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VII.- PARQUES ELICOS

pfernandezdiez.es

VII.1.- CONCEPTO DE PARQUE ELICO

Con este nombre se conoce la instalacin conjunta de un determinado nmero de generadores e-

licos que generan electricidad conectados a las redes de suministro, resolviendo dos problemas como

son la potencia relativamente baja de los aerogeneradores individuales y su produccin intermitente.

Hasta hace unos pocos aos, un parque elico estaba constituido por un conjunto de un centenar, o

ms, de aerogeneradores de potencia entre 25 kW y 50 kW, lo que reduca los gastos de mantenimien-

to y simplificaba los requisitos de interconexin de potencia, suavizando y compensando las interrup-

ciones provocadas por las turbulencias y fluctuaciones locales en la velocidad del viento; se estructu-

raban de forma que, por ejemplo, una instalacin con rotores de 12,5 m de dimetro poda comenzar a

suministrar energa para velocidades del viento de 4 m/seg, llegando a generar una potencia nominal

de 30 kW con velocidades del viento del orden de 11 m/seg; para velocidades del viento por encima de

este valor, podan mantener constante su potencia hasta velocidades de desconexin del orden de 25

m/seg.

La red de parques elicos ms extensa del mundo, a principios de 1992, se encontraba en Califor-

nia; haba 17.000 aerogeneradores de 25 kW a 50 kW instalados en terrenos montaosos que genera-

ban el 1% de la energa consumida en California, y que supona en esa poca el 80% de toda la energa

elica generada en el mundo; se calculaba que para el ao 2000 la energa elica podra suministrar el

20% de la electricidad consumida en el Estado de California, pero problemas inherentes a la propia

seal elctrica no permitieron llegar a esta situacin.

Actualmente el concepto de parque elico est asociado a un conjunto de aerogeneradores con po-

tencias individuales del orden de 0,6 MW a 3 MW que suman en total una potencia entre 10 MW y 20

MW. Los problemas tecnolgicos que plantean las interconexiones entre los aerogeneradores requie-

ren un estudio completo e individualizado de coordinacin econmica, meteorolgica y social.

Se ha llegado a la conclusin de que ms de un 10% de energa elctrica de tipo elico conectada a

la red puede originar perturbaciones y averas en determinados aparatos y equipos industriales, cien-

tficos y domsticos, por lo que parece ser, por el momento, un lmite superior a no sobrepasar.

Para mantener al mnimo posible unas necesidades de planificacin, los parques elicos se han

pfernandezdiez.es Parques elicos.VII.163

desarrollado, con la experiencia acumulada en estos aos, con un concepto tcnico de constituir una

estacin central de distribucin de energa del orden de 20 MW.

POTENCIA ELICA INSTALADA A NIVEL MUNDIAL, ao 2005 POTENCIA ELICA INSTALADA A NIVEL MUNDIAL, ao 2005 POTENCIA ELICA INSTALADA A NIVEL MUNDIAL, ao 2005 POTENCIA ELICA INSTALADA A NIVEL MUNDIAL, ao 2005Nacin 2005 2006 2007Alemania 18415 20622 21283Espaa 10028 11615 12801USA 9149 11603 12634India 4430 6270 7231Dinamarca 3136 3140China 1260 2604 2956Italia 1718 2123UK 1332 1963 2191Portugal 1022 1716 1874Canada 683 1459 1670Francia 757 1567Holanda 1219 1560Japn 1061 1394Austria 819 965Australia 708 817Grecia 573 746 795Irlanda 496 745 866Suecia 510 572Noruega 267 314Brasil 29 237Egipto 145 230 580Blgica 167 193Taiwan 104 188Corea del Sur 98 173N. Zelanda 169 171 322Polonia 83 153 216Marruecos 64 124Mxico 3 88Finlandia 82 86 107Ucrania 77 86Costa Rica 71 74Hungra 18 61Lituania 6 55Turqua 20 51Rep. Checa 28 50Irn 23 48Resto de Europa 129 163Resto de Amrica 109 109Resto de Asia 38 38Resto de Africa 31 31Resto de Oceana 12 12Total Mundo MW 59091 74223 79341

Los requerimientos a tener en cuenta para su instalacin, mantenimiento preventivo y reparacin

de aerogeneradores en lugares alejados, hacen que la estructuracin de un parque elico compuesto

por aerogeneradores pequeos resulte ms conveniente que una instalacin nica de mayor potencia;

el nmero de aerogeneradores y la potencia nominal del parque elico, se rigen por las necesidades

constantes de suministro de potencia a la red elctrica y por criterios econmicos que permiten am-

pliar un parque elico para aumentar la generacin de energa elctrica, gracias a la estructura mo-

dular que se ha dado al conjunto de aerogeneradores que le conforman por cuento stos se construyen

en serie. Todas las funciones esenciales del servicio corren a cargo de unidades de control electrnico

en cada uno de los sistemas aeroelctricos, que estn integradas:

- Para el arranque del aerogenerador, o su interconexin a la redpfernandezdiez.es Parques elicos.VII.164

- A su seguimiento y desconexin en caso de avera en la red o interrupciones breves

- A toda una serie de funciones de seguridad y servicio

que permiten la operatividad automtica y casi exenta de cuidado y mantenimiento del parque elico.

