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5. ENERGÍA EÓLICA a. Fundamentos Iniciales

1.INTRODUCCIÓN

2.ENERGÍA
Conceptos
Unidades
Equivalencias
Terminología

es

3.ENERGÍAS SUSTENTABLES
Concepto
Situación
Perspectivas

sun

4.ENERGÍA SOLAR
a. Fundamentos iniciales
Flujo Radiante/
rradiancia/Irradiación
Mapas de Irradiacion Global

b.Fundamentos adicionales
Composición Electromagnética

c.Potencialidad

d.Sistemas de Uso

e.Sistemas de Almacenamiento

f.Potencia/Producción Global/Países

g.Economía/Costos

h. Políticas Públicas/Países

i.Tendencias/Inversión

j.Investigación y Desarrollo

k.Instituciones

l.Empresas

m.Plantas de Energía Solar

n.Noticias

o.El Camino hacia la Energía Solar

ARGENTINA SOLAR
a.Estructura y Función Energética

b.Potencial
Mapas de Irradiación
Sudamérica
Argentina


c.Política Pública/Legislación

d.Capacidad Instalada/Proyectos

e.Información adicional

eo

5.ENERGÍA EÓLICA
a.Fundamentos iniciales
Circulación General de la Atmósfera
Mapas de Vientos


b.Fundamentos adicionales

c.Potencialidad

d.Sistemas de Uso

e.Sistemas de Almacenamiento

f.Potencia/Producción Global/Países

g.Economía/Costos

h.Políticas Públicas/Países

iTendencias/Inversión

j.Investigación y Desarrollo

k.Instituciones

l.Empresas

m.Granjas Eólicas

n.Noticias

o.El Camino hacia la Energía Eólica

ARGENTINA EÓLICA
a.Estructura y Función Energética

b.Potencial
Mapas Eólicos
Sudamérica
Argentina


c.Política Pública/Legislación

d.Capacidad Instalada/Proyectos

e.Información adicional

hi

6.ENERGÍA HÍDRICA

bio

7.BIOENERGÍA
a. Fundamentos iniciales

b. Fundamentos adicionales

c. Potencialidad

d. Economía/Costos

e. Sistemas de uso

f. Sistemas de Almacenamiento

g. Potencia/Produccion
Global/Países


h. Políticas Públicas/Países

i. Tendencias/Inversión

j. Investigación y Desarrollo

k. Instituciones

l. Empresas

m. Plantas de Bioenergía

n. Noticias

o. El camino hacia la Bioenergía

BIOENERGÍA ARGENTINA
a.Estructura y Función Energética

b.Potencial
Mapas Bioenergía
Sudamérica
Argentina


c.Política Pública/Legislación

d.Capacidad Instalada/Proyectos

e.Información adicional

oe

8. OTRAS ENERGÍAS

 




ENERGIA EÓLICA / TURBINAS EÓLICAS / GENERACIÓN EÓLICA / INTEGRACIÓN A LA RED



ENERGÍA EÓLICA


ENERGIA CINÉTICA
de una masa en movimiento con velocidad v, (1)
 
*Ekw = ½ * m * v2

m: masa  Kg
v: velocidad m/s
Unidades: kg * m2/s2 = Newton * m = Joule

Para hallar la ENERGIA CINÉTICA de un volumen V de aire en movimiento (viento) pasando por el plano de barrido de las hélices de una turbina con una sección de área A y un espesor D en un tiempo T ,

V = A * D
v = D / T
D = v * T

A : área m2
D: espesor m
V: volumen m3
T: tiempo s
Unidades: m2 * m = m3

ρ = m / V
m = ρ * V

ρ = densidad del aire Kg/m3
m = masa Kg
V = volumen m3

Substituyendo en Ekw = ½ * m * v2

m = ρ * V
V = A * D
D = v * T

Ekw = ½ * ρ * A * v * T * v2


ENERGIA CINÉTICA EÓLICA de un volumen V de aire en movimiento (viento) pasando por el plano de barrido de las hélices de una turbina con una sección de área A y un espesor D en un tiempo T , (2)
*E
kw = 1/2 * ρ * v3 * A * T

ρ = densidad del aire Kg/m3
v : velocidad m/s
A : área m2
T : tiempo s
Unidades: Kg/m3 * m3/s3 * m2 * s = Kg * m2/s2 = N * m = Joules



POTENCIA EÓLICA

POTENCIA EÓLICA (ENERGIA CINÉTICA EÓLICA / T) (3)

