Bahia Blanca, 7 de Abril de 2010

GENERACIÓN ELÉCTRICA A PARTIR DE FUENTES RENOVABLES

TURBINAS EÓLICAS

TURBINAS HIDROCINÉTICAS

ACTIVIDADES DE INVAP EN ENERGÍA EÓLICA

Evaluación del recurso:Campañas de medición, procesamiento de datos,

mapeos eólicos, estudios de factibilidad de parques

Líneas de desarrollo de aerogeneradores:1- Baja Potencia2- Media Potencia3- Alta potencia

POSIBILIDAD DE POTENCIAR ESTAS CENTRALES INSTALANDO EN SU CERCANÍA GRANDES PARQUES EÓLICOS (utilizando infraestructura existente)

Fuente: CAMMESA

Terreno fiscal: delimitado por línea roja

Cuadrícula.Horizontal: 1500mVertical: 1800m

N

S

EO

N

S

EO

Dirección del viento: superposición de N, NO, O, SO y S

Zonas restringidas (vientos a 80m sobre la barda)Azul: por velocidad ascendenteRojo: por velocidad descendenteVerde: por turbulencia

1. Baja Potencia: IVS - 4500

Corte del aerogenerador IVS-4500

ESPECIFICACIONES GENERALES AEROGENERADOR IVS-4500

1) Potencia nominal 4500 watts.2) Velocidad de viento para potencia nominal: 11,6 m/s. Veloc. de arranque: 4,2 m/s.4) Velocidad máx. de viento en operación normal: 110 Km./h (30,5 m/s). Supervivencia

hasta 160 Km./h.5) Diámetro de hélice: 4,50 mts.6) Tipo de hélice: bipala con perfiles aerodinámicos laminares de alta eficiencia.7) Control de velocidad: pasivo por plegado de hélice.8) Freno de parada manual: plegado de cola y freno eléctrico.9) Voltaje: 12, 24, 48 volts CC, 380 volts CA frecuencia variable (bombeador).10) Aplicaciones:

En corriente continua, para carga de baterías (alimentación a viviendas, proteccióncatódica de gasoductos, oleoductos, sistemas de telesupervisión etc).En corriente alterna, aplicación en bombeo de grandes cantidades de agua,especialmente para agricultura, dependiendo del lugar de implantación y la alturade elevación del agua, se puede llegar a un máximo cercano a 30.000 lts / h.

11) Mantenimiento: revisión anual mínima, recorrida completa cada 5 años.

Hecho en Argentina

Esquema (p/ potencia hasta 22 KW)

G

G

Regulador rectificadorGrupo Electrógeno

On/Off

Banco de Baterías

Regulador rectificador

Aerogenerador

Inversor

Consumo Trifásico

Consumo Fase 1

Consumo Fase 2

Consumo Fase 3

Consumos en Corriente Continua

Hecho en Argentina

IVS 4500 - OLDELVAL

Hecho en Argentina

BOMBEO PARA RIEGO

Hecho en Argentina

IVS 4500 Chihuido Sur - Provincia del Neuquén - Marzo 2006

Hecho en Argentina

IVS 4500 Calcatre - Provincia de Neuquén - Agosto 2007

Hecho en Argentina

IVS 4500 Los Gigantes - Provincia de Córdoba - Octubre 2007

Montaje de un IVS-4500

IVS - 4500Torre articulada

Edificio Torre Cefira – Mar del Plata

GENERADOR EOLICO IVS 4500 DURANTE LA PUESTA EN MARCHA EN BASE ESPERANZA

IVS 4500 – Modelo Antártico Antártida Argentina - Base Esperanza

2. Sistemas Híbridos Autónomos

Mediana Potencia

Hasta 150 KW

Para zonas aisladas y para generación distribuída

Aspectos Innovadores

• Alta modularidad en función de las necesidades de consumo y de la disponibilidad de recursos energéticos.

• Los inversores permiten suministrar electricidad a 220/380 V 50 Hz en Corriente Alterna trifásica.

• Nuevos desarrollos de Aerogeneradores de 25/30 KW y 150 KW, aptos tanto para uso en Sistemas Híbridos como para generación distribuída en redes, así como bombeo directo de agua en volúmenes importantes.

