Aplicaciones de energías renovables en Cooperación al

Desarrollo

MÓDULO 11

Aplicaciones (4): Pequeños sistemas eólicos

Mireia Barenys Espadaler

Índice

Introducción a la energía eólica El recurso eólico Sistemas de aprovechamiento Aplicaciones

La energía eólica para el desarrollo humano Ejemplo: el aerogenerador IT-100 Sistemas eólicos en proyectos de desarrollo

Energía Eólica I

Se estima que la energía contenida en los vientos es aproximadamente el 2% del total de la energía solar que alcanza la tierra, lo que supone casi dos billones de Toneladas equivalentes de petróleo (Tep.) al año (200 veces mayor de la que consumen todos los países del planeta )

Energía extraíble

Las turbinas eólicas usan la energía de frenado del viento ( 2ª ley de Newton de la cinemática )

La energía extraída depende de: La velocidad del viento La densidad del aire El área barrida (diámetro del rotor) El factor de potencia de la aeroturbina

Fuente: www.windpower.org

El recurso eólico : velocidad del viento

Densidad del aire:

• La energía cinética de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa.• El aire es más denso cuando hace frío que cuando hace calor • La densidad disminuye ligeramente con el aumento de la humedad

Ley de Betz

La ley de Betz dice que sólo puede convertirse menos de 16/27 (el 59 %) de la energía cinética en energía mecánica usando un aerogenerador. La ley de Betz fue formulada por primera vez por el físico alemán Albert Betz en 1919

[Fue

nte:

Rod

rígue

z, J

.L. e

t al,

2003

]

Energía extraíble

• La cantidad de energía que posee el viento varía con el cubo de la velocidad media del viento.

P = potencia del viento medida en W (vatios).ρ = densidad del aire seco = 1.225 medida en kg/m3 v = velocidad del viento medida en m/s D = diámetro del rotor medido en m

Fuente: www.windpower.org

Sistemas de aprovechamiento

Generación de electricidad conectada a red On-shore Off-shore

Suministro eléctrico en áreas aisladas Híbridos Autónomos

Bombeo de agua

Photo © BONUS Energy A/S

Tipos de turbinas: eje horizontal

Monopala Bipala Tripala Multipala

Sirocco de Eoltec

IT-100T1100 de Turbex

Windburn de Powerhousewind

Tipos de turbinas: eje vertical

Savonius

Darrieus

Aerogeneradores: parámetros característicos

•Velocidad de arranque: velocidad a la que el generador comienza a producir•Velocidad nominal medida: velocidad óptima de funcionamiento.•Potencia nominal: potencia a la velocidad nominal especificada•Potencia máxima: máxima potencia que se puede extraer. Se da a una velocidad concreta.•Velocidad de supervivencia : velocidad a partir de la cual puede sufrir daños estructurales

Partes de un

aerogenerador

[Fuente: Rodríguez, J.L. et al, 2003]

Clasificación por potencia

Micro potencia Hasta 1000 W. (Para iluminación, señalización, pequeñas viviendas aisladas, refrigeración, etc. Se suelen instalar con otras fuentes de energías renovables, normalmente la solar).

Baja potencia Entre 1 y 100 kW. Uso en pequeñas granjas o fábricas.

Media potencia Entre 100 y 500 kW. Aplicación en pequeños pueblos remotos, islas o aplicaciones autónomas.

Gran potencia Más de 500 kW

Photo © BONUS Energy A/S

Energía eólica…

herramienta para el desarrollo humano…

Características generales de la energía eólica

• Es un recurso totalmente renovable.

• No produce emisiones a la atmósfera ni genera residuos.

• Análisis de viabilidad más sencillo. Precisa de la existencia de viento, y no de tener el número de horas equivalentes muy alto. Se trata de dar un servicio y cubrir una necesidad, que si no, quedaría descubierta. Es necesario realizar bien el diemensionado.

• Se trata de instalaciones móviles de tamaño muy reducido. Su instalación es sencilla y así como su desmantelación.

• Rápido tiempo de construcción. Instalaciones mínimas. Sin apenas necesidad de obra civil.

Ejemplos de sistemas autónomos

Tecnología Aplicaciones Pros ContrasMotores diesel Bombeo de agua

MolinosRefrigeraciónIluminación y comunicaciones

Fácil mantenimientoServicio continuo de energía (24h)Permite actividades para generar ingresos

Alto coste del combustibleEmisiones

Pequeñas plantas de biomasa

Bombeo de aguaMolinosRefrigeraciónIluminación y comunicaciones

Permite actividades para generar ingresosPosible operación continua

Emisiones

Mini-hidráulica MolinosIluminación y comunicaciones,otras

Vida larga y alta confianzaPermite actividades para generar ingresos

Emplazamiento específicoIntermitenteRecurso hídrico

Eólica MolinosIluminación y comunicacionesBombeo de agua

No hay coste de combustible

Servicio intermitenteRequiere de baterías*

Solar Fotovoltaica / Térmica

Iluminación básicaEquipos electrónicos

No hay coste de combustible

Alto coste inicialAlto coste bateríasNecesita más I+D

[ Fue

nte:

WE

O, 2

002

]

Eólica como TpDH

Características que debe cumplir: Respeto tradiciones locales, técnicas y culturales Sostenibilidad ambiental Capacidad de mantenimiento por parte de la

comunidad receptora (aspectos materiales, conocimientos)

Fomento capacidades endógenas (participación) Aumento en ingresos (proyectos productivos) o en

oportunidades (infraestructuras)

Necesidades de las comunidades rurales

Según el sector de aplicación:

Doméstico Productivo Comunitario

Condicionantes: climatología, rasgos culturales, etc.

