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Questions and Answers
¿Qué determina la potencia extraíble del viento?
¿Qué determina la potencia extraíble del viento?
Es necesario limitar la potencia captada por el aerogenerador principalmente debido a que la energía de las altas velocidades de viento tiene un alto valor energético.
Es necesario limitar la potencia captada por el aerogenerador principalmente debido a que la energía de las altas velocidades de viento tiene un alto valor energético.
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¿Qué debe elegir el diseñador del aerogenerador para minimizar el coste de energía (COE)?
¿Qué debe elegir el diseñador del aerogenerador para minimizar el coste de energía (COE)?
La velocidad del viento a la que se alcanza la potencia nominal de la máquina.
La potencia extraíble del viento se debe limitar a partir de la velocidad ______.
La potencia extraíble del viento se debe limitar a partir de la velocidad ______.
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¿Qué sucede si un aerogenerador trabaja a potencia mayor a la nominal?
¿Qué sucede si un aerogenerador trabaja a potencia mayor a la nominal?
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El control de pitch se realiza solo en aerogeneradores de paso fijo.
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¿Cuál es el objetivo del control de pitch en aerogeneradores?
¿Cuál es el objetivo del control de pitch en aerogeneradores?
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En un aerogenerador de paso variable, se busca trabajar con un ángulo de paso de diseño que habitualmente se toma como _____ para un funcionamiento a potencia menor a la nominal.
En un aerogenerador de paso variable, se busca trabajar con un ángulo de paso de diseño que habitualmente se toma como _____ para un funcionamiento a potencia menor a la nominal.
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¿Cuál es el efecto de la velocidad del viento en la potencia extraíble del viento?
¿Cuál es el efecto de la velocidad del viento en la potencia extraíble del viento?
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La potencia extraíble del viento tiene un alto valor energético cuando se producen altas velocidades de viento durante un tiempo prolongado.
La potencia extraíble del viento tiene un alto valor energético cuando se producen altas velocidades de viento durante un tiempo prolongado.
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¿Qué debe hacer el diseñador del aerogenerador respecto a la potencia captada por el aerogenerador?
¿Qué debe hacer el diseñador del aerogenerador respecto a la potencia captada por el aerogenerador?
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La potencia extraíble del viento se debe limitar a partir de la velocidad ______.
La potencia extraíble del viento se debe limitar a partir de la velocidad ______.
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Relaciona las siguientes características con su descripción:
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¿Qué ocurre cuando la velocidad del viento es superior a la velocidad nominal en un aerogenerador de paso variable?
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Los aerogeneradores de paso variable son capaces de modificar la posición de la pala por debajo de la velocidad nominal.
Los aerogeneradores de paso variable son capaces de modificar la posición de la pala por debajo de la velocidad nominal.
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¿Cuál es una de las estrategias que utilizan los aerogeneradores de paso variable para regular su potencia?
¿Cuál es una de las estrategias que utilizan los aerogeneradores de paso variable para regular su potencia?
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Por encima de la velocidad nominal de viento, las turbinas regulan el _____ de las palas para limitar la potencia.
Por encima de la velocidad nominal de viento, las turbinas regulan el _____ de las palas para limitar la potencia.
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Asocia las siguientes características con su correspondiente descripción:
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Study Notes
Control de la Potencia Captada: Paso Variable
- La potencia extraíble del viento depende de la velocidad al cubo.
- Se necesita limitar la potencia cuando las velocidades de viento generan valores de potencia muy altos.
- La potencia nominal del aerogenerador se alcanza a partir de la velocidad nominal del viento.
- Para minimizar el coste de energía (COE) y evitar un rápido deterioro de los componentes del aerogenerador, se necesita limitar la potencia por encima de la velocidad nominal.
Funcionamiento de las Máquinas de Paso Variable: Pitch Control
- Se utiliza el control de pitch para regular la potencia de los aerogeneradores de paso variable, girando las palas sobre su eje.
- El ángulo de paso se varía para las velocidades de viento superiores a la velocidad nominal.
- El aerogenerador gira a una velocidad constante (velocidad máxima de giro) mientras que se varía el ángulo de paso.
- Todos los aerogeneradores comerciales actuales son de paso variable y utilizan este tipo de control.
Aerodinámica en un Aerogenerador de Paso Variable
- La posición de la pala no se modifica para el funcionamiento a potencia menor que la nominal.
- Se utiliza el ángulo de paso de diseño (βopt) con la posición de la pala para obtener un ángulo de ataque óptimo.
Máquinas de Velocidad Variable
- Se necesita alimentar el generador a frecuencia variable para que funcione a velocidad variable.
- Los perfiles de las palas trabajan con el mismo ángulo de ataque para cualquier velocidad de viento debido a la velocidad variable.
- Se regula la velocidad de la máquina (Ω) para trabajar siempre en el ángulo de ataque óptimo (αopt).
Ventajas de la Operación a Velocidad Variable
- Se logra una mayor eficiencia a bajas velocidades de viento trabajando a λ óptimo.
- Se pueden trabajar con velocidades más pequeñas.
- Se reducen las fluctuaciones de la potencia eléctrica enviada a la red.
- Se reduce la carga variable del tren mecánico.
- Se limita el par máximo en el tren mecánico.
- Se necesita un convertidor electrónico para operar, lo que aumenta el coste y reduce ligeramente la eficiencia.
