ÁREA TÉCNICA Proxecto: Estudio e simulación dos sistemas de xeración eólica de Sotavento. Eficiencia enerxética e compatibilidade electromagnética

A gran penetración da enerxía eólica no noso país está abrigando a considerar, neste tipo de instalacións, determinados aspectos relacionados coa calidade da onda xerada, a súa influencia na rede eléctrica e o comportamento na continuidade da subministración ante determinadas continxencias da rede (ocos de tensión e microcortes)

Consciente disto, Sotavento Galicia, aproveitando as vantaxes que lle ofrecen as súas instalacións ó dipor de diferentes tecnoloxías eólicas implantadas neste parque, pretende realizar un estudo comparativo das mesmas a partir de medicións reais en referencia á calidade da onda e a continuidade de xeración ante posibles perturbacións.

Por este motivo, mantivéronse diferentes reunións no ano 2004 co Grupo de Electrotecnia e Redes Eléctricas da Universidade de Vigo, concretándose a realización deste proxecto por parte de dito organismo.

Os obxectivos de dito estudo abranguen os seguintes aspectos nos aeroxeradores presentes no parque de Sotavento:

• Estudo comparativo da calidade da onda en función do tipo de aeroxerador e a nivel de parque (flutuacións de potencia, interharmónicos...)
• Simulación da influencia sobre a rede eléctrica ( flicker , harmónicos, variacións de tensión...) dos parques coas distintas tecnoloxías. Comparación cos valores obtidos na etapa de medidas.
• Estudo da eficiencia enerxética do parque e das distintas tecnoloxías dos aeroxeradores.
• Análise e simulación do comportamento dos aeroxeradores ante as perturbarcións na rede eléctrica (ocos de tensión, variacións de frecuencia...)
• Investigación dos posibles efectos que sobre a rede eléctrica terían os parques eólicos baseados nalgunha das tecnoloxías existentes en Sotavento.
• Estimación da capacidade das distintas tecnoloxías para adaptarse ós requisitos técnicos existentes nas normativas de recente aparición, especialmente nos que se refire ó RD 436/2004

Estudaranse en detalle 8 modelos de aeroxeradores que se poden encadrar en 5 tecnoloxías distintas. Os estudos propostos van máis alá do comportamento individual de cada máquina, xa que se avaliará, mediante a simulación, o comportamento dos parques compostos por cada unha destas tecnoloxías, tomando como referencia os resultados obtidos nas máquinas de Sotavento.

Os aeroxeradores obxecto deste estudo son os seguintes:

• ECOTÈCNIA 44/ 640 KW
• NEG MICON 900 KW
• IZAR 600 KW
• MADE 660 KW
• MADE 1300 KW. Asíncrono de dúas velocidades e paso de pa fixo.
• IZAR 1300 KW. Asíncrono de dúas velocidades e paso de pa variable (perda aerodinámica activa)
• GAMESA G47/ 660 KW. Xerador asíncrono dobremente alimentado e paso de pa variable.
• MADE 800 KW. Xerador síncrono e paso de pa variable.

O estudo proposto dividiuse nas seguintes fases, as cales pasamos a comentar:

FASE 0. Documentación previa.

FASE A. Campaña de medidas e calidade da onda.

FASE B. Estudo da eficiencia enerxética.

FASE C. Simulación do comportamento ante as perturbacións eléctricas.

FASE D. Simulación do impacto sobre a rede eléctrica.

• FASE 0. Documentación previa.
  
  O paso previo ó estudo é o coñecemento da configuración actual do parque de Sotavento, sendo os datos máis relevantes:
  • Características eléctricas e mecánicas dos aeroxeradores.
  • Características dos transformadores e liñas subterráneas ata a subestación.

  • Características da subestación.
  • Características das liñas de evacuación da enerxía eléctrica.
  • En canto ó seu comportamento, é necesario coñecer os parámetros eléctricos básicos do funcionamento das instalacións, xa sexa en referencia á máquina ou ó parque, nas distintas condicións do vento, isto é:
    • Históricos das condicións do vento en canto ó parque e á máquina.
    • Potencia activa e reactiva en canto ó parque e á máquina.
    • Comportamento da tensión nos distintos puntos das instalacións.

