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&HQWUDOHV HyOLFDV _ 7H[WRV &LHQWtILFRV KWWSZZZWH[WRVFLHQWLILFRVFRPHQHUJLDFHQWUDOHVHOHFWULFDVHROLFDV Principal (/) / Energías Alternativas (/energias) / Centrales eléctricas (/energia/centrales-electricas) CENTRALES EÓLICAS El aprovechamiento de la energía del viento es antiguo pero en los últimos años se ha desarrollado mucho, aprovechando los progresos en aerodinámica y electrónica de los reguladores. En general, las provincias Argentinas de la región patagónica cuentan con vientos importantes y constantes, por lo que son muy promisorios para la implantación de granjas eólicas, que son grupos grandes de generadores reunidos en un área favorable. Las estimaciones de los investigadores dicen que debajo del paralelo 42 se podría disponer de una potencia del orden de 1 Mw por Km. , cifra muy significativa, si se tiene lo dilatado de la región. Las turbinas eólicas se basan en la acción del viento sobre palas. El viento produce dos efectos: arrastre y sustentación. Hay turbinas que actúan por uno u otro efecto o por una combinación de ambos. 2

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trata sobre el impacto que tienen las centrales eolicas en a actualidad

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Principal (/) / Energías Alternativas (/energias) / Centrales eléctricas (/energia/centrales-electricas)

CENTRALES EÓLICAS

El aprovechamiento de la energía del viento es antiguo pero en los últimos años

se ha desarrollado mucho, aprovechando los progresos en aerodinámica y

electrónica de los reguladores. En general, las provincias Argentinas de la región

patagónica cuentan con vientos importantes y constantes, por lo que son muy

promisorios para la implantación de granjas eólicas, que son grupos grandes de

generadores reunidos en un área favorable.

Las estimaciones de los investigadores dicen que debajo del paralelo 42 se podría

disponer de una potencia del orden de 1 Mw por Km. , cifra muy significativa, si se

tiene lo dilatado de la región.

Las turbinas eólicas se basan en la acción del viento sobre palas. El viento

produce dos efectos: arrastre y sustentación. Hay turbinas que actúan por uno u

otro efecto o por una combinación de ambos.

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Varios son los tipos de turbinas eólicas:

Uno de los problemas que presentan estos generadores es su inconstancia de la

velocidad, lo que repercute en la frecuencia de tensión generada. Sin embargo, se

han desarrollado equipos de naturaleza electrónica, que permiten varias formas

de control de este parámetro.

Problemas locales al conectar grandes parqueseólicos a la redCuándo turbinas eólicas o parques eólicos son conectados a la red eléctrica local,

hay ciertas consideraciones a tener en cuenta en relación con el control local de

voltaje y al funcionamiento del sistema durante desórdenes en el mismo.

Normalmente, los parques eólicos están conectados a la red MV (voltaje medio).

La figura muestra una conexión típica de un parque eólico de 5,2 MW compuesto

por trece turbinas eólicas de 400 kW cada una.

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Todas las turbinas están equipadas con generadores asincrónicos (inducción), que

son muy robustos. El uso de estos generadores significa que no hay problemas de

estabilidad sincrónica (estabilidad transitoria) ya que este problema se limita a los

generadores sincrónicos.

Los generadores asincrónicos -como los motores- normalmente deben ser

conectados a una red común que pueda suministrarle la corriente de

magnetización al generador (potencia reactiva).

Cambios en los niveles de tensión estacionarioLa siguiente figura nos muestra la necesidad de potencia reactiva dependiendo

de la potencia activa producida. Los cambios en la absorción de potencia reactiva

en los generadores con el viento, van a producir cambios en los voltajes locales y

por lo tanto cambiará la potencia activa generada. Además, se debe distinguir

entre parques eólicos con alimentador MV propio y parques eólicos conectados a

alimentadores MV públicos.

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Parques eólicos con alimentador MV propioQue un parque eólico tenga su propio alimentador MV significa que la tensión será

mayor en el sitio del parque eólico que en la subestación HV/MV, si el flujo de

energía es en dirección hacia la subestación y no en dirección apartándose de la

subestación.

Esta figura representa un ejemplo del voltaje en la turbina eólica y en el punto

común de conexión (barra colectora de 10 kV).

P y Q tienen direcciones opuestas, lo que significa que la pérdida de voltaje es en

parte compensada, dependiendo de la relación X/R (impedancia) del

alimentador. Una relación X/R alta para líneas aéreas reduce la pérdida de voltaje

más que para cables, es lo contrario para cargas. La pérdida de voltaje sin carga

es debida a la absorción de potencia reactiva en los generadores sin carga.

