Defeating the Devil’s Arguments: Sections 3.1-

Según la intensidad de viento reinante en cada instante se pueden distinguir 4 regímenes de funcionamiento del aerogenerador. En cada una de estas zonas se persigue un objetivo distinto, aunque en todas ellas se busque garantizar un suministro estable y seguro a la red. Para seguir más adecuadamente los regímenes de

Comparación de los modelos de potencia capturada por los aerogeneradores para la mejora del sistema de control de paso de pala

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funcionamiento del aerogenerador se presentan a continuación dos gráficos que relacionan 3 valores muy importantes de la turbina: la potencia generada, la velocidad del viento incidente y la velocidad de giro del rotor eólico (Figura 3.2).

Para explicar correctamente cada régimen de funcionamiento, la descripción se irá apoyando continuamente en ambas figuras.

Figura 3.2 Potencia generada según la velocidad del viento (izquierda), relación entre potencia generada y velocidad de giro del generador (derecha).

3.1.1. No funcionamiento por intensidad eólica insuficiente.

Los aerogeneradores precisan de una intensidad de viento mínima para poder comenzar a girar. Esta intensidad suele estar comprendida entre 3 y 5 m/s de viento. Cabe destacar que esta intensidad debe mantenerse durante cierto tiempo (aproximadamente 10 minutos) ya que debido a la naturaleza inestable del viento se podría alcanzar momentáneamente intensidades mayores a 3 m/s pero no sostenidas, únicamente puntuales. A partir de las medidas muestreadas por un anemómetro en tiempo real se calcula la intensidad media durante los últimos minutos y cuando esta supera la intensidad mínima requerida para arrancar se sitúan las palas de viento con un ángulo de paso nulo (máxima generación de potencia) las cuales hasta el momento permanecían en posición de bandera para ofrecer la mínima resistencia aerodinámica al aire. Esto se hace para que las palas, al estar paradas, disminuyan en la medida de lo posible las tensiones originadas en la estructura del aerogenerador. Por otra parte, se liberan los frenos hidráulicos que bloqueaban el giro de las palas y estas comienzan a girar libremente (sin un par resistente que reduzca su velocidad) ya que todavía no se ha realizado la conexión con el generador.

3. Funcionamiento del aerogenerador

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3.1.2. Funcionamiento en baja intensidad eólica con velocidad de giro

mínima.

El rotor eólico va aumentando progresivamente su velocidad hasta llegar al 80% de la velocidad de sincronismo.

Debido a las características del generador asíncrono, la velocidad mínima a la que debe girar de forma permanente es del 80% de su velocidad de sincronismo. Para iniciar la conexión, una vez alcanzado un viento suficientemente elevado y estable se libera el freno mecánico que impide el libre giro del rotor eólico y éste comienza a girar. Cuando el aerogenerador posee la suficiente velocidad de giro, se procede con la conexión al generador y por tanto a la red eléctrica.

El aerogenerador se mantiene en esta velocidad de 0,8 p.u. desde el punto A hasta el punto B (Figura 3.2).

3.1.3. Funcionamiento en carga parcial

Como se ha indicado en el inicio de este capítulo, la potencia capturada depende del coeficiente de potencia que a su vez depende de λ y β. Hasta que no exista un exceso de potencia β siempre permanecerá en un valor mínimo. Sin embargo, λ oscilará buscando maximizar este coeficiente siempre y cuando no exista una restricción de velocidad de giro del generador mínima o máxima. Así pues, llegados al punto B de ambas gráficas, la velocidad del generador se irá incrementando buscando en todo momento maximizar la potencia capturada. Las líneas más delgadas que se van cruzando en la Figura 3.2 derecha indican la potencia que se puede generar para un viento determinado variando únicamente la velocidad de giro del generador. Como se puede observar, la línea gruesa se cruza con estas más delgadas en su máximo (maximización de potencia).

Para regular esta velocidad del generador, se varía el par electromagnético del generador para así mantener esta velocidad óptima de giro. Aunque no es el objetivo del proyecto, este control de velocidad será explicado en capítulos posteriores.

3.1.4. Funcionamiento con velocidad de giro máxima y potencia inferior a la

nominal.

Continuando desde el apartado anterior, a medida que el viento asciende, la velocidad de giro del generador también lo hace para así optimizar la potencia. Esto sucede hasta que esta velocidad de rotación es de 1,2 p.u., es decir, del 120% sobre la velocidad de sincronismo del generador (punto C en Figura 3.2). A partir de esta velocidad, el par electromagnético seguirá incrementándose con tal de que el generador no se gire por encima de esta velocidad. Como se puede observar en la figura, en este instante, el generador ya no gira a su velocidad óptima que consiga extraer la máxima potencia del viento.

3.1.5. Funcionamiento con velocidad de giro máxima y potencia nominal.

Si la intensidad del viento sigue aumentando y con ello el par electromagnético necesario para mantener la velocidad de giro del generador en 1,2 p.u., llegará el

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instante en el que la potencia alcance su valor nominal (1 p.u.), este punto se puede identificar en las gráficas de la Figura 3.2 como el punto D. En este estado de funcionamiento se pretende conseguir que la potencia no supere su valor nominal. Esto

se consigue con la variación del ángulo de paso β. Este control aerodinámico será explicado en profundidad en posteriores capítulos ya que la mejora de este control forma parte de los objetivos del proyecto.

3.1.6. Desconexión del generador por exceso de intensidad eólica.

Con altas velocidades del viento, el aerogenerador se frena y se desconecta para evitar fallos en los materiales que lo componen. Para frenar el generador se utilizan los frenos hidráulicos que mantenían inmóvil el aerogenerador en el apartado 3.1.1. Esta velocidad máxima admisible varía entre los distintos modelos de rotores eólicos, pero suele situarse en torno a los 25m/s. Este punto se corresponde con el punto D de las gráficas de la Figura 3.2.