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1
La verificación de rendimiento de los parques eólicos
Rafael Zubiaur
Barlovento Recursos Naturales S.L., Españ[email protected]
Hall 7, stand B18
Wind PowerExpo 2009Sesión I.II. Diagnóstico y análisis de la eficiencia de los parques eólicos.
*Ensayo de curva de potencia
2
BARLOVENTO ¿QUIÉNES SOMOS?
ASESORES TÉCNICOS INDEPENDIENTES Y LABORATORIO DE ENSAYOS
• Consultores en energías renovables.
• Proyectos en más de 30 países: Europa, América, África y Asia.
• Asesor Técnico en más de 10.000 MW eólicos y 400 MW fotovoltaicos construidos.
• “site assessment” de más de 1000 parques eólicos.
• Gestión de más de 1000 torres de medición.
• Acreditaciones para ensayos de energías renovables.
• Miembros de Measnet (ensayo de curva de potencia).
3
BARLOVENTO
Laboratorio de Ensayos, acreditaciones ENAC de acuerdo a ISO 17025:
• Aerogeneradores (Curva de Potencia1), miembro de MEASNET.• IEC 61400-12-1
• Campañas de Medidas Meteorológicas2:• IEC 61400-12-1• UNE EN 500520• Orden de medidas de la DGA (ORDEN de 6 de julio de 2004, del Departamento de Industria, Comercio y Turismo).
• Certificado Sistema de Gestión I+D+i AENOR UNE 166002.
1 1, 2
4
1. Introducción2. Desvíos en la evaluación del recurso3. La verificación del rendimiento4. Conclusiones
CONTENIDO
5
• El proceso de evaluación del recurso eólico conduce a la producción media estimada a largo plazo.
• El proceso de evaluación encierra incertidumbres que se traducen en incertidumbre en la producción (ingresos).
• La principal fuente de incertidumbres en la evaluaciónprocede de las medidas: son necesarias medidas de calidad y cantidad suficientes.
• Los desvíos respecto a la producción prevista pueden estarligados al emplazamiento, al aerogenerador o al parque.
1. INTRODUCCIÓN
6
Campaña de medidasVelocidad, dirección, P, T, densidad aire
Extrapolación altura buje
Estación de referencia y Largo plazo
Modelo de campo de vientos
Modelo de parque:-Curva de potencia,-Estelas,-Disponibilidad,-Pérdidas
Resultados:-Producción anual estimada a largo plazo,-Incertidumbre del resultado:P50, P75, P90
EVALUACIÓN DE PRODUCCION
7
ORIGEN DE LAS DESVIACIONES:• Evaluación de condiciones de viento y ambientales
(medidas, perfil vertical, largo plazo, hielo, temperaturasaltas, …).
• Modelos de campo de vientos.• Diseño del parque (estelas, clase-subclase inadecuadas).• Rendimiento del aerogenerador (curva de potencia y
disponibilidad).• Operación.
2. DESVÍOS EN LA EVALUACIÓN DEL RECURSO
8
Campaña de medidasVelocidad, dirección, P, T, densidad aire
Extrapolación altura buje
Estación de referencia y Largo plazo: Vave, VrefRosas de distancias
Modelo de campo de vientos
Posiciones de turbina:Upflow, características de terreno complejo,Turbulencia (Frandsen),…
Resultados:-Clase y subclase de turbina en cada posición,-Estrategias de WSM
DISEÑO DE PARQUE
9
• Incorrecta evaluación de las condiciones ambientales: IEC 61400-1.
– Velocidad en cada posición,– Velocidad extrema Vref– Nivel de turbulencia
• Aerogenerador de Clase, Subclase no idóneas.• Disposición de aerogeneradores inadecuada puede
conducir a:–Incorrecta evaluación de subclase.–Menor disponibilidad.–Más averías.–Mayores pérdidas por estelas.
