Estudio de Viabilidad de Parques Eolicos

7/28/2019 Estudio de Viabilidad de Parques Eolicos

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PROYECTO FIN DE CARRERA

TTULO DEL PROYECTO

ESTUDIO Y PLANIFICACIN DE UN

PARQUE ELICO

AUTOR: JOS JOAQUN MIRANDA GARCA

MADRID, septiembre de 2008

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI)

INGENIERO EN ORGANIZACIN INDUSTRIAL


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Autorizada la entrega del proyecto del alumno:

Jos Joaqun Miranda Garca

.

EL DIRECTOR DEL PROYECTO

D. Flix Calvo Narvez

Fdo.: Fecha: 11 de septiembre de 2008

V B del Coordinador de Proyectos

D Susana Ortiz Marcos

Fdo.: Fecha: 11 de Septiembre de 2008


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1.- RESUMEN

La energa elica, as como otras energas renovables, ha experimentado

un gran auge en Espaa, algo que va extendindose al resto de pases de la

Unin Europea cada vez ms concienciados de la importancia de las energas

renovables como una fuente alternativa de energa, con un impacto sobre el

medio ambiente mucho menor que las convencionales. No slo se han sumado al

reto los pases de la unin Europea, sino todos aquellos acogidos al Protocolo de

Kyoto, que a fin de reducir emisiones estn potenciando la energa elica como la

fuente de energa renovable hoy da ms viable para la generacin elctrica.

Espaa es en la actualidad el segundo productor de energa elica en el

mundo, tan slo por detrs de Alemania y por encima de pases mucho mayores

como puede ser Estados Unido, que ocupa el tercer lugar.

Para que todo esto sea posible, la energa elica debe estar amparada

dentro de un marco legal que asegure la viabilidad econmica de estasinstalaciones y que d como resultado algo atractivo para el inversionista.

Espaa dispone de tecnologa propia para el sector y cada vez son mayores los

avances en cuanto a eficiencia de los aerogeneradores y ms capaces de

aprovechar la energa de los vientos menos intensos, lo que ampla las posibles

ubicaciones de parques elicos permitiendo un expansin muy grande del sector.

El Parque Elico objeto del proyecto est ubicado en la provincia deZaragoza, y est constituido por una alineacin de diez aerogeneradores de 2

MW de potencia unitaria, lo que supone una potencia total instalada de 20 MW.

La energa elctrica generada en l asciende a 49,8 GWh/ao. Esta energa se

vende a tarifa segn el RD 436/2004 de 12 de marzo, donde se establece y

regula la produccin de energa elctrica en rgimen especial, que para el

proyecto son las instalaciones de la categora b) grupo b.2 energa elica. Las

nuevas tarifas segn se paga la electricidad vendida vienen detalladas en el RD

661/2007 que estn debidamente actualizadas en el proyecto.


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En el proyecto se aborda primeramente la seleccin del emplazamiento del

parque elico a partir de datos de viento de la zona, los cuales son estudiados

tcnicamente para decidir la ubicacin del parque evaluando el potencial del

mismo. No obstante, se presentan tambin los criterios de seleccin del

emplazamiento atenindose a motivos geogrficos y socioeconmicos de la zona,

adems de la necesidad de valorar el impacto ambiental del mismo.

Posteriormente se evalan varios tipos de aerogeneradores dentro del

mercado para instalar en el emplazamiento, as como una presentacin de las

caractersticas tcnicas del aerogenerador. Esta seleccin se decide haciendo unestudio de la productividad del parque con el aerogenerador correspondiente,

adems de estudiar los valores de la rentabilidad que daran a la inversin y as

como la sensibilidad de los factores que intervienen en la inversin. Finalmente

se opt por el aerogenerador Gamesa G90, de clase IIIA/WZII.

Se ha incluido una breve descriptiva de cmo es la instalacin general del

parque elico, as como del aerogenerador que se va a emplear, si bien dondefundamentalmente se va a centrar el proyecto es en el estudio econmico y

financiero de la inversin. En este apartado, se ha tenido que estimar la

produccin del parque, y se han considerado tres posibles escenarios

econmicos en cuanto al pago de primas e incentivos de produccin.

Este proyecto requiere una inversin de 20,268 M, que va a ser

financiada externamente en un 85%, y el resto se realizar mediante recursospropios del promotor. En el estudio financiero, se ha hecho anlisis de

sensibilidad de la inversin frente a diversas variables como pueden ser el

porcentaje de financiacin propia, el IPC, el precio del dinero o el WACC entre

otros.

Para concluir el proyecto, y debido a la gran importancia que tiene en este

estudio econmico, se ha investigado sobre presupuestos de parques elicos

similares para poder hacer un clculo aproximado del presupuesto, lo que se


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encuentra detallado en el ANEJO 1, a partir de precios unitarios de elementos

que se van a utilizar en el proyecto, tanto de material como de mano de obra.

Se ha incluido tambin un estudio de impacto ambiental (ANEJO 2) para el

proyecto debido a la gran importancia que tiene hoy da, donde se describe el

proyecto, sus instalaciones, el medio fsico donde se encuentra y la valoracin de

los impactos producidos por el parque elico en el entorno de su localizacin,

durante sus fases de vida (construccin, explotacin y abandono).

La estructura est diferenciada en dos documentos principales: la memoria

del proyecto, donde se incluyen las partes principales del mismo, y los anejos,donde se encuentra el presupuesto y el estudio de impacto ambiental.


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UNIVERSIDAD PONTIFICIA DE COMILLASESTUDIO Y PLANIFICACIN DE UN PARQUE ELICO

PROYECTO FIN DE CARRERADEPARTAMENTO DE ORGANIZACIN INDUSTRIAL

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Abstract

Wind power and other renewable energies have experienced a huge boom

in Spain, something that spread to other European Union Countries increasingly

aware of the importance of renewable energy as an alternative source of energy

with less environmental impact than other sources. Not only have joined to

challenge European Union countries, but all those covered by the Kyoto Protocol,

in order to reduce emissions are enhancing the wind today as the renewable

energy source more viable for power generation.

Today Spain is the second largest producer of wind energy in the world,

just behind Germany and ahead of many much bigger countries such as the

United Estates which ranks third.

In order to make this possible, the wind should be covered within a legal

framework that ensures the economic viability of these facilities and make it look

as something attractive to investors. Spain has developed its own technology forthis industry and is retrieving major advances in efficiency of wind turbines and

better ability to harness the energy of slower winds, which broadens the possible

locations for wind farms by allowing a huge expansion of sector.

The wind farm is located in the province of Zaragoza and consists of an

alignment of ten wind turbines of 2 MW unit, representing a total installed power of

20 MW. The electric power generated rise to 49.8 GWh per year. This energy issold to fare as the RD 436/2004 of March 12, which establishes and regulates the

production of electricity in special regime, which for the project are the facilities

category b) group b.2 "wind ". The new rates are paid according to the electricity

sold are detailed in RD 661/2007 that they are updated on the project.

The project addresses the first site selection of wind farm from wind data in

the area, which are technically studied to determine the location of the park to

assess the potential of it. However also presents the criteria for selection of the


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7

site within reasonable geographic and socio-economic area as well as the need to

assess the environmental impact of it.

Subsequently various types of wind turbines are assessed within the

market to install at the site, as well as a presentation of the technical

characteristics of the wind turbine. This selection is decided by a study of

productivity with the wind turbine park for further study of values that would return

to investment and economic sensitivity. Finally the decision was to install the wind

turbine; Gamesa G90, Class IIIA / WZII.

In addition includes a brief description of how the facility's overall wind farmas well as the wind turbine to be used but where the project is truly focused is on

the study of economic and financial investment, which has had to estimate

production Park further study three possible economic situations regarding

payment of bonuses and incentives for production.

This project requires an investment of 20268 million which will be funded85%, the rest through promoter's own resources. The draft financial study has

been made sensitivity analysis of investment compared to several variables such

as the percentage of financing itself, the CPI, the price of money or WACC among

others.

To complete the project and because of the great importance it has in this

economic survey, has been investigated on similar budgets of wind farms in orderto make an estimate of the budget which has been detailed on Schedule 1 from

simple pricing elements to be used in the project, both material and manpower.

It also includes an environmental impact assessment (Annex 2) for the project

because of the great importance it has today, which has described the project, its

facilities, the physical location and assessing the impacts produced by The wind

farm in the environment in which it finds during their stages of life (build-operate

and abandonment).


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8

The structure is differentiated into two main documents: the memory of the

project, which includes the main parts of the project, and appendixes, where the

budget and the environmental impact study.