Ekw = ½ * ρ * v3 * A * T /T

*Pkw = ½ * ρ * v3 * A

ρ = densidad del aire Kg/m3
v : velocidad m/s
A : área m2

Unidades: Joules/s = Watts


DENSIDAD de POTENCIA EÓLICA (POTENCIA EÓLICA / A ) (4)

WPDkwd = ½ * ρ * v3 * A/A

*WPDkwd = ½ * ρ * v3

ρ = densidad del aire Kg/m3
v : velocidad m/s
Unidades: Watts/m2

WPD es proporcional a:
La Densidad del aire ρ

La velocidad del aire v al cubo



CLASIFICACIÓN DE LA DENSIDAD DE POTENCIA EÓLICA

La DENSIDAD de POTENCIA EÓLICA es la que define la Clasificación del Viento como recurso energético.

"Las áreas designadas Clase 3 o mayor son adecuados para la mayoría de las aplicaciones de turbinas eólicas a escala comercial.

Las áreas de Clase 2 son marginales para aplicaciones a escala comercial, pero pueden ser adecuadas para aplicaciones rurales.

Las áreas de Clase 1 por lo general no son adecuados, aunque algunos lugares (por ejemplo, cumbres expuestas que no aparecen en los mapas) con recurso eólico suficiente para aplicaciones de turbinas eólicas pueden existir en algunas áreas de la clase 1.

El grado de certeza con el que se puede especificar la clase de energía eólica depende de tres factores:

1. La abundancia y la calidad de los datos de viento
2. La complejidad del terreno
3. La variabilidad geográfica de los recursos

La clasificación de seguridad se asigna a cada celda de la cuadrícula sobre la base de estos tres factores, y está incluido en el Atlas de Recursos de Energía Eólica (USA)"

Classes of wind power density at 10 m and 50 m(a) http://www.nrel.gov/gis/wind_detail.html

Wind Power
Class

10 m (33 ft)

50 m (164 ft)

Wind Power Density
(W/m 2)

Speed (b) m/s (mph)

Wind Power Density
(W/m 2)

Speed (b) m/s (mph)

1

0

0

0

 

100

4.4 (9.8)

200

5.6 (12.5)

2

150

5.1 (11.5)

300

6.4 (14.3)

3

200

5.6 (12.5)

400

7.0 (15.7)

4

250

6.0 (13.4)

500

7.5 (16.8)

5

300

6.4 (14.3)

600

8.0 (17.9)

6

400

7.0 (15.7)

800

8.8 (19.7)

7

1000

9.4 (21.1)

2000

11.9 (26.6)

(a) Vertical extrapolation of wind speed based on the 1/7 power law.
(b) Mean wind speed is based on Rayleigh speed distribution of equivalent mean wind power density. Wind speed is for standard sea-level conditions. To maintain the same power density, speed increases 3%/1000 m (5%/5000 ft) elevation.
NOTE: Each wind power class should span two power densities. For example, Wind Power Class = 3 represents the Wind Power Density range between 150 W/m2 and 200 W/m2. The offset cells in the first column attempt to illustrate this concept.


EVALUACION DEL RECURSO EÓLICO

Vision General de la Información Técnica/Económica mas relevante

Al final se presentan Video y Guías de diversas fuentes acerca de la Evaluación del Recurso Eólico

1. Mapa Eólico General (del país, provincia, partido, ...) disponible
wind map usa


2. Mapa Eolico de Detalle del Lugar de instalación/Mediciones "in situ"
wind map detailed


3. Velocidad del Viento / Distribucion de frecuencias

a. Velocidad del Viento / Distribucion de Frecuencias

weibull

b.Velocidad del Viento Promedio Mensual
wind monthly

4. Direccion del Viento

rosa de los vientos

5. Variación Vertical de la Velocidad del Viento/Densidad de Potencia

wind shear

6. Producción Electrica para distintas Probabilidades de Ocurrencia / Largo Plazo

wind probability

Renewable Energy Services: Wind Resource Assessment
http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=uwyV07VBoQw

black and Veatch

 

australia wind assessmenthttp://www.csiro.au/Organisation-Structure/Divisions/Marine--Atmospheric-Research/Wind-resource-assessment-in-Australia-a-planners-guide.aspx

 



Wind Resource Assessment

http://www.windustry.org/community-wind/toolbox/chapter-4-wind-resource-assessment

wind industry assessment




Wind Resource Assessment
http://wind.nrel.gov/public/Robi/BLM/01_Tuesday/01-05_Elliott_Wind-Resource-Assessment.pdf

wra

 