Toda esta documentación está sendo posta á disposición da Universidade de Vigo por parte de Sotavento.

• FASE A. Campaña de medidas e calidade da onda.
  
  A 1ª fase consiste na realización dunha campaña de medidas orientada a aspectos de detalle da calidade da onda e da subministración, tanto en referencia ó parque como á máquina. O obxectivo desta campaña de medidas divídese en función das características especiais das medidas a realizar. Por unha parte está o estudo dos parámetros clásicos ós que fan referencia na normativa española (UNE-EN 50160:2001: “ Características da tensión subministrada polas redes xerais de distribución”) que se realizarán cun equipo comercial.
  
  Estas medidas abarcarán aspectos como:
  • Variacións da tensión (lentas e rápidas)
  • Taxa de distorsión harmónica
  • Desequilibrio na tensión da alimentación.
  • Impulsos da tensión.
  
  A influencia dos aeroxeradores na rede eléctrica vai máis alá dos aspectos clásicos da calidade de vida da onda como os recollidos no apartado anterior, precisando a medición de máis variables. A continuación enumeraranse algúns destes puntos:
  • A natureza aleatoria do vento fai que a potencia inxectada á rede siga un patrón similar. A este efecto será necesario superpor determinados efectos como a sombra da torre, provocando oscilacións de baixa frecuencia que se superpoñen ó comportamento aleatorio mencionado.
  • A influencia dos equipos da electrónica de potencia dos que se dotan os actuais aeroxeradores, son non só unha fonte de harmónicos senón tamén de interharmónicos, incluso a frecuencias superiores ás recollidas na normativa actual. Por isto, é necesario un equipo capaz de detectar os harmónicos de alta frecuencia, os cales xeralmente quedan fóra das especificacións da maior parte dos equipos.
  • Os aeroxeradores dobremente alimentados ou os conectados á rede a través dunha ligazón CA/CA, fan gala dun control da potencia entregada á rede. Desta maneira, as flutuacións da potencia inxectada á rede eléctrica quedan atenuadas en gran medida, así como os esforzos que soportan os elementos mecánicos ante as variacións do vento. Non obstante, é necesario rexistrar a potencia á saída do aeroxerador xa que, neste caso, a habilidade para conseguir estes propósitos depende en gran medida da adecuada elección dos algoritmos de control empregados. Todos os aspectos mencionados, son de necesaria consideración cando se trata de estudar a influencia sobre a rede eléctrica dunha enerxía eólica en continuo crecemento.
  
  Neste caso, as medidas a realizar han de estar baseadas cun rexistrador específico que permita unha mostraxe de alta frecuencia e de longa duración das formas da onda á saída do aeroxerador. Para isto, neste proxecto complétase ademais a utilización de equipos desenvolvidos no departamento de Enxeñería Eléctrica que cubran estes aspectos. Esta campaña de medidas abranguerá unicamente aqueles aeroxeradores que se consideren representativos dunha determinada tecnoloxía. O tempo de medida para cada un dos aeroxeradores ha de ser suficiente como para ter situacións representativas do seu funcionamento.
• FASE B. Estudo da eficiencia enerxética.
  
  Un dos aspectos fundamentais en calquera sistema de produción de enerxía eléctrica é a avaliación da eficiencia enerxética, entendendo como tal, o grao de aproveitamento dos recursos enerxéticos dos que se dispón. O primeiro aspecto a avaliar será o relacionado coas perdas de enerxía nos distintos puntos relacionados coa evacuación da mesma, isto é: transformadores, condutores, liñas... Neste punto, avaliarase o efecto dos convertedores de potencia naquelas tecnoloxías que os inclúan. Este último aspecto será de grande importancia debido á cada vez maior penetración no mercado dos aeroxeradores dobremente alimentados ou síncronos cunha ligazón CA/CA.
  
  Outro aspecto relacionado coa eficiencia será o de comparar a produción das distintas tecnoloxías en condicións de vento similares. Nesta parte do estudo, resulta esencial toda a información de datos históricos dispoñibles en Sotavento, especialmente o feito da súa sincronización, xa sexa da potencia inxectada á rede como a das distintas medidas do vento.
• FASE C. Simulación do comportamento ante as perturbacións eléctricas.
  