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CONTENIDO DEL PROYECTO

1.- RESUMEN

Abstract

MEMORIA

2.-ESTUDIO TCNICO DEL VIENTO

3.- SITUACIN4.-EVALUACIN DEL POTENCIAL ENERGTICO DEL PARQUE ELIC

5.- AEROGENERADOR

6.- PROCESOS PARQUE ELICO

7.- ESTUDIO ECONMICO Y FINANCIERO DE LA INVERSIN

8.- CONCLUSIONES

ANEJOS

ANEJO 1: PRESUPUESTO

ANEJO 2: ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL

BIBLIOGRAFA Y REFERENCIAS

NDICE DE FIGURAS

NDICE DE TABLAS


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NDICE GENERAL

1.- RESUMEN ___________________________________________________ 2

Abstract________________________________________________________ 6

MEMORIA _____________________________________________________ 16

2.-ESTUDIO TCNICO DEL VIENTO ________________________________ 17

2.1.- Obtencin de los datos, estaciones meteorolgicas. __________________ 17

2.2.- Registro de datos obtenido _______________________________________18

2.2.1.-Datos obtenidos por las estaciones meteorolgicas _______________________ 18

2.2.2.- Tratamiento estadstico de los datos___________________________________ 19

2.2.3.- Perfil vertical de velocidades de viento segn la direccin __________________ 242.2.4.- Perfil vertical de velocidades de viento _________________________________ 28

2.2.5.- Otros datos relevantes______________________________________________ 30

3.- SITUACIN _________________________________________________ 33

3.1-Justificacin de eleccin del emplazamiento__________________________ 33

3.2.-Criterios de eleccin del emplazamiento_____________________________ 34

4.-EVALUACIN DEL POTENCIAL ENERGTICO DEL PARQUE ELIC_ 38

4.1.- Introduccin____________________________________________________ 38

4.2.- Descripcin del emplazamiento____________________________________39

4.3.- Medida de datos ________________________________________________39

4.3.1.- Tratamiento informtico de datos _____________________________________ 39


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5.- AEROGENERADOR___________________________________________ 41

5.1.-Para el caso del G90: _____________________________________________43

5.2.-Para el caso del G87: _____________________________________________455.3.-Para el caso del G83: _____________________________________________46

5.3.-Sensibilidad de las inversiones en funcin del tipo de aerogenerador.____50

5.5.- Descripcin tcnica del aerogenerador _____________________________ 51

5.5.1.- TIPO DE TURBINA Y DESCRIPCIN GENERAL __________________________ 51

5.5.2.-ROTOR____________________________________________________________ 54

5.5.3.- SISTEMA DE TRANSMISIN Y GENERADOR ____________________________ 57

5.5.4.- SISTEMA DE FRENADO______________________________________________ 59

5.5.5.- SISTEMA DE ORIENTACIN__________________________________________ 61

5.5.6.-GNDOLA__________________________________________________________ 62

5.5.7.-TORRE ____________________________________________________________ 63

5.5.8.- PESO DEL AEROGENERADOR________________________________________ 65

5.5.9.- UNIDAD DE CONTROL Y POTENCIA ___________________________________ 65

5.5.10.- DESCRIPCIN DEL SISTEMA INGECON-W_____________________________ 67

5.5.11.- CURVA DE POTENCIA DEL AEROGENERADOR G90-2.000Kw _____________ 69

5.5.12.- DESCRIPCIN DE LA INSTALACIN ELCTRICA________________________ 73

5.5.13- ELEMENTOS ELCTRICOS EN LA GNDOLA ___________________________ 74

6.- PROCESOS PARQUE ELICO__________________________________ 75

6.1.- Instalaciones generales del parque_________________________________ 75

6.2.- Obra civil ______________________________________________________76

7.- ESTUDIO ECONMICO Y FINANCIERO DE LA INVERSIN __________ 83

7.1.- Estimacin de la produccin parque elico __________________________ 83

7.2.- Anlisis econmico______________________________________________ 85

7.2.1.-PRODUCCIN ANUAL DEL PARQUE ELICO ____________________________ 85

7.2.2.-CASO 1: MS DESFAVORABLE (SIN PRIMAS NI INCENTIVOS) ______________ 89

Anlisis de sensibilidad para el caso 1 _______________________________________ 92

7.2.3.-CASO 2: MS FAVORABLE____________________________________________ 94

Anlisis de sensibilidad para el caso 2 _______________________________________ 97

7.2.3.-CASO 3: CASO MS REALISTA ________________________________________ 99


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Proyecto e hiptesis econmicas______________________________________100

Venta de energa elctrica _______________________________________________ 101

Ingresos parque elico __________________________________________________ 103

Variacin anual de la produccin elctrica ___________________________________ 104Variacin del precio de la energa elctrica __________________________________ 104

Gastos parque elico ___________________________________________________ 106

Margen operativo ______________________________________________________ 107

Amortizacin __________________________________________________________ 108

Clculo de la financiacin ________________________________________________ 110

Cuenta de resultados ___________________________________________________ 113

Clculo del flujo de caja para el servicio de la deuda ___________________________ 115

Ratio de cobertura del servicio anual de la deuda _____________________________ 116

Balance ______________________________________________________________ 117

Pasivo _______________________________________________________________ 118

Flujos de caja _________________________________________________________ 119

Cuadro de indicadores financieros de la inversin _____________________________ 120

Anlisis de sensibilidad para el caso 3 ______________________________________ 122

Sensibilidad en funcin de la financiacin _________________________________ 122

Representaciones grficas de los flujos de caja: ____________________________ 124

Sensibilidad en funcin de los tipos de inters______________________________ 130

Sensibilidad en funcin del IPC _________________________________________ 133

8.- CONCLUSIONES ____________________________________________ 138

ANEJOS______________________________________________________ 144

ANEJO 1: PRESUPUESTO_______________________________________ 145

1.1.-Precios Unitarios de materiales y operaciones_______________________148

1.1.1.-MATERIALES ______________________________________________________ 148

1.1.2.-MAQUINARIA ______________________________________________________ 151

1.1.3.-MANO DE OBRA____________________________________________________ 152

1.2.- Mediciones____________________________________________________ 154

1.2.1.-OBRA CIVIL _______________________________________________________ 154

1.2.2.-INSTALACIONES ELCTRICAS _______________________________________ 159

1.2.3.-INGENIERA Y DIRECCIN DE OBRA __________________________________ 171


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1.2.4.-CONTROL DE CALIDAD ______________________________________________ 171

1.2.5.-ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD____________________________________ 171

1.3.-Presupuestos parciales de las unidades de obra ______________________172

1.3.1.-OBRA CIVIL ________________________________________________________ 1721.3.2.-INSTALACIONES ELCTRICAS ________________________________________ 176

1.3.3.-INGENIERA Y DIRECCIN DE OBRA ___________________________________ 188

1.3.4.-CONTROL DE CALIDAD ______________________________________________ 188

1.3.5.-ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD____________________________________ 188

1.4.-PRESUPUESTO GENERAL________________________________________ 190

1.5.- Resumen del presupuesto _______________________________________192

ANEJO 2: ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL _____________________ 193

2.1.-Introduccin ___________________________________________________ 194

2.1.1.-ANTECEDENTES ___________________________________________________ 194

2.1.2.-LEGISLACIN ______________________________________________________ 194

2.1.3.- OBJETO DEL ESTUDIO______________________________________________ 197

2.2.- Descripcin del proyecto_________________________________________ 199

2.2.1.- EMPLAZAMIENTO __________________________________________________ 1992.2.2.- DESCRIPCIN DE LAS INSTALACIONES _______________________________ 199

Accesos______________________________________________________________ 199

Canalizaciones ________________________________________________________ 200

Cimentaciones_________________________________________________________ 200

2.2.3.- PLATAFORMAS DE MONTAJE ________________________________________ 201

2.2.4.- AEROGENERADORES ______________________________________________ 201

2.2.5.- RED ELCTRICA INTERNA __________________________________________ 202

2.3.- Estudio del medio fsico _________________________________________204

2.3.1.-INTRODUCCIN____________________________________________________ 204

2.3.2.- CLIMATOLOGA ____________________________________________________ 204

2.3.3.-PAISAJE __________________________________________________________ 205

2.3.4.- CLASIFICACIN DEL SUELO_________________________________________ 206

2.3.5.- SOCIOECONOMA _________________________________________________ 206

2.4.- Identificacin de impactos________________________________________ 207

2.4.1.-ACCIONES DEL PROYECTO Y EFECTOS DEL MISMO ____________________ 207

2.4.2.- FASE DE CONSTRUCCIN __________________________________________ 209

Construccin y mejora de accesos _________________________________________ 209


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Vial de servidumbre a los aerogeneradores __________________________________ 209