Esquema (p/ potencia superior a 25 KW)

Aerogenerador de 25/30 KW(Actualmente está en fabricación el primer prototipo).

Aún no se ha iniciado el desarrollo.

Aerogenerador de 150 KW

CARACTERISTICAS GENERALES:Potencia Nominal:

25 KW para el modelo clase I y 30 KW para el modelo clase II (Norma IEC 61400)

Rotor: de tres palas con control de paso, de velocidad variable.Generador: de imán permanente, con acople directo al eje primario, generaciónen Tensión y frecuencia variable.

Electrónica de potencia: rectificador y ondulador (Full Size Converter)Sistema de orientación: pasivo, del tipo barlovento, con colaSistema de control y seguridad: PLC

Aerogenerador de 30 KW

3. Eólica de Alta Potencia

Aerogenerador 1.5 MW

AerogeneradorDESCRIPCION GENERAL

ROTOR

61400-1a

S

T

G.A.D.A

• Es posible controlar la potencia reactiva

• El generador soporta la corriente de cortocircuito pero no el convertidor

• Soluciones: derivar la corriente del rotor (crow-bar) o sobredimensionar el convertidor

INTEGRACIÓN EN LA RED

Control de Potencia Reactiva

Generador asincrónico doblemente alimentado

Continuidad de Suministro

Fuente: The EconomistNewspaper

La Energía Eólica en el MundoLa capacidad mundial instalada aumentó en 20.000 MW durante el año 2007, en 27.000 MW durante 2008, y en 2009 se agregaron casi 26.000 MW (a pesar de la crisis mundial). Hoy en día la potencia total instalada es de 146.000 MW. El sector eólico ha creado 450.000 puestos de trabajo en todo el mundo. Estados Unidos tomó el primer lugar en potencia instalada: 34.000 MW y continúa creciendo (10.000 MW en 2009). Le sigue Alemania, que cuenta con 25.000 MW instalados.China siguió siendo el mercado más dinámico en el año 2008 y el 2009, alcanzando hoy los 20.000 MW instalados. Europa muestra estancamiento, desarrolla Ofshore.

Se estima un crecimiento global de más de 12 veces para el año 2020.

Turbinas Hidro Cinéticas (THC)

Energía potencial - Esquema de instalación .

• Típica instalación de turbinas que requieren altura diferencial (head).

• Estas turbinas captan la Energía Potencial ,obtenida por la diferencia de altura de los niveles del agua.

• Esto implica una gran inversión en obra civil e instalaciones, y también sensibles modificaciones del medio ambiente.

Energía cinética - Esquema de instalación . • Típica instalación de

turbina (THC),anclada en el curso de un río, y que no requieren altura diferencial ( no head).

• Estas turbinas captan la Energía Cinética que posee la masa de agua en la corriente de un rio, corrientes oceánicas o de mareas.

• No requieren obra civil significativa y tienen casi nula acción sobre el medio ambiente.

Campo de aplicación de THC (free flow turbine generator)• Con la intención de

simplificar la exposición diremos que el término Headda una idea de la diferencia de altura que debería haber entre el nivel del agua antes de la turbina y después de la turbina.

• Las turbinas mencionadas que requieren Headfuncionan obteniendo la energía en base a la Energía Potencial del agua (Head).

• Las turbinas THC (free flowturbine) funcionan sin la necesidad que exista Head.

Aprovechamiento de pasos naturales

• Las THC aprovechan las corrientes que se obtienen en pasos naturales de los rios, o mares, donde las velocidades se incrementan.

• Las THC pueden operar en canales hechos por el hombre , ríos , corrientes marinas u oceánicas y mareas.

Ejemplo de uso de estructuras existentes .

Las THC no necesitan de grandes instalaciones civiles, no obstante se pueden utilizar estructuras existentes como puentes y canales

Alta Potencia (Ejemplo con venturi * )

Potencia = 1 Mw

Diámetro turbina = 11.5 metros

Longitud del ducto = 19.2 metros

Utilización : corrientes oceánicas , mareas y ríos

muy caudalosos

(*) Vista de la THC con su cubierta ( venturi) destinada a aumentar la velocidad del agua en su pasaje por las palas.

