Contenido Sistemas eólicos de producción de energía eléctrica

En los sistemas eólicos de producción de energía eléctrica intervienen disciplinas muy diversas, tales como aerodinámica, mecánica de fluidos, electricidad, electrónica, control, etc. Para dar una visión rigurosa de cada uno de estos temas, en la elaboración de este libro han participado 20 especialistas en las diferentes materias mencionadas. El aspecto diferencial de este libro frente a otros de la misma temática es el estudio de los sistemas eólicos desde un punto de vista eléctrico Este libro está dirigido a lectores con formación técnica: estudiantes de ciencias e ingeniería, y a profesionales del sector eléctrico y energético. Por el contenido y la profundidad de los temas tratados, esta obra se puede considerar como libro de texto en asignaturas relacionadas con la formación en energías renovables. La tecnología eólica ha evolucionado muy rápidamente en estos últimos años y se prevé que continuará haciéndolo, por eso, en el libro no solamente se tratan las técnicas actuales, sino que también se comentan problemas y soluciones que se apuntan para un futuro próximo.

ÍNDICE

Capítulo 1: Introducción a los Modernos Aerogeneradores

1.1 Estado de Desarrollo Mundial  
1.2 Situación Nacional  
1.3 Plantas Conectadas a Red  
1.3.1 Aerogenerador Tipo  
1.3.2 Tamaño  
1.3.3 Peso Específico  
1.3.4 Coste Específico  
1.3.5 Análisis por subsistemas  
1.4 Sistemas Aislados de la Red  
1.4.1 Pequeños Aerogeneradores  
1.5 Futuros Desarrollos Tecnológicos  
1.6 Bibliografía  
 
Capítulo 2: Principios de Conversión de la Energía Eólica

2.1 Recursos Eólicos  
2.1.1 Naturaleza y Causas del Viento  
2.1.2 Variaciones a Largo Plazo y Turbulencia. Valores Medios  
2.1.3 Caracterización de los Valores Medios. Curvas de Distribución de Velocidad y Rosa de los Vientos  
2.1.4 Variación del Viento con la Altura  
2.1.5 Turbulencia atmosférica  
2.1.6 Valores Extremos del Viento  
2.1.7 Estimación de Recursos  
2.1.8 Estelas de Aeroturbinas  
2.2 Aerodinámica  
2.2.1 Comportamiento Global de la Aeroturbina. Teoría del Disco Actuador  
2.2.2 Parámetros Adimenslonales más Importantes que Definen el Comportamiento de la Aeroturbina  
2.2.3 Perfiles Aerodinámicos  
2.2.4 Modelos de Cálculo Aerodinámico. Optlmlzación del Diseño  
2.2.5 Control de Potencia. Curvas Potencia-Velocidad  
2.3 Cálculo Energético  
2.3.1 Energía Producida por una Aeroturbina Aislada en Terreno LLano  
2.3.2 Energía Producida por un Parque Eólico. Efectos Orográficos y de Estelas  
2.3.3 Otros Efectos  
2.4 Bibliografía  
 
Capítulo 3: Tecnología de Aerogeneradores

3.1 Tipos de Turbinas Eólicas  
3.1.1 Rotores de Eje Vertical  
3.1.2 Rotores de Eje Horizontal  
3.2 Componentes Básicos de un Aerogenerador  
3.2.1 Transformación de Energía. Rendimiento  
3.3 Rotor Eólico  
3.3.1 Parámetros de Diseño de Rotores Eólicos  
3.3.2 Tecnología de Palas  
3.4 Sistema de Transmisión  
3.4.1 Aspectos Generales  
3.4.2 Configuración del Sistema de Transmisión  
3.4.3 Apoyo del Sistema de Transmisión  
3.4.4 Freno Mecánico  
3.4.5 Caja Multiplicador  
3.5 Torre  
3.5.1 Tipos de Torres  
3.5.2 Accesibilidad  
3.5.3 Diseño Estructural  
3.5.4 Cimentación  
3.6 Mecanismo de Cambio de Paso de Pala  
3.6.1 Componentes Básicos  
3.6.2 Sistemas Eléctricos de Cambio de Paso  
3.6.3 Sistemas Individuales de Cambio de Paso  
3.6.4 Sistemas Pasivos de Cambio de Paso  
3.7 Mecanismo de Orientación  
3.8 Generador Eléctrico  
3.8.1 Aspectos Constructivos del Generador Asincrono  
3.8.2 Principio de Funcionamiento  
3.8.3 Consideraciones Relativas al Funcionamiento del Generador Asincrono en Sistemas Eólicos  
3.8.4 Aspectos constructivos y Tecnológicos de los Generadores Síncronos  
3.8.5 Funcionamiento del Generador Síncrono  
3.8.6 Consideraciones Relativas al Funcionamiento del Generador Síncrono en Sistemas Eólicos  
3.8.7 Tendencias y Desarrollos Futuros  
3.9 Estudio de Cargas. Vibraciones  
3.9.1 Cargas Estacionarias  
3.9.2 Cargas Transitorias  
3.9.3 Cargas Cíclicas  
3.9.4 Cargas Turbulentas  
3.9.5 Casos de Carga  
3.9.6 Espectro de Carga. Fatiga  
3.9.7 Vibraciones  
3.10 Bibliografía  
 