  A penetración cada vez maior da enerxía eólica na rede eléctrica fai necesario coñecer o seu comportamento ante as perturbacións que son habituais nela. A isto únese unha esixencia cada vez maior para que os parques eólicos garantan unha certa inmunidade, contribuíndo ó mantemento da estabilidade da rede, feito que se ve acentuado polas tendencias normativas, tanto europeas como nacionais. O comportamento ante estas perturbacións, sendo especialmente relevantes as relacionadas coas variacións da tensión, está intimamente relacionado coa tecnoloxía empregada. Desta maneira, ante unha diminución da tensión, un aeroxerador asíncrono reacciona cunhas intensidades similares ás do arranque directo dun motor, mentres que para un sistema dobremente alimentado, a situación máis probable é a da súa conexión co fin de protexer a electrónica de potencia. Neste proxecto realizarase un importante estudo da simulación que permita predicir, e polo tanto extrapolar, o comportamento dun parque composto por máquinas de idéntica tecnoloxía, tal e como ocorre nos parques distintos a Sotavento.
  
  Nesta fase avaliaranse as posibilidades das tecnoloxías analizadas para adaptarse ás novas esixencias técnicas provenientes dos organismos reguladores, en concreto o que se refire ó RD 436/2004. Esixencias que, por outra parte, se poden ir ampliando ou complentando con outras normas que poidan xurdir ó longo do desenvolvemento do proxecto. O estudo destas esixencias deberá conducir á obtención das capacidades actuais das novas tecnoloxías, así como ás propostas en canto ó estado da súa conexión á rede eléctrica (tarado de proteccións, compensación da reactiva...) Ademais, estudaranse as posibles estratexias de control que permitan a mellora das prestacións dos aeroxeradores.
• FASE D. Simulación do impacto sobre a rede eléctrica.
  
  Un aspecto complementario ó comentado no apartado anterior é o impacto que sobre a rede eléctrica teñen as distintas tecnoloxías de aeroxeradores. Perseguindo a xeneralización das conclusións é necesaria a simulación dos parques coas distintas tecnoloxías en exclusiva e nas distintas condicións, tanto eólicas como eléctricas, empregando para iso os datos obtidos no estudo do parque de Sotavento.
  
  En canto ás condicións eléctricas, é de especial importancia o estudo das distintas características da rede eléctrica á que se conecta no parque. Estudándose neste caso, a influencia en canto ás características do punto de conexión segundo a normativa vixente.
  
  As dúas fases anteriormente mencionadas (Fase C e Fase D) requiren un importante esforzo de simulación do funcionamento das distintas tecnoloxías de aeroxeradores, Isto leva asociado unha modelaxe para a que é necesaria unha recompilación dos datos tanto eléctricos como mecánicos dos distintos aeroxeradores, datos que están disponibles no parque eólico de Sotavento.

No mes de novembro (2004), iniciouse a fase de medidas mediante a instalación dun analizador TOPAS e un analizador propio (U.Vigo) para a mostraxe de alta frecuencia e de longa duración da onda xerada no aeroxerador número 6 de MADE. Adicionalmente, simultaneando co período de medidas, instalouse en dito aeroxerador un anemómetro na buxa para o rexistro dos datos instantáneos das variables do vento incidente e ver a súa influencia na calidade da enerxía eléctrica xerada. Cabe destacar que as medicións do vento do anemómetro, existentes de serie en cada aeoxerador, só se almacenan en medias de dez minutos polo que non serven para a análise dinámica que se pretende no proxecto.

Este período de medidas irase estendendo de aeroxerador en aeroxerador ata completar os 8 a estudo, unha vez que se dan todos os réximes do vento e as condicións da rede a avaliar.

O alcance do proxecto preténdese executar ó longo de 2005, sen ter en conta os posibles condicionantes das novas normativas técnicas que obriguen a introducir uns novos campos ou conceptos a estudar, coa conseguinte prolongación no tempo do proxecto.