energia eolica

5/10/2018 energia eolica - slidepdf.com

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ÍNDICE:

1. PLANTEAMIENTO.

2. RECURSO EÓLICO2.1 NAVACERRADA

ROSA DE LOS VIENTOSDISTRIBUCIÓN WEIBULL

2.2 SIMANCASROSA DE LOS VIENTOSDISTRIBUCIÓN WEIBULL

3. DATOS TÉCNICOS DE LOS AEROGENERADORES.3.1 BORNAY 3000

3.1.1 ANÁLISIS PRODUCCIÓN ENERGÉTICA CASO

NAVACERRADA Y SIMANCAS Y FACTOR DE CARGA3.2 BORNAY 6000

3.2.1 ANÁLISIS PRODUCCIÓN ENERGÉTICA CASO NAVACERRADA Y SIMANCAS Y FACTOR DE CARGA

4. ESTUDIO ECONÓMICO DE LA INSTALACIÓN4.1 INGRESOS

• Navacerrada.• Simancas.

4.2 ANÁLISIS DE LA INVERSIÓN

4.3 RENTABILIDAD4.3.1 NAVACERRADA4.3.2 SIMANCAS

5. CONCLUSIONES.

6. BIBLIOGRAFÍA



1.PLANTEAMIENTO:

En el presente trabajo, nos proponen hacer un estudio comparativo del recurso eólicoentre dos localidades españolas como Navacerrada (Madrid) y Simancas ( Valladolid),

así como la comparativa entre dos aerogeneradores de la misma marca, pero diferente potencia ( Bornay 3000 y Bornay 6000). Ambos aerogeneradores se colocarán a 30metros de altura para las dos localizaciones y su función será la venta de energíaeléctrica a la red principal.

Para realizar el estudio comparativo, tendremos que tener en cuenta los siguientesfactores a desarrollar por el alumno:

RECURSO EÓLICO:- Rosa de los vientos. Tendrá que apreciarse tanto la velocidad como la

frecuencia de éstos según las direcciones. Se establecerá la dirección óptima

en la que se situaría el aerogenerador.- Distribución Weibull de velocidades.

AEROGENERADORES:- Producción esperada a 25 años. Habrá que incluir los gastos producidos

durante todo el proceso hasta la instalación de los equipos (mano de obra,material, administrativos, financieros….). A criterio del alumno.

Nota: Para la realización de este ejercicio, no bastará con la información que se obtienedel Libro de Energía proporcionado por el Master, sino que el alumno deberá recurrir afuentes diversas de información.



2.RECURSO EÓLICO:

Para calcular el recurso eólico en cada una de las localidades objeto del estudio hemosentrado en el atlas eólico del IDEA.

2.1NAVACERRADA:

Coordenadas UTM(m): 413445,4513266

Dirección Frecuencia (%)Velocidad(m/s)

Potencia (%)Weibull C(m/s)

Weibull K

N 7.58 5.8 8.54 6.443 2.287 NNE 3.59 4.611 2.09 5.109 2.188 NE 2.33 4.347 1.18 4.748 2.009ENE 3.62 4.864 2.42 5.247 2.06E 5.39 5.208 4.57 5.776 2.171

ESE 6.25 4.998 5 5.619 2.111SE 8.17 5.332 7.55 5.998 2.238SSE 5.96 4.6 3.58 5.235 2.302S 5.85 4.482 3.48 5.102 2.131SSW 5.53 4.702 3.45 5.253 2.222SW 4.52 4.81 3.61 5.331 1.831WSW 3.14 4.11 1.49 4.556 1.913W 4.26 5.466 4.95 5.98 1.788WNW 9.61 6.165 13.61 6.893 2.213

NW 13.4 6.16 18.42 6.869 2.266 NNW 10.82 6.241 16.06 7.05 2.269

Con los datos obtenidos de frecuencia y velocidad dibujamos la rosa de los vientos defrecuencia y velocidad

ROSA DE LOS VIENTOS DE FRECUENCIA

N

S

W

ESSE

SSE

SE

SSW

WSW

SW

WNW

NW

NNW NNE

NE

ENE

123456

0 E

7891011

12

1314



ROSA DE LOS VIENTOS DE VELOCIDAD

Como podemos observar en la rosa de los vientos de frecuencia, la dirección del viento predominante es el noroeste ya que en esta dirección el viento sopla el 13.4% deltiempo. La máxima velocidad media se produce en la misma dirección con unavelocidad de 6.16 m/s

