7. Capítulo 2

CAPÍTULO
2.
Generación eólica
2.1 El Aerogenerador. Tipos y clasificación
2.1.1 Partes de un aerogenerador
El aerogenerador es la máquina encargada de transformar la energía cinética del
viento en energía eléctrica. Para ello dispone de una parte mecánica, la cual extrae
energía mecánica del viento y otra eléctrica, la cual transforma la energía
mecánica en eléctrica en condiciones adecuadas para ser evacuada. Para ello, un
aerogenerador se compone de los elementos que se muestran en la Fig 2.1.1:
Fig 2.1.1. Partes de un aerogenerador
11
CAPÍTULO 2.Generación eólica
Imagen extraída de [5].
En la góndola se encuentran los componentes principales del aerogenerador,
incluyendo el generador y multiplicador de velocidad. En su parte delantera se
encuentra el rotor, formado por las palas y el buje. Las palas son las encargadas de
extraer la energía mecánica del viento y transmitirla al buje, en cual está acoplado
al eje de baja velocidad.
Además de las partes mostradas en la figura, también tiene un mecanismo de
orientación activado por un control eléctrico, que sitúa al aerogenerador en la
dirección del viento, el anemómetro y la veleta para medir la velocidad y
dirección del viento. En [5] se describen las partes más importantes de los
aerogeneradores comerciales:
Rotor
Compuesto por las palas y el buje, es el elemento del aerogenerador que recibe la
energía cinética, normalmente está constituido por tres palas. Los bujes son
mayoritariamente fijos, reservando los bujes basculantes para el caso de
aerogeneradores monopala o bipala, en los que es necesario para relajar las cargas
dinámicas que se presentan en este tipo de diseños.
Normalmente el rotor se encuentra situado a barlovento. Esta disposición permite
reducir las cargas de fatiga, al reducir el efecto de sombra de torre y evitar el ruido
aerodinámico producido por las palas cuando el rotor se sitúa a sotavento.
Respecto a los perfiles aerodinámicos, los diseños actuales utilizan familias de
perfiles avanzados, diseñados específicamente para su utilización en
aerogeneradores según criterios de incremento de la captación energética,
disminución de cargas, facilidad de fabricación y disminución del ruido
aerodinámico, así como mejora de las características de pérdida aerodinámica,
disminuyendo la sensibilidad a agentes externos como la suciedad superficial, etc.
Las palas, en su mayoría, se construyen de materiales compuestos como fibra de
vidriopoliéster y fibra de vidrio epoxy. Actualmente se emplean laminados
híbridos fibra de carbón/fibra de vidrio/kevlar con resinas epoxy haciendo las
palas más ligeras. Este tipo de palas se emplea sobre todo en aerogeneradores con
cambio de ángulo de palas, en los que se impone la ligereza de las palas tanto para
disminuir las cargas en los rodamientos de anclaje, como para facilitar los
cambios de ángulo de pala rápidos.
Sistema de transmisión
El multiplicador une los dos ejes, el de baja y el de alta velocidad que está unido
al generador eléctrico. Su función es adaptar la velocidad de giro del rotor
(alrededor de 20 r.p.m) a la del generador (1500 r.p.m para un generador de dos
pares de polos).
El eje de alta velocidad está dotado de un freno mecánico de emergencia, que se
utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico.
12
CAPÍTULO 2. Generación eólica
Los tipos de cajas de multiplicación que se utilizan con mayor frecuencia son
cajas de ejes paralelos de 2 ó 3 etapas. En la actualidad y especialmente en los
nuevos diseños de grandes aerogeneradores se utilizan cajas multiplicadoras de
ejes planetarios que permiten diseños más ligeros y compactos.
Generador
El generador es la parte principal del aerogenerador, ya que su misión es la de
transformar la energía mecánica en energía eléctrica. En los aerogeneradores
modernos el que más se emplea es el generador asíncrono.
Sistema de orientación
La mayoría de los aerogeneradores en el mercado utilizan un sistema de
orientación asistida mediante un servomotor que acciona los engranajes que
actúan sobre la corona dentada del rodamiento de acoplamiento de la góndola con
la torre soporte.