Capítulo 4: Sistemas de Regulación y Control

4.1 Sistema Supervisor del Aerogenerador  
4.1.1 Modos de Operación  
4.1.2 Señales de Entrada al Sistema Supervisor  
4.2 Sistema De Orientación  
4.3 Sistemas Aerodinámicos de Control  
4.3.1 Sistemas Pasivos de Limitación de Potencia  
4.3.2 Sistemas Activos de Control de Potencia  
4.4 Sistema de Regulación de Velocidad  
4.1.1 Operación de Aerogeneradores de Velocidad Fija  
4.1.2 Operación de Aerogeneradores de Velocidad Variable  
4.1.3 Esquemas de Regulación de Control del Paso de Pala  
4.5 Control Automático de la Generación  
4.6 Bibligrafia  
 
Capítulo 5: Control del Generador Eléctrico

5.1 Convertidores Electrónicos  
5.1.1 Elementos Electrónicos de Potencia  
5.1.2 Convertidores Electrónicos de Frecuencia  
5.2 Generador de Inducción con Control Dinámico de Deslizamiento  
5.2.1 Control del Deslizamiento Mediante Resistencias Rotóricas  
5.2.2 Control de Deslizamiento con Recuperación de Energía  
5.3 Generador Asíncrono de Doble Alimentación  
5.3.1 Principio de funcionamiento  
5.3.2 Balance de potencias  
5.3.3 Control de par y de potencia reactiva  
5.3.4 Esquema de control vectorial de la máquina  
5.4 Generador Asíncrono de Jaula  
5.5 Generador Síncrono de Excitación Independiente  
5.5.1 Convertidor de Frecuencia con Puente Rectificador de Diodos  
5.5.2 Convertidor de Frecuencia con Puente Rectificador de Tiristores  
5.6 Generador Síncrono de Imanes Permanentes  
5.6.1 Generadores de Imanes Permanentes con Rectificador de Diodos  
5.6.2 Generadores de Imanes Permanentes con Rectificador PWM  
5.6.3 Esquema de Control Vectorial de la Máquina  
5.7 Control del Convertidor Conectado a Red  
5.8 Bibliografía  
 
Capítulo 6: Calidad de Energía de Aerogeneradores

6.1 Calidad de Onda  
6.2 Calidad de Onda en los Sistemas Eólicos  
6.3 Variaciones de Frecuencia  
6.4 Variaciones Lentas de Tensión  
6.5 Fluctuaciones de Tensión y Flicker  
6.5.1 Operación Continua  
6.5.2 Operaciones de Maniobra  
6.6 Desequilibrio de Fases  
6.7 Transitorios y Sobretensiones  
6.8 Huecos e Interrupciones Breves de Tensión  
6.9 Armónicos e Interarmónicos  
6.10 Normativa Relativa a la Calidad de Suministro de Aerogeneradores  
6.10.1 Normativa española  
6.10.2 Normativa internacional  
6.10.3 Procedimientos de Medida Según la Norma CEI 61400-21  
6.11 Medidas Correctoras  
6.11.1 Variaciones lentas de tensión  
6.11.2 Fluctuaciones de tensión y Flicker  
6.11.3 Huecos de tensión y cortes breves  
6.11.4 Impulsos de tensión  
6.11.5 Distorsión armónica  
6.11.6 Tendencias y Desarrollos Futuros  
6.12 Bibliografía  
 