La operatividad de las instalaciones de energa elica conectadas a una red elctrica, tienen que

ser consecuentes con la frecuencia de la seal elctrica principal, por lo que se las exige un ajuste de

ciertos controles como el del ngulo de ataque de la pala que permite mantener regulado el rgimen

de rotacin y potencia dentro de estrechas tolerancias, independientemente de las condiciones mo-

mentneas de la red; como es natural, slo es posible controlar la potencia generada por una instala-

cin aeroelctrica, en regmenes por debajo de los correspondientes a la potencia mxima dada por la

velocidad instantnea del viento.

Para mantener una frecuencia fiable, incluso si el gasto msico disponible del viento sobrepasa

temporalmente las necesidades de potencia de la red, es necesario tomar medidas preventivas en las

tcnicas de control del aerogenerador actuando sobre el ngulo de ataque de las palas, lo que ofrece

posibilidades sencillas y eficaces que evitan el ascenso indeseable de la frecuencia de la seal a la red

elctrica general. Esto supone, como ya se ha dicho y comprobado, que la mxima energa elctrica de

tipo elico conectada a la red general no debe superar el 10% de sta; los daneses ya han llegado a

esta cota y los espaoles llegaremos prximamente.

Es posible programar en la unidad de control de la instalacin aeroelctrica una curva caracters-

tica de potencia supeditada a la frecuencia, con objeto de que la potencia emitida caiga a cero antes de

que se alcance la frecuencia lmite superior admisible; alternativamente, tambin es posible consig-

nar a las diferentes unidades de control de cada aerogenerador un parmetro de potencia terica o

una instruccin de desconexin a travs de un sistema de mando remoto, por ejemplo desde un grupo

electrgeno Diesel cuando conformen un sistema hbrido.

El perodo operativo de los parques elicos permite disponer actualmente de resultados estadsti-

cos suficientemente fiables para poder juzgar los proyectos en toda su extensin; los resultados de-

muestran, para todos los lugares de ubicacin, la existencia de una buena concordancia entre la gene-

racin de energa comprobada y lo planificado en la fase de proyecto.

La disponibilidad temporal de las instalaciones elicas, a largo plazo, puede ser superior al 98%, lo

que se refleja en un mantenimiento inferior al 0,5% de los gastos de inversin en el parque elico, y

representan un notable ahorro econmico en la produccin de electricidad. Los costes del capital in-

vertido y la produccin energtica anual constituyen, en trminos muy generales, los factores decisi-

vos que influyen sobre los costes de produccin de energa.

Los costes de operacin tienen menor importancia, pero para contar con una estimacin realista

no se deben despreciar; una estimacin de los costes previsibles para la generacin de electricidad, en

base a los costes efectivos de la inversin y la produccin de corriente obtenida hasta la fecha, se pue-

de llevar a cabo de acuerdo con los supuestos siguientes:

Tasa de inters anual 8%

Vida til 20 aos.

Mantenimiento preventivo y de reparacin, 2% anual de los costes de inversin, y 1% anual en se-

guros


Comparando estos costes con los de generacin de corriente elctrica, no se aprecian todava ven-

tajas claras en este tipo de instalaciones elicas, por cuanto la potencia instalada es muy pequea; sin

embargo, su aplicabilidad econmica respecto del consumo de gasleo en sistemas hbridos, en los que

la generacin est ms equilibrada, no slo depende del creciente nivel de los precios de los combusti-

bles fsiles, sino tambin de la optimizacin tcnica y econmica del parque elico.

Se han conseguido algunas mejoras modificando el dimetro del rotor y la altura de la torre, segn

el lugar de ubicacin, para obtener la misma potencia, con unos costes operativos y de inversin prc-

ticamente iguales.

Perspectivas.- Las experiencias operativas que se han hecho en los parques elicos han motivado el inters por aprovechar ms a fondo la energa elica, en base a ampliar los parques elicos existen-

tes o de instalar nuevos puntos de ubicacin.

Los parques elicos se consideran un complemento adecuado a las centrales elctricas convencio-

nales, dentro del 10% indicado, inters que no slo se debe a los costes de generacin de energa que

resultan de los clculos de rentabilidad, sino tambin a los criterios del aprovechamiento de la ener-

ga elica, que son ms amplios; es importante considerar que el clculo de los costes de generacin de

electricidad se hagan a largo plazo y se mantengan al margen de la evolucin de los precios de los

combustibles.

Con el estudio de las instalaciones de energa elica disponibles en la actualidad, se han sentado

las bases para una ms amplia explotacin racional de la energa elica en los llamados pases um-

brales y en vas de desarrollo. No sera de extraar que aerogeneradores de primera generacin, reti-

rados de algunos parques elicos, se reutilizasen en estos pases.

Es importante estudiar con detalle los aspectos ambientales de los parques, construirlos con esme-

ro y dotarlos de elementos singulares que los caractericen. Los aerogeneradores tienen que adecuarse

a situaciones de un mayor aprovechamiento de los vientos locales existentes, es decir, aprovechar los

vientos ms bajos que se pueden dar en zonas ms accesibles, que implicaran menores costes de ins-

talacin. Su produccin en serie incide en menores costos de fabricacin

Equipos sofisticados de control, telemando y telegestin permitirn una explotacin ms racional

de los parques elicos y una mejor calidad de la seal de la energa suministrada a la red.