Los sistemas de orientación pasivos son utilizados principalmente en pequeños
aerogeneradores y, en especial los diseños de aerogeneradores con rotor a
sotavento.
Sistema de regulación de potencia
La potencia disponible en una corriente de aire aumenta según una ley cúbica con
la velocidad [6]:
La potencia captada por el aerogenerador se relaciona con la potencia disponible
en el viento mediante el coeficiente de potencia Cp. Este se define como la
relación entre la potencia mecánica extraída por la turbina y la potencia total del
viento.
Todo aerogenerador necesita un sistema de control que permita, por un lado,
limitar su velocidad y por el otro optimizar el funcionamiento.
Es necesario limitar la velocidad del aerogenerador para evitar tensiones
estructurales en el aerogenerador más allá de los límites tolerables. Si la fuerza
centrífuga supera la resistencia de la raíz de la pala ésta podría desprenderse. En
las tormentas, la dirección del viento cambiante induce a la máquina a cambiar su
orientación mientras que la hélice, girando a elevadas revoluciones, tiende a
mantener fijo su plano de rotación debido a un efecto giroscópico, aún cuando el
eje de la hélice cambia de dirección. Este fenómeno produce un flexión tan
importante en las palas que puede hacer que éstas toquen la torre.
En general, la potencia está relacionada con la velocidad de viento mediante la
curva de potencia del aerogenerador. Esta curva está caracterizada por tres
velocidades:
- Velocidad de viento de arranque: velocidad del viento para la cual la máquina
comienza a generar electricidad.
- Velocidad nominal: velocidad del viento para la cual la máquina entrega la
potencia nominal.
13
CAPÍTULO 2.Generación eólica
- Velocidad de viento de parada: velocidad del viento sobre la cual la turbina debe
detenerse para evitar daños en su estructura.
Torre
La torre de un aerogenerador ha de resistir, por una parte su propio peso, y por
otra, la presión que el viento realiza sobre la superficie de las hélices y que tiende
a volcar la máquina.
Normalmente es una ventaja disponer de torre alta ya que la velocidad del viento
aumenta conforme aumenta la altura, aunque, por otro lado el mayor coste de la
torre asociado a una mayor altura y resistencia estructural hace que exista un
compromiso de diseño.
Las torres pueden ser tubulares o de celosía. La mayoría de los aerogeneradores
son de tipo tubular en acero, debido a su gran solidez y a su menor impacto visual.
La optimización estructural conduce a la forma troncocónica, con una reducción
gradual del diámetro desde la base hasta la góndola, aunque ello repercute en
mayor complejidad de fabricación y coste superior.
2.1.2 Clasificación
Un aerogenerador es una máquina capaz de captar la energía del viento y
convertirla en energía eléctrica. El proceso de conversión atraviesa una fase de
conversión de energía eólica en mecánica y otra de mecánica en eléctrica. Existen
diferentes tipos de aerogeneradores que pueden clasificarse atendiendo a diversos
criterios. En [5] se muestran algunas de las posibles clasificaciones:
Según la posición del eje de giro:
• Aerogeneradores de eje vertical.
• Aerogeneradores de eje horizontal, mayoritariamente empleados debido a
su mayor rendimiento.
Aerogeneradores de eje horizontal atendiendo al número de palas:
• La mayoría de aerogeneradores actuales disponen de tres palas, con el
rotor a barlovento, usando motores eléctricos en sus mecanismos de
orientación.
• También existen diseños bipala de aerogeneradores, que tienen la ventaja
de ahorrar el coste de una pala y, por supuesto, su peso. Sin embargo, no
son muy utilizados debido a que necesitan una mayor velocidad de giro
para producir la misma energía de salida.
• Aerogeneradores monopala, de muy poco uso por las mismas razones que
el anterior
14
CAPÍTULO 2. Generación eólica
Aerogeneradores de eje horizontal según la situación del rotor
• La mayoría de los aerogeneradores modernos utilizan la disposición a
barlovento en las que el rotor o hélice se sitúa delante de la torre,
evitándose el efecto de la sombra propia. No obstante, necesitan de un
mecanismo de orientación para mantener la posición.
