se dedican a investigar aspectos relevantes de la turbina flotante, tales como estructuray sistema dinámico, sistema de control, sistemas de monitorización y el rotor de nuevo diseño de palas.Incluyen el diseño, fabricación y ensayo de componentes electrónicos de alta fiabilidad.El WP8 tiene por objeto identificar nuevos conceptos de grandes aerogeneradores marinos.El proyecto incluye también otros aspectos como la difusión y la gestión de propiedad intelectual,enfocadas también a destinatarios no técnicos, así como la gestión de proyecto por los miembrosindustriales y tecnológicos del consorcio.

Participantes:

ACCIONA Energía, ACCIONA Windpower, Fraunhofer, IDESA, Norges Teknisk, Technip, NAREC, ABB,Robotiker, Wölfel Mammoet, Olav Olsen, Bureau Veritas, Micromega, Universität Siegen, TWI, 1-Tech.

I+D: Proyecto Hiprwind

Objetivos:El objetivo general del proyecto WETSITE es desarrollar metodologías, herramientas y pautas para elaprovechamiento eólico offshore en aguas profundas, acordes al recurso disponible en aguas españolas,y que serán asimismo de aplicación a aquellos entornos de operación exigentes donde la tecnologíaactual no puede dar respuesta a los retos que plantea la generación en aguas marinas.WETSITE es un proyecto acogido al subprograma INNPACTO del Ministerio de Economía yCompetitividad, para proyectos de I+D+i de cooperación público-privada.

Contenido y actividades:•Disponibilidad de recurso.•Influencia del medio en el emplazamiento.•Estudio de impacto ambiental.•Coordinación, difusión y promoción.

Duración:6/4/2011-31/12/2014

Presupuesto:El presupuesto total del proyecto: 2,5 millones de euros.

Participantes:ACCIONA Energía, ACCIONA Windpower, Tecnalia, CENER, Azti-Tecnalia.

I+D: Proyecto WETSITE

Entre los proyectos de I+D que se están desarrollando por parte de Gamesa, destacan:

•Azimut Energía Eólica Offshore 2020, con el objetivo de generar el conocimiento necesario para

desarrollar un aerogenerador offshore de gran tamaño, con tecnología 100% española. Entre los

objetivos preliminares de esta iniciativa, cuya culminación se estima en 2013, destacan el

conseguir una potencia unitaria de 15 MW, así como superar las barreras técnicas y económicas

que limitan en la actualidad el despliegue de la energía eólica marina.

•Windlider 2015, dirigido a investigar en las tecnologías clave para el diseño de grandes

aerogeneradores, reduciendo el tiempo para su lanzamiento al mercado e incrementando la

madurez de las primeras series, condiciones esenciales para liderar el mercado a partir del año

2015.

•Upwind, encaminado a la investigación de la generación eólica del futuro y el diseño de grandes

aerogeneradores (8-10 MW) tanto para onshore como para offshore.

•Reliawind, destinado a profundizar en los conceptos de fiabilidad en el diseño, operación y

mantenimiento del aerogenerador, consiguiendo una mayor eficiencia y menor coste de

mantenimiento.

I+D: Proyectos de GAMESA

ResumenCaracterísticas

Offshore

4

CRACTERÍSTICAS DE LOS AEROGENERADORES OFFSHORE

Parques de Energía eólica Offshore:

•Gran interés y cambio de modelo.

• Mayor velocidad media del viento.

•Más horas de viento.

• Menor nivel de la turbulencia atmosférica. Alhaber menos obstáculos al viento.

• Tecnología que va adquiriendo gran madurez.Imanes permanentes.

• Problemas en la obra civil. Costes de instalaciónmucho mas elevados.

•Altos costes de mantenimiento. Por las dificultadesde acceso.

•Necesidad de conexión eléctrica a tierra.

• Nuevos problemas medioambientales. Peromenor impacto visual.

•Necesidad de desarrollar soluciones flotantes.

