Archive for the ‘Wind Power’ Category

disposicion_dentro_de_godola_de_un_aerogenerador_eje_horizontal

La figura muestra como están distribuidos los elementos que conforman y se disponen dentro de la góndola de un aerogenerador. Hay poco espacio, la competencia es mucha entre fabricantes. Las normas técnicas algunas son exigentes, sin embargo, el mercado dispone en muchos países que el precio mande y por lo general, en dichos casos las normas técnicas se vuelven más que todo para uniformizar el mercado hacia productos estándares. Las normas técnicas son sólo una referencia y no se pueden tomar como ley. Estas pueden ser refutadas e incluso se debe pedir mejores diseños con lo cual se sustenta el uso de mejores normas técnicas y por lo tanto un mayor costo de la inversión. Pero lamentablemente muchos ingenieros evitan la responsabilidad y el haber estudiado cinco años en universidad terminan por ser reducidos a mero trabajo técnico de actividades rutinarias y procedimientos de evaluación estandarizados. La figura pueden ver las partes y existen trabajos de modelamiento y simulación al respecto, yo los hago en Matlab/Simulink y gustoso de trabajar con los interesados…


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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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molinos_de_eje_vertical

Hay diseños de molinos de viento con eje vertical. Si bien es cierto que no están tan implementadas, hay diferentes diseños que se han ido desarrollando durante los años. Se puede ver en la figura algunos de ellos que son ya antiguos incluso usados en instrumentos de medición y otros más modernos. Algunos otros modelos pueden haber sido desarrollados, pero la figura muestra estos modelos. Los hay de costos variables desde simples materiales hasta complicados. Todo depende de la finalidad y de la cantidad de energía que se desea obtener. El principal problema es dado que son verticales, al construirlos estos crecen en altura hasta que los soportes les permiten.


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molinos_eje_horizontal

Molinos de viento o turbinas de viento con eje horizontal creo que todos los lectores tienen una idea con la turbina tripala implementada en ya grandes cantidades en granjas eólicas en varios países del mundo. Sin embargo, diseños alternativos también han sido desarrollados para pequeñas y grandes potencias, con diferentes materiales que involucra costos de fabricación, mantenimiento y operación. La figura representa desde los antiguos modelos ya utilizados en la Edad Medía hasta algunos modernos. Los presentados son de referencia, pueden haber y de hecho que los hay mucho más modelos de turbinas. Lo principal es tener una área que haga frente al viento fluyente y pueda causar una torsión y generación de potencia mecánica que mediante un eje sirva para mover un motor primo que transforme la energía mecánica a eléctrica u otro uso.


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sensibilidad_coste_energia_eolica_parametros_mas_influyentes

Hay parámetros que afectan el costo de la generación eólica. Sobre la base de un 100% nominal mejoras como la velocidad del viento, la reducción de pérdidas, entre otras condiciones. Algo que más llama la atención son los costes de inversión, los intereses y los costos de operación y mantenimiento. En este punto la subvención permite el desarrollo e implementación de turbinas eólicas, el desarrollo de la tecnología y los consecutivos modelos mejoran los materiales y se reducen los costos; así mismo, la facilidad del financiamiento que se debe tener con intereses algo más asequibles. Los costos de mantenimiento y operación, involucra el tener el personal técnico adecuado y la asequibilidad de los repuestos hasta los lugares de las turbinas; en algunos países no existe la formación de profesionales, incluso las carreras de ingeniería discuten aún si ello es posible o no careciendo de la visión a futuro en corto plazo ni el aporte que pueden dar a esta rama de la ingeniería. En cuanto a la operación, los impuestos y el gastos como el cuidado de las instalaciones, alquiler del terreno, entre otros ya depende de autoridades locales.