DISTRIBUCIÓN DE WEIBULL:

Ahora vamos a proceder a calcular la velocidad del viento en función de la densidad probabilística de Weibull, ya que se ajusta bien a la distribución de velocidad mediaobservada a largo plazo en diferentes localizaciones.El análisis de Weibull es la técnica más elegida para estimar una probabilidad basada endatos medios. En el eje de abscisas se representan los datos de velocidad (m/s) mientrasque en el eje y la probabilidad o frecuencia del viento a cada velocidad. He aquí unarepresentación tabular de los datos de frecuencias:

N

S

W

ESSE

SSE

SE

SSW

WSW

SW

WNW

NW

NNW NNE

NE

ENE

1

23

4

5

6

0 E

7

8

9

10

11

12

1314



Donde:V, es la velocidad del viento en m/seg.P(v), es la función de densidad de probabilidad de Weibull.C, Es el factor de escala (m/s), suele ser próximo a la velocidad media.

K, factor de forma. Caracteriza la simetría de la función de probabilidad.Según IDEA:Media anual

Coordenadas UTM(m): 414244,4514366Elevación (m): 1653Rugosidad (m): 0.75

30m. 60m. 80m. 100m.Velocidad (m/s) 3.44 4.65 5.08 5.37Weibull C (m/s) 3.87 5.18 5.65 5.99Weibull K 2.199 2.138 2.069 2.002

De esta tabla extraemos los datos necesarios para calcular la probabilidad Weibull encada una de las velocidades para poder después calcular el número de horas y la energía

producida por cada uno de los aerogeneradores.

PROBABILIDADWEIBULLVELOCIDADp(v)m/s

10,65%120,36%223,64%320,16%413,33%56,97%62,91%7

0,97%80,26%9

0%100%110%120%130%140%150%160%170%180%190%20



El análisis de Weibull es la técnica más elegida para estimar una probabilidad basada endatos medios. En el eje de abscisas se representan los datos de velocidad (m/s) mientrasque en el eje y la probabilidad o frecuencia del viento a cada velocidad.Para la industria eólica es muy importante ser capaz de describir la variación de las

velocidades del viento.

DISTRIBUCIÓN WEIBULL

VELOCIDADES

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8 1

0 1

2 1

4 1

6 1

8 2

0

velocidades m/s

f r e c u e n c i a %

2.2 SIMANCAS:Distribución por direcciones a 80m.

Coordenadas UTM(m): 348444,4605767

Dirección Frecuencia (%)Velocidad(m/s)

Potencia (%)Weibull C(m/s)

Weibull K

N 3.53 4.065 1.52 4.537 1.904 NNE 6.52 4.736 4.4 5.487 2.139

NE 17.97 6.047 19.3 6.723 2.607ENE 8.57 4.86 5 5.365 2.35E 4.12 4.339 2.29 4.909 1.878ESE 2.53 3.738 1.03 4.263 1.725SE 2.38 3.888 1.04 4.409 1.758SSE 3.72 4.94 2.87 5.658 2.046S 4.93 4.983 3.78 5.633 2.034SSW 5.23 5.617 7.01 6.413 1.766SW 8.38 6.009 12.97 6.888 1.862WSW 11.72 6.288 18.18 7.235 2.135

W 10 6.047 14.17 7.028 2.141WNW 4.46 4.624 2.72 5.207 2.023



NW 3.27 4.624 1.91 5.152 2.043 NNW 2.69 4.57 1.8 5.091 1.768

ROSA DE LOS VIENTOS DE FRECUENCIA

ROSA DE LOS VIENTOS PARA VELOCIDAD MEDIA:

N

S

W

ESSE

SSE

SE

SSW

WSW

SW

WNW

NW

NNW NNE

NE

ENE

1

2

3

4

5

6

0 E

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

N

S

W

ESSE

SSE

SE

SSW

WSW

SW

WNW

NW

NNW NNE

NE

ENE

1

2

3

4

5

6

0E

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17



Como podemos observar en la rosa de los vientos la dirección del viento más probablees la del Noreste que coincide con la velocidad media.