Vista del parque eólico de Middlegrunden de 40 MW, cerca de Copenhague.

CRACTERÍSTICAS DE LOS PARQUES OFFSHORE

Requisitos de los parques offhore:

•Se necesitan barcos instaladores, desarrollados específicamente para cubrir las necesidades de losparques offhore.

• Existen importantes riesgos económicos ligados a estas inversiones, tanto por tecnología, comopor explotación.

•Dificultades en la industria para proveer al sector de piezas de gran tamaño, como es el caso de :

•Los bujes.

•El eje.

•Las palas.

•Las torres.

•Las cimentaciones.

•Importantes problemas logísticos ligados a estos componentes.

•Necesidad de modelos logísticos de trabajo desde los puertos.

•Problemas de instalación a la red de tierra y de desarrollo de los cables submarinos de HVDC.

•Necesidad de nuevos materiales, con alta resistencia a la corrosión.

•Necesidad de nuevos sensores y componentes más inteligentes para una mejor gestión de losaerogeneradores y parques offshore.

•Necesidad de modelos eficientes de aerogeneradores offshore.

REQUISITOS PARA SU DESPLIEGUE

AerogeneradoresOffshoreActuales

5

Siemens Alemán

Vestas Danés

Gamesa Español

Bard Alemán

Multibrid Alemán *

GE Wind Americano

Acciona Español

Goldwind Chino

Sinovel Chino

Alstom Francés

Enercon Alemán

Clipper Americano

Nordex Alemán

Repower Alemán

Suzlon Indio

* Multibrid pertenece a la francesa Areva.

FABRICANTES/TECNÓLOGOS OFFSHORE

Fabricantes de aerogeneradoresImportante dominio de las empresaseuropeas, tanto para el onshore, como parael offshore. Y lo mismo ocurre en la cadenade valor, los principales fabricantes soneuropeos.

Siemens

Este aerogenerador se basa en la tecnología Direct Drive de Siemens, la cual para una potencia de 6 MWrequiere de un 50% menos de partes móviles que los anteriores aerogeneradores con caja reductora, ytiene un peso total de menos de 350 tons. Esta combinación única de robustez, y bajo peso, reduce deforma significativa las infraestructuras de instalación y los costes de servicio y mejora la obtención deenergía en el ciclo de vida del aerogenerador.

Turbina Sapiens. Siemens 6 MW

Dos versiones, de 3,6 y de 6 MW.Palas de 120 y de 156 m de diámetro

Siemens SWT

Especificaciones Siemens SWT 6.0

Pala de 75 m del aerogenerador de Siemens de 6 MW. SWT 6.0 154

Siemens SWT 6.0-(pala 154 m)

Turbina eólica Siemens SWT-3.6-107

Curva de potencia del aerogenerador SWT 3.6 107 de la empresa.

Vestas

VESTAS V 164. 7 MW

VESTAS V 164. 7 MW

Gamesa

Gamesa CompacTrain®El tren de potencia, diseñado y validado para la plataforma onshore G10X-4.5 MW deGamesa, consta de un eje principal semi-integrado en una multiplicadora de dos etapas,cuya salida se realiza a media velocidad. Gracias a este diseño integrado, la unidad esmás compacta y contiene menos componentes. Por otra parte, la salida a mediavelocidad aumenta la fiabilidad al eliminar los componentes mecánicos que giran a altasrevoluciones, minimizando las tareas de mantenimiento. Esta solución está consideradacomo la más fiable actualmente por expertos independientes del sector

Gamesa GridMate®Solución eléctrica redundante basada en un generador síncrono de imanespermanentes y un convertidor con tecnología full converter. Este sistema incluye variosmódulos operando en paralelo lo que permite el funcionamiento a carga parcial encaso de que se produzca un fallo en uno de ellos. Gamesa GridMate® permite unaóptima operación a cargas parciales cumpliendo con los códigos de red más restrictivos