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eolica_segunda_subasta

En Perú se han estado realizados Procesos de Subasta para la implementación de centrales eléctricas desde fuentes renovables. Ya van dos, y este año 2015 se piensa realizar la 3era subasta. Entiendo por energías renovables aquellas que no afectan significativamente el medio ambiente. Por ejemplo, el viento luego de incidir sobre las aspas de las turbinas eólicas reduce un poco su velocidad, pero luego aguas abajo recupera su perfil de velocidades, lo único que influye es su efecto visual y el ruido que pueden hacer al circular el aire por los álabes. Igual parecido a las centrales solares fotovoltaicas, instaladas en áreas donde por lo general, no son de interés para otras actividades, son suelos eraseos, con bastante sol, por lo tanto, ni siquiera llegan a ser visibles a poblaciones; a veces, también se instalan como parte de techos o áreas libres de empresas o instituciones y la impresión que se tiene es que es un área ahora aprovechada para un suministro alternativo de energía. No puedo así opinar por la energía hidráulica, ahora lo han clasificado como renovable quizás para mencionar que sus procesos de implementación de renovables tienen cierto éxito; no lo debería ser así el estar jugando con las palabras y la técnica a fin de sustentar gestión energética pues resulta que para las centrales hidroeléctricas hay que implementar una presa y un reservorio y eso ya de por sí cambia el medio ambiente circundante, un embalse en cualquier paraje es ya un cambio al medio ambiente y teniendo ecosistemas ahora bastante frágiles debido al calentamiento global y al desarrollo de la civilización que no ha escatimado en destruir el entorno natural, viene a ser una «cortina de humo» esa seudo-amabilidad ambiental de la generación hidráulica. Renovables también pueden ser las centrales electricas mareomotrices, con el adecuado cuidado de emisión de calor residual hacia el medio ambiente lo son las central geotérmicas. En la figura están las que se han adjudicado durante la segunda subasta y que estarán pronto en construcción y puesta en marcha…


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Vision of the future electricity distribution loaded with independent dc distribution architectures

Estimados lectores… Recogo la información y se las muestro. Esta figura se puede visualizar como será en un futuro la distribución de la electricidad en la que el sistema está cargada o tiene conectados muchos o varias independientes arquitecturas de distribución en corriente continua DC. Valores de 280 Vdc en casas, centros comerciales, datas centers entre otros… pues no estaría mal, además la DC es menos propagación de ondas electromagneticas en el entorno y hay muchas ventajas de la DC frente a la AC. Claro, asumo que alguien recordará a Tesla y su energía free for all, pero hasta lo que se ve, la idea es la misma, la de mantener el mercado electroenergético mediante la compra de electricidad, cambio de repuestos/máquinas, etc… lo mismo de ahora pero en DC, con un pequeño aliciente, en aquellos países que se permita, podrán ser con una inversión, autogeneradores mediante turbinas de viento o paneles solares fotovoltaicos o etc.. pero las reglas de juego al menos a lo que se ve, siempre serán a favor de las empresas públicas o privadas de electricidad… el mercado tiene que sobrevivir, ese es el mensaje. Por lo tanto, si miran bien esta figura, verán que hay mucho por investigar, desarrollar, innovar… Ánimos que si lo pueden hacer en laboratorio excelente !! si no lo pueden, pues están las herramientas de modelamiento y simulación.. Saludos cordiales.


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Supply technologies in the future energy system

Fecho este post codificado con J800 con un cuadro que menciona las tecnologias que harán posible el próximo o casi ya actual mercado energético mundial. Casi ya, debido a que muchas de ellas se vienen ya implementando y otras en continuos y avanzados estados de investigación, innovación y desarrollo. Están tipificados según sus características funcionales y que hacen posible la comparación entre ellas. Algunas técnicas de medición, predicción, gestión, optimización y control pueden ser familiares entre ellas debidos a su propia naturaleza de funcionamiento. Hay mucho campo por estudiar en el sector energía, cada temática es una apasionante ventana hacia un conocimiento que se ve y será cada vez más novedoso en cuanto a tecnologías… No seamos simples lectores, intentemos ser parte de este cambio aunque sea aportando un granito de arena, al menos como lo hago mediante este blog, mis otros blogs y  modelamiento y simulaciones numéricas con Matlab/Simulink


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World primary energy demand projection to 2030 according to the IEA reference scenario

Diferentes organizaciones internacionalmente reconocidas han presentado varios pronósticos para el futuro consumo. El pronóstico de la IEA es llamada escenario de referencia que el consumo de la energía primaria crecerá en más que 60 % en el período 2002 – 2030 (ver figura). Los combustibles fósiles se espera que participen en un 85 % de este incremento.


