Transcript Expo Eólica

ENERGIA
EÓLICA
INTRODUCCIÓN
Nos molesta. Nos quema la cara. Nos despeina. Nos da frío. Nos
agrada. Nos gusta. Nos ayuda. Es malo. Es bueno. Nos da energía.
El viento, desde la anterior descripción lo vemos lleno de
contradicciones en cuanto a sus efectos, pero es una de las fuentes de
energía más baratas, ya que con el transcurso de los años disminuyen
los costos a medida que mejora la tecnología para la energía eólica,
que se perfila como una respuesta frente a las energías fósiles
contaminantes”.
HISTORIA
La fuerza del viento se ha utilizado principalmente como medio de locomoción.
Hay constancia de dibujos egipcios, datados hace 5000 años, de barcos con
velas para trasladarse por el Nilo.
Posteriormente y ya en los siglos V y VI (d.C) hay constancia de los primeros
artilugios eólicos que eran de eje vertical, utilizados para moler grano y bombear
agua.
En el siglo XI los molinos de viento eran utilizados de forma extensiva en todo
Medio Oriente, siendo introducidos en Europa en el siglo XIII como
consecuencia de las cruzadas.
Hasta la aparición de la máquina de vapor durante la revolución industrial, los
molinos de viento tuvieron una gran importancia en el desarrollo económico
de Europa.
En la década de 1970, y como consecuencia de la crisis energética, los
países desarrollados inciden en el plano de la investigación y el desarrollo,
apareciendo la tecnología que permitiría la producción de las actuales
turbinas eólicas.
Un pionero de la turbina eólica: Charles F. Brush
Charles F. Brush (1849-1929) es
uno de los fundadores de la
industria eléctrica americana.
Inventó por ejemplo un dinamo
muy eficiente de corriente
continua utilizada en la red
eléctrica pública
Las turbinas de F.L. Smidth
1940-1950 Durante la segunda
guerra mundial, la compañía
danesa de ingeniería F.L.
Smidth (ahora un fabricante de
maquinaría para la industria
cementera) construyó diversos
aerogeneradores bi y tripala.
Johannes Juul y las turbinas Vester
Egeborg
Turbina Vester Egesborg.
El ingeniero Johannes Juul fue
uno de los primeros alumnos de
Poul la Cour en sus cursos para
"electricistas eólicos" en 1904.
Empleo de la energía eólica en México a
través del tiempo
El desarrollo de la tecnología en conversión de
energía eólica en electricidad, se inicio con un
programa de aprovechamiento de la energía
eólica en el instituto de investigaciones eléctricas
en febrero de 1977.
Cuando la gerencia general de operaciones de
Comisión Federal de Electricidad cedió al IIE la
estación experimental eoloeléctrica
de el
Gavillero en las cercanías de Huichapan, Hidalgo.
Integrada por dos aerogeneradores Australianos
Dulite de 2 kW cada uno, un banco de baterías y
un inversor de 6 kW para alimentar la red del
poblado.
El IIE desarrollo y probó en el Gravillero
siguientes prototipos de aerogeneradores:
Uno de 1.5 kW, tres aspas de aluminio con control centrifugo
(1977-1978)
los
de ángulo de ataque
El Fénix, de 2 kW, eje horizontal y tres aspas fijas de lámina de hierro, y control de cola
plegable (1981-1983).
El albatros I, de 10 kW, eje horizontal, 11 metros de diámetro, tres aspavelas de Al
forradas de tela de dacrón de alta resistencia (1981-1985).
El albatros II, de 10 kW, eje horizontal, tres aspas de fibra de vidrio súper delgadas con
control por torcimiento de aspas (1986-1987)
La segunda versión del Fénix con tres aspas de fibra de vidrio (1992-1995).
La avispa de 300 W, eje horizontal, tres aspas de fibra de vidrio y control por timón de
cola plegable (1990-1995)
Se desarrollo una aerobomba mecánica denominada “Itia” de eje horizontal de 5 aspas
metalicas con una potencia de ¼ de Hp, a 50 m de profundidad.
¿Qué es el viento?
Es el desplazamiento horizontal de las masas de aire,
causado por las diferencias de presiones atmosféricas,
atribuidas a la variación de temperatura sobre las diversas
partes de las superficie terrestre