Creacin de parque de maquinaria o zona de operaciones______________________ 210

Cimentacin de aerogeneradores__________________________________________ 211

Plataformas de montaje _________________________________________________ 211Zanjas _______________________________________________________________ 212

Incremento de trfico____________________________________________________ 213

Empleo ______________________________________________________________ 213

2.4.3.-FASE DE EXPLOTACIN _____________________________________________ 214

Funcionamiento de los aerogeneradores ____________________________________ 215

Generacin de energa __________________________________________________ 215

2.4.4.-FASE DE ABANDONO _______________________________________________ 216

4.2.- Identificacin de factores del medio afectados _______________________216

4.2.1.- FASE DE CONSTRUCCIN __________________________________________ 216

Suelo ________________________________________________________________ 217

Atmsfera ____________________________________________________________ 217

Vegetacin____________________________________________________________ 218

Fauna _______________________________________________________________ 218

Paisaje_______________________________________________________________ 218

4.2.2.- FASE DE EXPLOTACIN ____________________________________________ 219

Sistema Hidrogeolgico _________________________________________________ 219

Suelo ________________________________________________________________ 219Atmsfera ____________________________________________________________ 219

Fauna _______________________________________________________________ 220

Paisaje_______________________________________________________________ 220

2.5.- Valoracin de impactos __________________________________________ 221

2.5.3.- VALORACIN DE IMPACTOS SOBRE FACTORES DEL MEDIO

AFECTADOS____________________________________________________________ 221

Usos y aprovechamientos ________________________________________________ 221

Socioeconoma ________________________________________________________ 222Sistema Hidrogeolgico _________________________________________________ 223

Suelo ________________________________________________________________ 224

Aire _________________________________________________________________ 225

Ruidos _______________________________________________________________ 226

Vegetacin____________________________________________________________ 228

Fauna _______________________________________________________________ 229

Paisaje_______________________________________________________________ 232

2.5.4.- CONCLUSIONES ___________________________________________________ 235


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15

BIBLIOGRAFA Y REFERENCIAS _________________________________ 237

Referencias bibliogrficas____________________________________________237

Referencias de internet ______________________________________________238Consultas a organismos y empresas ___________________________________ 239

Normativa _________________________________________________________ 239

NDICE DE FIGURAS ___________________________________________ 242

NDICE DE TABLAS ____________________________________________ 244


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MEMORIA


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2.-ESTUDIO TCNICO DEL VIENTO

2.1.- Obtencin de los datos, estaciones meteorolgicas.

Para la instalacin de un parque elico, en primer lugar hay que hacer un

estudio de vientos de la zona donde se vayan a ubicar los aerogeneradores. Para

ello se ha recurrido a datos proporcionados por el instituto nacional de

meteorologa que dispone de una estacin meteorolgica que recoge los vientos

de la zona peridicamente cada 10 diez minutos. Su indicativo de distincin es9244X y lleva funcionando desde hace ms de 15 aos. Las series completas de

datos que proporcionaba eran desde 1997 a 2002. Pese a todo, los datos de la

estacin del INM no eran completos (haba ausencia de datos en algunas horas

y/o das), en ocasiones faltaba 2 das de datos de viento. Esto es por motivos de

mantenimiento de la instalacin y por alguna avera que surgi durante su largo

periodo de funcionamiento. No obstante, no es muy relevante ya que las prdidas

de datos han sido mnimas y se ha hecho un tratamiento estadstico con datoscensurados para minimizar el error. Esta instalacin de medida se encuentra

situada a una altura sobre el suelo de 25 metros. Para hacer el estudio para un

parque elico, se necesitan unos datos de viento tomados a una altura mayor, y

con ayuda de estos se van a interpolar para obtener una relacin de velocidades

a la altura del buje del aerogenerador.

Las coordenadas geogrficas de ubicacin de esta estacin meteorolgica

son:

Latitud: 11 25 22

Longitud: 42 29 34

La segunda estacin meteorolgica que analiza el recurso elico existente

en la zona es propiedad de la compaa Iberdrola Energas Renovables. Esta

estacin realiza medidas de velocidad y direccin de viento a 48 metros de altura


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18

y lleva en servicio desde Junio de 2000, plazo suficiente para evaluar el potencial

elico de la zona.

Las torres de medicin se componen de un mstil Televs modelo 360,

con una altura total de 48 m. La estacin dispone adems de un sistema de

adquisicin de datos, ubicado en una caja a la intemperie de dimensiones 20 x 30

cm y situado a 1,50 m del suelo aproximadamente. Aqu se registran datos de

velocidad y direccin promediados cada 10 minutos.

Para garantizar la alimentacin elctrica de las instalaciones y su

autonoma plena, se coloca un panel solar ligeramente por encima de la unidadde adquisicin de datos.

La estacin es totalmente automtica y la extraccin de datos se realiza

mediante ordenador una vez al mes a pie de torre.

Una vez recopilados los datos procedentes de la estacin meteorolgica,

se han depurado los datos anmalos de velocidad y direccin, con el fin de tenerun registro de datos representativo de las condiciones de viento en la zona.

2.2.- Registro de datos obtenido

2.2.1.-Datos obtenidos por las estaciones meteorolgicasUna vez obtenidos los datos hay que interpolarlos para poder obtener un

perfil de velocidades de viento a lo largo del tiempo, puesto que no se dispone

de los datos de viento a la altura del buje del aerogenerador que se encuentra a

78 metros de altura sobre el suelo.

Las velocidades medias mensuales, en m/s, obtenidas en la

estacin meteorolgica, desde Junio de 2000, se muestran en la tabla siguiente:


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19

Ene.

Feb.

Mar.

Abr.

May.

Jun.

Jul.Ago

.Sep

.Oct

.Nov

.Dic.

2000 6.5 6.1 6.9 7.1 7.3 8.3 8.5

2001 7.8 9.2 7.8 7.5 7.1 5.8 5.8 6.5 6.8 7.2 8.1 8.3

2002 6.2 7.0 6.3 8.7 5.1 6.4 6.8 6.7 5.8 7.0 9.0 9.9

2003 10,4

5.8 6.3 8.4 5.7 6.2 6.0 6.0 5.7 7.7 8.9 5.9

2004 6.5 8.1 8.3 6.4 7.1 6.3 6.6 5.7 5.6 7.6 8.8 9.4

2005 10.

5

7.4 6.2 9.4 6.5 5.9 6.0 5.8 6.1 8.2 7.5 8.0

Tabla 1: Datos mensuales de viento de la estacin meteorolgica

Las medias anuales sern:

Ao 2000: 7.24 m/s

Ao 2001: 7.32 m/s

Ao 2002: 7.07 m/s

Ao 2003: 6.91 m/s

Ao 2004: 7.20 m/s

Ao 2005: 7.29 m/s

La velocidad media de todo el perodo ser de 7.17 m/s

Al ser la velocidad media superior a 5.5 m/s, se considera la zona con unpotencial elico alto.

2.2.2.- Tratamiento estadstico de los datos

Si se introducen todos los datos de viento obtenidos en un programa de

clculo estadstico (Statgrafics Centurin en este caso) se obtiene el siguiente

histograma:


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20

Histogram

0 5 10 15 20 25 30

Velocidad del viento

0

200

400

600

800

1000

1200

frequency

Figura 1: Histograma de frecuencias acumuladas de viento

Analizando el histograma, se asume como hiptesis que la distribucin

de velocidades de viento sigue una ley Weibull cuyos parmetros son:

Parmetro de forma: 2,2366

Parmetro de escala: 8,10253


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21

Histogram for Velocidad del viento

0 5 10 15 20 25 30

Velocidad del viento

0

200

400

600

800

1000

1200

frequency

DistributionWeibull

Figura 2: Histograma de frecuencias acumuladas de viento con aproximacin grfica

La funcin de densidad de la distribucin obtenida es:

Figura 3: Funcin de densidad de la velocidad del viento


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22

Tambin es posible que sea aproximada por una distribucin de

Rayleight, pero para el caso la Weibull es bastante acertada como se puede

comprobar en el histograma de frecuencias que se ha presentado

anteriormente. Si se hace un test de bondad de ajuste de Kolmogorov-Smirnov

se puede observar que el error es muy pequeo.