Tambin permitirn adaptar las turbinas elicas a situaciones insulares, donde el factor de cali-

dad de la energa suministrada es ms crtico, por no existir otras fuentes de energa convencionales.

En Espaa el sector elico ha sido un fenmeno, probablemente, demasiado rpido; se van a cum-

plir holgadamente los objetivos del Plan de Fomento de las Energas Renovables y habr que empezar

a prever soluciones para cuando haya un exceso de potencia eventual, momento en que la red tendr

que limitar la entrada de energa elica en horas valle.

Condiciones de venta de la energa elica a la red.- La Ley 54/97 del Sector Elctrico y la Normativa que la desarrollaba, establecan la obligacin de la red elctrica de comprar toda la energa

generada en los parques elicos a un determinado precio, establecido anualmente, que en 1999 era de

11,02 pta/kW y en 2000 de 10,42 pta/kW. Esta bajada del 5,5% sumada a una inflacin del 2,5% supu-

so una bajada del 8,0%., por lo que se prevea que en el futuro seguira esta tendencia a la baja.


De igual modo que en el resto de las energas renovables, y con objeto de facilitar el desarrollo eli-

co, estos precios estaban primados sobre los costos medios de generacin del sector elctrico, que se

podan estimar entre 5 y 6 pta/kW. La justificacin de estas primas era conseguir el objetivo de la UE

de reducir las emisiones de CO2 y limitar los efectos sobre el cambio climtico. Como la energa elica

tiene el inconveniente de que es una energa eventual, ya que se produce cuando hay viento, no sirve

para cerrar centrales trmicas, sino para que stas funcionen menos horas. En un planteamiento es-

trictamente econmico, los kW elicos, al no tener garanta, deberan tener un precio marginal; sin

embargo estn primados porque ha prevalecido el criterio ambiental. Esta situacin de primar las

energas renovables es probable que se mantenga, y aunque el sistema de primas puede cambiar, se

acabar por aproximar a los costos reales de las diferentes fuentes de energa.

La legislacin posterior, como el RD 2818/98 y el RD 436/04 afinaron y desarrollaron el esquema

bsico de la ley 54/97 hasta crear el apoyo ms eficiente de toda Europa, por el que empresas espao-

las han soportado proyectos millonarios que han ejecutado acudiendo a la financiacin externa, del or-

den del 80% y ms, con cargo a los propios proyectos.

La obligacin de la red de admitir todos los kW que se generaran en los parques elicos se posible

se mantenga, siempre que la potencia total generada entre las centrales nucleares, hidrulicas, trmi-

cas, cogeneracin, y las renovables sea inferior a la demanda en horas valle. Cuando esta demanda se

supere, habr algn tipo de limitacin, pudiendo ocurrir que en esas horas se limite la entrada en la

red de la energa elica, por lo que habr que estudiar soluciones que den garanta a una energa

eventual.

Las mquinas que se han instalado en Espaa son de 660, 750, 800, 1000, 1250 y 1500 kW. En al-

gunos pases se han instalado modelos de 1,7, 2 , 3 y 5 MW. La disponibilidad de las mquinas, es de-

cir, las horas de funcionamiento supera el 99%, lo que indica que apenas tienen averas. El aumento

continuado de la potencia y la fabricacin en grandes series de los equipos hacen que el precio unita-

rio est bajando.

En el ao 2000 el costo total de los parques elicos estaba en 140.000 ptas/kW y se prevea que ba-

jase a unas 120.000 ptas/kW e incluso a menos. La bajada del costo y la fiabilidad de las mquinas ha

abarato los costos de generacin. A ello se ha unido, en los ltimos aos, la bajada de los tipos de inte-

rs, que, en instalaciones de gran inversin y reducidos gastos de mantenimiento, son su principal

carga.

En la Tabla VII.1 se indica el costo del kW generado en diversas hiptesis de costo de inversin y

de horas de funcionamiento, que dan una idea de la produccin total anual funcionando las mquinas

a plena potencia, y suponen, por tanto, un ndice de la produccin.

Tabla VII.1.- Costo del kW generado segn costo de inversin y horas de funcionamiento

Horas de Precio del kW generado en pesetas segn costo de inversin Precio del kW generado en pesetas segn costo de inversin Precio del kW generado en pesetas segn costo de inversinfuncionamiento 140000 120000 100000

3500 5,93 5,29 4,683000 6,63 5,93 5,192500 7,7 6,81 5,932000 9,25 8,14 7,031500 11,83 10,35 8,88

El clculo se realiz con un tipo de inters del 5,5%, una financiacin con el 20% de capital propio,


15 aos de vida til de las mquinas y amortizacin, e incluyendo 1,50 ptas/kW como gasto de mante-

nimiento. A las cantidades indicadas en el cuadro habra que aadir los gastos de promocin, licen-

cias, impuestos y canon de ocupacin de terrenos.