Causas por las que se forma el Viento
Hay dos causas principales por las que se forma el viento.
Una es que la Tierra está continuamente girando alrededor de su propio eje.
Si imaginamos que la troposfera – es decir, el aire– permaneciera quieta, sentirías el
aire como si fuese viento cuando la Tierra estuviese girando.
Afortunadamente el aire en el primer par de cientos de metros sigue la rotación de la
Tierra, por lo que no hace tanto viento como el que podría haber si el aire
permaneciese completamente quieto
La otra causa del viento, es el hecho de que el sol no calienta la Tierra de modo
uniforme. Puedes ver que los rayos de sol cubren un área mucho mayor en los polos
que en el ecuador. Esta es la razón por la que en el ecuador, 1 metro cuadrado de
superficie se calentará mucho más que en los polos
El aire caliente se eleva desde el ecuador y flota hacia los polos. Esto deja espacio
para que los vientos fríos del norte y del sur soplen hacia el ecuador.
Resumiendo, el viento que sentimos
1) La rotación de la Tierra
2) La diferencia de temperaturas en la Tierra
es
causado
por
dos
motivos:
Principio de funcionamiento de un
aerogenerador
Los aerogeneradores son dispositivos
que convierten la energía cinética del
viento en energía mecánica. La
captación de la energía eólica se
produce mediante la acción del viento
sobre las palas.
El principio aerodinámico por el cual el conjunto de palas gira,
es similar al que hace que los aviones vuelen. Según este
principio, el aire es obligado a fluir por las caras superior e
inferior de un perfil inclinado, generando una diferencia de
presiones entre ambas caras, y dando origen a una fuerza
resultante que actúa sobre el perfil.
Si descomponemos esta fuerza en dos direcciones
obtendremos:
Fuerza de sustentación, o simplemente sustentación de
dirección perpendicular al viento
Fuerza de arrastre, de dirección paralela al viento.
La energía cinética E del flujo, esta dado por:
Donde m es la masa de aire en el cilindro. Podemos convertir la expresión de la energía cinética en
una expresión para la potencia, dividiéndola entre el tiempo:
Donde dm/dt representa la razón del flujo de aire a lo largo del cilindro. La masa de aire en el cilindro
es igual a la densidad del aire por el volumen del cilindro, esto es ρ(AL). Pero la longitud (L) del
cilindro dividida entre el tiempo es igual a la velocidad u, por lo tanto tenemos que la razón de flujo
de aire (dm/dt) es igual a ρAu en la ecuación anterior, la expresión para la potencia queda de la
siguiente manera:
Esta es la ecuación para el análisis de la potencia del viento, y puede ser escrita de la
siguiente forma:
La potencia P está dada generalmente en watts. El valor de la densidad del aire en
condiciones estándar es de 1.2929 kg/m3, este valor es el comúnmente usado para
los cálculos de la energía eólica.
La potencia entregada por un aerogenerador está afectada por las eficiencias
aerodinámica (Cp), mecánica y eléctrica.
Funcionamiento
Los aerogeneradores aprovechan la velocidad de los
vientos comprendidos entre 5 y 25 metros por segundo.
Con velocidades inferiores a 5 metros por segundo, el
aerogenerador no funciona y por encima del límite
superior debe pararse, para evitar daños a los equipos.
La potencia producida aumenta con el area
de barrido del rotor
El área del disco cubierto por el rotor (y, por supuesto las velocidades
del viento) determina cuanta energía podemos colectar en un año
Aerogeneradores para aplicaciones aisladas
Son aerogeneradores pequeños que se utilizan para
alimentar cargas que están alejadas de las redes eléctricas
convencionales
Son aerogeneradores de tamaño considerable, que típicamente se
conectan a una red eléctrica convencional, para contribuir a la
alimentación de cargas especificas de capacidad importante o para
construir centrales eoloeléctricas, llamados parques eólicos
Distribución de los
aerogeneradores
Clasificación