RIESGOS DEL DISEÑO
10
• La principal forma de evitar las desviaciones es mejorarla campaña de medidas:
–Más torres, más altas, instrumentación de calidad, equipos redundantes,
–Sistemas de medida remota: sodar, lidarNORMAS: IEC 61400-12-1, recomendaciones IEA y
Measnet, Orden de medidas DGA,
• Las medidas ayudan a disminuir el error de losmodelos de campo de vientos.
• Las campañas de medidas más largas y con más torrespermiten la mejora del diseño del parque.
MEJORAS EN LA EVALUACIÓN DEL VIENTO Y DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES Y EN EL DISEÑO
11
• La verificación del rendimiento suele formar parte de las comprobación de garantías de suministro, pero además:
• la verificación del rendimiento es útil para:
–Conocer el comportamiento real del aerogenerador en las condiciones del emplazamiento.
–Seguimiento de la degradación del rendimiento durante toda la vida del parque.
–Verificación de las actuaciones correctivas o mejoras.
• Los desvíos en el rendimiento (curva de potencia) pueden tener origen en el aerogenerador y/o en las condiciones ambientales: perfil vertical, turbulencia, …
3. RENDIMIENTO DE AEROGENERADOR Y PARQUE
12
ALGUNOS EJEMPLOS:.
• Influencia de temperatura en la curva de potencia,
• Influencia del perfil vertical,
AEP SITE 3
92
94
96
98
100
102
104
106
4 5 6 7 8 9 10 11AVG. WIND SPEED (m/s)
% A
EP T
otal
α < 0.120.12 < α < 0.17α > 0.17
N o rm alized p o w er fo r d ifferen t tem p eratu re ran g es
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0 5 10 15 20 25 30
W ind speed (m/s)
Nor
mal
ized
pow
er
T < = 0
T < = 2
T < = -2
All data
T > = 2
T < = 10
T > 10
13
I. Ensayo de curva de potencia, norma IEC 61400-12-1. Ed. 2005
II.Verificación con anemómetro de góndola, IEC 61400-12-2 en preparación.
III.Verificación de curva de parque , IEC 61400-12-3 en suspenso.
Además:
IV.Medida de disponibilidad (en inicio).
TRES ENFOQUES EN LA VERIFICACIÓN DEL RENDIMIENTO:
14
• Ensayo de aerogenerador en condiciones controladas:
– Medidas meteorológicas y de potencia.
– Para una densidad del aire se obtiene Potencia = F (Vbuje)
– Formulación demasiado simple (en revisión).
• Ventaja:
– Proceso controlado.
– Permite conocer el comportamiento real del aerogenerador en condiciones específicas del emplazamiento.
– Permite un seguimiento de la degradación del rendimiento durante toda la vida del parque.
– Identificación de posibilidades de mejora.
– Verificación de las actuaciones correctivas o mejoras.
• Inconveniente: Medida en reducido número de máquinas en un parque.
I. Ensayo de curva de potencia, según IEC 61400-12-1
15
i. Estudio de obstáculos+aerogeneradores => SECTOR VÁLIDO
ii. Selección de punto de torre: 2-4 D
iii. Estudio de orografía => necesidad de calibración emplazamiento
iv. (Calibración emplazamiento)
v. Medida de curva de potencia.
vi. Evaluación de curva y AEP
Esquema del proceso de ensayo de curva de potencia:
DISPERSIÓN DE PUNTOS. POTENCIA ACTIVA ESTATORAsunto: 2007-013. P.E. San Lorenzo (SLA-11). Base de Datos B
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
0
Velocidad del Viento a la Altura de Buje (m/s)
Pote
ncia
Act
iva
(kW
)
Valores Mínimos
Valores Máximos
Desviación Estándar
Valores Medios
16
i. - Equipos meteorológicos: 2 anemómetros, 1 veleta, Temp, ii. Presión, Lluvia.iii. - Medida eléctrica: Transformadores de tensión e intensidad,iv. Convertidor de potencia.v. - Sistema de Adquisición de datos.vi. - Señales de disponibilidad del aerogenerador.
vii. - Requisitos en cuanto a brazos soporte de instrumentación y torre.
viii. - Instrumentación calibrada, especialmente anemómetros.