Capítulo 7: Instalaciones Eléctricas de los Parques Eólicos

7.1 Instalación Eléctrica de BT de un Aerogenerador  
7.1.1 Descripción y Clasificación de sus Componentes  
7.1.2 Esquemas Eléctricos de Baja Tensión  
7.1.3 Conexión del Generador  
7.1.4 Dispositivos de Maniobra y Protección  
7.2 Centros de Transformación  
7.2.1 Situación  
7.2.2 Transformador  
7.2.3 Celdas de Media Tensión  
7.3 Red de Media Tensión  
7.3.1 Trazado  
7.3.2 Zanjas  
7.3.3 Selección De Cables  
7.3.4 Optimización Técnico-Económica de la Red de MT  
7.4 Subestación  
7.4.1 Introducción  
7.4.2 Transformador de la Subestación  
7.4.3 Régimen de Neutro Media Tensión  
7.4.4 Protecciones de Media Tensión  
7.4.5 Evacuación en Alta Tensión  
7.5 Protección Frente a Descargas Atmosféricas  
7.5.1 Protección Externa  
7.5.2 Instalación de Puesta a Tierra  
7.5.3 Protección Interna  
7.6 Bibliografía  
 
Capítulo 8: Monitorización y Telecontrol de Parques Eólicos

8.1 Introducción a los Sistemas SCADA  
8.1.1 MTU (Master Terminal Unit)  
8.1.2 Interfase del operador  
8.1.3 RTU (Remote Terminal Unit)  
8.1.4 Sensores y actuadores  
8.1.5 Sistemas de comunicaciones  
8.2 Telecontrol de Parques Eólicos  
8.2.1 Configuración del Sistema de Telecontrol de un Parque Eólico  
8.2.2 Prestaciones de un Sistema de Telecontrol  
8.3 Operación y Mantenimiento de Parques Eólicos  
8.1.1 Operatividad de Aerogeneradores  
8.1.2 Mantenimiento de Aerogeneradores  
8.4 Bibliografía  
 
Capítulo 9: Integración de los Sistemas Eólicos en la Red Eléctrica

9.1 Condiciones de Conexión  
9.2 Análisis Estático de Sistemas con Generación Eólica  
9.3 Estabilidad Transitoria de Sistemas con Generación Eólica  
9.3.1 Modelos de Aerogeneradores Para Estudios de Estabilidad Transitoria  
9.3.2 Protecciones  
9.3.3 Representación de Parques Eólicos  
9.3.4 Efecto de la Generación Eólica Sobre la Estabilidad del Sistema  
9.4 Predicción de la Producción Eólica  
9.4.1 Introducción. Aplicaciones de la predicción de energía eólica  
9.4.2 Tipos de Predicción de la Producción Eólica  
9.4.3 Predicción a Corto Plazo  
9.5 Bibliografía  
 
Capítulo 10: Estudio de Viabilidad de Parques Eólicos

10.1 Esquemas de Desarrollo de la Energía Eólica  
10.1.1 Necesidad y ventajas de las energías renovables  
10.1.2 Esquemas de desarrollo  
10.1.3 El marco del desarrollo de la energía eólica en España  
10.1.4 Fases en el desarrollo y la tramitación de un proyecto eólico  
10.2 Parámetros con Incidencia Económica en un Proyecto Eólico  
10.2.1 Aspectos relacionados con el Recurso Eólico  
10.2.2 Aspectos Relacionados con la Turbina  
10.2.3 Aspectos relacionados con el emplazamiento  
10.2.4 Aspectos medioambientales  
10.2.5 Explotación del parque  
10.2.6 Tramitación y financiación  
10.3 Parámetros Económicosy Financieros  
10.3.1 Balance y situación de la empresa  
10.3.2 Métodos de Selección de Inversiones  
10.3.3 Los Costes Medios de Generación Durante la Vida Útil (Levelized Costs)  
10.3.4 Esquema de Financiación de un Proyecto Eólico  
10.3.5 Financiación Estructurada  
10.4 Costes e Ingresos en un Proycto Eólico en España  
10.4.1 Evolución de los costes de la energía eólica  
10.4.2 Costes de un proyecto eólico tipo en España  
10.4.3 Ingresos  
10.5 Análisis de Viabilidad de un Proyecto Eólico  
10.5.1 Análisis Estándar de un Parque Eólico Tipo en España  
10.5.2 Análisis de sensibilidad  
10.5.3 Análisis de Sensibilidad con Datos de Fiabilidad del Aerogenerador  
10.5.4 Conclusiones  
10.5.5 Caso Práctico: Estudio de Viabilidad Técnica  
10.6 Caso Práctico  
10.6.1 Análisis de los resultados  
10.6.2 Toma de Decisión  
10.7 Bibliografía