Tabla VII.2.- Incremento de la energa elica instalada en EspaaAo 2000 2001 2002 2003 2004 2005Potencia instalada en MW 2198 3389 4879 6208 8630 10028Produccin elctrica anual (TWh) 6503 8310 11630 14848 18492 23166Factor de carga 33,77 27,99 27,21 27,3 24,46 26,37

Los costos de generacin calculados resultaban extraordinariamente bajos; en el caso de altas velo-

cidades del viento, resultaban inferiores a los valores medios de generacin del sector elctrico.

Se observa que los costos, en parques de ms 2.000 horas de funcionamiento, eran inferiores al

precio de compra por la red; esta situacin es la causa del desarrollo tan rpido del sector.

El precio de venta de energa a la red motiv que se construyesen parques con no muchas horas de

funcionamiento y nada bien estudiados, y eso podra implicar que cuando llegue la saturacin del sec-

tor ya no se puedan hacer otros de mayor rentabilidad, es decir que una prima elevada ha motivado

un desarrollo inadecuado, lo que ha provocado que en este sector aparezcan especuladores, sin inten-

cin de construir, sino de vender derechos, se abonen cnones excesivos a propietarios de terrenos, se

hayan construido parques sin datos suficientes de viento (con algunos ejemplos muy significativos), se

hagan parques con un porcentaje muy bajo de capital propio, confiando en que se mantengan los bajos

tipos de inters, etc.

La limitacin de entrada a la red, unida a la continuada bajada de precios, ha dado lugar a que al-

gunos proyectos muy ajustados y con un porcentaje muy bajo de capital propio resulten menos renta-

bles de lo que sus promotores hubieran estimado. Este rpido desarrollo ha provocado la construccin

de ms fbricas de equipos que las que seran razonables, y que habr que cerrar cuando se sature el

mercado nacional, salvo que se vaya preparando la venta de aerogeneradores en el extranjero, como al

parecer ya est sucediendo.

VII.2.- IMPACTO AMBIENTAL DE LOS AEROGENERADORES ELICOS

Los principales efectos de los aerogeneradores sobre el medio ambiente son los siguientes:

Efectos meteorolgicos sobre el microclima.- Se estima que la reduccin de la velocidad del viento por los aerogeneradores tiene, aproximadamente, las mismas consecuencias sobre el clima lo-

cal que un grupo de rboles, no esperndose que se produzcan cambios significativos.

Efectos sobre la fauna y flora.- El efecto mas significativo est relacionado con el obstculo que los rotores representan para el vuelo de las aves. Sin embargo, la experiencia obtenida hasta el mo-

mento ha demostrado que la probabilidad de choque es sumamente baja, debido a la rotacin lenta de

las mquinas y su bajo coeficiente de solidez.

Ruido.- La intensidad del ruido generado por las mquinas elicas ha sido investigado por la NASA mediante un prototipo de 100 kW. El estudio acstico abarc un espectro de frecuencias com-

prendido en el rango de audicin entre 15 y 20.000 Hz. El nivel acstico medido cerca de la mquina

fue de 64 dB para las frecuencias comprendidas en el rango audible, con un nivel de ruido de fondo de pfernandezdiez.es Parques elicos.VII.168

52 dB, observndose que el ruido de la mquina era inaudible por encima del ruido de fondo a distan-

cias del orden de 200 m.

El ruido generado por una mquina de 2,5 MW a pie de torre es similar, en cuanto al tipo de inten-

sidad, al de un automvil circulando por una autopista, desapareciendo el ruido a una distancia rela-

tivamente pequea de la mquina.

El ruido correspondiente a frecuencias inferiores al rango audible es producido por la circulacin

del aire sobre obstculos como la torre y las palas, y puede afectar a la salud ocasionando problemas

si se superan los 100 dB; las mediciones efectuadas no han sobrepasado los 75 dB.

Existe sin embargo otra experiencia, en una aeroturbina de 2 MW en la que s se han presentado

ruidos molestos para los residentes en las inmediaciones, ligados a los fenmenos aeroacsticos antes

mencionados; en dicha mquina, cuyo rotor estaba a sotavento de la torre, se produca una interac-

cin de muy baja frecuencia entre las palas y la torre, que originaba ruidos por debajo del rango audi-

ble que obligaron a modificar el diseo del aerogenerador, reduciendo la velocidad perifrica de las pa-

las. Este problema tiene menores probabilidades de presentarse en el caso de posicionar el rotor a

barlovento, si bien se estima que durante el diseo se puede evitar su aparicin, aun en el caso de es-

tar posicionado a sotavento. Lo cierto es que, actualmente, dada la proliferacin de parques elicos,

son muchas las quejas por este motivo, de personas que viven en sus proximidades y a las que nadie,

en ningn momento, pidi su aprobacin para la instalacin.

Interferencias con ondas de televisin y radiocomunicaciones.- Las palas del aerogenerador pueden reflejar las ondas electromagnticas, pero se estima poco probable que produzcan interferen-

cias en las seales de radio y navegacin salvo a distancias pequeas de la mquina.

