Actividad Individual 4 Energía Eólica [PDF]

Zitiervorschau

Diseño de diferentes elementos del sistema eléctrico MODULO ENERGÍA EÓLICA ACTIVIDAD 4

Presentado a la profesora: Consuelo Alonso

Por: Jairo López Colmenares

UNIVERSIDAD EUROPEA DE MADRID MÁSTER EN ENERGÍAS RENOVABLES MADRID. 2020

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INDICE

1.

OBJETIVOS ...................................................................................................... 3

2.

DATOS DE PARTIDA ....................................................................................... 3

3.

ESQUEMA Y FUNCIONAMIENTO DE UN PARQUE EÓLICO ........................ 4

4.

LA INTENSIDAD QUE APORTA CADA AEROGENERADOR ......................... 5

5.

NÚMERO DE LÍNEAS DE GENERACIÓN ....................................................... 6

6.

TIPO DE CELDA O CABINA DE UNIÓN ENTRE AEROGENERADORES ...... 6

7.

INTENSIDAD QUE CIRCULA POR CADA LÍNEA DE GENERACIÓN ............. 7

8.

DETERMINAR LA SECCIÓN DEL CONDUCTOR DE CADA LÍNEA DE

GENERACIÓN ........................................................................................................ 7 a.

Factor de corrección por temperatura del terreno .............................................. 8

b.

Factor de corrección por agrupamiento ............................................................ 9

c. Factor de corrección debido a la profundidad de estar enterrado ............................ 9 d.

Resistividad térmica del terreno en función de su naturaleza y humedad ........... 10

e.

Cables enterrados directamente en terreno de resistividad térmica .................... 11

f.

Determinación de la sección del cable .............................................................. 12

9. 10.

CAÍDA DE TENSIÓN DE LAS LÍNEAS DE GENERACIÓN ............................ 13 BOCETO DE ESQUEMA UNIFILAR ........................................................... 15

CONCLUSIONES .................................................................................................. 16 BIBLOGRAFIA ..................................................................................................... 17

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1. OBJETIVOS En el presente documento se presenta el diseño de elementos del sistema eléctrico para un parque eólico conformado con 20 aerogeneradores de 2MW, Para ello, se deben cumplir los siguientes objetivos: •

Diseñar el número de líneas de generación de un parque eólico.

•

Definir el número de aerogeneradores que constituye cada línea de generación.

•

Elegir el tipo de celda de media tensión de cada aerogenerador como elemento de unión de unos aerogeneradores con otros.

•

Elegir la sección el cable de media tensión que transporta le energía de una línea de generación.

•

Determinar las caídas de tensión en las líneas de generación.

•

Representar en croquis el esquema unifilar del sistema eléctrico de generación en media tensión. 2. DATOS DE PARTIDA

Un parque eólico está formado por 20 aerogeneradores de 2 MW de potencia nominal unitaria que totalizan una potencia bruta de 40 MW. Cada aerogenerador dispone de un transformado elevador a 30 kW de 2.250 kVA. Entonces se pide: 1.

Determinar la intensidad que aporta cada aerogenerador en 30 kV.

2.

Determinar el número de líneas de generación de forma que en la medida que sea posible puedan estar equilibrada en cuanto a la intensidad que circula por ellas. Se sabe que la intensidad nominal del interruptor de la cabina de media tensión de la subestación de cada línea de generación es de 400 A.

3.

Determinar la intensidad que circula por cada línea de generación.

4.

Determinar el tipo de celda o cabina de unión entre aerogeneradores (0L+1L,0L+1L+1P, 0L+2L+1P).

5.

Determinar la sección del conductor de cada línea de generación sabiendo: 3

a. Las líneas trifásicas se canalizan en zanja a una profundidad de 1,30 metros y una distancia entre ellas de 40 cm; b. La zanja se rellena con arena fina de río; c. La temperatura del terreno es de 20 ºC. d. Se darán las posibles secciones de los conductores de cobre y aluminio de acuerdo al reglamento de líneas eléctricas de alta tensión. 6.

Determinar la caída de tensión de las líneas de generación sabiendo que la distancia a la subestación eléctrica es de 600 metros para dos aerogeneradores y de 1200 metros el último (mirar detalle del croquis espacial de ubicación de aerogeneradores). Se da como datos la conductividad del cobre y del aluminio

a. Conductividad del Aluminio= 27,3 m/ohm.mm2 b. Conductividad del Cobre= 44 m/ohm.mm2

7.