• En las turbinas con rotor a sotavento, el rotor o hélice se encuentra aguas
abajo de la torre. Como ventaja diremos que no necesita de sistema de
orientación. Sin embargo esta manera de orientar a la hélice se ve
obstaculizada por la forma en que se puede transmitir la corriente saliente
desde el generador.
Aerogeneradores de eje horizontal atendiendo a la tecnología de control
Los aerogeneradores pueden clasificarse atendiendo al control de velocidad y
potencia.
Atendiendo a la velocidad con la que gira el rotor, los aerogeneradores pueden
clasificarse en:
• Aerogeneradores de velocidad fija
• Aerogeneradores de velocidad variable
Siendo los segundos cada vez más utilizados.
En los aerogeneradores de velocidad fija, la velocidad de giro del rotor permanece
constante y viene determinada por la frecuencia de la red, la relación de la
multiplicadora y el diseño del generador, sin importar la velocidad de viento. En
estos, el generador asíncrono está conectado directamente a la red, con un
arrancador y un banco de condensadores para compensar la reactiva. Están
diseñados para alcanzar una eficiencia máxima a una velocidad determinada. Para
incrementar la producción de energía, algunos aerogeneradores de velocidad fija
tienen dos juegos de devanados: uno para velocidades de viento bajas y otro con
menor número de pares de polos para velocidades medias y altas.
Las principales ventajas de los aerogeneradores de velocidad fija son su
simplicidad, robustez y fiabilidad, además de su precio. Su principal desventaja es
el consumo incontrolable de potencia reactiva y la pobre calidad de la energía
generada, ya que todas las fluctuaciones de la velocidad de viento se transmiten
como fluctuaciones mecánicas en el par mecánico y éstas pueden provocar
fluctuaciones en la tensión.
Los aerogeneradores de velocidad variable están diseñados para alcanzar la
máxima eficiencia aerodinámica para un amplio rango de velocidades de viento,
lo que significa aumentar la potencia generada, suavizar las oscilaciones de
potencia debidas a la variabilidad del viento reduciendo las solicitaciones
mecánicas del aerogenerador y mejorando la calidad de la energía entregada [7].
15
CAPÍTULO 2.Generación eólica
En la operación a velocidad variable es posible adaptar la velocidad de giro del
rotor a la velocidad del viento incidente de forma que opere con un coeficiente de
potencia máximo. Además, al contrario que los aerogeneradores de velocidad
constante, los aerogeneradores de velocidad variable son capaces de mantener el
par del generador prácticamente constante de manera que las fluctuaciones de la
velocidad de viento no se transmiten a la red.
El sistema eléctrico de los aerogeneradores de velocidad variable es más
complicado que los de velocidad fija. Generalmente van equipados con
generadores asíncronos o síncronos y se conectan a la red a través de un
convertidor de potencia. El convertidor de potencia controla la velocidad del
generador, y por tanto, las fluctuaciones de potencia causadas por las variaciones
de viento son absorbidas por cambios en la velocidad del rotor.
Las principales ventajas de los aerogeneradores de velocidad variable son el
incremento de la energía capturada, la mejora de la calidad de la energía entregada
y la reducción de las cargas mecánicas. Como principal desventaja está la pérdida
de energía en el convertidor de potencia, el uso de más componentes y el
incremento del coste debido al uso de la electrónica de potencia.
La manera más simple, robusta y barata de hacerlo es el control mediante entrada
en pérdida aerodinámica, en la que las palas están sujetas al buje con un ángulo
fijo. El diseño aerodinámico del rotor está optimizado para un determinado valor
de velocidad de viento de forma que cuando la velocidad de viento supera ese
valor existe una pérdida de potencia, es decir, la potencia que las palas pueden
extraer del viento en esas condiciones es limitada. Como principal desventaja
frente a otros métodos es la menor eficiencia a bajas velocidades de viento. Por
otra parte, debido a la imposibilidad de modificar el ángulo de paso de las palas
no se puede optimizar el par durante el arranque.