La seal de televisin puede quedar afectada a distancias de unos centenares de m e, incluso, has-

ta 1 2 km. Esto puede ocurrir si el aerogenerador est emplazado a gran altura y si los receptores de

televisin reciben normalmente una seal dbil, debido a la distancia o a efectos de blindaje causados

por el terreno sobre la estacin de televisin. Influyen tambin las posiciones relativas de la estacin,

el receptor y el aerogenerador.

Consumo de energa.- Una de las ventajas de la energa elica frente a otras nuevas fuentes de energa, es que el balance energtico de los aerogeneradores es claramente positivo, recuperando el

coste de la energa empleada en la produccin de sus materiales constitutivos y en su construccin en

un perodo del orden de 7 meses de funcionamiento.

Seguridad y utilizacin del terreno.- El principal problema relacionado con la seguridad radica en la posibilidad de rotura de una pala. Dada la alta velocidad perifrica del rotor, se estima que el

rea de seguridad en torno a un aerogenerador debe comprender un crculo de unos 200 m con centro

en la base de la torre de la mquina.

Con los mtodos de clculo existentes actualmente la probabilidad de que se produzca dicha rotura

es pequea por lo que la zona de seguridad se puede utilizar para usos agrcolas, ganadera, circula-

cin de vehculos y otros fines equivalentes La superficie de terreno ocupada por un aerogenerador de

1 MW es pequea, (2000 m2); la zona de seguridad abarcara 120.000 m2.

En el caso de una agrupacin de aerogeneradores es necesario que la distancia entre ellos guarde


un mnimo necesario para evitar interferencias aerodinmicas entre mquinas, que es del orden de 7

a 10 veces el dimetro del rotor, lo que implica distancias de aproximadamente 1 km para generado-

res de 2,5 MW. El terreno entre aerogeneradores podra ser utilizado para otros fines respetando las

servidumbres impuestas por las carreteras de acceso a las mquinas y las lneas elctricas.

Proteccin contra el rayo.- Como los aerogeneradores sobresalen del entorno que les rodea, constituyen unos conductores privilegiados de transmisin de la electricidad esttica de las nubes ha-

cia el suelo. Para evitar que durante una tormenta se estropeen por un rayo, conviene conectar el pi-

ln soporte del aerogenerador a una buena toma de tierra y colocar pararrayos en los cables elctricos

que unen el aerogenerador a la red de utilizacin, (chispmetro de gas, y en las instalaciones de gran-

des potencias, eventualmente varimetros). Como los chispmetros de pararrayos se regulan para una

tensin doble de la tensin mxima eficaz que pueden producir en sus bornes, se deben unir a la toma

de tierra mediante un conductor lo ms corto posible.

VII.3.- CONEXIN DE PARQUES ELICOS A LA RED ELCTRICA

Las turbinas elicas que operan en sistemas elctricos de potencia se deben equipar con los dispo-

sitivos y sistemas pertinentes.

El esquema elctrico general de las turbinas elicas consiste en:

a) Seccin del generador

b) Seccin de BT

c) Seccin del transformador elevador MT/BT

d) Seccin de MT

a) La configuracin del aerogenerador depende de las tecnologas tipo I a IX, del Cap VI

- Para generadores asncronos de jaula de ardilla esta parte incluye slo el generador asncrono

- Si es un generador asncrono doblemente alimentado tipo V habr adems un convertidor

- Si es un generador asncrono de rotor bobinado con resistencias en el rotor tipo IV se tendr la

electrnica de potencia apropiada para variar la resistencia, etc.

b) La seccin de BT comprende: el arrancador suave, los bancos de condensadores, los sistemas de

proteccin, y los servicios auxiliares.

- El arrancador suave se utiliza para suavizar la conexin y desconexin del generador del sistema

de potencia.

- El banco de condensadores se utiliza en las configuraciones I, II, III y IV que utilizan generadores

asncronos de rotor bobinado o de jaula, para compensar la potencia reactiva consumida; en la confi-

guracin V, con generador de induccin doblemente alimentado, la compensacin de reactiva se realiza

con el convertidor a travs del control de la corriente del rotor.

- Los sistemas de proteccin de la red comprenden la sobrecorriente, subtensiones y sobretensiones,

as como las protecciones de velocidad, temperatura, etc.

- Los servicios auxiliares del aerogenerador comprenden los motores de los actuadores, bombas y

ventiladores para los sistemas de lubricacin y ventilacin, y la alimentacin de los sistemas de control

y comunicaciones.


c) La seccin del transformador elevador MT/BT, comprende el transformador elevador con los co-

rrespondientes sistemas de proteccin

d) En la seccin de MT estn los embarrados/buses, interruptores, seccionadores y transformado-

res de medida de tensin e intensidad para las protecciones.

Los sistemas de medida de energa normalmente se sitan en la base de la torre.

Existen varias estructuras, aunque la conexin ms comn es a una red de media tensin, me-

diante un transformador de acoplamiento, siendo las ms comunes:

a) Aerogeneradores con mquina de induccin doblemente alimentada y red de MT.- Esta estructura es muy comn ya que los aerogeneradores se conectan a la red en forma modular, Fig.

VII.1.