WEIBULL:Coordenadas UTM(m): 348444,4605767Elevación (m): 683Rugosidad (m): 0.3

30m. 60m. 80m. 100m.Velocidad (m/s) 4.3 5.04 5.37 5.61Weibull C (m/s) 5.01 5.77 6.09 6.3Weibull K 2.001 1.985 1.974 1.929

El análisis de Weibull es la técnica más elegida para estimar una probabilidad basada endatos medios. En el eje de abscisas se representan los datos de velocidad (m/s) mientrasque en el eje y la probabilidad o frecuencia del viento a cada velocidad. He aquí unarepresentación tabular de los datos de frecuencias:

PROBABILIDADWEIBULLVELOCIDADp(v)m/s

7,65%113,51%216,70%316,85%414,52%511,39%67,91%74,97%82,84%9

1,48%100,70%110,30%120,33%130,04%140,02%150,00%160,00%170,00%180,00%190,00%20



DISTRIBUCIÓN WEIBULL

VELOCIDADES

0

5

10

15

20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

velocidades m/s

f r e c u e n c i a %

3.DATOS TÉCNICOS DE LOS AEROGENERADORES Y PRODUCCIÓNENERGÉTICA

Para calcular la producción energética y rentabilidad debemos conocer los datostécnicos de los aerogeneradores.

3.1BORNAY 3000

Especificaciones técnicasNúmero de hélices 2Diametro 4 mtsMaterial Fibra de vidrio / carbonoDirección de rotación Contrario a las agujas del

relojSistemas de control 1) Regulador electrónico

2) Pasivo por inclinaciónEspecificaciones eléctricas

Alternador Trifásico de imanespermanentesImanes NeodimioPotencia nominal 3000 WVoltaje 24, 48, 120 vRPM @ 500Regulador 24v 150 Amp.

48v 75 Amp.120v. Conexión a red

Velocidad de vientoPara arranque 3,5 m/s

Para potencia nominal 12 m/sPara frenado automático 14 m/s



Máxima velocidad de viento 60 m/sEspecificaciones físicasPeso aerogenerador 93 kgPeso regulador 14 kgEmbalaje

Dimensiones – peso

120 x 80 x 80 cm - 135 Kg

220 x 40 x 15 cm - 19 KgGarantía 3 años

3.1.1 PRODUCCIÓN ENERGÉTICA NAVACERRADA CASO BORNAY 3000:

ENERGÍA PRODUCIDAPOTENCIANº HORASPROBABILIDADWEIBULLVELOCIDAD

KWhp(v)m/s00932,9410,65%1001783,53620,36%2

517,722502070,86423,64%3883,015001766,01620,16%4875,787501167,70813,33%5610,571000610,5726,97%6

382,371500254,9162,91%7170,47200085,23480,97%8



52,18230022,68840,26%90,00250000%100,00280000%110,00320000%120,00330000%130,00350000%140,00330000%150,00300000%160,00310000%170,00315000%180,00330000%190,00330000%20

3492,10TOTAL

FC= ENERGÍA ANUAL KWh = 3492.10/ 3 = 1164.03 KWh/ KWPOTENCIA NOMINAL KW

FC= FC ( KWh/ KW) * 100 = 1164.03*100 = 13.28%8760 horas 8760

3.1.2PRODUCCIÓN ENERGÉTICA SIMANCAS CASO BORNAY 3000:


PRODUCCIÓN ENERGÉTICAPOTENCIANº HORASPROBABILIDADWEIBULLVELOCIDAD

KWhp(v)m/s00932,9410,65%1001783,53620,36%2

1035,435002070,86423,64%31766,0210001766,01620,16%41751,5615001167,70813,33%51221,142000610,5726,97%6764,753000254,9162,91%7319,63375085,23480,97%8102,10450022,68840,26%9

0,00500000%100,00550000%11

0,00600000%120,00625000%130,00650000%140,00620000%150,00575000%160,00590000%170,00600000%180,00605000%190,00620000%20

6960,63TOTAL



FC= FC ( KWh/ KW) * 100 = 2320.21*100 = 26.48%8760 horas 8760

3.2 BORNAY 6000:

Especificaciones técnicas

Número de hélices 3Diametro 4 mtsMaterial Fibra de vidrio / carbonoDirección de rotación Contrario a las agujas del

relojSistemas de control 1) Regulador electrónico

2) Pasivo por inclinaciónEspecificaciones eléctricasAlternador Trifásico de imanes

permanentesImanes Neodimio

Potencia nominal 6000 WVoltaje 48, 150 vRPM @ 600Regulador 48v 150 Amp.