Por el tipo de eje
Eje Vertical

También conocidos como VAWT, que proviene de las
siglas en ingles (vertical axis wind turbines), La ventaja
fundamental de los aerogeneradores de eje vertical es que
captan viento en cualquiera de las direcciones, además de
que el eje de rotación se encuentra en posición
perpendicular al suelo y a la dirección del viento. En
cambio como desventaja necesitan una motorizacion para
vencer el elevado par de arranque, dado el perfil
aerodinamico y la simetria del diseño.
Tipos:

Savonius: Dos o más filas de semicírculos colocados
opuestamente alrededor del eje.

Darrieus: Consiste en dos o tres arcos que giran alrededor
del eje.
Eje Horizontal
También conocidos como HAWT, que proviene de las siglas en ingles
(horizontal axis wind turbines). Su característica principal es que el eje de
rotación se encuentra paralelo al suelo y a la dirección del viento. Su principal
ventaja es, que al estar a una altura de entre 40 y 60 metros del suelo,
aprovecha mejor las corrientes de aire, y todos los mecanismos para convertir
la energía cinética del viento en otro tipo de energía están ubicados en la torre
y la góndola, además de tener una eficacia muy alta. La desventaja es, la
fuerza que tiene que resistir las palas y en velocidades altas de viento, más de
100 Km/h deben de ser parados para evitar daños estructurales.
Por la orientación con respecto al viento
El mecanismo de orientación de un aerogenerador es
utilizado para girar el rotor de la turbina en contra del viento.
Se dice que la turbina tiene un error de orientación si el rotor
no esta perpendicular al viento. Un error de orientación
implica que una menor proporcion de la enegia del viento
pasara a traves del area del rotor.
Barlovento
También denominado a proa. La mayoría de los aerogeneradores
tienen este tipo de diseño. Consiste en colocar el rotor de cara al
viento, siendo la principal ventaja el evitar el abrigo del viento tras
la torre. Como desventaja diremos que necesita mecanismo de
orientación del rotor, y que esté situado a cierta distancia de la
torre.
Sotavento
También denominado a popa. Como ventaja
presenta que el rotor puede ser más flexible, y
que no necesita mecanismo de orientación.
Su principal inconveniente es la fluctuación de
la potencia eólica, debido al paso del rotor por
el abrigo de la torre, por lo que crea más
cargas de fatiga en la turbina que con el
diseño anterior (Barlovento).
Por el numero de Palas

Al tener una sola pala estos
aerogeneradores precisan
un contrapeso en el otro
extremo para equilibrar. Su
velocidad de giro es muy
elevada, lo que supone un
inconveniente
ya
que
introduce en el eje unos
esfuerzos muy variables, lo
que
supone
un
acortamiento de la vida de
la instalación.
De dos Palas

Los
diseños
de
bipalas tienen la
ventaja de ahorro en
cuanto a costo y
peso, pero por el
contrario necesitan
una velocidad de
giro más alta para
producir la misma
cantidad de energía.
De tres Palas

La
mayoría
de
los
aerogeneradores de hoy día
son tripala, con el rotor a
barlovento (con el rotor
mantenido en la posición
corriente arriba), usando
motores eléctricos para sus
mecanismos de orientación.
El motivo es la fricción con el
aire, con tres palas es un 4%
más eficiente que con dos y
con 2 palas es un 10% más
eficiente que con una.
Multipala

También
conocido
como
el
modelo
americano, debido a
que una de sus
primeras aplicaciones
fue la extracción de
agua en pozos.
Partes de un Aerogenerador
Partes de un Aerogenerador

La góndola
Contiene
los
componentes
clave
del
aerogenerador, incluyendo el multiplicador y el
generador eléctrico. El personal de servicio puede
entrar en la góndola desde la torre de la turbina.

Las palas del rotor
Para transformar la energía eólica en electricidad,
un generador capta la energía cinética del viento
por medio de su rotor aerodinámico y la transforma
en energía mecánica. Transmiten su potencia hacia
el buje. En un aerogenerador moderno de 1500 kW
cada pala mide alrededor de 40 metros de longitud
y su diseño es muy parecido al del ala de un avión.