GAMESA G11X. 5 MW

Gamesa MultiSmart®El sistema de control individual del aerogenerador utiliza un conjunto de datos técnicospara regular cada pala de forma individual, minimizar las vibraciones y reducir las cargasde los principales componentes hasta un 30%. Este sistema de control incorpora lastecnologías más avanzadas basadas en la optimización de la aerodinámica, el control y laeficiencia, orientado a maximizar la energía producida

GAMESA G11X. 5 MW

BARD

BARD 61. 5 MW

“BARD 61“ – Rotorblade

Giro Axial 5°

Cono –3,5°

Peso Rotor ca. 28,5 t

Profundidad cola 0,9 m

Max. Prof. De pala 5,96 m

Diámetro del Pitch 4 m

Peso del Hub ca. 70 t

Diámetro del rotor 122 m

Velocidad mínima (vin) 3 m/s

Velocidad nominal(vr) 12,5 m/s

Tip speed ratio 8,0

Velocidad corte a(600s average)

25 m/s

Velocidad de corta a(1s average)

30 m/s

Vida útil 20 Jahre

Clase TC 1CTamaño 14 x 8 x 8,5 mTotal weight 280 t

Potencia 5.276,2 kWPar motor 42,9 kNmRPM 1.212 U/min.Eficiencia 0,968

Tipo

Generador asíncrono doblemente alimentado

BARD 61. 5 MW

Multibrid

MULTIBRID M5000. 5 MW

MULTIBRID M5000. 5 MW

GE WIND

GE 4.1-113 es un aerogenerador diseñado específicamente para funcionamiento offshore que combina un

probado diseño de GE de tecnología altamente fiable. El diseño del 4.1-113 tiene en cuenta las

características medioambientales marinas y la necesidad de contar con una elevada fiabilidad y

mantenibilidad.Esta máquina incluye tecnología Direct Drive, funcionando en redundancia en el generador

y el convertidor, y cuenta con capacidades especiales de reparación in situ, proporcionando de esta manera

un servicio altamente valioso para los operadores de parques eólicos offshore.

GE 113. 4.1 MW

Al igual que otros fabricantes deaerogeneradores offshore, GE, hadiseñado esta turbina pensando en lareducción de peso, ya que ello reduce lossiguientes costes:

•Infraestructura. Cimentaciones mássencillas.

•Instalación. Menor peso y menornúmero de piezas.

•Menores costes de mantenimiento.Por menores componentes ytecnología Direct Drive.

GE 113. 4.1 MW

Este aerogenerador de tecnología Direct Drive, está ya en funcionamiento y GE ha obtenido con él una fiabilidad superior al 97%.

Acciona

AW 1500

El proyecto HiPRWind (High Power,High Reliability Offshore WindTechnology) es un proyecto de I+Den el que participan diecinueveempresas de ocho países. Se tratadel diseño e instalación de unaplataforma eólica flotante queestará anclada al lecho marino.Sobre esta plataforma, se levantaráun aerogenerador marino fabricadopor Acciona de 1,5 MW de potencia.La compañía española es laresponsable directa del diseño de laplataforma flotante y prevé suinstalación y la del aerogeneradorque la coronará en el segundosemestre del año 2013. Laplataforma flotante estará a unosdos kilómetros de distancia detierra firme y será anclada concadenas al lecho marino en una zonaen la que se encuentra a unaprofundidad de unos cien metros

HiPRWind

Acciona dispone de un

aerogenerador de 3 MW, pero

las pruebas para el proyecto

Hprwind se están haciendo con

la de 1,5 MW

Goldwind

GW 100/2500

Características

GW 100/2500

Alstom

Haliade™ 150-6MW

Esta turbina usa una pala de 73,5 metros que ha sido desarrollada conjuntamente con LM Wind Power,

dando lugar a un rotor con un diámetro exterior de 150 metros. Su potencia nominal es de 6 MW, lo que le

permite optimizar la captura de energía. Este aerogenerador obtiene un 40% más de energía eléctrica por kg

de material usado por los aerogeneradores de tecnología anterior. Su diseño se ha hecho con el objetivo de

reducir el peso al máximo, lo que permite reducir el coste de instalación, los costes de cimentación y los

costes de mantenimiento. Resistencia y durabilidad están maximizadas en una excepcional pala muy ligera

desarrollada específicamente para este aerogenerador Haliade™ 150-6MW.