120v. Conexión a redVelocidad de vientoPara arranque 3,5 m/sPara potencia nominal 12 m/sPara frenado automático 14 m/sMáxima velocidad de viento 60 m/sEspecificaciones físicas

Peso aerogenerador 107 kgPeso regulador 18 kg



EmbalajeDimensiones – peso

120 x 80 x 80 cm - 149 Kg260 x 40 x 15 cm - 22 Kg

Garantía 3 años

3.2.1ANÁLISIS DE LA PRODUCCIÓN ENERGÉTICA BORNAY 6000NAVACERRADA:


KWhp(v)m/s00670,147,65%1001183,47613,51%2

365,732501462,9216,70%3738,035001476,0616,85%4953,967501271,95214,52%5997,761000997,76411,39%6

1039,371500692,9167,91%7870,742000435,3724,97%8572,202300248,7842,84%9

323,902500129,56041,48%10172,68280061,67040,70%11

84,10320026,280,30%1295,40330028,9080,33%1313,7735003,933240,04%144,3433001,3140,02%150,00300000,00%160,00310000,00%170,00315000,00%180,00330000,00%190,00330000,00%20

6231,98TOTAL

FC= ENERGÍA ANUAL KWh = 6231.98/ 6 = 1038.66 KWh/ KW



POTENCIA NOMINAL KW

FC= FC ( KWh/ KW) * 100 = 1038.66*100 = 11.85%8760 horas 8760

3.2.2 ANÁLISIS PRODUCCIÓN ENERGÉTICA BORNAY 6000 SIMANCAS:


KWhp(v)m/s00670,147,65%1001183,47613,51%2

731,465001462,9216,70%31476,0610001476,0616,85%41907,9315001271,95214,52%51995,532000997,76411,39%62078,753000692,9167,91%71632,653750435,3724,97%81119,534500248,7842,84%9647,805000129,56041,48%10339,19550061,67040,70%11157,68600026,280,30%12180,68625028,9080,33%13

25,5765003,933240,04%148,1562001,3140,02%150,00575000,00%160,00590000,00%170,00600000,00%18

0,00605000,00%19 0,00620000,00%2012300,95TOTAL


FC= FC ( KWh/ KW) * 100 = 2050.15*100 = 23.40%8760 horas 8760



4.ESTUDIO ECONÓMICO DE LA INSTALACIÓN.

De acuerdo con el R.D. 661/2007 la tarifa correspondiente a las instalaciones pertenecientes al subgrupo b.2.1, la categoría a la que pertenecen las instalaciones queutilizan únicamente el recurso eólico como energía primaria y que por su naturalezaestán ubicadas en tierra, que son las instalaciones que analizamos, son las siguientes:

4.1 INGRESOS:

Sabiendo que la modalidad de tarifa a la que n os acogeremos será la tarifa regulada, losingresos a percibir durante los 25 años serán los siguientes, según el caso de Valladolidy Simancas y teniendo en cuenta la producción energética de cada uno de losaerogeneradores en cada caso.VALLADOLID:



VALLADOLID

TOTALTARIFA 5 añosTARIFA 1º 20 añosENERGÍAANUALAEROGENERADOR

6,12C€/KWh7,3228C€/KWhKWh/año6182,971068,585114,393492,1BORNAY 3000

12324,212129,9510194,266960,63BORNAY 6000

SIMANCAS:

SIMANCAS

TOTALTARIFA 5 añosTARIFA 1º 20 añosENERGÍAANUALAEROGENERADOR

6,12C€/KWh7,3228C€/KWhKWh/año11033,921906,969126,966231,88BORNAY 3000

21779,573764,0918015,4812300,95BORNAY 6000

4.2 ANÁLISIS DE LA INVERSIÓN:

El coste de la inversión de un parque eólico incluye todos los desembolsos que hay querealizar para desarrollar completamente la instalación, incluyendo la compra de equipos,la construcción del propio parque y todos los conceptos relacionados con la parte

burocrática y legal.