El buje
Este elemento realiza la unión de todas las palas
del aerogenerador. Dentro del buje se incluyen los
accionadores de los frenos aerodinámicos o los
mecanismos de giro de las palas. El buje se monta
sobre el eje de baja velocidad, desde el cual se
transmite el par motriz al multiplicador de
velocidad.

El eje de baja velocidad
Conecta el buje del rotor al multiplicador. En un
aerogenerador moderno de 1500 kW, el rotor gira
muy lento, a unas 20 a 35 revoluciones por
minuto (r.p.m.).

El multiplicador
Permite que el eje de alta velocidad que está a su derecha gire 50
veces más rápido que el eje de baja velocidad. El eje de alta velocidad
Gira aproximadamente a 1.500 r.p.m. lo que permite el funcionamiento
del generador eléctrico.
• El generador eléctrico
Esta formado por una maquina eléctrica
encargada de transformar la energía
mecánica de rotación en energía eléctrica.
•
El controlador electrónico
Es un ordenador que continuamente monitoriza las condiciones del
aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. En caso de
cualquier disfunción automáticamente para el aerogenerador y llama al
operador encargado de la turbina a través de un enlace telefónico
mediante módem
•
La unidad de refrigeración
Contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador eléctrico. Además
contiene una unidad refrigerante por aceite empleada para enfriar el aceite del
multiplicador. Algunas turbinas tienen generadores refrigerados por agua.
•
Sistema de Medición y orientación al viento
La función del anemómetro es medir la velocidad del viento y avisar al controlador,
en que momento se presenta el viento suficiente para hacer girar al aerogenerador,
orientarlo hacia el viento y empezar a funcionar.
•
La torre.
Soporta la góndola y el rotor. Generalmente es una ventaja disponer de una torre alta,
dado que la velocidad del viento aumenta conforme nos alejamos del nivel del suelo. Una
turbina moderna de 1.500 kW tendrá una torre de unos 60 metros. Las torres pueden ser
torres tubulares o torres de celosía.
Las torres tubulares son más seguras para el personal de mantenimiento de las turbinas
ya que pueden usar una escalera interior para acceder a la parte superior de la turbina. La
principal ventaja de las torres de celosía es que son más baratas. El mecanismo de
orientación está activado por el controlador electrónico, que vigila la dirección del viento
utilizando la veleta.
Sistema de frenado
•
Freno Mecánico
Un aerogenerador tiene dos tipos de freno:
Freno en punta de pala
Freno mecánico: Solo se utiliza como freno de
emergencia, en caso de que el freno en punta falle.
•
Motor de Orientacion
El rotor siempre debe encararse al viento para que el aerogenerador obtenga
tanta energia como sea posible.
Panorama mundial de la energía eólica


La energía eólica es la mayor componente renovable de la
potencia instalada, en 2011 creció en 40 GW en todo el
mundo hasta alcanzar aproximadamente los 238 GW
En 2007 se invirtieron aproximadamente
US$ 71 mil
millones de dólares, del total el 47% fue destinado a la
energía eólica
Wind Power Energy
•In 2011, 40GW of wind power
capacity was installed, increasing
the total to 238GW.
• Annual growth rate of cumulative
wind power capacity between
2006-2010 averaged at 26%
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4/13/2015
•Latin America saw the most
significant growth in wind power.
Brazil, Argentina, Chile, Dominican
Republic,
Honduras style
and Mexico;
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all added capacity during 2011
46


En el año 2007, comenzó la construcción de una granja eólica mar
adentro de 300 MW en Bélgica, la más grande en el continente europeo.
Francia, Suecia y el Reino Unido han iniciado su desarrollo a nivel mar
adentro en el período 2006/2007, con granjas eólicas dentro del rango
de 100–150 MW que se espera para el bienio 2008/2009.
La torre eólica mas alta del
mundo

La compañía alemana SeeBA acaba de inaugurar la torre eólica más
alta del mundo: 160 metros. Instalada en Laasow (Alemania) incluye un
aerogenerador de 2,5 MW que añade otros 45 metros de altura hasta
los 205 totales.
La compañías eólicas más importante del
mundo

Vestas (Dinamarca), seguida por Gamesa

(España), GE (EE.UU.), Enercon (Alemania),

Suzlon (India), Siemens, Nordex, y Repower

(Alemania), Acciona (España), y Goldwind (China),Mitsubishi.

