energia eolica
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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14
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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
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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
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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
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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:
FC= ENERGÍA ANUAL KWh = 6960.63/ 3 = 2320.21 KWh/ KWPOTENCIA NOMINAL KW
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
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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
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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:
PRODUCCIÓN ENERGÉTICAPOTENCIANº HORASPROBABILIDADWEIBULLVELOCIDAD
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
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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:
PRODUCCIÓN ENERGÉTICAPOTENCIANº HORASPROBABILIDADWEIBULLVELOCIDAD
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= ENERGÍA ANUAL KWh = 12300.95/ 6 = 2050.15 KWh/ KWPOTENCIA NOMINAL KW
FC= FC ( KWh/ KW) * 100 = 2050.15*100 = 23.40%8760 horas 8760
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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:
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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:
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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
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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
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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