Turbinas de 1 MW (Energía mareomotríz – Noruega)

Proyecto INVAP-THC Etapa 1 Construcción modelo 0,8 Kw

• Desarrollo y fabricación de un Modelo de 0.8 Kw, para ensayarlo en un flujo de agua libre, con el objeto de validar las herramientas de cálculo y diseño utilizadas (CFD) Dinámica de los Fluidos Computacional, para el diseño de un Prototipo THC de 4.5 Kw.

• Desarrollo y fabricación de una cubierta (venturi).

• Potencia = 0.8 Kw• Diámetro de palas = 0.86 m• Velocidad agua = 2 m/sModelado conceptual inicial

Proyecto INVAP-THC Etapa 1 Construcción modelo 0,8 Kw

Detalle de la THC prototipo, visto desde aguas abajo, con el dispositivo Venturi montado.

Proyecto INVAP-THC Etapa 1 Modelado CFD del prototipo 1

Algunos resultados iniciales de la modelización CFD donde se visualiza al intensidad de turbulencia, un parámetro de diseño importante para mejorar la performance del equipo

Proyecto INVAP-THC Etapa 1 Construcción modelo 0,8 Kw

Modelado de la pala de la turbina y análisis estructural FEA Básico con una distribución de cargas uniforme en la envergadura

Proyecto INVAP-THC Etapa 1 Construcción modelo 0,8 Kw

Pala modelizada y pala en proceso de mecanizado

Proyecto INVAP-THC Etapa 1 Construcción modelo 0,8/1,0 KW

Vista del rotor en su versión de 4 palas

Proyecto INVAP -THC Etapa 2 Construcción Prototipo 9 Kw (4.5 Kw + 4.5 Kw )

• La unidad de 9 Kw ( con dos rotores gemelos) será en sí misma uno de los dos modelos comerciales de menor potencia, dentro de la gama de turbinas previstas.

• Se pretende que sea una máquina simple, de paso fijo, que gire a régimen variable de rpm y genere en tensión y frecuencia variables, para luego obtener la tensión de red y los 50 Hz mediante un convertidor, igual al de los aerogeneradores, pero con la ventaja de no necesitar prácticamente, un banco de baterías.

Proyecto INVAP-THC Etapa 2 Construcción Prototipo 4.5 Kw

Ejemplo de una THC con su cubierta (venturi) destinada a aumentar la velocidad del agua en su pasaje por las palas.

Potencia = 4.5 Kw Diámetro (c/u) = 1.5 metros Velocidad del agua = 2.1 m/s

Proyecto INVAP-THC Etapa 2 Ejemplo de turbina “twin” 9 Kw (4.5 + 4.5 Kw )

Potencia = 9 Kw (4.5 Kw + 4.5 Kw) Diámetro (c/u) = 1.5 metros

Velocidad del agua = 2.1 m/s

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

GW

h

Escenario Base Máx Crecimiento Demanda

1300 GWh/año

3400 GWh/año

4100 GWh/año

1150 MW/año instalados

Crecimiento Anual Promedio: 4 a 5 % - Deben instalarse mas de 1.000 MW nuevos cada año…

Argentina: Demanda Eléctrica Total

Hipotética Proyección (optimista) de Potencia Eólica Instalada al año 2032

Hipótesis: el 25% de la potencia nueva que se instale cada año, seráEólica.

Factor de penetración Eólica = 17,6% (en 2032)

Muy similar a la situación actual de España

26

3600

6300

9500

13000

0

3000

6000

9000

12000

15000

2007 2012 2022 2032

Mw

Eólic

os

Fuente: REE – Red Eléctrica de España – Boletín Mar-08

El Sistema Eléctrico Español

Potencia (MW instalados)

Energía (MWh/año)

Generación Eléctrica total

Situación actual en Argentina(hidroeléctrica + térmica + nuclear)

Generación bruta del MEM

junio 2008

Fósil

57,45%

Hidráulica

35,37%

Nuclear

7,18%

Generación bruta del MEM

acumulado 2008

Fósil

65,28%

Hidráulica

27,94%

Nuclear

6,77%

Fuente: CAMMESA - CNEA

Fuente: CADER

Resultados de Modelo

Emisión de CO2