Iberdrola (españa)
Bombeo de Agua: Energía Eólica


Se emplean alrededor de 1 millón de bombas
mecánicas eólicas para el bombeo de agua,
principalmente en Argentina.
También se utiliza un considerable número de
bombas eólicas en África, incluyendo
Sudáfrica (300,000), Namibia (30,000), Cabo
Verde (800), Zimbabwe (650), y muchos otros
países (otros 2,000).
SITUACION ACTUAL EN MÉXICO
En el 2004 se tenían instalados 3 MW; 2 MW
en la zona sur-sureste y 1 MW en la zona
noreste, con los que se generaron 6 GWh de
electricidad. En 2012 se tienen instalados mas
de 750 MW Se tiene planeado llegar a 6700
MW en 2014 incluyendo autoabastecimiento y
exportación
30 de octubre 2012
Boletín de Prensa 080
Secretaría de Energía
El Secretario de Energía, Jordy Herrera,
acompañó al Presidente Felipe Calderón a la
inauguración de las Centrales Eoloeléctricas La
Venta III y Oaxaca I.
Durante la actual Administración, se logró una
capacidad instalada, proveniente de fuentes
renovables de energía, de 3 mil 600 Megawatts
(MW), sin contar las grandes hidroeléctricas,
indicó el Secretario de Energía, Jordy Herrera,
durante la Inauguración de las Centrales
Eoloeléctricas La Venta III y Oaxaca I,
encabezada por el Presidente Felipe Calderón.
El Titular de la SENER agregó que si a este
número le añadimos las grandes hidroeléctricas
y la central nuclear de Laguna Verde, al
concluir la Administración del Presidente
Calderón, tendremos cerca de 17 mil 200 MW
de generación limpia.
A la fecha, señaló, se han otorgado 141
permisos para proyectos renovables.
Específicamente, los permisos de proyectos
renovables en construcción y, particularmente,
los eólicos suman más de 2 mil MW adicionales
a los que ya están puestos en operación e irán
entrando paulatinamente en funcionamiento, en
Oaxaca, Baja California, Tamaulipas, Nuevo
León, San Luis Potosí, Veracruz y Chiapas.
Asimismo, mencionó que el Presidente
Calderón decidió trazar e implementar una
nueva visión para nuestro país, donde la
sustentabilidad es una prioridad. Por ello,
subrayó, en el sector energético mexicano esta
visión se tradujo en metas y objetivos
específicos.
TIPO
Termoeléctricas CFE
PIE
Hidroeléctricas
Carboeléctricas
Geotermoeléctricas
Núcleoeléctrica
Eólica
Total
MW
22332,46
11456,90
11054,98
2600,00
959,50
1364,88
85,48
49854,2
POTENCIAL
Los estudios del NREL y diversas instituciones mexicanas (ANES,
AMDEE, IIE) han cuantificado un potencial superior a los 40,000 MW,
siendo las regiones con mayor potencial, el Istmo de Tehuantepec,
las penínsulas de Yucatán y Baja California.
Las condiciones eólicas en el Istmo de Tehuantepec son de las mejores a nivel
mundial. En Oaxaca hay zonas con velocidades del viento medidas a 50m de
altura superiores a 8.5 m/s, con un potencial de 6,250 MW, y otras con
velocidades entre 7.7 y 8.5 m/s, con un potencial de 8,800 MW.
En Baja California, las mejores zonas están en las sierras de La Rumorosa y San
Pedro Mártir (274 MW). Yucatán (352 MW) y la Riviera Maya (157 MW) tienen
suficiente potencial para sustituir plantas que operan con combustóleo, diesel y
generadoras de turbogas.
COSTOS