Otro tipo de control de potencia consiste en la variación del ángulo de pala o
control de pitch, en el que las palas pueden girar en caso de que la potencia
captada del viento sea demasiado alta o demasiado baja. Los aerogeneradores
provistos de este tipo de control de potencia utilizan un sistema activo de giro de
las palas de la siguiente manera [8]:
- Durante el funcionamiento a carga parcial el ángulo de calado se mantiene en un
valor que hace máxima la potencia desarrollada por la turbina (β ~ 0).
- Para velocidades de viento elevadas, el sistema de control del ángulo de paso de
pala aumenta el ángulo de paso β para mantener la potencia constante y reducir las
fuerzas de empuje en el rotor.
Este tipo de control mejora la potencia captada a velocidades de viento altas,
además asiste durante la conexión del aerogenerador o en caso de parada de
emergencia. La principal desventaja es la complejidad del mecanismo de
movimiento de la pala y las mayores fluctuaciones de potencia a velocidades de
viento elevadas, ya que la potencia en esos casos fluctúa en torno a la potencia
nominal debido a las ráfagas de viento y a la reducida velocidad con la que el
sistema es capaz de cambiar el ángulo de la pala.
16
CAPÍTULO 2. Generación eólica
Un sistema intermedio es el denominado “entrada en pérdida aerodinámica
activa” en el que la entrada en pérdidas de la pala se controla mediante la
variación del ángulo de la pala. A velocidades de viento bajas el movimiento de
las palas es similar al del control mediante cambio de ángulo de pala, el objetivo
es alcanzar la máxima eficiencia, mientras que a velocidades de viento elevadas
las palas se mueven en dirección opuesta a la del control de pitch, aumentando de
esta manera el efecto de la entrada en pérdidas.
Con este sistema, el control de potencia es más suave, sin que se produzcan las
variaciones de potencia que se producirán en el control de pitch. Este sistema
también puede dar apoyo en caso de arranque o parada de emergencia.
A continuación, van a describirse las configuraciones de aerogenerador más
empleadas clasificándolas según su control de velocidad y su control de potencia.
El aerogenerador de jaula de ardilla
Esta configuración permite la generación a frecuencia constante aun cuando la
velocidad varía entre un 1 y un 2 % de la nominal por lo que a esta configuración
se le denomina de velocidad fija. Está compuesto por un generador asíncrono de
jaula de ardilla conectado directamente a la red a través de un transformador,
mientras el rotor se encuentra cortocircuitado. En este tipo de aerogeneradores se
suelen utilizar arrancadores suaves para la sincronización y conexión a la red,
quedando directamente conectados en régimen permanente.
• Ventajas
El generador asíncrono de jaula de ardilla es el generador más barato, simple,
robusto y con menor mantenimiento, lo que hace que sea muy interesante para su
aplicación en la generación eólica.
• Desventajas
No es capaz de generar reactiva y, más aún, la necesidad de consumir reactiva
para su magnetización tanto en vacío como a plena carga, lo que hace necesario la
utilización de bancos de condensadores. Esta situación empeora en presencia de
un hueco de tensión producto de una falta. En estos casos, la máquina consume
más reactiva mientras la generación reactiva por parte del banco de condensadores
disminuye con el cuadrado de la tensión, es decir, genera menos reactiva cuando
más se necesita, poniendo en peligro la estabilidad de tensión del sistema.
Los aerogeneradores de velocidad fija convierten las fluctuaciones de la velocidad
de viento en fluctuaciones mecánicas y éstas en fluctuaciones de potencia
independientemente del sistema de control de potencia empleado. En caso de
redes débiles, estas fluctuaciones pueden provocar fluctuaciones de tensión en el
punto de conexión.
Esta configuración supone una baja inserción de la generación eólica en la red, ya
que no ayuda a mantener la estabilidad de frecuencia en la red y deja esa labor a la
generación síncrona convencional.
17
CAPÍTULO 2.Generación eólica
Desde el punto de vista del promotor de la central eólica, al no poder variar la
velocidad de giro implica que no puede seguir el coeficiente de potencia máximo,
lo que conlleva una menor extracción de energía a velocidades de viento menores.
En este tipo de sistemas la potencia se regula mediante sistemas mecánicos como
el ángulo de pala o la pérdida aerodinámica, bien sea activa o pasiva.