Fig VII.1.- Aerogeneradores con mquina de induccin doblemente alimentada y compensador de reactiva centralizado

b) Aerogeneradores con mquina de induccin y compensacin de reactiva centraliza-do.- Esta estructura es tambin muy comn en parques elicos con mquinas de induccin de veloci-dad fija.

La compensacin de energa reactiva es centralizada e incluye la compensacin de la reactiva ge-

nerada por el transformador de interconexin.

Tambin existe la posibilidad de una combinacin entre compensacin individual y centralizada.

c) Aerogeneradores con control de velocidad individual a travs de una red interna de continua.- La estructura de la Fig VII.3 se aplica a conceptos de turbinas con convertidor, con la di-ferencia de que las salidas de los aerogeneradores se rectifican y estn conectados a travs es una red

de continua a un ondulador centralizado; se utiliza para potencias elevadas y en parques off-shore.


Fig VII.2.- Aerogeneradores con mquina de induccin y compensador de reactiva centralizado

Fig VII.3.- Aerogeneradores con control de velocidad individual a travs de una red interna de continua

Fig VII.4.- Aerogeneradores con control de velocidad individual a travs de una red interna de continua


d) Aerogeneradores sin control de velocidad individual con una red interna de conti-nua.- Esta estructura se aplica a turbinas con convertidor, con la diferencia de que las salidas de los aerogeneradores estn unidas con una red de media tensin, Fig VII.4.

A la salida de dicha red se encuentra un rectificador centralizado transmitindose la energa eli-

ca a travs de una red de continua a un ondulador centralizado. Puesto que todos los aerogeneradores

estn conectados a la misma red de media tensin, no es posible el control de la velocidad; se utiliza

para potencias elevadas y en parques off-shore.

EFECTOS DE LA CONEXIN DE UN PARQUE ELICO A LA RED ELCTRICA.- La co-nexin de un parque elico a la red elctrica se realiza, en un punto determinado, a travs de una red

propia de media tensin (6, 10 20 kV). La conexin de la energa elica en una red de distribucin

existente modifica la filosofa de diseo con la que fue construida dicha red. En una red sin energa

elica, la generacin conectada a un nivel de tensin elevado se distribuye a travs de la red, transfor-

madores y aparamenta, en niveles de tensin inferiores hasta llegar al consumidor; en un sistema con

una alta penetracin de generacin elica, el flujo de energa se puede invertir y, por ello, el diseo de

la red se debe adaptar a esta circunstancia.

La finalidad de un sistema elctrico de potencia es producir, transportar y distribuir energa elc-

trica manteniendo los parmetros (tensin, frecuencia y forma senoidal) dentro de unos lmites bien

definidos. La tensin est sometida a variaciones, debido a la energa reactiva consumida, mientras

que el consumidor puede experimentar perturbaciones elctricas como huecos de tensin, interrupcio-

nes, etc. La frecuencia depende del equilibrio entre la potencia activa generada y consumida.

Aparte de estos fenmenos, hay que tener en cuenta la existencia de cargas no lineales, cada vez

ms presentes en la red, que generan armnicos y flicker, provocando la distorsin de la onda senoi-

dal.

El suministro se caracteriza mediante los siguientes parmetros:

Frecuencia, amplitud y variaciones de la tensin suministrada.

Variaciones rpidas de tensin

Huecos de tensin

Interrupciones breves y largas de la tensin suministrada

Sobretensiones temporales y /o transitorias en la red entre fases y tierra

Desequilibrio de la tensin suministrada

Tensiones armnicas e interarmnicas

Seales de transmisin de informacin por la red.

Los sistemas elctricos de los aerogeneradores pueden ser los que introduzcan perturbaciones en

la red o ser las propias mquinas susceptibles a perturbaciones provenientes de la red.

La produccin de energa reactiva es un factor importante que influye en el nivel de tensin de la

red. Los aerogeneradores de induccin con rotor de jaula de ardilla tienen la caracterstica de que con-

sumen potencia reactiva para as generar potencia activa.; la razn de emplear habitualmente una

compensacin de reactiva radica en que los gestores de la red a la que est conectado el aerogenerador

exigen un factor de potencia unitario, mientras que el productor procura minimizar el consumo de

reactiva para minimizar el coste de generacin.


Los elementos a compensar en un parque elico son:

- Las mquinas de induccin

- Los transformadores BT/MT

- El transformador de conexin de la red del parque a la red pblica

Como la reactiva a compensar depende del nivel de generacin, se emplean compensaciones de

reactiva variable que, a travs de escalones, aaden o eliminan bateras de condensadores; durante el

proceso del cambio de escaln se pueden producir sobretensiones y, por tanto, hay que tomar precau-

ciones. Las mquinas de induccin doblemente alimentadas y las mquinas asncrono/sncrono con un

convertidor para potencia plena, no precisan compensacin de reactiva, debido a sus propias caracte-

rsticas de funcionamiento.

El impacto dinmico de la generacin elica a la red se limita a:

Las variaciones de tensin durante la conexin de aerogeneradores

Flicker o parpadeo durante dicha conexin

Flicker durante la operacin de los aerogeneradores

Comportamiento dinmico del parque durante un cortocircuito en la red

Variacin de la tensin en la conexin de los aerogeneradores.- En la fase de arranque de los aerogeneradores aparece un transitorio de tensin de hasta un 300% de la corriente nominal du-

rante un periodo de varios segundos, Fig VII.5, producindose un consumo elevado debido a las cadas

de tensin en las impedancias de la red; para evitar grandes transitorios, se emplea electrnica de po-

tencia, que limita la intensidad de arranque a valores inferiores.