De acuerdo con CFE, los montos de la inversión para
estos sistemas son de 1,400 USD/kW, con un costo
de generación de 4.34 centavos de dólar por kWh
(¢USD/ kWh) y se estima que para el 2020 sean
menores a los 3 c de USD por kWh
Centrales eoloeléctricas


Como parte del Programa de Energías Renovables a Gran
Escala (PERGE), la Subsecretaría de Planeación Energética y
Desarrollo Tecnológico de la SENER solicitó a CFE incluir en el
plan de expansión de la generación, cinco proyectos
eoloeléctricos de 101.4 MW cada uno.
Así el PRC 2007 considera cinco centrales de este tipo: La
Venta III, y Oaxaca I, II, III y IV, con una capacidad total de 507
MW durante 2007–2010, por ubicarse en el Istmo de
Tehuantepec en la región de La Ventosa.
•Para este tipo de proyectos, en los estudios de expansión de largo plazo se
consideraron incentivos económicos del fondo verde que administrará la SENER,
hasta por un monto máximo de 1.25 centavos de dólar/kWh, durante los primeros
5 años de operación de la central. Así mismo, en su evaluación económica,
además de dichos incentivos se consideraron beneficios por venta de bonos de
carbón
Red de temporada abierta para proyectos


EÓLICOS EN LA REGIÓN DEL ISTMO DE
TEHUANTEPEC
El Plan Nacional de Desarrollo 2007-2012 propone impulsar
el uso eficiente de la energía, así como la utilización de
tecnologías que permitan disminuir el impacto ambiental
generado por los combustibles fósiles tradicionales.
Proyectos en desarrollo

la SENER tiene programada la construcción de otros 505 MW
de capacidad eólica (en la modalidad de productor
independiente) en la misma región en los próximos años, con lo
que se espera tener instalados 588 MW en 2014. Existen 7
permisos otorgados por la CRE para proyectos privados de
autoabastecimiento con tecnología eólica que aportarán en los
próximos años un total de poco más de 950 MW al Sistema
Eléctrico Nacional.
La Venta, eoloeléctrica
Ficha Técnica
Empleo en la industria eólica
La energía eólica empleo en 1995 a unas 30,000 personas en todo el
mundo. Esta estimación se basa en un estudio de la asociación danesa
de la industria eólica, que fue publicado en 1995.
El estudio considera tanto el empleo directo como el empleo indirecto.
Por empleo indirecto entendemos las personas que trabajan fabricando
componentes de aerogeneradores, y los involucrados en la instalación
de aerogeneradores en todo el mundo.
La industria eólica danesa tenia alrededor de 8500 empleados en 1995.
Ensamblaje de la turbina
Palas del rotor
Controladores
Frenos, hidráulica
Torres
Instalación de las turbinas
Otros
3600
2000
700
200
1500
300
300
Aerogeneradores y entorno ambiental

Es una energía limpia ya que la generación de electricidad a partir del
viento no produce gases tóxicos, no origina residuos contaminantes.
IMPACTOS AMBIENTALES
 Especies de fauna voladora
 Suelo y vegetación
 Visual
 Sonoro
NORMATIVIDAD Y FOMENTO AMBIENTAL
PARA EL DESARROLLO DE LA ENERGÍA EÓLICA
EN MÉXICO
PROPÓSITO DE LA NOM-151
 Fomentar la actividad eoloeléctrica en un marco de
eficiencia y sustentabilidad.
 Establecer con certeza los condicionamientos ambientales
que deben cumplir los proyectos.
 Simplificar el cumplimiento de la legislación: Informe
Preventivo en vez de Manifestación de Impacto Ambiental.
OBJETO DE LA NOM
 Establecer las especificaciones técnicas
para la protección del medio ambiente
durante la preparación del sitio,
construcción, operación y abandono de
instalaciones eoloeléctricas.
 El objeto es prevenir y mitigar los
impactos ambientales que puedan
producir estas actividades.


http://apps1.eere.energy.gov/consumer/your
_home/electricity/index.cfm/mytopic=10501
http://www.windpower.org/es/kids/index.htm