Además, en ocasiones se emplean generadores con dos devanados, cada uno con
diferente número de pares de polos para poder trabajar a dos velocidades. Uno de
los devanados con menor velocidad de sincronismo se emplea para bajas
potencias, y el otro, de mayor velocidad de sincronismo para potencias mayores
Aerogenerador con control dinámico de deslizamiento
Esta configuración consiste en aerogeneradores de velocidad variable limitada
mediante la variación de la resistencia conectada al rotor.
Este sistema emplea generadores asíncronos de rotor bobinado cuyo estator se
conecta directamente a la red.
Al igual que para el aerogenerador de jaula de ardilla, la conexión a la red se
realiza de forma suave mediante el uso de un arrancador.
Aerogenerador doblemente alimentado (DFIG)
El aerogenerador doblemente alimentado se caracteriza porque el rotor está
conectado a la red a través de un convertidor de frecuencia mientras el estator se
conecta directamente a la red mediante un transformador.
Con esta configuración se consigue controlar la potencia activa y reactiva [9], con
bajos niveles de armónicos tanto en el lado del generador como en el de la red.
Las prestaciones están limitadas por el dimensionamiento que se haga del equipo.
Además, presenta la ventaja de poder entregar a red una potencia superior a la
nominal de la máquina en funcionamiento supersíncrono.
El tamaño requerido para el convertidor en esta configuración la hace muy
atractiva económicamente. Su principal desventaja es el uso de escobillas y la
necesidad de protección adicional en caso de faltas en la red. Un hueco de tensión
en la red produce un incremento de corriente en los devanados del estator, y,
debido al acoplamiento magnético entre estator y rotor, esta corriente también
fluirá por el rotor y el equipo de potencia pudiendo llegar a destruirlo [10]. Por
esta razón, son incapaces de hacer frente directamente a los huecos de tensión.
Ello obliga a disponer de equipamiento suplementario como el denominado
“crowbar activo”.
Un generador asíncrono de rotor bobinado puede generar una tensión de valor
eficaz y frecuencia constante aunque su eje gire a velocidad variable [8] cuando se
alimenta el rotor de la máquina con un convertidor de frecuencia compuesto por
18
CAPÍTULO 2. Generación eólica
dos convertidores electrónicos CA/CC reversibles [11]. El convertidor conectado
al rotor del generador regula la amplitud, la frecuencia y fase de la tensión
aplicada al rotor, lo cual permite realizar un control vectorial de la máquina para
regular el par electromagnético y el factor de potencia del generador en un amplio
margen de velocidades de giro, tanto por encima como por debajo de la velocidad
de sincronismo. De forma semejante, el control vectorial del convertidor
conectado en el lado de red hace que sea posible realizar una regulación
independiente de la potencia activa y reactiva, lo que permite extraer o inyectar la
potencia activa generada en el rotor de la máquina y controlar la potencia reactiva
intercambiada entre este convertidor y la red.
A continuación se explican los fundamentos de su funcionamiento [8]. En una
máquina asíncrona cuyo estator está conectado a una red trifásica de frecuencia fs,
el campo magnético giratorio tiene una velocidad:
Si se alimenta el rotor con un sistema trifásico de tensiones de frecuencia fr, el
rotor también creará un campo magnético que girara a una velocidad:
Si el rotor está girando a una velocidad n, la velocidad del campo rotórico
respecto a un observador fijo será n+nr. Para que una máquina desarrolle un par
con un valor medio distinto de cero se precisa que los campos magnéticos de
estator y de rotor giren a idéntica velocidad. De lo anterior se deduce, que la
relación entre la frecuencia estatórica, la frecuencia rotórica y la velocidad es:
La velocidad n puede ser mayor o menor a ns. En caso de ser ns mayor que n la
velocidad nr debe ser positiva, sin embargo, en el caso de que ns sea inferior a n,
nr debe ser negativa. Debe tenerse en cuenta que el sentido de giro del campo
magnético creado por un devanado depende de la secuencia de fases aplicada al
devanado, con lo que si se desea que la velocidad del rotor sea mayor a la
velocidad de sincronismo se ha de aplicar al rotor un sistema trifásico de
secuencia inversa respecto a la del estator. Por el contrario, para conseguir que la
velocidad del rotor sea menor a la del campo se debe alimentar el rotor con un
sistema trifásico de la misma secuencia que la tensión aplicada al estator.