Comparison of Alternative DistributionsDistribution Est. Parameters Log Likelihood KS D

Weibull (3-Parameter) 3 -22717,5 0,0346908Weibull 2 -22717,6 0,0349334Rayleigh 2 -22805,8 0,072791

Normal 2 -23061,1 0,0536413Tabla 2: Comparacin con distribuciones alternativas

En la tabla anterior se han comparado ms distribucuiones, pero

claramente, como bien indica la teora, la distribucin de velocidades de viento

en un emplazamiento se puede aproximar con precisin con una ley Weibull.

El valor medio u de la distribucin puede obtenerse en funcin de los dos

parmetros que determinan la curva: k (parmetro de forma) y c (parmetro de

escala), segn la frmula:

= c f (1 + 1/k) donde f es la funcin Gamma de Euler.

El parmetro de forma, k, indica como de puntiaguda es la distribucin,

es decir, si las velocidades del viento siempre tienden a estar prximas a un

determinado valor, si la distribucin tiene un valor alto de "k" ser muy

puntiaguda.

La distribucin de Weibull es una distribucin de probabilidad y el rea

bajo la curva de Weibull siempra vale 1, ya que la probabilidad de que el viento

sople a cualquiera de las velocidades, incluyendo el cero, debe ser del 100%.

La velocidad del viento media es realmente el promedio de las

observaciones de la velocidad del viento que tenemos en el emplazamiento, de


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23

tal manera que la distribucin de las velocidades del viento es sesgada, es

decir, no es simtrica.

Para mostrar la informacin sobre las distribuciones de velocidades del

viento y la variacin de las direcciones del viento, se dibujan un histograma de

frecuencias de viento por intervalo de velocidad y una rosa de los vientos.

Histograma de distribucin de velocidades del viento

Veloc.(m/s)

14

Horas 1330 946 1121 1226 1051 858 674 499 358 262 175 260

Tabla 3: Histograma de distribucin de velocidades de viento

Histograma de frecuencias de viento por intervalo de velocidad

H i s t o g r a m a d e f r e c u e n c i a s d e v i e n t o p or i n t e r v a l o d e v e l o c i d a d

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

14

I n t e r v a l o d e v e l o c i d a d e s ( m / s)

Horas

Figura 4: Histograma de frecuencias de viento por intervalo de velocidad


24/245



24

2.2.3.- Perfil vertical de velocidades de viento segn la direccin

Rosa de vientos

Cada uno de los datos de viento obtenidos por sendas estaciones

meteorolgicas recoge tanto la velocidad del viento en ese instante como la

direccin del viento. Esta informacin de direccin del viento es continua de 0 a

360, por tanto esto se discretiza en 16 sectores de direccin del viento de 22,5

grados cada uno y si se pondera anualmente nos dar la velocidad media del

viento en dicha direccin.

Segn se ve en la siguiente figura, la rosa de los vientos se puede

apreciar que los vientos ms fuertes son el la direccin suroeste donde los

vientos llegan a alcanzar velocidades medias de 12 m/s, aunque como se ver

ms adelante, la frecuencia de esta velocidad es bastante pequea.

ROSA DE LOS VIENTOS

0

2

4

6

8

10

12

N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Figura 5: Rosa de los vientos


25/245



25

Tambin se puede observa que tiene otra direccin de rachas con

velocidades elevadas y es de componente noreste concretamente en la

direccin NNE. El resto de direcciones tiene unas velocidades medias anuales

de 6 a 8 m/s para componente noreste y las velocidades ms bajas son de

componente sureste.

En segundo lugar hay que estudiar las frecuencias anuales de esas

velocidades, eso se ve en el siguiente grfico sectorial (Rosa de direcciones

medias anuales del viento), en este caso se puede comprobar que las

direcciones donde mayor frecuencia de viento hay coincide con las direcciones

donde mayor velocidad de viento hay.

Rosa de drecciones medias del viento

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Figura 6: Rosa de direcciones medias del viento

No obstante, el resto de direcciones tambin tiene una componente de

velocidades nada despreciable, siendo los vientos de componente sureste los

menos frecuentes. Los vientos de componente noroeste tienen unas frecuencias

intermedias entre ambos sectores.

La produccin energtica en funcin de la direccin del viento es funcin

de la velocidad del viento anual en cada direccin y de la frecuencia relativa a


26/245



26

cada direccin del viento. Combinando ambas se obtiene la rosa de la energa,

que aparece en la siguiente figura y representa como es la produccin

energtica segn la direccin. Viene indicando en porcentajes como es la

energa que aporta el viento segn la direccin de la velocidad. Es muy

representativo e indica que porcentaje de energa se produce en el parque

segn cada una de las direcciones del viento.

Rosa de la energa

0%

2%

4%

6%

8%

10%

12%

14%

16%

18%N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Figura 7: Rosa de la energa

Como se puede ver, la mayor parque de energa que posee el viento en

esa zona es en las direcciones predominantes del viento en este

emplazamiento, adems de de poderse comprobar que en las direcciones de

menor frecuencia de viento y menores velocidades, la produccin energtica

sera mucho menor, esto corresponde con las direcciones de componente

sureste. Una energa media estara en la direccin noroeste. En las direcciones

predominantes del viento es donde mayor cantidad de energa se producira,

esto es en las direcciones noreste y suroeste fundamentalmente.

La representacin grfica de estos datos son obtenidas a partir de unos

datos promedio que aparecen en la siguiente tabla:


27/245



27

Zonaangular

DireccionesMedias

Rosa de losvientos (m/s)

Rosa de laenerga

Velocidadporcentual

N 7,00% 5,42 5% 5%NNE 9,30% 9,56 11% 8%

NE 9,50% 5,59 7% 5%ENE 8,50% 3,67 4% 3%E 7,00% 4,2 4% 4%ESE 4,00% 4,67 2% 4%SE 2,50% 4,79 2% 4%SSE 1,20% 5,4 1% 5%S 2,00% 7,5 2% 7%SSW 7,00% 9,25 8% 8%SW 9,70% 11,68 15% 10%WSW 11,00% 11,6 16% 10%W 7,80% 10,5 11% 9%WNW 5,50% 7,9 6% 7%NW 4,40% 6,4 4% 6%Tabla 4: Valores promedio de frecuencias, velocidad y energa en funcin de la direccin del viento

En la tabla anterior, se puede ver la frecuencia segn la direccin del

viento y el mdulo de la velocidad segn la direccin. Adems, la energa del

viento segn cada direccin es funcin de los datos anteriores, por lo que est

muy relacionado.

Aparece una columna, la velocidad porcentual, que proviene de hacer

unitaria la velocidad en funcin del los valores promedio de la tabla, para que

pueda ser representada en un grfico conjunto de velocidad del viento, rosa de

la energa y frecuencias del viento. Es para poder ver en un grfico a golpe de

vista como cada una de las rosas de viento, frecuencias y energa tienen una

geometra parecida, y como la rosa de la energa va a ser funcin de las otras

dos entradas de datos:


28/245



28

Rosa de vientos, frecuencias y energa

0%

5%

10%

15%

20%N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SESSE

SSSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

Direcciones MediasCalculos rosa energaVelocidad porcentual

Figura 8: Rosa de vientos, frecuencias y energa

2.2.4.- Perfil vertical de velocidades de viento

La velocidad del viento va creciendo con la altura, por tanto la velocidad

que incide en el buje del aerogenerador ser ms realista cuanto ms a su

altura se tomen los datos. Sin embargo esto no es siempre posible, y las

estaciones meteorolgicas para analizar el recurso elico se ponen a alturas

de 50 m, 60, o incluso ms.

Para nuestro caso disponemos de dos medidas, una estacin est situada

a 25 metros de altura sobre el suelo, y la otra a 48 metros de altura sobre el

nivel del suelo. Para hallar la velocidad a la altura del buje del

aerogenerador, se utiliza la siguiente ley potencial:

2 2

1 1

V h

V h


29/245



29

De esta manera, con el promedio de velocidades a las dos alturas de que

se disponen los datos, se puede obtener el coeficiente de la ley potencial. Esto

se va a hacer segn la direccin del viento, por tanto se tiene:

Zonaangular

V1 a z=25m (m/s)

V2 a z=48m (m/s)

V3 a z=67m (m/s)

V4 a z=78 m(m/s)

V5 a z=100m(m/s) Coeficiente

N 4,79 5,42 5,77 5,94 6,23 0,19NNE 8,50 9,56 10,15 10,43 10,91 0,18NE 4,54 5,59 6,22 6,53 7,07 0,32ENE 2,94 3,67 4,11 4,33 4,71 0,34E 3,30 4,2 4,75 5,03 5,51 0,37ESE 3,79 4,67 5,20 5,45 5,91 0,32SE 3,91 4,79 5,31 5,57 6,01 0,31SSE 4,38 5,4 6,01 6,31 6,83 0,32S 6,41 7,5 8,12 8,43 8,94 0,24SSW 7,96 9,25 9,99 10,34 10,95 0,23SW 10,18 11,68 12,53 12,93 13,63 0,21

WSW 10,31 11,6 12,32 12,66 13,24 0,18W 9,40 10,5 11,11 11,40 11,90 0,17WNW 7,26 7,9 8,25 8,41 8,69 0,13NW 5,84 6,4 6,71 6,85 7,09 0,14

NNW 6,02 6,77 7,19 7,39 7,73 0,18

Promedios 6,221 7,181 7,734 8,001 8,459 0,239

Tabla 5: Velocidad media en funcin de las distintas zonas de estudio y de la zona angular.