 

EJEMPLO DE REPORTE MENSUAL DE EVALUACIÓN DEL RECURSO EÓLICO

aws monthly report
http://www.nrgsystems.com/TechSupport/~/media/EB13971E0DF84C4A997806C75F9A1D9B.ashx

 


EJEMPLO DE CARACTERIZACIÓN DEL RECURSO EÓLICO
(Licitación Internacional / Vientos de la Patagonia I / ENARSA)

estacion pico salamanca




TURBINAS EÓLICAS

POTENCIA EOLICA DE UNA TURBINA (5)

Pkwt = Pkw * Cp
*Pkwt = ½ * ρ * v3 * A * Cp

Cp = coeficiente de potencia de la turbina
Electricidad producida por una Turbina Eólica
/Total de Energía Eólica disponible
ρ = densidad del aire Kg/m3
v :
velocidad m/s
A :
área de barrido m2 (π * r2 = π/4 * d2)
Unidades:
Joules/s = Watts

"Cp, debe ser menor que el límite de Betz. En la práctica, este varía con
la velocidad del viento, la turbulencia y las caracteristicas de operación;
por ejemplo, estas podrían ser alrededor de 44% para una turbina a
escala comercial, en vientos de 10 m / s.

Para estimar la potencia de salida de una turbina comercial determinada
no se tiene que utilizar la ecuación de la energía; sino mas bien las curvas
de potencia suministradas por el fabricante."

Renewable Energy Research Laboratory, University of Massachusetts at Amherst


turbine curve
http://www.wind-power-program.com/

The sketch below shows a power output curve W(u) for a Vestas 90 metre 2 megawatt turbine in a steady wind of speed u. Also shown is the probability density distribution p(u) for a particular mean speed Um of 6 metres/second.
The final mean power at a mean wind speed Um is the steady power W(u) multiplied by the probability density distribution p(u) and summed (i.e. integrated) over all the range of wind speeds. Thus, the mean power Pm(Um) at a mean speed Um is given by

Este gráfico muestra una curva de potencia de salida W (u) para una turbina eólica Vestas de 90 m, 2 MW, viento constante de velocidad u. También se muestra la probabilidad de distribución de densidad p (u) para un particular, Um velocidad media de 6 metros / segundo.
La potencia media final a una velocidad de viento media Um es la potencia constante W (u) multiplicado por la probabilidad de distribucion de densidad p (u), y se integran en toda la gama de velocidades del viento. Así, la Pm potencia media de Um velocidad media viene dada por

power mean integral

http://www.wind-power-program.com/mean_power_calculation.htm

 

Límite de Betz

"Las turbinas eólicas extraen energía reduciendo la velocidad del viento.
Una turbina de viento para ser 100% eficaz, tendría que detener el viento,
pero entonces el rotor tendría que ser un disco sólido, no daria vueltas y
no habría conversión de la energía cinetica.
En el otro extremo, una turbina eólica con una sola pala, dejaría pasar la
mayor parte del viento sin convertir su energia cinetica.
En 1919, el
físico alemán Albert Betz descubrió que el límite superior
de
la cantidad de energía que puede capturar del viento es16/27 o
aproximadamente
59%. En la práctica, todos los aerogeneradores
extraen
menos que esta hipotética máxima.

A pesar de que no se usa la ecuación para calcular la potencia de salida
de una turbina en particular, la ecuación de potencia nos da información
útil sobre factores importantes
que determinan lo que podemos conseguir
de un aerogenerador:

v3: La Potencia disponible en el viento es proporcional al cubo de su
velocidad
, pequeños cambios en la velocidad hacen grandes cambios
la potencia.

A: La Potencia es proporcional al área de barrido, y al cuadrado del diámetro. Doblando el diámetro cuadruplica la potencia disponible.

ρ: La Densidad del aire también importa. Esta disminuye con el aumento de la temperatura y aumenta con el aumento de presión. La altitud en general, disminuye la temperatura y disminuye la presión."