La f.e.m. generada en el rotor depende de la velocidad de giro. De modo que si se
denomina Eor a la f.e.m. a rotor parado, la f.e.m. cuando el rotor está en
movimiento es:
Generador síncrono conectado a través de convertidor
Esta configuración permite el control de la velocidad en todo su rango. El estator
del generador síncrono se conecta a la red mediante un convertidor.
Existes dos tipologías diferentes para el generador síncrono:
- Con convertidor de frecuencia con puente rectificador de diodos
- Con convertidor de frecuencia con puente rectificador de tiristores
La primera tipología es la más empleada ya que el uso de diodos hace que el
sistema sea más robusto y barato [8]. En este caso, el control aplicado sobre el
generador tiene fundamentalmente dos funciones: gobernar el par de la máquina e
19
CAPÍTULO 2.Generación eólica
impedir que se supere la máxima tensión en la etapa de corriente continua. El
puente de diodos no permite ninguna acción de control, por lo que en este caso el
control del generador se lleva a cabo mediante el devanado de excitación de la
generación.
En el segundo tipo, los objetivos de control aplicado sobre el generador son
gobernar el par de la máquina y mantener constante el factor de potencia. Para
mantener constante el factor de potencia se trabaja con el ángulo de disparo del
rectificador de tiristores constante. La corriente de excitación del generador se
controla de modo que se consiga una relación lineal entre la tensión y la velocidad
de giro; ello significa que el flujo en el generador se mantiene constante.
Existen otras tipologías que emplean puente rectificador de IGBT’s controlado
por modulación del ancho de pulso (PWM) pero no suelen usarse debido a su
elevado precio.
Las configuraciones de imanes permanentes presentan la ventaja de eliminar el
sistema de excitación, aunque a cambio su coste es muy elevado. Además, los
generadores de imanes permanentes pueden construirse en configuraciones
multipolo que permiten eliminar la caja multiplicadora.
Generador asíncrono conectado a través de convertidor
Esta configuración, al igual que la anterior, permite el control de la velocidad en
todo su rango. El estator del generador se conecta a la red a través de un
convertidor. En comparación con al aerogenerador doblemente alimentado, este
presenta la ventaja de ser más fiable, robusto y económico.
No obstante, tiene el inconveniente de que para la misma potencia del
aerogenerador necesita un convertidor de mayor potencia, como mínimo igual a la
potencia aparente nominal del generador, debido a que toda la potencia generada
se entrega por el estator.
El convertidor electrónico consta de dos puentes IGBT’s, uno conectado al estator
del generador funcionando como rectificador y otro conectado a la red
funcionando como inversor. En esta configuración el puente situado en el lado del
generador se encarga de hacer que éste trabaje en las condiciones de máxima
eficiencia posible, a la vez que le entrega la corriente de excitación necesaria para
cada velocidad. El puente situado en el lado de red, se encarga de entregar la
energía, tanto activa como reactiva, con bajo contenido armónico y factor de
potencia controlado.
A pesar de que el equipo de potencia debe ser dimensionado por lo menos para la
potencia nominal aparente, esta configuración despierta mucho interés por la
posibilidad de aplicar en aerogeneradores con generador de inducción y
arrancador suave, convirtiéndoles de aerogeneradores de velocidad fija a
velocidad variable por la sustitución del equipo electrónico.
20
CAPÍTULO 2. Generación eólica
2.2 Conexión de la generación eólica en la red
2.2.1 Introducción
Los sistemas eléctricos de potencia están evolucionando para la incorporación de
la generación de electricidad por parte de energías renovables sin que esta sufra
problemas de inestabilidad. Anteriormente la red se basaba en relativamente
pocos generadores síncronos, mientras en la actualidad va adquiriendo el carácter
de una red con generación agregada.