A la vista de la tabla, se tiene que segn la direccin del viento se tiene

una velocidad promedio procedente de los datos diezminutales de cada

estacin. Segn esto, obtiene el coeficiente de la ley potencial . En base a ello

y segn la ecuacin anterior se obtiene una aproximacin de la velocidad del

viento a 67, 78 y 100 metros de altura. Estas alturas se corresponden con las

alturas que se disponen para el modelo de aerogenerador elegido, el GamesaG90, cuyas torres pueden ser de las tres alturas respectivas. En este proyecto,

la altura de las torres que se va a elegir es de 78 m, por motivos de impacto

ambiental y de costes, aunque lo ms eficiente para el proyecto es poner las

torres cuanto ms altas mejor. A los datos que se obtienen a las diferentes

alturas se les debe hacer el mismo tratamiento estadstico que a los datos que

se han presentado anteriormente procedentes de la estacin meteorolgica,

para as obtener la produccin elica del parque. Lo nico que se modificara

con la ley anterior, al calcular la velocidad del viento a 78 metros de altura es la


30/245



30

velocidad del viento a esa altitud, por lo que la rosa de los vientos sera igual,

pero con una mayor velocidad del viento segn la direccin.

Rosa de los vientos

0

2

4

6

8

10

12

14N

NNE

NE

ENE

E

ESE

SE

SSE

S

SSW

SW

WSW

W

WNW

NW

NNW

V1 a 25 m (m/s)V2 a 48 m (m/s)

V3 a 67 m (m/s)

V4 a 78 m (m/s)

V5 a 100m (m/s)

Figura 9: Rosa de los vientos en funcin de la altura.

Como se puede observar en la figura, en cuanto aumenta la altura, la

velocidad del viento aumenta y aumenta el rea contenida dentro de la regin de

la rosa de los vientos, es decir aumenta la velocidad media y aumentara la

energa producida en el parque elico.

Con respecto a la rosa de frecuencias y rosa de la energa se quedara

igual, la primera porque las frecuencias segn la direccin es igual y la segunda

porque la rosa de la energa es adimensional y se mantienen las proporciones

de produccin.

2.2.5.- Otros datos relevantes

Otro dato relevante para el estudio del recurso elico es la densidad del

aire, algo fundamental. La densidad del aire vara con la temperatura, y con la

altura. Este emplazamiento tiene una temperatura media anual de 11 C, y se


31/245



31

encuentra situado a una altitud de 630 metros sobre el nivel del mar. Esto

sugiere que hay que hacer correcciones por densidad para estimar la produccin

energtica del parque.

Curva de potencia del aerogenerador

0

500

1000

1500

2000

2500

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18-21

Velocidad (m/s)

Potencia(KW)

Potencia (kW)

Figura 10: curva de potencia del aerogenerador para una densidad del aire de 1,225 Kg/m

La presin y densidad para este emplazamiento es de:

Densidad: = 1,16 kg/m

Presin: P= 93,89 KPa

Estos datos son promedios anuales obtenidos de la estacinmeteorolgica, est claro irn variando a lo largo del ao, pero han sido tenidos

en cuenta en la elaboracin del modelo.

A al vista de la curva de potencia anterior, habr que tener en cuenta la

densidad del aire a la altura de estudio, que vara despreciablemente en los 44

metros que tiene de ms el buje del aerogenerador que la estacin

meteorolgica, considerndose despreciable. Segn los clculos con las


32/245



32

expresiones de densidad del aire con la altura, esta se quedara en =1,15 kg/m

aceptndose la hiptesis anterior.

Para tener en cuenta el efecto de la densidad, se ha recurrido a introducir

la curva de potencia en el programa WASP 9.0 de RISOE, programa que es

capaz de modelizar el parque elico teniendo en cuenta todos los factores, tanto

de viento como topogrficos. Dispone de un mdulo de clculo de curvas de

potencia as como una base de datos de las caractersticas tcnicas de los

modelos de aerogenerador comerciales ms utilizados. Cuenta con un editor de

curvas de potencia para el caso de que el aerogenerador no est dentro de la

base de datos.


33/245



33

3.- SITUACIN

3.1-Justificacin de eleccin del emplazamiento

La seleccin y el anlisis de posibles emplazamientos que sean

adecuados para la instalacin de aerogeneradores comprenden en general las

siguientes fases:

Fase de exploracin: Caracterizada por la prospeccin elica general y el

diseo preliminar del sistema elico.

Fase de planificacin: Caracterizada por una evaluacin pormenorizada

del emplazamiento y el diseo del sistema elico.

Fase de operacin: Caracterizada por la prediccin del rgimen de viento

y la valuacin operacional del sistema elico (prediccin de la energa

elica producida y condiciones de operacin del sistema).

En la etapa de seleccin del emplazamiento debe atenerse de forma

general a los siguientes criterios:

Caractersticas elicas del emplazamiento:

Velocidad media del viento lo ms elevada posible.

Ausencia de rachas fuertes y frecuentes.

Viento laminado con la mnima turbulencia posible.

Viento con direccin predominante.

Ausencia de calmas duraderas.

Condiciones del terreno

Presentar la menor rugosidad posible y por tanto estar libre de obstculos

en un radio de unos 500 m alrededor del parque.


34/245



34

Mantener una distancia entre aerogeneradores del orden de unos diez

dimetros en la direccin del viento dominante y de tres a siete dimetros

en la direccin perpendicular al mismo.

Presentar un nivel de complejidad lo menor posible. Colinas suaves y

de baja rugosidad.

Conviene, que el lugar no est prximo a ncleos habitados para evitar el

impacto paisajstico y sonoro que pudiesen producir los aerogeneradores.

Adems es importante que el lugar presente una accesibilidad adecuada.

Proximidad a las redes elctricas de interconexin:

Conviene que el parque elico se site cerca de la red de alta tensin a

fin de disminuir los costes de inversin en el sistema de interconexin y

minimizar las prdidas por transporte.

Impacto medioambiental:

Se debe contemplar el impacto sonoro que puede ocasionar sobrepoblaciones cercanas, el impacto paisajstico, efectos sobre la flora y

fauna y las posibles interferencias sobre ondas de radio, televisin o

telefona.

Configuraciones geomtricas simples que no llamen la atencin y se

ajusten a la forma del terreno.

Pinturas suaves.

Los generadores tienden a ser bien vistos por la sociedad en general y sise colocan en los sitios adecuados no afectan demasiado a la vida

animal.

3.2.-Criterios de eleccin del emplazamiento

La eleccin del emplazamiento para construir el parque elico del

proyecto se ha basado en los siguientes criterios:


35/245



35

a) Adecuacin al Plan Elico de Aragn. Documento Provincial de Zaragoza.

El Plan elico de Aragn relativo a la provincia de Zaragoza es el

resultado de seleccionar las zonas que poseen mayor potencial de

aprovechamiento elico, escogiendo las ms viables tcnica y econmicamente

para su explotacin. Sobre estas zonas se toman en consideracin los factores

medioambientales y tcnicos que llevan aparejados y sus posibles efectos. La

superposicin de estos dos factores genera una clasificacin del territorio de la

provincia e identifica varias comarcas en las que se considera idneo el

desarrollo de parques elicos.

El parque elico del proyecto se encuentra ubicado en la comarca

denominada Comarca de las Cinco Villas" en el Plan Elico de Aragn. Por

tanto la situacin del parque objeto de este documento de adecua de forma

notable a dicho Plan.

b) Dictamen medioambiental del Plan Elico de Aragn Documento

Provincial de Zaragoza.

El Boletn Oficial de Aragn informa favorablemente sobre el Plan Elico

Regional de la provincia de Zaragoza.