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El alimentador conectado al parque eólico debe tener una capacidad tal, de que

pueda transportar la energía producida por el parque eólico. El nivel de voltaje

puede ser ajustado eligiendo una relación de transformación apropiada para los

transformadores entre el alimentador MV y las turbinas eólicas. No es un

problema mantener las variaciones de voltaje entre límites admisibles.

Parques eólicos conectados a alimentadorespúblicos MVSi un parque eólico o un grupo de turbinas eólicas son conectadas a un

alimentador MV público, entonces las turbinas eólicas harán elevar el nivel de

voltaje en el alimentador MV y consecuentemente en las redes LV abastecidas

por el alimentador. Es inocuo cuando el alimentador está con alta carga. No

obstante a baja carga el voltaje puede ser mayor en este caso sin las turbinas

eólicas y existiría un riesgo de sobrevoltaje, esto puede verse en la figura sig.

A fin de mantener el voltaje suministrado a los consumidores dentro de los

rangos contractuales, hay un límite aceptable de aumento de voltaje. Este límite

dependerá mucho de la red actual y de la filosofía de service. Las empresas en

Dinamarca, en sus planificaciones, han tenido hasta ahora un límite de aumento

de voltaje del 1 % en los alimentadores MV.

Ello significa que el volumen de energía eólica producido por turbinas eólicas

conectadas a un típico alimentador MV danés deberá ser limitado.

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Si más turbinas eólicas deben ser conectadas, podrá ser necesario reforzar el

alimentador MV. Ello puede más que duplicar la producción eólica admisible.

Refuerzos como estos limitarán le elevación del voltaje a baja carga causado por

las turbinas eólicas. A alta carga, el refuerzo reducirá la pérdida de voltaje en el

alimentador MV causada de voltaje para prevenir disponibilidad futura, una

solución más simple podrá ser conectar las turbinas eólicas próximo a una

subestación HV/MV por medio de una larga línea de enlace en vez de retirar

refuerzos.

Control de derivación en transformadores desubestaciones HM / MVLos transformadores HV / MV están equipados con un regulador de voltaje. El

regulador ajusta automáticamente la posición del cambiador de derivación

cuando el voltaje medido se desvía mucho del voltaje establecido. También es el

caso cuando las desviaciones son causadas por turbinas eólicas.

Si el viento es más o menos turbulento, la potencia activa producida y la potencia

reactiva consumida por la turbina eólica será fluctuante. Con un mayor nivel

relativo de energía eólica en ciertas áreas, uno debe temer que el número de

cambios de derivación pueda elevarse a un nivel inaceptable.

Datos de viento son usados en un modelo computado por medio del cual las

fluctuaciones de potencia en un parque eólico especifico pueden ser simulados

con valores minuto a minuto. Los cálculos indican que loa cambios derivación se

elevarán solo ligeramente, aún cuando la altura del nivel de la energía eólica es el

máximo posible, es decir, igual que la capacidad de el/los transformadores HM /

MV.

Ello ha sido corroborado por mediciones donde la potencia en activa y reactiva

medida es alimentada al computador que simula el control de derivación.

También debe mencionarse que incrementos no significativos en el número de

cambios de derivación han sido observados en una subestación HV /MV con 5

MW de energía eólica y una demanda máxima de 3,5 Mw conectada del lado del

MV.

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En áreas rurales con baja densidad de carga, los reguladores de voltaje pueden

usarse de compensadores de corriente. La corriente por la subestación HV/MV es

medida y utilizada para calcular una pérdida simulada de voltaje que es sustraída

del voltaje medido. Por este camino, regulador de voltaje forzará al voltaje de la

barra colectora MV a elevarse cuando la carga se incremente y de ese modo

desbalancea una parte de la pérdida de voltaje en los alimentadores MV.

Si el nivel relativo de la energía eólica en una red MV es alto, las turbinas eólicas

pueden influenciar al regulador de voltaje por un camino no deseado,

específicamente si están conectados en uno o en pocos alimentadores de salida.

La razón es que las turbinas eólicas pueden sustituir parte de le energía tomada

normalmente de la red HV, por lo tanto la corriente que pasa por la subestación

HV / MV disminuirá. El regulador de voltaje por ello bajará el voltaje, porque es

tonto pensar que la carga de la red se ha reducido, que no es el caso.

Si un parque eólico tiene su propio alimentador MV, es posible evitar estos

problemas substrayendo la corriente medida en el alimentador de la corriente

utilizada por el regulador de voltaje.