Con este fin, los operadores del sistema han tenido que desarrollar procedimientos
de operación que establecen las condiciones a cumplir por los nuevos
generadores, de forma que su incorporación no afecte a la seguridad y fiabilidad
del sistema eléctrico de potencia.
2.2.2 Requisitos establecidos por Red Eléctrica de España
El operador del sistema en España, Red Eléctrica, regula el funcionamiento de la
red de transporte mediante los procedimientos de operación. Tanto las
instalaciones pertenecientes a la red de transporte como todas las conectadas a ella
deben cumplir estos procedimientos de operación.
Los principales procedimientos de operación que afectan a la conexión y
funcionamiento de los parques eólicos son:
• P.O. 3.7. Programación de la generación renovable no gestionable.
• P.O. 12.1. Solicitudes de acceso para la conexión de nuevas instalaciones a
la red de transporte.
• P.O. 12.2. Instalaciones conectadas a la red de transporte: Requisitos
mínimos de diseño, equipamiento, funcionamiento y seguridad y puesta en
servicio.
• P.O. 12.3. Requisitos de respuesta frente a huecos de tensión de las
instalaciones eólicas.
El P.O. 3.7 describe los flujos de información y los procesos necesarios para la
programación de la generación renovable no gestionable. En él se describen las
modificaciones de producción que pueden ser necesarias para garantizar la calidad
y la continuidad de suministro. Distingue cinco tipos de reducción de la
producción:
1. Congestión en la evacuación de la generación, en caso de que existan
sobrecargas inadmisibles en la red de transporte de evacuación debido a un exceso
de producción.
21
CAPÍTULO 2.Generación eólica
2. Problemas de estabilidad asociados a la máxima pérdida de generación
instantánea que el sistema puede soportar en caso de hueco de tensión.
3. Potencia de cortocircuito, en caso de que el Operador del Sistema detecte
potencias de cortocircuito en los nudos de la red de transporte que pongan en
peligro la seguridad del sistema.
4. Viabilidad de los balances de potencia, ya que el Operador del Sistema debe
asegurar la viabilidad de los balances de potencia activa y reactiva. Para ello, debe
tener en cuenta las circunstancias singulares de operación y los límites técnicos de
las plantas gestionables que sean imprescindibles para cubrir la demanda en
periodos horarios próximos al periodo afectado, de lo que podrán resultar
restricciones técnicas sobre las plantas no gestionables.
5. Excedentes de generación no integrables en el Sistema, en caso de que la
demanda sea inferior a la prevista y la producción mediante generación renovable
no gestionable sea superior a las previsiones.
En todos estos casos el Operador del Sistema dará las instrucciones de
modificación de la producción de las unidades de generación renovable no
gestionable.
En este procedimiento se indica que estas medidas se tomarán “sólo en aquellos
casos en los que no existan otros medios para evitar dicho riesgo actuando en
tiempo real o con la antelación suficiente, bien porque ya se haya actuado sobre la
generación gestionable o bien porque el problema a resolver sólo sea resoluble
con la actuación sobre la generación renovable no gestionable”.
El P.O. 12.1 establece las condiciones y el desarrollo del proceso de acceso y del
proceso de la conexión de nuevas instalaciones a la red de transporte o ampliación
de la potencia y condiciones declaradas en instalaciones existentes ya conectadas
a dicha red.
En el anexo 3 de dicho procedimiento se incluyen los datos mínimos que el
promotor de la instalación eólica debe facilitar al Operador del Sistema para
cursar la solicitud de acceso.
El P.O. 12.2 y P.O. 12.3 describen los requisitos de funcionamiento que los
generadores eólicos deben cumplir.
Dada su importancia, se prestará especial importancia a los huecos de tensión,
cuyas condiciones de operación se explican con detalle en el siguiente apartado.
2.2.3 Huecos de tensión
Un hueco de tensión es una disminución transitoria de la tensión de alimentación
que puede ser provocada, bien por cortocircuitos y fallos en el sistema hasta que
son despejados, o por el arranque de motores cercanos, cuyo gran consumo de
intensidad provoca grandes caídas de tensión en las redes de alimentación.