 

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Global primary energy use 1850-1995

La economía mundial va hacia un nuevo período de más estable crecimiento en las décadas por venir. Siendo esta etapa una fase caracterizada por la innovación en productos en las industrias existentes y la creación de nuevas industrias para una fase caracterizada por procesos de innovación en industrias existentes y en básicos sectores como el sector energía. Esto indica que las nuevas tecnologías de energía introducidas en el sector energía en los últimos 20 años (turbinas de viento, micro turbinas de gas, celdas de combustible, tecnologías de información y comunicaciones, etc.) pueden masivamente ser integradas en el sector energía en las décadas por venir


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Possible devices and arrangements in Hybrid Energy System

Un amplio rango de tecnologías pueden ser usadas en un sistema de energía híbrido. A pesar de que pueden haber un gran número de componentes, los fabricantes vienen estudiando incrementar la confiabilidad de los mismos. Dispositivos incluyen dispositivos que consumen energía (cargas), convertidores de energía, sistemas de control y dispositivos de gestión de carga. Algunos de los varios posibles dispositivos y arreglos entre ellos que pueden ser encontrados en un Sistema de Energía Híbrido son ilustrados en la figura. Todos estos dispositivos de manera individual y trabajando como sistema pueden ser modelados y simulados, para ello es necesario tener los modelos matemáticos adecuados y escribirlo en software de alto nivel… en mi caso uso Matlab/Simulink de MathWork Inc.


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Schematic of a typical wind diesel hybrid system with storage

El término sistema híbrido de energía se refiere a aquellas aplicaciones en el cual múltiples dispositivos de conversión de energía son usados para lograr suministrar un requerimiento de energía. Estos sistemas son frecuentemente usados en aplicaciones aisladas y normalmente incluye al menos una fuente de energía renovable en la configuración. Sistemas hídridos de energía son usados como una alternativa a los sistemas convencionales, los cuales típicamente son basados sobre una única fuente de combustible fósil. Sistemas híbridos pueden también ser usadas como parte de las aplicaciones de generación distribuida en redes de electricidad convencionales.

En la figura uno de los sistemas renovables híbridos más comunes implementados y estudiados hasta que se describe en el presente día..


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Microsource_diagram

La figura muestra los detalles de cada fuente. La potencia es proveída por una fuente de voltaje DC. Este suministro es una excelente emulación de un sistema de microturbina o celdas de combustibles con almacenamiento sobre el bus DC. En los terminales AC del inversor hay un filtro LC para atrapar los componentes en la frecuencia de switching (suitcheo). El tamaño del transformador e inductor son dimensionados para asegurar que el ángulo de voltaje a través de la inductancia es 10° a potencia nominal. El control es digitalmente implementado en un DSP (Procesador Digital de Señales) para manejar el comportamiento del inversor. La medición del flujo de corriente es usado en la opción de control de flujo de alimentador. Notar que la medición de la corriente inyectada por la unidad es necesario también durante el control de flujo de alimentador dado que ello es usado para calcular la potencia reactiva Q y la potencia activa P para cumplir sus límites.


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signal_wind_filter_retrending

Estaba analizando datos de velocidad de viento (unos 100 datos) y encuentro varias formas de estudiarlas (aún tengo por estudiar todo ello y ver si sirve para los propósitos de mi tesis doctoral /escribo hoy abril 2015/). La figura 1 son los datos normales, la figura 2 es el que sale usando el comando filter de Matlab y el tercero usando el comando retrending. Creo que retrending está mal usado, dado que el viento es bastante aleatorio y no tiene una velocidad promedio ya que el retrending resta el promedio para tratar de centrarse en los cambios. El uso de filter puede aliviar en el análisis pero no en la veracidad de los datos, quizás el filter se vea su uso aceptable considerando que las turbinas tienen una gran masa en movimiento y esta de cierta manera amortigua los cambios de velocidad y por lo tanto ese alisamiento de la figura 2 con respecto a la figura 1 pueda tener sentido.


