Diseño de los sistemas eléctricos de aerogeneradores para producción de energía en áreas marinas

Abstract

El proyecto a desarrollar se centra en el diseño de los sistemas eléctricos de un aerogenerador de clase off-shore, cuya potencia de generación nominal es de 5 MW. El objetivo principal de este proyecto consiste por lo tanto en dar con las alternativas de diseño más acertadas para asegurar, a partir de la incorporación de los equipos eléctricos oportunos, una extracción y transmisión eficaces de la energía eléctrica, además de la continuidad de operación del aerogenerador, cuyos sistemas de protección deben ser capaces de despejar todo tipo de incidentes eléctricos. La metodología seguida para cumplir con dicho objetivo principal se divide en tres pasos fundamentales. En primer lugar, es necesario realizar el diseño de los circuitos eléctricos de potencia, los que se componen de tres elementos principales: el convertidor de potencia, el transformador de potencia, y la celda de media tensión, principal elemento de seguridad contra fallos eléctricos. En segundo lugar, entra en juego el diseño de los circuitos eléctricos auxiliares, cuyas funciones y equipos implicados a determinar son el transformador de servicios auxiliares, el sistema de alimentación ininterrumpida, y los motores y variadores electrónicos de los sistemas de control de paso de las palas y de orientación de la góndola del aerogenerador, ambos responsables de extraer la máxima potencia posible del viento. En último lugar, es necesario proporcionar un dimensionamiento adecuado del cableado tanto de baja como de media tensión, para finalmente realizar el aporte de ciertos datos eléctricos al modelo de simulación de la turbina, obtenido a partir del programa de simulación específica a aerogeneradores conocido como BLADED. Todos los equipos y cables incluidos en el proyecto habrán sido diseñados y definidos a partir del contacto con diferentes fabricantes, entre los que se habrán comparado modelos disponibles y ofertas.

The project to be developed focuses on the design of the electrical systems of an offshore wind turbine, and which power of nominal generation is 5 MW. The main objective of this project is therefore to find the most appropriate design alternatives to ensure, through the incorporation of the appropriate electrical equipment, an efficient extraction and transmission of the electrical energy, in addition to the continuity of operation of the wind turbine, whose protection systems must be capable of clearing all kinds of electrical failures. The methodology followed to fulfill this main objective is divided into three fundamental steps. In the first place, it is necessary to design the electrical power circuits, composed of three main elements: the power converter, the power transformer, and the switchgear module, main safety element against electrical faults. In second place, the design of the auxiliary electric circuits comes into play, whose functions and equipment involved are the auxiliary transformer, the Uninterrumptible Power Supply, and the motors and electronic variators of the control systems known as pitch and yaw control, both responsible for extracting the maximum possible power from the wind. Lastly, it is necessary to provide adequate sizing of both low and medium voltage wiring, to finally provide certain electrical data to the turbine simulation model, built through the wind turbine simulation program known as BLADED. All the equipment and cables included in the project will have been designed and defined based on contact with different manufacturers, among which the available models and offers will have been compared.