Fluctuaciones de tensión

La potencia producida por una turbina eólica no es constante, especialmente no

lo es si el viento está por debajo de la potencia nominal. Uno podría temer que las

correspondientes fluctuaciones de voltaje podrían conducir a oscilaciones

molestas. Ello no ha sido el caso en Dinamarca por dos razones:

Primero el incremento estacionario de voltaje es del 1%, que quiere decir

que la amplitud de las fluctuaciones de voltaje se hacen pequeñas.

Segundo, cuando más turbinas eólicas trabajan al mismo tiempo, las

fluctuaciones de potencia entre las turbinas de viento individuales se

nivelarán ya que solo hay una escasa relación entre las turbulencias en las

velocidades del viento. Ello se ilustra en la figura, que muestra la correlación

entre velocidades de viento medidas al mismo tiempo en antenas

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meteorológicas ubicadas entre 0,1 y 1,4 Km especialmente considerando los

cambios fijos (t < 1 min.), que pueden verse oscilando, la correlación es muy

pequeña.

La experiencia danesa demuestra que las fluctuaciones de tensión debidas a la

turbulencia del viento en la práctica no son un problema.

Corrientes activantesOscilaciones molestas por supuesto pueden resultar por caídas de voltaje

causadas por corrientes activantes cuando se conecta la turbina eólica a la red.

Las primeras turbinas eólicas puestas en servicio en Dinamarca estaban

directamente conectadas a la red cuando el generador inductivo alcanzaba la

velocidad sincrónica. La corriente activante para formar el campo en el generador

era de 5 – 8 veces la corriente nominal del generador. En estas conexiones

automáticas puede a veces y con bastante frecuencia tener lugar, por ejemplo

varias decenas de veces por hora, que ocurran fluctuaciones de voltaje

inaceptables.

Para superar este problema, las turbinas eólicas están equipadas con un

“encendido suave” electrónico. Este equipamiento eleva gradualmente el voltaje

en los terminales del generador, y por ese camino limita la amplitud de la

corriente activante a valores aceptables. En cada equipo, el voltaje se

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incrementaba durante un período de tiempo fijo. No obstante, si el período de

tiempo era fijado muy corto, entonces habría sobrevelocidad en la turbina eólica

antes del corte del interruptor.

En los equipamientos nuevos, una función limitadora de corriente es incorporada.

El generador puede entonces ser conectado a la red antes de que la velocidad

sincrónica sea alcanzada. Además, el equipo limita la corriente si el generador es

usado como motor para el arranque de una turbina eólica que no está girando.

Es de esta manera posible reducir la corriente activante al mismo nivel que la

corriente nominal del generador.

Esto significa que la corriente activante generalmente no es un problema. Cuando

una cantidad importante de turbinas eólicas son instaladas, el arranque suave no

es necesario para limitar las caídas de voltaje, cuando la potencia de cortocircuito

en el punto de conexión es bastante alta para limitar el incremento de voltaje

estacionario.

Funcionamiento durante cortocircuitosEn caso de falla de las tres fases en la red, los generadores asincrónicos solo

alimentarán con corriente a la red en 2 – 3 períodos.

Normalmente esto no es un problema, pero podría ser suficiente para activar el

contacto de arranque en el relé de sobrecorriente que protege al alimentador. Si

el contacto de arranque, al mismo tiempo que los contactos en los relé de

sobrecorriente en el otro alimentador MV de la salida de la subestación HV/MV,

es usado como protección de barra colectora, las turbinas eólicas pueden

normalmente significar una demora insignificante en la disipación de la falla en la

barra colectora.

Si el parque eólico es conectado a un alimentador público MV con corte

automático, ello no requerirá flujo de corriente suficiente extenso para hacer

fallar el corte automático. La corriente activante después del corte o luego de la

disipación de una falla en otro alimentador, no obstante, tiene una duración

suficientemente larga para hacer caer la protección del alimentador, si se utilizan

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relé momentáneos. Ello presupone que la corriente nominal del parque eólico es

más del 15% de la fija del relé. Una típica fijación de relé es a 480 A, lo que significa

que una caída no necesaria puede ocurrir, si el parque tiene una potencia nominal

de proximidades 1 – 1,5 MVA a 10 KV.

Para evitar esta situación, las turbinas eólicas deberán separarse de la red, cuando

el voltaje cae significativamente debido a cortocircuitos cercanos, antes de que la

red sea reenergizada.