Regulación de las Turbinas de Velocidad Variable y Pitch Variable
- Existe un esquema de regulación de los aerogeneradores de velocidad variable y pitch variable que se divide en tres regiones: Región 1 (parada), Región 2 (control de velocidad), Región 3 (control de pitch).
Región 1, de Parada
- Las palas están en bandera y el aerogenerador está frenado.
- La velocidad del viento es muy baja, no compensando el arranque por las pérdidas internas y el desgaste de los materiales.
Región 2, Control de Velocidad
- La velocidad del viento es inferior a su valor nominal, y la potencia de la turbina es inferior a su valor nominal.
- La velocidad de giro varía conforme varía la velocidad del viento.
- El pitch (β) se mantiene en su valor óptimo (bopt).
- La turbina trabaja con el mismo valor de λ (λopt), alcanzando Cp máximo (Cp,max).
- El ángulo de ataque (αopt) es óptimo en todas las secciones de las palas.
Regulación de la Velocidad Utilizando la Curva de Potencia Máxima
- Se utiliza una curva cúbica para representar los puntos de máxima potencia correspondientes a distintas velocidades de viento.
- La técnica consiste en:
- Medir la velocidad de giro (Ω).
- Introducir el valor en la curva cúbica para obtener la potencia de referencia.
- Hacer que el generador eléctrico trabaje con esa potencia (o con el par equivalente).
Coordinación entre el Control del Generador y del Pitch
- Se necesita una coordinación entre el control del generador y del pitch.
- Se mantiene el pitch en su posición óptima de diseño (βopt) y se varía la velocidad para obtener λopt para velocidades de viento inferiores a la nominal (carga parcial).
- Se varía el pitch para limitar la potencia extraída y la velocidad de giro a sus valores nominales para velocidades de viento superiores a la nominal (plena carga).
Limitación de la potencia
- La potencia extraíble del viento depende de la velocidad del viento al cubo.
- Velocidades de viento elevadas producen una potencia muy alta, pero tienen poco valor energético por ser cortas.
- El diseñador debe elegir la velocidad de viento a la que se alcanza la potencia nominal para minimizar el coste de la energía (COE).
Funcionamiento de las turbinas eólicas
- A partir de la velocidad nominal de viento, las turbinas deben controlar la potencia para que sea igual en todo momento a su valor nominal (control de pitch).
- Por debajo de la velocidad nominal de viento, las turbinas controlan la velocidad de giro para extraer la máxima potencia (velocidad variable).
Control de pitch
- Los aerogeneradores de paso variable regulan su potencia mediante el giro de las palas sobre su eje, variando su ángulo de paso.
- Para velocidades de viento superiores a la velocidad nominal (U1 > UN), el aerogenerador gira a una velocidad constante e igual a la velocidad máxima de giro, mientras que varía su ángulo de paso.
- En la actualidad, todos los grandes aerogeneradores comerciales son de paso variable (control de pitch).
Condiciones aerodinámicas
- Funcionamiento a potencia menor a la nominal: la posición de la pala no se modifica; se busca el ángulo de ataque óptimo (ángulo de paso de diseño (βopt)).
Máquinas de velocidad variable
- Para que el generador funcione a velocidad variable, se necesita alimentarlo a frecuencia variable.
- Se utiliza un convertidor electrónico para transformar la frecuencia del generador a la frecuencia de la red.
- La máquina puede regular su velocidad, lo que permite mantener un ángulo de ataque constante para todas las velocidades de viento.
- La velocidad de giro se regula para mantener el ángulo de ataque óptimo (αopt).
- A velocidades de viento bajas, el aerogenerador girará despacio para obtener αopt y Cp,max.
- Conforme la velocidad de viento aumenta, la velocidad de giro deberá aumentar de forma proporcional para mantener αopt y Cp,max.
Ventajas de la operación a velocidad variable
- Aumento de la eficiencia a bajas velocidades de viento al poder trabajar a λ óptimo (Cp máximo).
Región 3: Potencia nominal
- La velocidad de viento es igual o superior a su valor nominal.
- La velocidad de giro de la turbina está en su valor nominal.
- La potencia está limitada a su valor nominal, y el ángulo de pitch se ajusta para mantener la potencia en su valor nominal.
- Conforme varía el pitch, las palas trabajan en curvas Cp-λ diferentes.
- Lambda varía conforme varía el viento, no se puede controlar ya que la velocidad de giro es siempre la nominal.
Regulación de la velocidad utilizando la curva de potencia máxima
- Se une todos los puntos de máxima potencia correspondientes a distintas velocidades de viento, obteniendo una curva cúbica.
- Se mide la velocidad de giro Ω.
- Se introduce el valor de Ω en la curva cúbica y se obtiene la potencia de referencia a extraer.
- Se hace trabajar al generador eléctrico con esa potencia.
Coordinación entre el control del generador y el de pitch
- Para velocidades de viento inferiores a la nominal (carga parcial), se debe mantener el pitch en su posición óptima de diseño (βopt) y variar la velocidad para obtener λopt.
- Para velocidades de viento superiores a la nominal (plena carga), se debe variar el pitch para limitar la potencia extraída y la velocidad de giro a sus valores nominales.
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Description
Este cuestionario abarca el funcionamiento y control de la potencia en los aerogeneradores de paso variable. Se exploran conceptos como la potencia extraíble del viento y la importancia del control de pitch para regular la energía generada en diferentes velocidades de viento. Además, se discuten las implicaciones de la limitación de potencia para el mantenimiento de los componentes del aerogenerador.