En dicho dictamen ambiental se detallan los argumentos y condiciones en

los que se basa. Uno de los tres argumentos y condiciones mencionados es el

de reducir al mximo el nmero de lneas elctricas necesarias para laevacuacin de la energa de todos los parques de la provincia.

En este sentido el parque elico del proyecto tratar de minimizar la

infraestructura elctrica necesaria.

Por lo expuesto en los prrafos anteriores la ubicacin del parque elico

es muy buena para cumplir con el dictamen medioambiental de la Consejera de

Medio Ambiente.


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36

c) Viabilidad Tcnica

El estudio del potencial elico del emplazamiento y las estimaciones de

produccin demuestran la viabilidad tcnica. Adicionalmente hay que valorar la

poca complejidad del terreno donde se ubica el parque, que hace que la

ejecucin de la obra necesaria para la construccin sea mucho ms sencilla que

lo estndar de un parque elico. Es evidente que cuanto mayor es la sencillez de

ejecucin de una obra menor es el impacto que esta provoca, dado que los

movimientos de tierra, necesarios para la ejecucin de las instalaciones, son

pequeos y el tiempo de ejecucin de obra se reduce respecto a instalaciones

similares disminuyendo por lo tanto los impactos de carcter temporalproducidos durante la obra (emisiones acsticas, emisin de polvo, transito de

maquinaria etc.)

d) Acuerdos con propietarios

Todas y cada uno de los aerogeneradores del parque se encuentran

dentro de una nica finca. La Empresa inversora tendr un acuerdo firmado conlos dos propietarios de dicha finca para el desarrollo del parque elico. Este

hecho se traduce en una facilidad y rapidez de tramitacin, dado que se hace

innecesario recurrir a procedimientos de expropiacin. Por tanto el proyecto se

podra ejecutar de forma inmediata, una vez se hayan obtenido las

autorizaciones pertinentes.

e) Afecciones Medioambientales del Parque

Los mayores impactos, que puede producir un parque elico son debidos

a la afeccin al paisaje y a espacios protegidos

Con respecto al paisaje y dada la importancia que tiene Sos del Rey

Catlico como turismo rural, se puede afirmar que una vez analizada la

incidencia paisajstica del conjunto del parque no es posible su visualizacin

desde la poblacin de Sos del Rey Catlico, situado a unos 8 km. del parque.


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37

En relacin a la afeccin sobre espacios protegidos hay que sealar que

Taueste, espacio de inters natural de las Brdenas Orientales que se

encuentran cerca del parque, an as no es destacable como zona de paso de

aves, tan slo espordicas.

Teniendo en cuenta la adecuacin del parque al Plan Elico de Aragn, el

dictamen medioambiental de dicho Plan emitido por la Consejera de Medio

Ambiente, la viabilidad tcnica y medioambiental a si como los acuerdos

alcanzados con la propiedad de los terrenos donde se ubica el parque, se pone

de manifiesto la idoneidad del emplazamiento del parque elico de Sos del Rey

Catlico.

La zona objeto de este estudio se encuentra situada en la provincia de

Zaragoza, al Noroeste de la capital. El parque se encuentra en el trmino

municipal de Sos del Rey Catlico.

El Parque del Proyecto se encuentra en una zona elevada de altas

velocidades de viento. No confundir con otro parque elico ya construido en lazona, con relativa antigedad, situado en el trmino municipal de Uncastillo, en

una zona ms conflictiva desde el punto de vista medioambiental.


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38

4.-EVALUACIN DEL POTENCIAL ENERGTICO DELPARQUE ELIC

4.1.- Introduccin

El presente documento tiene por objeto evaluar el potencial elico en el

Parque Elico del Proyecto. El emplazamiento elegido para la ubicacin del

parque se encuentra situado al NO de Zaragoza, en el Trmino Municipal de Sos

del Rey Catlico, en la Provincia de Zaragoza.

Para el anlisis del recurso elico en el Proyecto se han estudiado los

datos registrados en 2 estaciones meteorolgicas instaladas en el

emplazamiento de inters y una situada en los alrededores, ya situada en la

comunidad autnoma Navarra, de esta se tienen los datos diezminutales de

viento con todas sus caractersticas de velocidad, direccin, calmas, rachas y

temperatura.

Tras el procesado de datos se ha elaborado el modelo elico en el

emplazamiento con el cual se ha definido la implantacin de los

aerogeneradores.

A partir del modelo de viento y la implantacin definitiva, se ha realizado

la estimacin de produccin con aerogeneradores de 2 MW de potencia unitaria.

Inicialmente este proyecto se plante con mquinas de 1,5 kW de

potencia unitaria. El tipo de mquina se ha cambiado siguiendo el objetivo de

maximizar la produccin energtica y minimizar el impacto de las instalaciones

sobre el entorno. Con la nueva eleccin de aerogenerador se consigue una

mayor captacin de la energa del viento, debido a su mayor rotor y un menor

impacto, debido a que la potencia unitaria es sensiblemente superior y se reduce

el nmero de aerogeneradores, manteniendo la potencia total del proyecto.

Dado que la viabilidad econmica de cualquier proyecto elico dependesensiblemente de la inversin, la eleccin definitiva de la mquina ms


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39

adecuada vendr determinada por los estudios de viabilidad econmica y por

criterios que minimicen el impacto ambiental de las instalaciones.

En cualquier caso la eleccin del tecnlogo estar condicionada a que

ste tenga su correspondiente Plan Industrial aprobado por la Gobierno de

Aragn.

Los clculos de produccin se han estimado con la aplicacin WasP 9.0 y

con tratamiento estadstico de datos fundamentalmente, al ser un proyecto

orientado a Organizacin Industrial, donde lo ms importante reside en el

estudio financiero, viabilidad y sensibilidad econmica del proyecto.

4.2.- Descripcin del emplazamiento

El emplazamiento elegido para la ubicacin del Proyecto, se encuentra

situado al N de la Provincia de Zaragoza, en el Trmino Municipal de Sos del

Rey Catlico.

La altitud del terreno es de 630 m, siempre con una variacin suave de las

pendientes. La mayor parte esta dedicada al cultivo de cereales. No existen

obstculos importantes destacables.

4.3.- Medida de datos

4.3.1.- Tratamiento informtico de datos

Los datos registrados por todas las estaciones son volcados al ordenador

para su procesamiento. En primer lugar, se procede a detectar aquellos datos

anmalos y valorar de forma general la calidad de aquellos que se aceptan.


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40

En segundo lugar, se analizan los datos para obtener los parmetros ms

representativos del emplazamiento, sus velocidades medias, as como las

direcciones predominantes y las ms energticas.

Esta informacin se presenta a continuacin en forma de tablas y

grficos. En el Captulo 1 se muestran las tablas con las velocidades medias

mensuales y el porcentaje de datos aceptados por mes para todas las

estaciones.

En este mismo Captulo, se muestran las direcciones de viento

predominantes y las velocidades media por sector.

Asimismo se incluye la rosa de la energa en la que se comprueba que la

direccin predominante registrada en las estaciones meteorolgicas es adems

la ms energtica, lo que ser determinante en la implantacin de

aerogeneradores.


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41

5.- AEROGENERADOR

Un aerogenerador es una mquina capaz de transformar la energa cintica del

viento en energa elctrica, por medio de un generador. Esta energa podr

cederse a la red elctrica general, previamente transformada a la tensin

adecuada.

El Parque elico de SOS del Rey Catlico estar constituido por un total de 10

aerogeneradores Gamesa modelo G90 de 2.000 kW de potencia unitaria y con

una altura de torre de 78 m. La potencia total instalada del parque ser de 20 MW.

A pesar de todo, para la eleccin de este aerogenerador, se ha realizado un

estudio econmico de otros aerogeneradores y en funcin de costes, fiabilidad y

energa producida se ha decidido un aerogenerador u otro.

Los aerogeneradores sern de paso y velocidad variable ya que estas

caractersticas aseguran una potencia de salida suave y, al mismo tiempo, se

reducen las cargas de manera significativa.

A grandes rasgos se puede hacer una clasificacin de los aerogeneradores

segn tres clases en funcin de las velocidades medias del viento que sean

capaces de aprovechar. En la zona de estudio, el potencial elico es elevado, pero

existen regiones donde el potencial elico es mucho ms elevado. El

aerogenerador que finalmente se ha decidido instalar es el Gamesa G90, un

aerogenerador de clase III/A capaz de aprovechar tambin las velocidades bajas

del viento. Su velocidad de arranque es inferior a otros modelos (3 m/s). Los

criterios para seleccionar dicho modelo de aerogenerador se muestran en

adelante.