Los aerogeneradores son la principal inversión , suponen el 74 % del total:El aerogenerador Bornay 3000 cuesta 7800 €El aerogenerador Bornay 6000 cuesta 10500 €

El resto de las partidas se dividen en:



El equipamiento eléctrico y conexión a red, incluye la subestación principal, eltransformador y el resto de equipos asociados a ésta, las líneas de evacuación y el pagode los derechos de conexión a red. Supone el 12 % de la inversión total.La Obra civil que engloba la construcción de accesos al parque, la adecuación deterrenos, cimentaciones, plataformas de los aerogeneradores, etc. Supone el 9% de la

inversión total.Otros que incluye los equipos de control, las torres meteorológicas, etc y los gastosadministrativos, es decir costes de tramitación, los permisos, licencias, gestión de losterrenos, etc…. Supone el 5 % de la inversión.En estas tablas vamos a calcular los costes de la inversión inicial según cada uno de losgeneradores.

AEROGENERADOR BOURNAY 3000

AEROGENERADOR BOURNAY 6000

AEROGENERADOR

BOURNAY 3000

7800AEROGENERADOR

1265EQ. ELÉCTRICO YCONEXIÓN RED

949OBRA CIVIL

528OTROS

10542

AEROGENERADOR

BOURNAY 6000

10500AEROGENERADOR

1703EQ. ELÉCTRICO YCONEXIÓN RED

1277OBRA CIVIL

709OTROS

14189



La financiación que otorga el Estado en las instalaciones de Energías Renovables vamosa estimar que es del 35% del costo de la inversión.

Conociendo todos estos datos vamos a calcular la rentabilidad anual de cada uno de losaerogeneradores en las dos ubicaciones Navacerrada y Simancas.

4.3 RENTABILIDAD:4.3.1 NAVACERRADA

VALLADOLID

NB 6000NB 3000AEROGENERADOR

35% 1418935% 10542SUBVENCIÓN 35%4966369092236852FINANCIACIÓN

69603492PROD ENERG ANUAL

0,0732280,073228TARIFI 1º 20 AÑOS

0,0732*69600,0732*3492BENEFICIOSANUALES

509,67255,7218 AÑOS27 AÑOSAMORTIZACIÓN

Si dividimos el total de la financiación por los beneficios anuales, obtenemos el númerode años que le va a llevar a amortizar la inversión inicial planteada. En el caso de Navacerrada, este periodo es de 27 años para el Bournay 3000 mientras que para elBournay 6000, obtenemos un valor de 18 años. Así, podemos comprobar que resultamás rentable elegir el modelo de mayor potencia ya que recuperamos en menos años lainversión realizada.

4.3.2.SIMANCAS:

SIMANCAS

NB 6000NB 3000AEROGENERADOR



35% 1418935% 10542SUBVENCIÓN 35%4966369092236852FINANCIACIÓN

123016232PROD ENERG ANUAL

0,0732280,073228TARIFI 1º 20 AÑOS

0,0732*92230,0732*6852

BENEFICIOSANUALES

900,77456,3211 AÑOS15 AÑOSAMORTIZACIÓN

En este caso también se obtienen beneficios bastante bajos, si bien los resultados sonligeramente mejores que en los calculados para Navacerrada. Este dato se observa en el

cálculo del tiempo de amortización, dividiendo el total a pagar por los beneficiosanuales. Los resultados fijan en 15 años el periodo de amortización del aerogenerador Bornay 3000 mientras que para el Bornay 6000 este parámetro se fija en 11 años. Eneste caso, podemos comprobar que con el aerogenerador de más potencia recuperamosantes la inversión.

5. CONCLUSIONES:

Tras el estudio comparativo de ambos aerogeneradores para las localidades de Navacerrada y Simancas podemos concluir que la localidad de Simancas es la de mayor potencial eólico. En la rosa de los vientos de velocidad y frecuencia podemos

comprobar que la producción energética es mayor en la localidad de Simancas.Por ello, del estudio económico realizado, se puede concluir que la instalación másadecuada sería en la localidad de Simancas, utilizando el aerogenerador Bornay 6000.Esto se debe al mayor potencial eólico que existe en Simancas y a la mayor gananciaque aportaría cada año para la venta de energía a la vez que nos permitirá recuperar enmenor tiempo la inversión.

Bibliografía.

-BORNAY PÁGINA DE INTERNET

-R.D. 661/2007

-IDEA MAPA EÓLICO

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