La verificación de rendimiento de los parques eólicos

La verificación de rendimiento de los parques eólicos
Rafael Zubiaur
Barlovento Recursos Naturales S.L., España
[email protected]
Hall 7, stand B18
Wind PowerExpo 2009
Sesión I.II. Diagnóstico y análisis de la eficiencia de los parques eólicos.
1
*Ensayo de curva de potencia
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).
2
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
3
CONTENIDO
1.
2.
3.
4.
Introducción
Desvíos en la evaluación del recurso
La verificación del rendimiento
Conclusiones
4
1. INTRODUCCIÓN
• 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 evaluación
procede de las medidas: son necesarias medidas de
calidad y cantidad suficientes.
• Los desvíos respecto a la producción prevista pueden estar
ligados al emplazamiento, al aerogenerador o al parque.
5
EVALUACIÓN DE PRODUCCION
Campaña de medidas
Velocidad, dirección, P, T,
densidad aire
Estación de referencia y
Largo plazo
Modelo de parque:
-Curva de potencia,
-Estelas,
-Disponibilidad,
-Pérdidas
Extrapolación altura buje
Modelo de campo de
vientos
Resultados:
-Producción anual
estimada a largo plazo,
-Incertidumbre del
resultado:P50, P75,
P90
6
2. DESVÍOS EN LA EVALUACIÓN DEL RECURSO
ORIGEN DE LAS DESVIACIONES:
• Evaluación de condiciones de viento y ambientales
(medidas, perfil vertical, largo plazo, hielo, temperaturas
altas, …).
• Modelos de campo de vientos.
• Diseño del parque (estelas, clase-subclase inadecuadas).
• Rendimiento del aerogenerador (curva de potencia y
disponibilidad).
• Operación.
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DISEÑO DE PARQUE
Campaña de medidas
Velocidad, dirección, P, T,
densidad aire
Estación de referencia y
Largo plazo: Vave, Vref
Rosas de distancias
Posiciones de
turbina:
Upflow,
características de
terreno complejo,
Turbulencia
(Frandsen),
…
Extrapolación altura buje
Modelo de campo de
vientos
Resultados:
-Clase y subclase de
turbina en cada
posición,
-Estrategias de WSM
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RIESGOS DEL DISEÑO
• 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.
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MEJORAS EN LA EVALUACIÓN DEL VIENTO Y DE LAS
CONDICIONES AMBIENTALES Y EN EL DISEÑO
• La principal forma de evitar las desviaciones es mejorar
la campaña de medidas:
– Más torres, más altas, instrumentación de calidad,
equipos redundantes,
– Sistemas de medida remota: sodar, lidar
NORMAS: IEC 61400-12-1, recomendaciones IEA y
Measnet, Orden de medidas DGA,
• Las medidas ayudan a disminuir el error de los
modelos de campo de vientos.
• Las campañas de medidas más largas y con más torres
permiten la mejora del diseño del parque.
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3. RENDIMIENTO DE AEROGENERADOR Y PARQUE
• 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, …
11
ALGUNOS EJEMPLOS:.
1 .2 0
1 .0 0
Normalized power
• Influencia de temperatura en la curva
de potencia,
N o r m a liz e d p o w e r fo r d iffe re n t te m p e ra tu re ra n g e s
T<=0
0 .8 0
T<=2
T < = -2
0 .6 0
All d a ta
T>=2
0 .4 0
T < = 10
T > 10
0 .2 0
0 .0 0
0
5
10
15
20
25
30
W in d s p e e d (m /s )
AEP SITE 3
106
• Influencia del perfil vertical,
% AEP Total
104
102
100
98
α < 0.12
0.12 < α < 0.17
96
94
α > 0.17
92
4
5
6
7
8
9
10
11
AVG. WIND SPEED (m/s)
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TRES ENFOQUES EN LA VERIFICACIÓN DEL
RENDIMIENTO:
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).
13
I.
Ensayo de curva de potencia, según IEC 61400-12-1
• 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.
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Esquema del proceso de ensayo de curva de potencia:
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
DISPERSIÓN DE PUNTOS. POTENCIA ACTIVA ESTATOR
Asunto: 2007-013. P.E. San Lorenzo (SLA-11). Base de Datos B
2200
2000
1800
Potencia Activa (kW)
1600
1400
Valores Mínimos
1200
Valores Máximos
1000
Desviación Estándar
Valores Medios
800
600
400
200
0
-200
0
Velocidad del Viento a la Altura de Buje (m/s)
15
Campaña de medida:
i.
ii.
iii.
iv.
v.
vi.
- Equipos meteorológicos: 2 anemómetros, 1 veleta, Temp,
Presión, Lluvia.
- Medida eléctrica: Transformadores de tensión e intensidad,
Convertidor de potencia.
- Sistema de Adquisición de datos.
- Señales de disponibilidad del aerogenerador.
vii.
- Requisitos en cuanto a brazos soporte de instrumentación y torre.
viii.
- Instrumentación calibrada, especialmente anemómetros.
16
II.
•
Verificación con anemómetro de góndola, IEC 6140012-2 (en preparación)
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 Power
Curve):
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.
1600
Ventaja:
P31
P32
1400
P33
C1
C2
C3
C4
1200
800
C5
C6
C7
C8
600
400
17
200
C9
C10
Velocidad góndola
17.25-17.75
16.25-16.75
15.25-15.75
14.25-14.75
13.25-13.75
12.25-12.75
11.25-11.75
9.25-9.75
10.25-10.75
8.25-8.75
7.25-7.75
6.25-6.75
5.25-5.75
4.25-4.75
3.25-3.75
0
2.25-2.75
Velocidad de góndola disponible en todos los aerogeneradores.
Utiliza instrumentación existente.
Velocidad próxima al centro del rotor.
1.25-1.75
–
–
–
1000
0.25-0.75
•
¡No lineal!
Tratamiento similar al del
ensayo de curva de
potencia, pero:
¡resultados en todos los
aerogeneradores!
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III.
Curva de parque, IEC 61400-12-3 (tramitación parada)
• 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.
19
EJEMPLO 61400-12-3: PARQUE CON 2 DIRECCIONES PREDOMINANTES
M ET1
0
340
10
350
20
30
330
40
320
50
310
60
300
70
290
80
280
90
270
100
260
- Según la dirección del viento, se
considera la torre que no esté influenciada
por los aerogeneradores
110
250
120
240
130
230
140
220
210
150
200
190
170
160
180
- Los sectores válidos vienen determinados
por la misma consideración de obstáculos
de la norma IEC 61400-12-1
M ET2
0
340
10
350
20
30
330
40
320
50
310
60
300
70
290
80
280
90
270
100
260
110
250
120
240
130
230
140
220
150
210
200
190
170
160
180
20
Resultados:
- Serie de potencia esperada con modelo de parque
- Se comparan resultados de energía esperada – energía medida y se establecen
criterios de cumplimiento
Potencia Estimada
Potencia Medida
Total Energía Esperada
durante la prueba
(MWh)
Total Energía Medida
durante la prueba
(MWh)
Eficiencia
1
9
17
25
33
41
49
57
65
73
81
89
56000
53760
96%
97 105 113 121 129 137 145 153
- En fase de explotación, puede usarse el procedimiento para detectar
desviaciones y analizarlas
21
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, Orden
de 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 potencia
específicas, 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.
22
NORMAS: IEC 61400-12-1, IEC 61400-12-2
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Rafael Zubiaur
BARLOVENTO RECURSOS NATURALES
C/Pintor Sorolla 8, 1ºA
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23