Operatividad óptima de un aerogenerador para producción de energía en áreas marinas

Abstract

En el proyecto se estudian las diferentes metodologías de operación de las turbinas eólicas y los circuitos eléctricos de los mismos, con el objetivo de crear un modelo de simulación capaz de estudiar el comportamiento básico en carga. Se compararán las distintas simulaciones con el objetivo de reducir las cargas en la medida de lo posible, optimizando el sistema con la estrategia elegida y determinando las ganancias económicas. Las características principales del aerogenerador son las siguientes: 5 MW+10% de potencia nominal, de eje horizontal y orientado a barlovento. El generador es síncrono de imanes permanentes y controla la potencia mediante un control de paso que actúa cuando la velocidad del viento supera la nominal. Cuando la velocidad del viento es inferior a la nominal, es el control de par el que actúa. Se ha escogido los motores de los accionamientos del control de paso, además del SAI que le proporciona energía en caso de fallo. También será preciso un convertidor de potencia, al ser un generador de velocidad variable. Para la realización del modelo, se utilizó el software Bladed versión 4.6 Educational. En él se definieron los distintos componentes que forman la turbina eólica. Una vez diseñado el modelo, se estudiaron las distintas condiciones ambientales y de operación de cada uno de los DLCs (Design Load Cases) a simular. Tras realizar las simulaciones, se busca optimizar el sistema para reducir en lo máximo de lo posible las cargas máximas y mínimas obtenidas en el análisis de últimas cargas. Finalmente, se realizó el estudio de rentabilidad económica. Se calculó el coste aproximado de la inversión necesaria para la realización del proyecto y se estudiaron los valores de VAN, TIR y el plazo de recuperación de dicha inversión inicial.

Different wind turbine operation methodologies are studied in the project, as well as the electric circuits of the wind turbines. The objective is to create a simulation model capable of studying the behaviour of the machine during the ultimate loads´ analysis. To achieve this goal, the simulations should be compared in order to reduce the maximum loads as much as possible, optimizing the system with the chosen strategy and calculating the earnings. The main characteristics of the wind turbine are: nominal power of 5 MW+10%, the horizontal axis and the windward orientation. The generator used is a permanent magnet synchronous generator with variable speed and the power control is a pitch control which works when the wind speed is higher than the nominal wind speed. When the wind speed is lower than the nominal wind speed, the torque control is the one which works. The drives of the pitch control and the UPS were chosen. Also, it is needed a power converter, because the generator has variable speed. Software Bladed 4.6 Educational version was the tool used to create the model. The different components of the wind turbine were defined. After the creation of the model, environmental and operation conditions in each one of the DLCs (Design Load Cases) were analysed. Subsequently, the project´s objective is to optimize the system to reduce the maximum and minimum loads, obtained during the ultimate loads simulations, as much as possible. Finally, the profitability of the project was examined. The initial investment in order to complete the project was calculated and the NPV, IRR and Payback were obtained.