Renewable Energy Research Laboratory, University of Massachusetts at Amherst



GENERACIÓN EÓLICA


La ENERGIA EÓLICA disponible en un lugar ponderada con las CARACTERIÍSTICAS RELEVANTES DEL VIENTO mencionadas, determinan la magnitud y calidad del RECURSO EÓLICO,

ENERGÍA CINÉTICA (Energía de una Masa en Movimiento) (1)
Ekw = ½ * m * v2
Unidades: Joule

ENERGIA CINÉTICA EÓLICA (La Energía del Viento) (2)
Ekw = 1/2 * ρ * v3 * A * T
Unidades: Joule

POTENCIA EÓLICA (Energía del Viento por Unidad de Tiempo) (3)
P
kw = ½ * ρ * v3 * A

Unidades: Joule/s = Watt

DENSIDAD de POTENCIA EÓLICA (La Potencia Eólica por unidad de área) (4)
WPDkwd = ½ * ρ * v3
Unidades: Watt/m2

CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DEL VIENTO
Velocidad Media a largo Plazo, Anual, Mensual, Diaria, Horaria,
Distribución Probable de Frecuencias de
Velocidad (Weibull) y
Direcciones
Gradientes o Perfiles verticales y horizontales de Velocidad y Dirección

Densidad del aire
.........................................................................................................


Las TURBINAS EÓLICAS a cuya POTENCIA nos referimos arriba, determinan, La transformación de la ENERGÍA EÓLICA en energía mecánica o eléctrica según sus eficiencias (aerodinámicas, mecánicas y eléctricas) que se resumen en el
Cp = coeficiente de potencia y el A : área de barrido.

POTENCIA EÓLICA DE UNA TURBINA (Potencia con que una Turbina transformar Energia Eólica) (5)
P
kwt = ½ * ρ * v3 * A * Cp
Unidades: Watt

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA DE UNA TURBINA EN UN DETERMINADO TIEMPO y LUGAR (6)
Pkwt = ½ * ρ * v3 * A * Cp * Cf *Af
E
kwt = Pkwt * Cf
Cf: Factor de Capacidad
>0 < 1
Producción de Energía de una Turbina en un determinado período de tiempo y lugar /
Producción de Energía de esa Turbina de ese período a tiempo completo y a Potencia Nominal

Af: Factor de Disponibilidad
> 0 <1
Tiempo en Servicio/Tiempo Total
Unidades: Wh / kWh / MWh / ...

wind speed vs capacity factor
http://www.energy.eu/publications/a07.pdf
european environmental agency

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA DE UNA TURBINA

Annual average Wind Speed
at hub height
Estimated
Capacity Factor
Estimated
MWh/yr/turbine
1.5-1.8 MW
6.0 m/s 22% - 25% 3,320 - 3,500
6.5 m/s 27% - 30% 3,920 - 4,190
7.0 m/s 31% - 34% 4,500 - 4,880
7.5 m/s 35% - 39% 5,150 - 5,540
Renewable Energy Research Laboratory, University of Massachusetts at Amherst

Los supuestos utilizados se basan en:
Datos y curvas de potencia del fabricante
Turbinas
comerciales disponibles en los EE.UU. de1.5 a 1.8 MW.
Di
stribución de Rayleig
Densidad del aire constante a nivel del mar, etc,
Perdidas 5 %, por indisponibilidad, pérdida del transformador, etc.
TrueWind velocidad media estimaciones,
se considera a una altura de buje de 70 m., torres más altas y bajas son posibles. Alturas de eje más bajo podría dar lugar a un factor de capacidad inferior.


Energy Output
Andrew Kusiak
Intelligent Systems Laboratory
http://www.engineering.uiowa.edu/~ie_155/Lecture/Energy_Output.pdf
university of iowa

Calculadores de Energia de Turbinas

The Swiss Wind Power Data Website
http://wind-data.ch/tools/powercalc.php

Danish Wind Power Association /
Wind Turbine Power Calculator

http://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/en/tour/wres/pow/index.htm

Wind Turbines Efficiency & Comparison Calculator
http://perso.bertrand-blanc.com/Resume/Experience/Energy/index.html

Wind Turbine Power Generator Equation Formulas Design Calculator
http://www.ajdesigner.com/phpwindpower/wind_generator_power.php

Wind Turbine Comparison Calculator
http://wind101.org/

 

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA DE UN CONJUNTO DE TURBINAS O UN PARQUE EÓLICO (7)
Pkwt = ½ * ρ * v3 * A * Cp * Cf * Af * Wf

Wf : Factor de Parque > 0 < 1 efecto de las turbinas en el flujo de aire

wake effectwake effect

http://withouthotair.blogspot.com.ar/2010/01/wind-farm-wakes.html

 

Wind farm calculation and optimization with FarmFlow
Peter Eecen ECN Wind Energy – Aerodynamics Edwin Bot

http://dww.wmc.eu/pdf/1b-02%20Eecen%20DWW2010%20Presentation%20FarmFlow%203.pdfdutch wind farm calculation

Estimation of Wind Energy Production https://energypedia.info/wiki/Estimation_of_Wind_Energy_Production
energypedia

Windpower Program
http://www.wind-power-program.com/mean_power_calculation.htm
windpower program

 

La UBICACIÓN de la/s TURBINA/S estructuradas funcionalmente determina la posibilidad técnica de la GENERACÍÓN EÓLICA, evaluando,

Distribución e las Turbinas en el area elegida

Acceso para emplazar y mantener los equipos.