Este aerogenerador de alta eficiencia no dispone

de caja reductora acoplada al eje del generador ,

lo que reduce lso componentes sometidos a giro,

lo que aumenta su fiabilidad y minimiza los

costes de mantenimiento.

El innovador avance AHD (diseño avanzado de

gran densidad) Direct Drive PMG es una turbina

compacta de un peso mucho más ligero que las

primeras turbinas direct drive del mercado.

Haliade™ 150-6MW

Haliade™ 150-6MW

Enercon

ENERCON E-112. 4,5 MW

ENERCON E-112. 4,5 MW

ENERCON E-112. 4,5 MW

ENERCON 126. 7,5 MW

ENERCON E-112. 7,5 MW

Cálculo de la potencia delaerogenerador de Enercon, enfunción de la velocidad del viento,siguiendo una distribución deWeibull.

Clipper

Clipper, modelo Liberty2,5 MW

En el diseño de aerogeneradores offshore, la decisión de usar

tecnología direct drive con imanes permanentes es clara para Clipper,

ya que ofrece importantes ventajas de mantenimiento y mejores

rendimientos en un rango muy amplio de potencias de salida, y se

elimina la necesidad de alimentar de corriente el rotor del generador y

desaparecen las corrientes parásitas. Al no usarse escobillas,no hay

ninguna que reemplazar. Tampoco hay necesidad de acoplamiento

entre la caja reductora y el generador.

Clipper, modelo Liberty 2,5 MW

El devanado aislado del generador de clase H opera a menos temperature que un clase F y está clsificado

para medio voltaje, otro beneficio en comparación con el generador estándar diseñoado solo para bajo

voltaje. El tren de potencia puede operar solamente dos o tres generadores para entregar una potencia de

salida reducida .

El sistema del generador de imanes permanentes en combinación con el convertidor de potencia de esta

turbina Liberty es muy favorable con le red de corriente eléctrica qpermaneciendo uniforme para bajadas de

energía del 5 al 10%, minimizando las correcciones.

Se suminstra en dos configuraciones:: Un IP54 totalmente encapsulado con refrigeración por agua; y, el IP54

de enfriamiento por aire con filtros para proteger el generador de la contaminación del aire.

WINWIND

WINWIND 3, 3 MW

WinWinD 3 es un nuevo aerogenerador de 3 MW que lleva el concepto de unidad de potencia

integrada a un nuevo nivel. Ofrece una elevada productividad y eficiencia en todo tipo de vientos.

Cuenta con un rotor que tiene un diámetro de 120 metros , el aerogenerador ofrece nuevos

estándares de productividad, aún a bajas velocidades del viento y consta de una nacelle que es

significativamente más ligera que otros aerogeneradores de igual potencia, con un nivel de resistencia

mecánica mejor y a un coste total menor.

WWD-3 está regulada mediante pitch y cuenta con tres partes principales:

•Rotor . De 3 Palas y hub con control mediante pitch electromecánico.

•Unidad integrada de potencia. Con dos filas de cojinetes cónicos, engranajes planetarios y

generador de velocidad variable con imanes permanentes.

•La nacelle dispone de convertidor de frecuencia, transformador y diversos accesorios.

WINWIND 3, 3 MW

WINWIND 3, 3 MW

Repower

REpower 6M

La nueva turbina offshore de REPOWER, representa un posterior

desarrollo de su exitosa predecesora, la REPOWER 5M. Este nuevo

desarrollo se basa en la consolidada filosofía de REPOWER, que

incluye un mejor servicio, componentes diseñados para una mayor

duración, una mayor facilidad de transporte, una mejorada

compatibilidad con el grid y un claro enfoque a la operativa en mar.,

REPOWER 6 M, 6 MW

Sistema Pitch :•De tipo Electromecánico , con un mantenimiento mínimo.•Elevada calidad (sistema robusto), generosamente dimensionado con un sistema permanente delubricación.•Elevada fiabilidad debido a un sistema redundante de detección del ángulo de la pala mediante dossistemas independientes de medida.•Alta seguridad debido a un sistema de control independiente para cada una de las palas.•Carga permanente y monitorización del estado de las baterías.