La cada de tensin experimentada en el punto de conexin, Fig VII.6, depende de las impedan-

cias de la red a la que est conectado el aerogenerador. Durante las operaciones de conexin de un

parque elico se pueden producir fluctuaciones peridicas de tensin que pueden afectar a la calidad

de suministro del sistema. La operacin de conexin y desconexin en un parque elico puede generar

variaciones de tensin con una frecuencia cerca del rango de frecuencia de flicker (parpadeo).

El mtodo para determinar el flicker es complejo, ya que precisa medir la forma de la intensidad e

introducir dichos valores en un modelo terico que calcula la emisin de flicker. En medidas reales de

aerogeneradores conectados a la red, el nivel de flicker medido en el punto de conexin del parque es

la suma de la emisin del parque y el nivel intrnseco de flicker de la propia red.

La generacin de flicker en un parque elico en funcionamiento continuo se origina por:

Fig VII.5Curva de arranque de un aerogenerador

Fig VII.6.- Tensin e intensidad media durante el arranque de un aerogenerador


rurrutiaResaltado

Funcionamiento de la red controlada por un convertidor comn; Prdidas complejas; Dos convertidores no redundantes;

Todos los aerogeneradores tienen la misma velocidadFig VII.7- Conexin comn AC-RED

Control de velocidad individual; Conexin a red controlada por un convertidor comn y nico; Gran complejidad

Slo generadores sncronosFig VII.8.- Conexin individual a DC-BUS (podra ser HVDC)

Fig VII.9.- Control centralizado


- La variacin del espectro de potencia del viento, que puede ser del 10 % con una frecuencia entre

1 a 10 Hz, se puede transmitir a la potencia elctrica generada

- Las rfagas de viento, cuya amplitud puede alcanzar un 20% de la velocidad media con una du-

racin de hasta 30 seg

- El efecto sombra que la torre provoca cada vez que una pala se alinea con la misma, hace que el

par medio disminuya hasta un 30% con una frecuencia de 1 a 1,5 Hz.

- La velocidad del viento vara entre la base y la punta de las palas, lo que origina una fluctuacin

del par con una frecuencia de 0,3 a 0,5 Hz

- Las perturbaciones en el sistema mecnico.

- Las intensidades y tensiones armnicas del convertidor de frecuencia.

Todos estos fenmenos causan variaciones de la potencia activa generada por el parque, provocan-

do variaciones de tensin en el rango de frecuencias donde aparece el flicker.

La emisin de flicker depende tambin de factores externos como la potencia de cortocircuito y el

ngulo de fase de la impedancia

Otro factor que influye en la emisin de flicker es la tecnologa de los aerogeneradores y el nme-

ro de ellos conectados:

- Los aerogeneradores de velocidad fija conectados directamente a la red tipos I, II, III y IV provo-

can un impacto elevado

- Los aerogeneradores con convertidores de potencia total tipos VI a IX, o potencia parcial tipo V, a

velocidad variable tienen la menor emisin.

A mayor nmero de aerogeneradores del parque, menor emisin de flicker, debido a que en un

mismo instante la contribucin de potencia afectada por flicker, probablemente, sea debida a unos po-

cos aerogeneradores, percibindose menos fluctuaciones en la potencia total entregada por el parque.

La incorporacin de electrnica de potencia en los aerogeneradores implica un aumento de corrientes

y tensiones armnicas en la red.

Tabla VII-3.- Tensin, tamao y potencia transmisible en diversos tipos de parques elicos

Tensin del sistema Tamao del parque elico Potencia transmisibleBaja tensin (< 1 kV) Aerogeneradores pequeos y medianos Hasta 300 kW

Media tensin (antena) (25 kV) Aerogeneradores grandes y medianos De 2 a 5 MWMedia tensin, punto de conexin con Aerogeneradores grandes y medianos Entre 10 y 40 MWun sistema de tensin superior (25 kV)

Alta tensin (110 kV) Concentracin de grandes parques Hasta 100 MWMuy alta tensin (220 kV) y (400 kV) Parques off-shore Ms de 500 MW

VII.3.- PARQUES OFF-SHORE

En el mar, el viento se encuentra con una superficie de rugosidad variable, las olas, y sin obstcu-

los como islas, islotes, etc., lo que implica que la velocidad del viento no experimenta grandes cambios,

por lo que se pueden emplazar torres ms bajas que en tierra.


El viento en el mar es, por lo general, menos turbulento que en tierra, con lo que se ampla el pe-

riodo de trabajo til de un aerogenerador. La baja turbulencia del mar se debe, ante todo, al hecho de

que las diferencias de temperatura que se producen sobre el mar a distintas altitudes de la atmsfera

son inferiores a las de tierra adentro.

El ambiente marino es ideal para instalar un aerogenerador; el viento en el mar es mas fuerte y

sobre todo constante (sin turbulencia) que en tierra. El motivo es que la superficie es casi plana y su

rugosidad casi nula.