Presentar un boceto del esquema unifilar que incluya la interconexión de los aerogeneradores (dibujando el tipo de celda de unión) y la interconexión con el embarrado de media tensión de la subestación sabiendo que la interconexión con el mismo es a través de los elementos de corte que se han estudiado en la lección.

A continuación, se presenta la distribución espacial de los aerogeneradores en el emplazamiento en el boceto “croquis espacial de implantación de aerogeneradores” que te puedes descargar en la carpeta de Recursos de la unidad. 3. ESQUEMA Y FUNCIONAMIENTO DE UN PARQUE EÓLICO Un parque eólico es una central eléctrica donde la producción de energía funciona a partir de la fuerza del viento, gracias a los aerogeneradores que son impulsados por las corrientes de aire. Para producir energía del viento es necesario que el viento sople a una velocidad de 3 – 25 m/s. Al incidir el viento sobre las palas del aerogenerador lo hace girar, convirtiéndola de energía cinética a energía mecánica la cual es transmitida al rotor, de ahí pasa a un

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multiplicador donde sale a una velocidad 50 veces mayor lo cuales transformado en energía eléctrica. El roce del viento sobre el aerogenerador crea electricidad estática, que se descarga a través de una presa en el suelo que tienen todos los aerogeneradores. Es necesario instalar esa presa en el suelo debido a que la altura de la torre crea una diferencia de potencial entre el suelo y el aerogenerador. (fundacionendesa.org, 2020)

Ilustración 1. Esquema y funcionamiento. (diariodeciencias, 2017)

4. LA INTENSIDAD QUE APORTA CADA AEROGENERADOR A continuación, se muestran los principales conceptos de líneas de alta tensión (ITC-06) para el diseño de un cable según la intensidad máxima admisible. La intensidad que aporta cada aerogenerador es:

√

5

Donde S = Potencia transformador elevador expresada en Kv A U = tensión en Kv Entonces reemplazando en la ecuación anterior y operando se puede obtener la potencia aparente de cada aerogenerador (S = 2250 Kv A, U = 30 Kv), así:

√ 5. NÚMERO DE LÍNEAS DE GENERACIÓN Si la intensidad nominal máxima viene determinada por el interruptor de la cabina de la subestación (400 A), entonces el número de aerogeneradores que se podrán conectar a una línea de generación será:

Como en total tenemos 20 aerogeneradores, entonces podríamos calcular el número de líneas de generación:

Se redondea al número entero inferior, es decir de dos líneas de generación.

6. TIPO DE CELDA O CABINA DE UNIÓN ENTRE AEROGENERADORES Para que este equilibrado eléctricamente, se plantean dos líneas de generación y cada una con diez aerogeneradores, entonces se propone una interconexión eléctrica de la siguiente manera:

6

Ilustración 2. Interconexión eléctrica

7. INTENSIDAD QUE CIRCULA POR CADA LÍNEA DE GENERACIÓN La intensidad que circula por cada línea de generación es de 10 generadores / línea.

aproximadamente.

8. DETERMINAR LA SECCIÓN DEL CONDUCTOR DE CADA LÍNEA DE GENERACIÓN Para determinar la sección del conductor, sabemos que se tiene un total de dos líneas de generación canalizadas en zanjas a una profundidad de 130 cm y separadas entre sí de 40 cm.

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Ilustración 3. Distancia entre líneas en zanja. Aplicando el reglamento de líneas eléctricas de alta tensión ITC – 06 para el diseño de un cable según la intensidad máxima admisible: a. Factor de corrección por temperatura del terreno Para determinar el factor de corrección se debe tener en cuenta la tabla 1 para temperatura del terreno diferente a 25 ⁰C, según los valores de entrada se debe seleccionar la temperatura de servicio permanente a 90 ⁰C y la del terreno de 20 ⁰C, dando un factor de corrección de 1.04.

Tabla 1. Factor de corrección por temperatura del terreno.

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b. Factor de corrección por agrupamiento Para determinar el factor de corrección por agrupamiento de 2 líneas tendidas a una distancia de separación de 40 cm (ilustración 3) siendo para cables directamente enterrados (Tabla 2) es de 0.86.

Tabla 2. Factor de corrección por agrupamiento

c. Factor de corrección debido a la profundidad de estar enterrado Haciendo hipótesis de que se tiene en cuenta la sección del cable enterrado es mayor a 185 mm2, entonces al estar enterrado a una profundidad de 1.3 metros según el reglamento es de 0.98 (tabla 3).