Posibilidades de la energía eólica

Posibilidades que ofrece la energía eólica para favorecer un desarrollo, y además sostenible, en zonas hoy por hoy muy deprimidas

Clínicas rurales: generación para iluminación y frío. Escuelas rurales: iluminación, televisión radio y

proyectores. Programas de electrificación rural: ya en cooperación

con los gobiernos en planes de electrificación. Por lo general acumulando en baterías y dando cobertura al bombeo de agua, iluminación televisión

Posibilidades de la energía eólica

Actuaciones de emergencia: provee de luz refrigeración y sistemas de comunicación

Suministro de agua: para poblaciones con suministro lejano, o con periodos de sequía, permitiendo almacenaje

Creación de taller: confección de telas, taller mecánico, carpintería, etc. que puede proporcionar una actividad económica a los beneficiarios y formar para futura búsqueda de trabajo en la ciudad.

Caso prácticoCaso práctico

Aerogenerador IT-100

ITDG

ITDG - Intermediate Technology Development Group - es un organismo de cooperación técnica internacional que contribuye al desarrollo sostenible de la población de menores recursos, mediante la investigación, aplicación y difusión de tecnologías apropiadas.

MISIÓNContribuir a la erradicación de la pobreza mediante el desarrollo y el empleo de tecnología, mostrando resultados, intercambiando conocimientos e influyendo en otros.LA VISIÓNUn mundo libre de pobreza e injusticia, en el que la tecnología sea utilizada en beneficio de todos.

Según ITDG…Según ITDG…

Aerogenerador 100W (IT-PE-100)

Características de diseñoPotencia nominal = 100WVelocidad de Giro = 360 rpmDiámetro del rotor = 1,70 mAltura de la torre = 7 a 10 m

Velocidades de viento de 2,5 a 12 m/s Materiales Nacionales e importados (imanes)Fiable y de bajo coste (aprox. 500$)

Aerogenerador 100W (IT-PE-100)

Álabes

Alabes de fibra de vidrio y resinaVelocidad de Giro =360 rpmDiámetro del rotor = 1,70 m

Aerogenerador 100W (IT-PE-100)

Generador

Potencia eléctrica = 300WVelocidad de Giro =360 rpm

Generador trifásico de imanes permanentes:

Rotor: 8 polos Stator: 6 bobinas

Aerogenerador 100W (IT-PE-100)

Instalación

Rectificador no controlado (puente de diodos)

Utilización de baterías de 12 V para almacenar energía.

Aerogenerador 100W (IT-PE-100)

Aerogenerador 100W (IT-PE-100)

Montaje

Aerogenerador 100W (IT-PE-100)

Aerogenerador 100W (IT-PE-100): datos sociales

Consumo en zonas rurales: 10 – 20 kWh mensuales.

Ingresos anuales US$ 300 - 1500.

Necesidades: alumbrado, pequeñas radios, televisores.

Posibilidad de generación de mercado de recarga de baterías.

Un aerogenerador de 100W puede generar unos 18 kWh mensuales a velocidades moderadas de viento.

Coste US$ 400 (incluyendo todos sus componentes excepto la batería).

Sistemas eólicos en proyectos de desarrolloSistemas eólicos en proyectos de desarrollo

Casos Prácticos:Casos Prácticos:AhijaderoHuachoSri Lanka

PERU

Perú y servicios básicos

El acceso de la población rural a servicios básicoses impresionantemente bajo:

• 44% de estas familias cuenta con sistemas de agua, 40% con sistemas de saneamiento y apenas 30% con energía eléctrica.

• En un contexto de gran dispersión demográfica, la mayor parte de las zonas rurales difícilmente podrá ser abastecida con estos servicios por el Estado o la empresa privada.

Fuente: www.itdg.org.pe

Cajamarca – Bambamarca

Situación

Departamento: Cajamarca

Distrito: Bambamarca

Provincia: HalgayocBambamarca

Comunidad de Ahijadero

Población: - 100 familias, (media de 5 personas por familia). Dispersión. población joven.Recursos energéticos:ElectricidadNo existe conexión a la red (ni perspectiva)Recursos mas utilizados: keroseno, velas, leña (gasto mensual 18 s.)Economía de auto subsistencia, agricultora (maíz) Ganadería (ganado criollo)

Situación

• A 1 hora andando desde Bambamarca (aprox. 5 Km.)

• Inaccesible en vehículo

I. Caso Ahijadero

Evaluación

eólica

I. Caso Ahijadero: Montaje Aerogenerador

Álabes y rotor

I. Caso Ahijadero: Montaje Aerogenerador

Montaje Aerogenerador

II. Proyecto Piloto: Huacho

• Zona desértica (costa)

• A 148 km. de Lima

Huacho

• Iluminación propia• Carga de baterías• Aerogenerador de pruebas

(generación de documentación técnica)

II. Electrificación rural en Sri Lanka

El 70% de la población del país es rural. Las fuentes de energía principales son leña y

queroseno. Sólo un 10% de la población rural tiene acceso a la red

eléctrica A causa de baja densidad de población y los costes de

transmisión de la energía, el abastecimiento eléctrico de áreas remotas es muy difícil.

Bibliografía

Danish Wind Industry Association:http://www.windpower.org/es/tour/

Manuales del aerogenerador IT100 de ITDG http://www.itdg.org.pe

Documentación de Enginyeria Sense Fronteres http://www.esf-cat.org

Centro de Apoyo a la Decisión de Energía Limpia RETScreen International http://www.retscreen.org

Rodríguez Amenedo, J.L., Arnalte Gómez, S., Burgos Díaz, J.C. SISTEMAS EÓLICOS DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA. Rueda S.L, Madrid (2003).