Tecnologías de generadores eléctricos de media tensión en aerogeneradores

UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN A DISTANCIA CURSO DE EXPERTO UNIVERSITARIO EN ENERGÍA EÓLICA: FUNDAMENTOS Y TECNOLOGÍA

TRABAJO DE FIN DE CURSO

ESTUDIO MONOGRÁFICO SOBRE TECNOLOGÍAS DE GENERADORES ELÉCTRICOS DE MEDIA TENSIÓN EN AEROGENERADORES

por Ganimedes Fernández Quiroga

Madrid, Septiembre de 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN A DISTANCIA CURSO DE EXPERTO UNIVERSITARIO EN ENERGÍA EÓLICA: FUNDAMENTOS Y TECNOLOGÍA

ESTUDIO MONOGRÁFICO SOBRE TECNOLOGÍAS DE GENERADORES ELÉCTRICOS DE MEDIA TENSIÓN EN AEROGENERADORES

Trabajo de Fin de Curso presentado a las Ilustres Autoridades de la Universidad Nacional de Educación a Distancia, por Ganimedes Fernández Quiroga

Como requisito parcial del programa Título de Experto Universitario en Energía Eólica: Fundamentos y Tecnología

Madrid, Septiembre de 2012

ESTUDIO MONOGRÁFICO SOBRE TECNOLOGÍAS DE GENERADORES ELÉCTRICOS DE MEDIA TENSIÓN EN AEROGENERADORES por Ganimedes Fernández Quiroga

RESUMEN Este trabajo presenta una revisión monográfica de algunos aspectos técnicos y económicos que influyen en el desarrollo de la tecnología de aerogeneradores de gran potencia y media tensión. Se realiza una revisión del estado actual de la tecnología eólica, de las topologías de aerogeneradores convencionales, así como una revisión comparativa de las ventajas y desventajas de incrementar las magnitudes de intensidad de corriente o de tensión al incrementar la potencia del aerogenerador. Es indudable el destacado papel que actualmente tiene la energía eólica como fuente de energía renovable para la producción de energía eléctrica en muchos países del mundo y, a pesar de ser una tecnología que ha logrado un importante grado de madurez, aún se exploran nuevas fronteras que impulsan la búsqueda de un aprovechamiento óptimo del recurso eólico y de máquinas cada vez de mayor potencia, para lograr una mayor penetración en los sistemas eléctricos y obtener más energía de los nuevos parques eólicos. El desarrollo de aerogeneradores de potencias cada vez mayores, del orden de 5 MW y superiores, ha impulsado la necesidad de contar con tecnología de generación en media tensión, de manera de reducir las magnitudes de las corrientes y las pérdidas por efecto Joule asociadas. Sin embargo, la aplicación de generadores eléctricos en media tensión no se ha generalizado, por el contrario, son pocos los fabricantes que ofrecen este tipo de aerogenerador y el mercado se ha mantenido cauto ante este nuevo esquema. Ciertamente no existen estudios definitivos que inclinen la balanza hacia la baja tensión o la media tensión, por lo que al momento de escoger uno u otro esquema se debe considerar en el contexto del diseño conjunto del parque eólico y dependerá de aspectos tales como el coste, la disponibilidad de componentes, necesidad de utilizar convertidores adecuados al nivel de tensión, requisitos de seguridad, requisitos de operación y mantenimiento.

Palabras Clave: Energía eólica, media tensión, energías renovables, aerogeneradores.

ÍNDICE GENERAL

1. INTRODUCCIÓN 1.1. Motivación . . . . . . . . . . 1.2. Objetivos del Trabajo . . . . 1.2.1. Objetivo General . . 1.2.2. Objetivos Específicos

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2. ENERGÍA EÓLICA Y TECNOLOGÍA PARA PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD 3 2.1. Contexto Energético Actual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2. Principios de Conversión de la Energía Eólica . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2.1. Características del Viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2.2. Energía del Viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.3. Tecnología de Aerogeneradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.4. Componentes de un aerogenerador de eje horizontal . . . . . . . . . . . 14 3. CONSTITUCIÓN DE SISTEMAS DE GENERACIÓN ELÉCTRICA EN AEROGENERADORES 3.1. Constitución general de grupo de generación eléctrica . . . . . . . . . . 3.2. Distintos conceptos de generación de electricidad y tipos de generador . 3.2.1. Sistemas de generación con velocidad fija . . . . . . . . . . . . . 3.2.2. Sistemas de generación con variación limitada de velocidad . . . 3.2.3. Sistemas de generación con variación de velocidad y conversión parcial de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.4. Sistemas de generación con variación de velocidad, acoplamiento directo y convertidor electrónico de potencia plena . . . . . . . .

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4. GENERADORES ELÉCTRICOS EN MEDIA TENSIÓN PARA AEROGENERADORES 4.1. Costes de aerogeneradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1. Instalaciones en tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.2. Eólica marina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Aerogeneradores comerciales en media tensión . . . . . . . . . . . . . .

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5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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BIBLIOGRAFÍA

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