Para la seleccin del aerogenerador, en primer lugar hay que fijarse en la

curva de potencia del mismo y ponderarlo con las velocidades anuales del parque.


42/245



42

En el estudio de viento, hay que ir introduciendo las curvas de potencia de todos

los aerogeneradores a comparar e ir viendo la produccin energtica que tendran.

Esto hay que hacerlo teniendo en cuenta el coste de cada uno de los

aerogeneradores, por tanto se obtiene un coeficiente que relaciona el coste

unitario del aerogenerador en funcin con la produccin esperada en el parque

elico, y el que se obtiene ms elevado es el que se debera poner.

No hay que tener slo en cuenta la produccin esperada por unidad de

coste del aerogenerador, sino la fiabilidad del mismo, las garantas que ofrecen los

suministradores, y el compromiso que ofrecen con el cliente. En Espaa existendiversos fabricantes de turbinas elicas, como pueden ser Gamesa o Acciona

energa. Existen muchos fabricantes en Europa, principalmente en Alemania y en

Dinamarca. Si el aerogenerador se compra en Espaa, es evidente que los costes

de transporte disminuirn, ya que requieren transportes especiales para ser

llevados a la zona donde se van a utilizar. Adems es muy posible que en

diversas zonas, el transporte especial entre y sea necesario acomodar los

caminos y carreteras a tal efecto.

Actualmente se tiende a colocar aerogeneradores ms grandes para la

produccin elica ya que hay un mayor aprovechamiento del terreno para producir

ms electricidad, es decir, ms energa producida en menos espacio.

Tambin hay que tener en cuenta el estudio de impacto ambiental, segn la

legislacin vigente en la zona. Por tanto no siempre se van a poder poner losaerogeneradores ms grandes y ms altos donde mayor velocidad de viento hay.

Atenindonos a este estudio, el aerogenerador que se va a utilizar es el

G90 de Gamesa, un aerogenerador apropiado para velocidades bajas. Pese a

esto, al hacer el estudio econmico de los dos tres aerogeneradores candidatos,

los de clase II y III de Gamesa, los G83, G87 y G90. Al hacer el estudio de

sensibilidad econmica en cuanto a tres tipos de aerogenerador en este parque

elico en funcin de los costes y produccin energtica de cada uno de ellos en la

zona. Se presentan los estudios comparativos para 3 modelos de Gamesa:


43/245



43

5.1.-Para el caso del G90:

Energa anual generada en parque elico 58.801.102,00 KWh./aoEnerga anual vendida a la red 49.827.583,43 KWh./aoTotal Inversin 20.268.035,00

VAN TIRPara el accionista 20.804.133,77 35,19%

De la inversin 19.511.410,40 13,55%Tabla 6: Estudio de la inversin con el aerogenerador G90

Su curva de potencia es:


0

500

1000

1500

2000

2500

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18-21

Velocidad (m/s)

P

otencia(KW)

Potencia (kW)

Figura 11: Curva de potencia para el aerogenerador G90

Siendo los Flujos del caja acumulados:


44/245



44

Flujo de caja acumulado de la inversin

-30

-20

-10

-

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Ao

Flujodecajadelainversin(M)


Figura 12: Flujos de caja acumulados para la inversin para el G90

Flujo de caja acumulado para el accionista

-10

-5

-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Ao

Flujodecajaaccionista(M)


Figura 13: Flujos de caja acumulados para el accionista para el aerogenerador G90


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45


Energa anual generada en parque elico 55.491.384,00 KWh./aoEnerga anual vendida a la red 47.022.954,87 KWh./aoTotal Inversin 18.952.459,23

VAN TIR

Para el accionista 19.763.544,43 35,81%

De la inversin 18.554.730,31 13,68%Tabla 7: estudio de la inversin para el aerogenerador G87

Siendo su curva de potencia:


0

500

1000

1500

2000

2500

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18-21

Velocidad (m/s)

Potencia(KW)

Potencia (kW)

Figura 14: Curva de potencia para el aerogenerador G87


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46


-30

-20

-10

-

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Ao



Figura 15: Flujos de caja de la inversin para el aerogenerador G87


-5

-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Ao



Figura 16: Flujos de caja acumulados para el accionista para el aerogenerador G87


Energa anual generada en parque elico 49.896.190,00 KWh./ao

Energa anual vendida a la red 42.281.632,24 KWh./aoTotal Inversin 18.321.589,00

VAN TIR


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47

Para el accionista 16.815.548,00 31,17%

De la inversin 15.646.971,66 12,67%Tabla 8: Estudio de la inversin para el aerogenerador G83

Siendo su curva de potencia:

Curva de Potencia del Aerogenerador G83

0

500

1000

1500

2000

2500


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48


-30

-20

-10

-

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Ao



Figura 18: Flujos de caja acumulados para el accionista para el caso de instalar el G83

Y los flujos de caja acumulados para el accionista sern:


-5

-

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Ao



Figura 19: Flujos de caja acumulados para el accionista para el caso de instalar el G83

A la vista de este estudio comparativo entre aerogeneradores, est

justificado el poner el aerogenerador G90, ya que es con el que mayor VAN se


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49

obtiene, 20,804 M, mientras que el VAN que nos proporcionara el G87 es de

19,763 M.

El VAN que se obtiene del estudio del aerogenerador G83 es de 16,815 M,

significativamente menor que los anteriores. Todos estos VAN que se han

comentado son para el accionista (el inversor), si se el VAN de la inversin se

tiene:

VAN:

G90 19.511 M

G87 18.554 M

G83 15.646 M

En este caso tambin se ve claramente que la inversin ms rentable es

utilizando el aerogenerador G90.

La duda llega al fijarse en el TIR de la inversin, que tiene un TIR mselevado la inversin referida al G87. Este criterio es bueno para la mayora de los

casos, pero en este caso, el TIR al estar muy mediatizado por los tipos de inters,

llega a salir menor en el caso del G90. El coste de montar el parque elico con el

G87 es menor que con el G90, pero al tener que pagar menos intereses por ser

ms barato y al no diferenciarse en mucho la inversin sucede esto.

TIR:

G90 de la inversin 13,55%, para el accionista: 35,14%

G87 de la inversin 13,68%, para el accionista: 35,81 %

G83 de la inversin 12,17%, para el accionista 31,17%

A la vista de estos datos, se muestra que el TIR ms elevado es para el G87

En cuanto a la produccin energtica, el que ms energa producira en

este emplazamiento es el G90, con un total de 58,801MWh/ao producidos,


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50

seguido del G87 que producira 55,491 MWh/ao y con una diferencia mayor el

G83, con 49,196 MWh/ao.

Otro de los criterios slidos para cerciorarnos de la decisin es el flujo de

caja libre acumulado de la inversin (las grficas en azul) que indican la cantidad

de dinero que acumula la inversin desde que se empieza con el pago de la

deuda y del capital que inviertes, y el flujo de caja acumulado para el accionista.

En todos los casos, los Flujos de caja son ms elevados para la inversin

realizada con el aerogenerador G90.

Flujos de caja acumulados:

Flujos de caja acumulados (M)

De la inversin Para el accionista

G90 45,475 41,32G87 43,637 39,153G83 37,802 34,046

Tabla 9: Flujos de caja acumulados

5.3.-Sensibilidad de las inversiones en funcin del tipo deaerogenerador.

Segn se ha podido comprobar, el precio del parque no vara demasiado al

cambiar el modelo de aerogenerador, ya que la seleccin es entre modelos de

la misma potencia, pero se ha calculado que para este emplazamiento, el

parque con el modelo G90 instalado tiene un precio total de la inversin de

20.268.035 .

Si se iguala el VAN del accionista del G90 al del G87 mediante la

bsqueda de funcin objetivo de excel, se obtiene el precio de la

inversin por encima del cual instalara el G87, esto es de 21.662.517.

Repitiendo el proceso para el caso del G83, se tiene que se instalara

el G83 por encima antes que el G90 si costase la inversin por encima de

los 25.613.095


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51

5.5.- Descripcin tcnica del aerogenerador

5.5.1.- TIPO DE TURBINA Y DESCRIPCIN GENERAL

Un aerogenerador est constituido esencialmente por una turbina elica, una

caja multiplicadora y un generador elctrico situados en la parte superior de una

torre de acero (de 78 m de altura en este caso) cimentada sobre una zapata

de hormign armado.