REPOWER 6 M, 6 MW

Resumen

Características

Aerogeneradores

Resumen características

Características de los aerogeneradores offshore

•Existe un número elevado de aerogeneradores que igualan o superan los 6 MW y que se están

poniendo en servicio por parte de los tecnólogos.

•La tendencia de los aerogeneradores offshore es a seguir usando aerogeneradores de eje

horizontal, según el modelo actual escalado a mayor tamaño, con tres palas, y siendo previsible

que a corto plazo se alcance la potencia de 10 MW.

•El tamaño de las palas crece en función de la potencia de los aerogeneradores, superando por el

momento los 80 m de largo, lo que da un diámetro de la corona sobre la que actúa el pitch de 5 m,

con un peso total de las palas de 35 tn.

•Las velocidades de giro de las palas de estos aerogeneradores (6 a 7 MW) son:

•Velocidad de activación, de 3 a 4 m/s.

•Velocidad nominal, 12,5 m/s.

•Velocidad de corte 25 m/s.

•A medio y largo plazo, se están diseñando aerogeneradores de 15 y hasta 20 MW, algunos de los

cuales siguen las pautas actuales, mientras que otros diseños apuntan a nuevas soluciones, como

es el caso del aerogenerador X.

Resumen características

Características de los aerogeneradores offshore

•La mayor parte de los fabricantes apuestan por la tecnología Direct Drive de imanespermanentes, que son turbinas cuya nacelle es mucho más pequeña, que requieren de menosmantenimiento al contar con menos componentes entre los cuales se elimina la caja reductora,que tampoco cuentan con grupo hidráulico y que por tanto usan sistemas pitch electromecánicos.Aunque todavía existen aerogeneradores con caja reductora.

•La nacelle tiende a estar sellada y con refrigeración controlada, de tal manera que se minimice elimpacto de la corrosión marina.

•Estos nuevos aerogeneradores de imanes permanentes, son considerados como una nuevageneración tecnológica, son de mayores potencias y proporcionalmente reducen su peso en un40% aproximadamente, las razones de esta evolución son:

•Se reducen los costes de componentes.

•Se reducen los costes de instalación.

•El mantenimiento baja proporcionalmente, para compensar los elevados costes demantenimiento en mar.

•La cimentación se simplifica en parte al reducirse el peso del aerogenerador.

•Flotantes: Por el momento existen pocos proyectos, los que hay son experimentales, de turbinasflotantes, siendo necesario que esta tecnología se desarrolle en el futuro.

FUENTES de

INFORMACIÓN

Las fuentes de información que se exploraron, fueron:•Asociaciones:

•REOLTEC. Plataforma eólica Tecnológica Española.•TPWIND. Plataforma tecnológica europea de energía eólica.•AEE. Asociación empresarial eólica.•APPA Eólica. Asociación de productores de energías renovables, sección eólica.•EWEA. European Wind Energy Asociation.•GL GARRAD HASSAN.

•Tecnólogos e industrias del sector:•Siemens.•Vestas.•Repower.•Gamesa.•Iberdrola.•Eon.•Gas natural (por sus informes sobre eólica offshore).•Enercon.•Dong.•Bard.•Alstom.•Acciona.•Suzlon.

Fuentes de Información

•Tecnólogos e industrias del sector:•Winwind.•GE Wind.•Goldwin.•Winwind•Multibrid.•Y otros fabricantes de aerogeneradores.