22
CAPÍTULO 2. Generación eólica
Debido al comportamiento de las instalaciones eólicas frente a huecos de tensión,
REE ha elaborado un Procedimiento de Operación en el que se establecen los
requisitos que deben cumplir las instalaciones de producción en régimen especial
con el fin de garantizar la continuidad de suministro.
Según este Procedimiento, el titular de la instalación deberá adoptar las medidas
oportunas de diseño y/o control para que todas las instalaciones de generación
bajo su titularidad se mantengan acopladas al sistema eléctrico, sin sufrir
desconexión debida a huecos de tensión directamente asociados a la existencia de
cortocircuitos correctamente despejados que puedan presentarse en el sistema
eléctrico.
La propia instalación de producción y todos sus componentes deberán ser capaces
de soportar sin desconexión huecos de tensión, en el punto de conexión a red,
producidos por cortocircuitos trifásicos, bifásicos a tierra o monofásicos, con los
perfiles de magnitud y duración indicados en la Fig 2.2.1. Es decir, no se
producirá la desconexión de la instalación para huecos de tensión en el punto de
conexión a red incluidos en el área sombreada de la Fig 2.2.1.
Fig 2.2.1. Hueco de tensión
En el caso de cortocircuitos bifásicos aislados de tierra, el área sombreada de
hueco de tensión en la que no se deberá producir la desconexión de la instalación
será de forma semejante a la de la Fig 2.2.1, pero estando situado el valor del
límite inferior de tensión en 0.6 pu, en lugar de 0.2 pu.
23
CAPÍTULO 2.Generación eólica
Los tiempos de recuperación del sistema eléctrico representados en la Fig 2.2.1 se
verifican, con carácter general, para una producción de origen eólico inferior al
5% de la potencia de cortocircuito en el punto de conexión
Además, el Procedimiento de Operación exige que durante faltas, tanto durante el
período de mantenimiento de la falta, como durante el período de recuperación de
tensión posterior al despeje de la misma, no pueda existir en el punto de conexión
a la red, consumo de potencia reactiva por parte de la instalación.
No obstante, se admiten consumos puntuales de potencia reactiva durante los
150ms inmediatamente posteriores al inicio de la falta y los 150ms posteriores al
despeje de la misma.
Para faltas equilibradas trifásicas, que son las que se analizarán en este proyecto,
tanto durante el período de mantenimiento de falta, como durante el período de
recuperación de tensión posterior al despeje de la misma, no podrá existir en el
punto de conexión a la red, consumo de potencia activa por parte de la instalación.
No obstante, en este caso se admite también la existencia de consumos puntuales
de potencia activa durante los 150ms inmediatamente posteriores al inicio de la
falta y los 150ms posteriores al despeje de la misma. Adicionalmente se permiten
consumos de potencia activa durante el resto de la falta, siempre que no sean
superiores al 10% de su potencia nominal registrada.
Tanto durante el período de falta como durante el período de recuperación de
tensión posterior al despeje de la misma, la instalación deberá aportar al sistema
eléctrico la máxima intensidad posible. Esta aportación de intensidad por parte de
la instalación al sistema eléctrico se efectuará de forma que el punto de
funcionamiento de la instalación se localice dentro del área sombreada de la Fig
2.2.1, antes de transcurridos 150ms desde el inicio de la falta o desde el instante
de despeje de la falta. Así, para tensiones inferiores a 0.85 pu, en el punto de
conexión a red, la instalación deberá generar potencia reactiva, mientras que para
tensiones comprendidas entre 0.85 pu y el valor de la tensión mínima admisible
para la operación normal del sistema eléctrico, la instalación no deberá consumir
potencia reactiva. Para valores de tensión superiores a la tensión mínima
admisible en operación normal aplicará lo establecido en los procedimientos de
operación para dicha operación normal.
24
CAPÍTULO 2. Generación eólica
Fig 2.2.2. Áreas de funcionamiento admisible durante el período de falta y recuperación
Con los actuales Procedimientos de Operación, REE quiere que los parques
eólicos no sólo mantengan la continuidad del suministro ante los huecos de
tensión, sino que también aporten potencia adicional al sistema para contribuir a
su recuperación.
25
CAPÍTULO 2.Generación eólica
26