Distancia y Conexión a las Redes Eléctricas para la transmisión de la energía

Impacto Ambiental para minimizarlo y adecuarlo a la legislación vigente

 

El RETORNO DE LA INVERSIÓN y el RIESGO en el plazo de PLAZO DE VIDA ÚTIL de las instalaciones determinan la posibilidad económica de la GENERACIÓN EÓLICA, estimando,
Producción de Energía
Precios
Costos
Inversión
Legislación
Promociones
Seguridad Jurídica


nrel
¿Como funciona una Tubina de Viento?
http://www.nrel.gov/learning/re_wind.html

 

INTEGRACIÓN A LA RED

El principal desafío para el uso del viento como fuente de energía es que el viento es intermitente y variable y no siempre sopla cuando se necesita electricidad. No todos los vientos pueden ser aprovechados para cumplir con el calendario de la demanda eléctrica. El Departamento de Energía del Laboratorio Nacional de Energía Renovable, universidades y empresas de servicios públicos están investigando la generación y transmisión de los impactos operacionales que se producen debido a la variabilidad del viento, así como las mejores prácticas para la integración eólica en la red y los requisitos técnicos de los sistemas de almacenamiento de energía que servirían como "pilas" temporales para el aprovechamiento y la liberación de la energía eólica almacenada en tiempos óptimos.

The major challenge to using wind as a source of power is that the wind is intermittent and variable and does not always blow when electricity is needed. Not all winds can be harnessed to meet the timing of electricity demands. The Department of Energy, the National Renewable Energy Laboratory, universities and utilities are researching the generation and transmission operational impacts that occur due to wind variability as well as the best practices for wind integration into the grid and the technical requirements of energy storage systems that would serve as temporary "batteries" for harnessing and releasing stored wind energy at optimal times.

http://www.seco.cpa.state.tx.us/re/wind/transmission.php

SECO

 


GENERACIÓN DISTRIBUIDA

wind turbine

Las siguientes Páginas de eeerilustran la estructura y funcionamiento de TURBINAS EÓLICAS y su operacion en un sistema de GENERACIÓN DISTRIBUIDA de energia.


http://www.nrel.gov/wind/

http://www1.eere.energy.gov/wind/wind_how.html

http://www1.eere.energy.gov/wind/inside_a_wind_turbine.html

http://www1.eere.energy.gov/wind/wind_distributed.html

GENERACIÓN DISTRIBUIDA
https://en.wikipedia.org/wiki/Distributed_generation
wikipedia

Distributed Generation: Key Part of Our Energy Future - Phil Harris

Algunos párrafos:

Entonces, ¿qué es la generación distribuida? Como Needham señaló, es lo contrario de la generación a gran escala centralizada, que es la forma en que hemos generado electricidad desde hace 120 años: construir una gran planta de energía, llevar la electricidad por líneas de transmisión a los clientes. En cambio, con la generación distribuida, las personas o empresas generan su propia energía en su propiedad y el uso de ellos mismos o lo venden a la red. Las ventajas incluyen la seguridad energética, la estabilidad de precios, menos demanda (porque se pierde menos energía en la transmisión) y menos emisiones porque la mayor parte de la generación distribuida es la energía renovable.

Si nos fijamos en lo que está sucediendo en la evolución de la industria eléctrica en todo el mundo, hay todo un movimiento mirando cada vez más a la generación distribuida. Con todo, desde desastres naturales hasta el alto costo de las grandes plantas a granel a la molestia de la construcción de las líneas de transmisión y las redes de distribución complejas, vamos a volver a algunos principios básicos: cuanto más cerca de la generación a la utilización de la energía, más eficiente la red eléctrica.

La generación distribuida requiere el uso de la red inteligente en evolución, que seguirá ofreciendo oportunidades para las empresas de tecnología, dijo.

forbes
http://www.forbes.com/sites/ericagies/2011/06/30/distributed-generation-key-part-of-our-energy-future-phil-harris/

 

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