•Fabricantes y proveedores de sistemas Pitch:•Zollern.•Liebherr.•Bosch Rexroth.•ABM Greiffenberger.•SSB.•Jahnel Kesteman.•MLS Controls.•Nanjing High.•Bonfiglioli.•Carraro.•Comer Industries.•Brevini.•Nabtesco.•Somitomo.

Fuentes de Información

Centros Tecnológicos•CENER.•ACCIONA I+D.•NREL.•NAREC.•TECNALIA.•FRAUNHOFER IWES.•SINTEF.

•Libros consultados:

•Centrales de Energías Renovables. UNED. Editorial Pearson.

•Energías Renovables de Antonio Creus Solé. Editorial técnica.

•Fuentes de energía para el futuro. María del Rosario Heras Celemín.

•Sistemas eólicos de producción de energía eléctrica, Jose Luis Rodríguez Amenedo. Editorial Rueda.

•Documentos utilizados:

•Las necesidades de I+D+i a largo plazo del sector eólico español – Reunión de la Task 11 de la Agencia Internacional de la Energía.

•The way forward. TPWIND.

•Wind power observatory 2011.

•The European offshore wind industry key 2011 trends and statistics. EWEA.

•Pitch and Yaw Drives. Wind Energy Solutions.

•Análisis de sistemas y componentes de aerogeneradores offshore. Europraxis.

•Diversos catálogos técnicos de los aerogeneradores offshore de sus fabricantes.

•Diversos catálogos técnicos de los sistemas pitch de sus fabricantes y proveedores.

•Wind in our Sails. EWEA.

•Energía eólica – Pedro Fernández Diez - Departamento de Ingeniería eléctrica y energética –Universidad de Cantabria.

•Wind Turbine Technology, fundamental concepts of wind turbine engineering – ASME.

•State of the Art in Floating Wind Turbine Design Tools. A. Cordle, GL Garrad Hassan and Partners Ltd. & J. Jonkman, National Renewable Energy Laboratory.

•Wind turbine control algorithms. E.L. van der Hooft; P. Schaak; T.G. van Engelen.

Bibliografía

•Documentos utilizados:

•Introduction to A Wind Energy Generation System. the Institute of Electrical and Electronic Engineers

•Power Electronics for Modern Wind Turbines. Morgan & Claypool Publishers.

•Desarrollo de un emulador de turbinas para el accionamiento de generadores eléctricos. Jaime Arribas Barba. Universidad Pontificia de Comillas.

•Gamesa in the offshore business. GAMESA.

•Wind Energy Industry Manufacturing Supplier Handbook.AWEA.

•Electric pitch control. Windurance.

•Alleviation of Extreme Blade Loads by Individual Blade Control during Normal Wind Turbine Operation. Han Yi & W.E.Leithead. Dept. of Electrical and Electronic Engineering, University of Strathclyde. Glasgow, UK.

•Load measurement system for individual Pitch Control. MOOG.

•Hydraulic versus Electric Pitch Systems. AVN Energy.

•Control of Wind Turbines: Past, Present, and Future. Jason H. Laks, Lucy Y. Pao, and Alan D. Wright.

•Offshore Wind Seminar. Fundación Gas Natural.

•Dynamic control of wind turbines. Andrew Kusiak, Wenyan Li, Zhe Song.

•Individual blade pitch control of floating offshore wind turbines. H. Namik, K. Stol .

•Wind Turbine Pitch and Yaw Drive Manufacturers. Colin Marson, Lisergy Consulting.

•Control and Operation of Variable Speed Marine Current Turbines. Results from a Project funded by the German Ministry for the Environment. G. Mattarolo, J. Bard, P. Caselitz, J. Giebhardt.

•Dynamic Design of an Electromechanical Pitching System for Wind Turbines by Means of Multi-Body Simulation. Institute of Machine Elements and Machine Design, Dresden University of Technology.

•Load Assumptions for the design of electro mechanical pitch systems. Andreas Manjock.

•Estado del arte del control de la potencia en generadores eólicos. Alexander M. González L.

Bibliografía