En caso de falla de 2 fases en la red MV, una corriente de aproximadamente el

triple de la corriente nominal de parque eólico será alimentada en la fase que no

ha fallado del parque eólico. Como esta corriente va a fluir mientras persista la

falla, ello podría conducir a una caída no necesaria del alimentador del parque

eólico en caso de falla de algún otro alimentador de salida de la subestación

HV/MV. Ello depende naturalmente del tamaño del parque eólico y de la

selectividad entre los relé de sobrecorriente. El problema puede superarse

utilizando un relé direccional de sobre intensidad de corriente el alimentador

hacia el parque eólico, o utilizando relé de bajo en las turbinas eólicas.

Sistema de protecciónTurbinas eólicas que utilizan generadores de inducción necesitan potencia

reactiva. Es preferible que la potencia reactiva es producida en las turbinas

eólicas individuales. De común acuerdo, los distribuidores en Dinamarca exigen

que las turbinas eólicas estén equipadas con un capacitor, que se conecta o se

desconecta simultáneamente con el generador.

Ha habido ciertas dudas en cuanto a que si turbinas eólicas equipadas con

capacitores podrían energizar una sección de alimentador aislada o no. Ello no ha

sido observado en la practica y es improbable que ocurra. Si el voltaje y la

frecuencia se supone que están entre limites normales, debe existir un balance

entre la producción y el consumo de potencia activa como así también de la

potencia reactiva, pero ello es solo posible por escasos segundos a causa del

inconstante viento.

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Un problema más serio es el riesgo de sobrevoltajes generados por turbinas

eólicas aisladas, antes de que se desconecten. Sobrevoltajes pueden ocurrir si al

carga es menor que la potencia producida por las turbinas eólicas. En esa

situación las turbinas eólicas se acelerarán y la frecuencia se elevará. El efecto de

ello será que los generadores necesitarán menos potencia reactiva para recibir la

excitación y los capacitores incrementarán la producción de potencia reactiva. Si

la frecuencia continua elevándose, el generador se sobreexcitará y tendrán lugar

los sobrevoltajes.

Sobrevoltajes dañinos pueden evitarse eligiendo un moderado grado de

compensación y una desconexión fija de la red cuando el voltaje o la frecuencia

están fuera de limites normales. En orden de encontrar valores de guía con

períodos de demora aceptables, se han realizado test en campaña con una

turbina eólica de 90 Kw, la cual estaba aislada con capacitor variable y una

resistencia de carga variable. La misma turbina eólica ha sido modelada por un

programa computado. Las figuras muestran algunos resultados

Voltaje del generador cuando una turbina eólica es aislada y sin al carga de la

fuente. Un capacitor igual al consumo de potencia reactiva sin carga del

generador es conectado a la turbina eólica.

Existió una razonablemente buena concordancia entre las simulaciones y las

mediciones.

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Esto significa que fallas en la red o trabajos de mantenimiento pueden motivar

que las turbinas eólicas alimenten mejor en líneas largas y poco fuertes. Ello

puede conducir a sobrevoltajes en las redes LV, si las turbinas eólicas no son

desconectadas por relé de protección.

El voltaje del generador cuando una turbina eólica es aislada y sin carga de la

fuente. Un capacitor igual al 150% del consumo de potencia reactiva sin carga del

generador es conectado a la turbina eólica

Por ello, en caso de voltajes y frecuencias anormales, deberán desconectarse las

turbinas eólicas de la red. La tabla muestra un ejemplo de las exigencias del

sistema de protección para la desconexión de turbinas eólicas en la red danesa.

U<U + 10% T>10 s

U >U + 10%U >U + 6%

t>500mst>60 s

F<47 HzF>53 Hz

t> 0,3 st>0,3 s

Ejemplo de exigencia de sistemas de protección para desconexión de turbinas

eólicas

n

n

n

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Otra conclusión es que las turbinas eólicas individuales no deberán ser

compensadas en potencia reactiva en más que la absorción de potencia reactiva

en operación ociosa (sin carga) para reducir sobrevoltajes en caso de desconexión

de la turbina eólica de la red.

La figura siguiente muestra un esquema de un parque eólico equipado con

condensadores para compensación de potencia reactiva en las turbinas eólicas

individuales, con arranque suave y con sistema de protección.

Ejemplo de conexión de un parque eólico de 4,8 MW (12 x 400 KW) a la red MV. La

planta esta equipada con condensadores para compensar la absorción de

potencia reactiva de los generadores en operación ociosa. El equipamiento de

arranque suave y el sistema de protección son también mostrados.