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Tabla 3. Factor de corrección debido a la profundidad de estar enterrado.

d. Resistividad térmica del terreno en función de su naturaleza y humedad La resistividad térmica del terreno depende del tipo de terreno y de su humedad, aumentando cuando el terreno está más seco. Para este caso es de 1.5 Km/W según la tabla 4.

Tabla 4. Resistividad térmica del terreno en función de su naturaleza y humedad

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e. Cables enterrados directamente en terreno de resistividad térmica El factor de correcion por estar directamente enterradas bajo arena es de 1 independientemente de la sección que pueda tener el cable, según la tabla 5.

Tabla 5. Factor de corrección para resistividad térmica del terreno distinta de 1,5 Km/W. Ahora bien, para el cálculo de la sección del cable se deben multiplicar todos los factores:

Con este factor ya podemos calcular la intensidad que circula por cada línea de generación

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f. Determinación de la sección del cable De acuerdo a la siguiente tabla se determina la sección del cable y como podeos ver que nuestro valor calculado se encuentra en cualquier de los tres tipos de aislamiento ya sea etileno propileno (EPR), polietileno reticulado (XLPE) o etileno propileno de alto módulo (HEPR). Tabla 6

Tabla 6. Intensidades máximas admisibles (A) en servicio permanente y corriente alterna. Sección (mm2)

300

400

Material

Cu

Al

Cu

Al

EPR

480

375

540

430

XLPE

490

390

560

445

HEPR

530

410

600

470

La sección más recomendable a usar seria de la de HEPR de 400 mm2 ya sea de aluminio o cobre, pero si se cuenta con un menos presupuesto y se quiere garantizar la eficiencia en la conductividad eléctrica sería apropiado la de 300 mm2 en cobre ya que estaríamos muy por encima de la intensidad calculada con factor de seguridad total.

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9. CAÍDA DE TENSIÓN DE LAS LÍNEAS DE GENERACIÓN La caída de tensión para la línea de generación diseñada con las secciones de aluminio y cobre, con una distancia de 600 metros para dos generadores y de 1200 metros para el ultimo.

Ilustración 4. Croquis aerogeneradores. Se conoce que: √

Dónde: S = sección del conductor en mm2 Cos ᶿ = coseno del ángulo entra la tensión y la intensidad L = longitud de la línea en metros. γ = conductividad del conductor en m/Ω . mm2 ΔU = caída de tensión máxima admisible en V. De la anterior ecuación podemos despejar la caída de tensión y acomodando la expresión da: 13

√

El factor de potencia se obtiene de la división de la potencia activa entre la potencia aparente, por tanto:

Entonces se procede a calcular la caída de tensión para los dos aerogeneradores que están a 600 metros de la estación, si esta fuera en aluminio o cobre con una sección del conductor de 400 mm2, entonces: √

√

Ahora bien, si se procede a calcular con la sección del conductor de 300 mm2 se tiene que √

√

También se debe calcular la caída de tensión para el aerogenerador que están a 1200 metros de la estación, teniendo los mismos parámetros para los conductores en aluminio o cobre con una sección del conductor de 400 mm2, entonces: √

√

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Ahora bien, si se procede a calcular con la sección del conductor de 300 mm2 se tiene que √

√

10. BOCETO DE ESQUEMA UNIFILAR

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CONCLUSIONES

Aplicando las formulas anteriores se puede observar que las caídas de tensión son mayores en el aluminio que en el cobre y también cuando la sección del conductor es menor, cabe resaltar que para los generadores que se encuentran más lejos de la subestación también presentan mayor caída de tensión, así como lo muestra la tabla 7.

Sección (mm2)

300

400

distancia

Cu

Al

Cu

Al

600

32.22

55.16

25.61

41.37

1200

68.45

101.32

51.33

82.74

Tabla 7. Caídas de tensión. .

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BIBLOGRAFIA

diariodeciencias.

(2 de Junio

diariodeciencias.com.ar:

de 2017).

diariodeciencias.com.ar.

Obtenido

de

http://www.diariodeciencias.com.ar/viento-y-energia-expo-

argentina-2017-en-la-facultad-de-ingenieria-uba-el-mayor-encuentro-del-sector-eolico/ fundacionendesa.org. (28 de Mayo de 2020). https://www.fundacionendesa.org. Obtenido de

https://www.fundacionendesa.org:

https://www.fundacionendesa.org/es/centrales-

renovables/a201908-parque-eolico

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