Campaña de medida:
17
• Ensayo basado en el empleo de la medida de la velocidad de góndola:
“Free stream wind speed” se obtiene a partir de la velocidad de góndola a través de una función de transferencia (“Nacelle Transfer Function”)
Vfree = NTF (Vgóndola)
• A partir de las medidas de potencia y Vfree se obtiene la curva de potencia (Nacelle PowerCurve):
Potencia = NPC (Vfree)
• Inconveniente: – El anemómetro muy influenciado por rotor y góndola: mayor incertidumbre que el ensayo
de curva de potencia.– Dependencia de las condiciones específicas del sitio: perfil y turbulencia.
• Ventaja:
– Velocidad de góndola disponible en todos los aerogeneradores.– Utiliza instrumentación existente.– Velocidad próxima al centro del rotor.
II. Verificación con anemómetro de góndola, IEC 61400-12-2 (en preparación)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0.25
-0.7
5
1.25
-1.7
5
2.25
-2.7
5
3.25
-3.7
5
4.25
-4.7
5
5.25
-5.7
5
6.25
-6.7
5
7.25
-7.7
5
8.25
-8.7
5
9.25
-9.7
5
10.2
5-10
.75
11.2
5-11
.75
12.2
5-12
.75
13.2
5-13
.75
14.2
5-14
.75
15.2
5-15
.75
16.2
5-16
.75
17.2
5-17
.75
Velocidad góndola
P31P32P33C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10
18
Tratamiento similar al del ensayo de curva de potencia, pero:¡resultados en todos los aerogeneradores!
¡No lineal!
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• Ensayo basado en el empleo de medidas en torres en torno al parque, para obtener una curva de potencia de parque:
Potencia parque = F (V, dirección, ρ)
• Ventaja:
– Engloba estelas.– Describe el parque en conjunto (diseño del parque, aerogenerador elegido,
pérdidas, …)– Puede englobar la disponibilidad.
• Inconveniente: – Incorpora error de modelos de viento.– Sólo aceptable en terrenos poco complejos.
III. Curva de parque, IEC 61400-12-3 (tramitación parada)
20
010
2030
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140150
160170180
190200210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320330
340 350
M ET1
010
2030
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140150
160170
180190
200210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320330
340350
M ET2
- Según la dirección del viento, se considera la torre que no esté influenciada por los aerogeneradores
- Los sectores válidos vienen determinados por la misma consideración de obstáculos de la norma IEC 61400-12-1
EJEMPLO 61400-12-3: PARQUE CON 2 DIRECCIONES PREDOMINANTES
21
1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105 113 121 129 137 145 153
Potencia Estimada Potencia Medida
Total Energía Esperada durante la prueba
(MWh) 56000
Total Energía Medida durante la prueba
(MWh) 53760
Eficiencia 96%
Resultados:
- Serie de potencia esperada con modelo de parque
- Se comparan resultados de energía esperada – energía medida y se establecen criterios de cumplimiento
- En fase de explotación, puede usarse el procedimiento para detectar desviaciones y analizarlas
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4. CONCLUSIONES• La principal forma de mejorar las predicciones de producción es mejorar la campaña de medidas.
NORMAS: IEC 61400-12-1, recomendaciones IEA y Measnet, Ordende medidas DGA, recomendación IEA sodar (borrador)
• El diseño inadecuado se traduce en pérdidas de producción: estelas, indisponibilidad, averías, …
NORMA: IEC 61400-1
• Para la evaluación de recursos serían necesarias curvas de potenciaespecíficas, no genéricas.
NORMA: IEC 61400-12-1 (en revisión)• La verificación del rendimiento permite no sólo la verificación del cumplimiento de garantías, sino también mejorar la operación.
NORMAS: IEC 61400-12-1, IEC 61400-12-2
23
Rafael Zubiaur BARLOVENTO RECURSOS NATURALESC/Pintor Sorolla 8, 1ºA26007 Logroño (La Rioja)Tel 941287347 Fax 941287348www.barlovento-recursos.comrzubiaur@barlovento-recursos.com
GRACIAS POR SU ATENCIÓN