(80 aeroturbinas de 2 MW, 160 MW), OFF-SHORE Horns Rev, DinamarcaFig VII.10.- Sistema generador de induccin de doble alimentacin

(80 aeroturbinas de 2 MW, 160 MW), OFF-SHORE Rodsand, Dinamarca

Fig VII.11.- Sistema de aeroturbinas de 2 velocidades

Es posible instalar turbinas gigantes de 120 m de dimetro y 5 MW, mientras que en tierra las po-

tencias son del orden de 2 MW.

En contra tiene el carcter agresivo del ambiente marino (oxidacin, humedades), as como un cos-pfernandezdiez.es Parques elicos.VII.177

te mucho mayor en cimentaciones.

En la actualidad los parques off-shore, se sitan en aguas poco profundas, alejados de las rutas

marinas comerciales, de los emplazamientos militares y de los espacios de inters natural u ornitol-

gico. La distancia de la costa debe ser como mnimo de dos kilmetros para aprovechar mejor el rgi-

men de vientos, de caractersticas diferentes a los que llegan a tierra.

El primer parque elico marino, compuesto por 11 aerogeneradores, se construy en Dinamarca en

1991 en el mar Bltico y, en 2002, tras la puesta en marcha de varios parques con distinta potencia,

se inaugur el parque de Horns Rev, Fig VII.10, el ms grande del mundo con 80 aerogeneradores y

una potencia instalada de 160 MW.

Tras aos de uso de energa elica marina en Dinamarca, aunque para ello se ha requerido una

importante inversin econmica, la produccin de electricidad es ms estable y un 20% superior a la

energa elica terrestre.

La vida til del parque, con un buen mantenimiento, se puede llegar a duplicar. En la actualidad

el 50% del consumo elctrico familiar dans proviene de este tipo de energa.

En el resto de Europa destacan algunos proyectos, entre los que se encuentra la instalacin en el

Reino Unido de 3.000 aerogeneradores en sus costas este y oeste con capacidad para abastecer al 15%

de la poblacin britnica.

En Alemania se prev la instalacin de 60.000 MW antes de 2025 e Irlanda ha aprobado la cons-

truccin del mayor parque elico del mundo en el mar de Irlanda, con una produccin de 520 MW,

equivalente al 10% de las necesidades energticas del pas.

Aerogeneradores flotantes.- Se ha desarrollado un nuevo concepto para transformar la energa en el mar, aplicando la tecnologa usada en las estructuras flotantes de la industria del petrleo utili-

zadas en el Mar del Norte como base para la construccin de aerogeneradores, de forma que se pueda

utilizar el viento donde sopla ms, lejos de la costa hacia el mar. Un prototipo de aerogenerador flo-

tante se ha probado por primera vez en el mar de Marintek en Strondheim. Los resultados han sido

prometedores y el siguiente paso sera colocar un aerogenerador flotante en el Mar del Norte, y de-

mostrar que es posible construir parques flotantes en profundidades del mar ms all de los 200 m

El desarrollo de la tecnologa de la energa del viento ha proporcionado las grandes aeroturbinas

instaladas en tierra y en mar adentro en aguas bajas. Las aeroturbinas en el mar son una buena solu-

cin porque no afectan a las personas, aprovechan mejor las brisas y se alcanza un rendimiento ener-

gtico mayor que en tierra. Hay desafos tcnicos en aguas bajas por cuanto los aerogeneradores mo-

dernos han llegado a ser tan grandes que exigen enormes fundaciones y obra civil, por lo que el usar

determinadas estructuras flotantes, Fig VII.12, permitira construirlos en tierra y remolcarlos al mar,

en forma idntica a como se ha hecho durante muchas dcadas con las plataformas de extraccin de

petrleo. La instalacin consiste en montar la aeroturbina de 120 m de alto sobre una estructura flo-

tante cilndrica con el lastre y sujeta al fondo del mar mediante anclajes, Fig VII.13.

La corriente elctrica generada sera transportada a la costa por cable

Los aerogeneradores se disearn para profundidades entre 200 y 700 m, estando previsto iniciar

un proyecto de demostracin en 2007 y construir un parque en alta mar en 10-15 aos.


El proyecto de demostracin se basa en una aeroturbina con una capacidad de generacin energ-

tica de 3 MW, 80 m sobre el nivel del mar y un dimetro del rotor del orden de 90 m. La torre del ae-

rogenerador ira sujeta a una estructura semisumergida a 12 m bajo el nivel del mar.

Estn previstas aeroturbinas de 5 MW, con una generacin anual de 22 GWh, dimetro del rotor

120 m, casco de 120 m, altura sobre el mar 80 m, peso global 8000 Tm, en profundidades del mar en-

tre 200 y 700 m; si se tiene xito, sera factible imaginar parques off-shore con 200 turbinas y una ca-

pacidad global de 1.000 MW, de forma que vientos uniformes mar adentro podran significar la im-

plantacin de parques produciendo ms de 4 TWh por ao.

Fig VII.12- Aerogeneradores sobre estructuras flotantes lastradas

Fig VII.13.- Parques elicos futuros?


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