Ubicación óptima de turbinas eólicas dentro de unparque

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Central Eólica CERRO ARENALESTitular de la Central: PECORSA, formada entre:

Cooperativa Eléctrica de Comodoro Rivadavia

MICON Argentina

IFU (Fondo de Industrialización para los países en vías de Desarrollo) de

Dinamarca

Lugar: Cerro Arenales, Comodoro Rivadavia, Provincia del Chubut

Latitud: 45 47

Longitud: 67 28

Altura sobre el nivel del mar: 400 metros

Velocidad media a la altura del rotor: 11 m/s

Densidad media del aire: 1.178 kg./m

Potencia instalada: 500 kW

Aerogeneradores tipo: MICON M530 - 250 kW

Número de aerogeneradores: 2

Diámetro de pala: 26 metros

Altura del rotor: 30 metros

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Fecha de instalación: 19 de Enero de 1994

Producción mensual

Meses Produc. kWh Fact. Capac. % Prod Acumul.

Enero 98886 63,39 98886

Febrero 159462 47,46 258348

Marzo 95874 25,77 354222

Abril 175374 48,72 529596

Mayo 176004 47,31 705600

Junio 135900 37,35 841500

Julio 140370 37,73 981870

Agosto 173034 46,51 1154904

Septiembre 217320 60,37 137224

Octubre 124806 33,55 1497030

Noviembre 146568 40,71 1643598

Diciembre 188760 50,74 1832358

Central Eólica CERRO CALIFORNIA

Titular de la Central: COPELCO

Lugar: Cerro California, Cutral Có, Provincia de Neuquén

Latitud: 38 56

Longitud: 69 15

Altura sobre el nivel del mar: 620 metros

Velocidad media a la altura del rotor: 7,2 m/s

Densidad media del aire: 1.146 kg/m

Potencia instalada: 400 kW

Aerogeneradores tipo: MICON M750 - 400/100 kW

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Número de aerogeneradores: 1

Diámetro de pala: 31 metros

Altura del rotor: 36 metros

Fecha de instalación: 20 de Octubre de 1994

Producción mensual

Meses Produc. kWh Fact. Capac. % Prod Acumul.

Octubre 37018 35,05 37018

Noviembre 85087 29,54 122105

Diciembre 100339 23,72 222444

Enero 80121 26,92 302565

Febrero 26272 9,77 328837

Marzo 73441 24,68 402278

Abril 48317 16,78 450595

Mayo 39258 13,19 489853

Junio 78519 27,26 568372

Julio 94078 31,61 662450

El aerogenerador tuvo una escasa producción debido a la caída de un rayo, que al

penetrar por la línea, destruyó el transformador.

La ramificación producida por el fenómeno, dejó fuera de servicio a la planta

eólica, desde el molino hasta la estación transformadora.

Las consecuencias producidas en la turbina eólica, fueron la destrucción de un

flap de aspa, el controlador de la curva de potencia, la inutilización de la llave

principal, en cuyos bornes de entrada se produjo un cortocircuito trifásico, la cual

actuó protegiendo el sistema de operación y control.

Central Eólica de PUNTA ALTA

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Titular de la Central: CEPA

Lugar: Balneario de Pehuen-Có, Punta Alta, Buenos Aires

Latitud: 39 08

Longitud: 61 33

Altura sobre el nivel del mar: 10 metros

Velocidad media a la altura del rotor: 7,3 m/s

Densidad media del aire: 1.195 kg/m

Potencia instalada: 400 kW

Aerogeneradores tipo: MICON M750 - 400/100 kW

Número de aerogeneradores: 1

Diámetro de pala: 30 metros

Altura del rotor: 36 metros

Fecha de instalación: 17 de Febrero de 1995

Producción mensual.

Meses Produc. kWh Fact. Capac. % Prod Acumul.

Febrero 44870 42,49 44870

Marzo 42446 14,26 87316

Abril 38123 13,24 125449

Mayo 47043 15,81 172492

Junio 94705 32,88 267197

Julio 82262 27,64 349459

Central Eólica de TANDILTitular de la Central: CRETAL

Lugar: Ciudad de Tandil, Provincia de Buenos Aires

Latitud: 37 13

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Longitud: 63 17

Altura sobre el nivel del mar: 250 metros

Velocidad media a la altura del rotor: 6,9 m/s

Densidad media del aire: 1.169 kg/m

Potencia instalada: 800 kW

Aerogeneradores tipo: MICON M750 - 400 / 100 kW

Número de aerogeneradores: 2

Diámetro de pala: 30 metros

Altura del rotor: 36 metros

Fecha de instalación: 26 de mayo de 1994

Producción mensual

Meses Produc. kWh Fact. Capac. % Prod Acumul.

Mayo 16907 29,35 16907

Junio 187185 32,5 204092

Julio 164108 27,57 368200

JUE, 18/05/2006 - 11:16

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