El modelo G90 de Gamesa es un aerogenerador con un diseo aerodinmico

de punta de pala y un diseo de componentes mecnicos que minimizan el ruido

emitido, gracias a un sistema de control de ruido que permite programar el ruido

emitido de acuerdo con criterios como fecha, hora o direccin del viento, de este

modo se logra el cumplimiento de las normativas locales con una produccin

mxima. Sus palas son ms ligeras por el empleo de materiales como la fibra devdrio, la fibra de carbono y preimpregnados. Cumple todos los requerimientos

principarles de conexin a la red internacionales. Dispone tambin de un sistema de

control y monitorizacin remota con acceso Web (Gamesa SGIPE).

Un esquema del modelo G90, con sus distintos componentes, sera el

siguiente:


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Figura 20: Esquema del G90

La turbina tiene un rotor de 90 m de dimetro situado a barlovento. Est

equipada con:

Tres palas aerodinmicas de paso variable controlado por

microprocesador.

Regulacin electrnica de la potencia de salida mediante

convertidores electrnicos.

Un sistema activo de orientacin.

Mediante un multiplicador mecnico, se acopla a un generador doblemente

alimentado con rotor devanado y anillos deslizantes, de 4 polos y de 2.000 kW de

potencia unitaria.


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53

Estos equipos van situados en el interior de una gndola colocada sobre la

torre metlica, con la disposicin que puede apreciarse en el esquema anterior. La

gndola est construida sobre un bastidor realizado en perfiles tubulares.

El eje principal (8) est soportado por 2 rodamientos montados en alojamientos

de fundicin, los cuales absorben las fuerzas radiales y axiales que provienen del

rotor. El buje del rotor (5) se monta, mediante tornillos, directamente al eje

principal.

Las palas (1) quedan instaladas atornillndolas a cojinetes (2) asegurando

que puedan pivotar fcilmente. Cada pala dispone de un cilindro hidrulico que

acciona el movimiento de cambio de paso de manera independiente, si bien

manteniendo el mismo ngulo de ataque para las tres palas.

El multiplicador (10), fabricado a medida, es instalado detrs del eje principal.

El apoyo del multiplicador transfiere todos los esfuerzos desde la parte frontal ala base del bastidor, y de ah a la torre como elemento estructural principal.

El freno de disco (11), diseado para acoplarlo en el eje de alta velocidad (de

salida) del multiplicador, consta de seis sistemas hidrulicos (mordazas de

frenado) con pastillas de freno sin amianto. El generador doblemente alternado

(14) es activado por el eje de salida del multiplicador mediante un acoplamiento

con junta de composite.

El actuador hidrulico (4) alimenta al sistema de freno y al sistema de control de

paso variable o ngulo de ataque.

La orientacin se consigue mediante cuatro motores elctricos (18) montados

en la base del bastidor. Dichos motores engranan con la corona de orientacin

(16) atornillada en la parte superior de la torre mediante engranajes reductores. La


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orientacin est controlada mediante la seal obtenida de anemoveletas snicas

colocadas sobre el techo de la gndola.

L a t ur bi na se m on ta s ob re u na b as e t ub ul ar t ro nc oc n ic a

galvanizada/metalizada y pintada en blanco, que aloja en su interior, la unidad de

control del sistema, basada en dos microprocesadores.

5.5.2.-ROTOR

El rotor est constituido por tres palas diseadas con perfil aerodinmico

construidas a base de resinas epoxy con fibra de vidrio, y un buje central de

fundicin protegido por una cubierta de fibra de vidrio. El rotor se pone en

movimiento cuando la velocidad del viento es superior a 3 m/s. Las caractersticas

principales del rotor son:

Dimetro .............................................................................................. 90 m

rea de barrido................................................................................ 6.362 m2

Intervalo de rotacin ................................................................ 9,0 -19,0 r.p.m.

Sentido de giro........................................ Sentido horario (visto frontalmente)

Orientacin ................................................................................. A barlovento

Nmero de palas.................................................................................................. 3

Altura del eje principal ............................................................................ 78m

Frenos aerodinmicos......................................... Puesta en bandera de palas

Las palas estn fabricadas en material compuesto, con resina epoxy y fibra de

vidrio. En su fabricacin se emplea la tecnologa de los preimpregnados("prepeg"), que permiten controlar de un modo muy preciso el volumen de fibra del


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55

material y, con l las propiedades mecnicas y aerodinmicas de las palas. La

estructura de las palas del aerogenerador se constituye con un larguero interior al

cual se pegan las dos superficies exteriores a modo de conchas. El larguero es el

elemento estructural de la pala, mientras que las conchas pegadas poseen funcin

aerodinmica, convirtiendo el empuje del viento en par motor para accionar la

mquina. Cada pala posee un "extender" de acero que extiende la longitud total

de la pala una vez instalada.

Las palas tienen un sistema de pararrayos que recoge las descargaselctricas y las transmite, va un cable de acero que recorre la pala

longitudinalmente, hasta el buje, desde donde circulan por los conductores de

proteccin hasta la puesta a tierra del aerogenerador. Las caractersticas

principales de las palas se detallan a continuacin:

Longitud 44 m

Tipo de perfil DU (Delf University) y FFA-W3.

Peso pala completa 5.800 kg

Por lo general, el modo normal de funcionamiento de los aerogeneradores

asncronos ha sido con velocidad constante. Un generador de induccin funciona

con una velocidad casi constante, normalmente entre el 100% y el 101% de la

velocidad nominal. Para un generador de 4 polos, esto significa trabajar con

velocidades que varan desde 1.500 r.p.m. (sin carga) hasta 1.515 r.p.m. (plenacarga) a una frecuencia de 50 Hz. Esta pequea variacin se considera

insignificante, razn por la cual este modo de operacin se denomina de velocidad

constante.

Cuando el viento cambia su velocidad esto se traduce en un cambio similar

de la potencia de salida. Cuando se alcanza la potencia nominal las fluctuaciones

de potencia son indeseables. La regulacin del paso de pala posibilita que la


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mxima potencia est limitada a la nominal, en promedio, en condiciones de

elevada velocidad del viento.

Con un generador de velocidad fija las fluctuaciones de potencia son tan

rpidas que solo es posible mantener la potencia media constante. Al ser la

velocidad fija, estas rpidas fluctuaciones se traducen en cargas mecnicas sobre

toda la cadena cinemtica que acortan la vida de la turbina. El concepto de

velocidad variable utilizado en el aerogenerador G90 posibilita variar

electrnicamente el giro del generador (9-19 r.p.m.) con lo que se reducen al

mnimo las cargas.

La regulacin de potencia viene determinada por el paso variable de las

palas y por la regulacin de la velocidad del generador controlado por un

microprocesador. A bajas velocidades la pala es orientada de forma que presente

una gran superficie vista en direccin al viento dominante. A medida que la

velocidad del viento aumenta, esta superficie se reduce cambiando el ngulo de

orientacin. Si la velocidad del viento supera los 21 m/s, las palas se giran

totalmente para ofrecer la menor resistencia posible al viento y dejan de rotar

como medida de seguridad. El rango de produccin, pues, de este

aerogenerador se extiende desde 3 m/s hasta 21 m/s, aproximadamente.

Cuando una racha de viento golpea el rotor, el controlador permite un suave

incremento de la velocidad del generador. Al mismo tiempo, el sistema deinclinacin gira las palas hacia un ngulo de ataque menos agresivo en tanto se

reduce la velocidad del rotor. El resultado es una potencia de salida suave y al

100% con una carga mnima sobre las palas, el eje principal y los engranajes.

Las palas se atornillan sobre una pieza del soporte de acero que puede

pivotar sobre el buje con una activacin hidrulica, mediante un conjunto de

bielas. Con este sistema se consigue un arranque sin motor y menores esfuerzos

sobre la estructura, tanto durante el funcionamiento como en el frenado. Tambin,


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con este sistema, se aumenta la potencia a altas y bajas velocidades del viento

respecto de la respuesta proporcionada por los aerogeneradores de palas fijas.

5.5.3.- SISTEMA DE TRANSMISIN Y GENERADOR

El buje, soporte de las palas, se atornilla al eje principal del sistema el cual

est soportado por dos apoyos de rodillos esfricos que absorben los esfuerzos

axial y radial del rotor. El esfuerzo de rotacin generado por el rotor se transmite

hasta el multiplicador cuya relacin de transmisin es 1:100,5 merced a un

dispositivo de una etapa planetaria y dos helicoidales. Las caractersticas del

multiplicador son:

Tipo 1 .......................................................etapa planetaria/2 helicoidales

Relacin de transmisin ...................................................................... 1:100,5

Potencia mecnica........................................................................... 2.200 kW

Refrigeracin ....................................... Bomba de aceite con intercambiador

Calentador de aceite..............................................

Estudio de Viabilidad de Parques Eolicos

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