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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
Group of Mathematical Modeling and Numerical Simulation (GMMNS).
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standard_desviation_of_errors

Esto es una técnica ampliamente utilizada para analizar la distribución de errores en el pronóstico de la potencia eólica. Hecho en Matlab. Es un estimador de la desviación estándar. Se usa en este caso para el proceso de predicción de producción de energía eólica.


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model_bias_or_systematic_error

El modelo de error sistemático o bias es el promedio de todos los errores pronosticados durante el período de estudio. En la figura se muestra en escala logarítmica, dado que se ha tomado un período largo de estudio de muchas horas (las horas de un año). El código fue implementado en Matlab. Este es uno de los varios indicadores que hay para analizar la perfomance del pronóstico.


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error_in_persistence_forecasting_method

El modelo de persistencia es un método que se basa en que dentro de un período de tiempo el fenómeno se vuelve a repetir en igual intensidad. La gráfica por ejemplo nos representa un cálculo en horas (eje horizontal) en que se ha tomado como que cada 5 horas se repite la misma potencia eólica o velocidad de viento. Queda interesante decir que esto no elimina los espacios en que no se ha tomado lecturas. Una técnica como el control droop sirve para trabajar en dicha situación, pues recoge información local y en base a eso el generador hace la producción de electricidad. La gráfica es a modo de ejemplo y hay que afinar el método para que el error sea el mínimo posible. La gráfica muestra el error que hay entre el valor predicho y el valor real que se presenta. La escala vertical para este ejemplo es en m/s. Hecho en Matlab de MathWorks Inc


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features_of_typical_electricity_generating_wind_turbines

Las turbinas eólicas tienen muchos fabricantes y se producen cada vez en mayor cantidad, para ser esa parte constituyente de la producción de electricidad que se prevee en unos años y que servirá para la seguridad energética y la reducción del cambio climático. En ese desarrollo, algunas tendencias o formas de construcción ya se han venido acuñando y la tabla representa esos criterios de diseño, de instalación y de selección para turbinas eólicas o parques eólicos que se tiene como criterio común en este rubro.


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annual_yields_from_turbine_rotors

Desde aprox 1990 las turbinas eólicas han ido creciendo en tamaño y potencia. Con ello podían alcanzar zonas en que había una mayor velocidad de viento y con ello se mejoraba la productividad, con ello el tamaño de los generadores instalados en cada turbina. Esto más aún, ha sido un poco más mejorado, por mejoras en la aerodinámica en los álabes, materiales más adecuados en álabes y transmisión, más mejores sistemas de control y predicción. La figura muestra la producción anual por unidad de área, el cual se ha incrementado un aprox. 50% cuando el diámetro del rotor se ha incrementado desde 20 a 80 metros. Esta figura ha sido construida usando actuales datos de performance desde especificaciones de fabricantes y teniendo como velocidad de viento de referencia unos 7 m/s a 30 metros de altura.


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development_of_world_wind_capacity_1990_2005

La capacidad de producción de energía eólica a nivel mundial se ha duplicado cada tres años desde 1990 a 2005, como se muestra en la figura. Es una de las fuentes de energía, y quizás, que más ha tenido un marcado crecimiento en los últimos años. La capacidad instalada en el año 2005 era del 26% del total de la capacidad instalada a nivel mundial y que ha fines del año 2005 ha sido de 60 GW. Alemania ha sido el que tiene más alta capacidad del orden de 18 GW, pero Dinamarca con sus 3 GW ha sido el que logra el más alto indice per-cápita y la producción de electricidad desde la generación eólica representa en Dinamarca un alto porcentaje de su consumo.


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