Estudi de la implantació de parcs eòlics offshore

1 Estudi de la implantació de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach i Lluís Alonso Falip Barcelona, maig 2015 Escola Universitària d’Enginyeria Tècnica Industrial de Barcelona. Consorci Escola Industrial de Barcelona. C/ Comte d'Urgell 187. BARCELONA 08036. Universitat Politècnica de Catalunya. Barcelona TECH. Departament Expressió Gràfica a l’Enginyeria Teléfono [+34] 93 413 73 77, Fax [+34] 93 413 74 01 [email protected].edu Estudi de la implantació de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 2 SUMARI 1. L’EMPLAÇAMENT..................................................................................................................................... 4 1.1 RUTES MARÍTIMES ................................................................................................................................ 4 1.2 ESTUDI DE LES ÀREES PROTEGIDES ............................................................................................................. 5 1.3 ESTUDI DE LES FONDÀRIES DEL FONS MARÍ .................................................................................................. 7 1.4 ESTUDI DELS VENTS ............................................................................................................................... 9 1.5 ESTUDI DE L’ONATGE ............................................................................................................................12 2. POTÈNCIA A GENERAR ............................................................................................................................15 2.1 CONSUM LOCAL ..................................................................................................................................15 2.2 SUBESTACIONS....................................................................................................................................16 3. ELECCIÓ DELS AEROGENERADORS ..........................................................................................................18 3.1 PLATAFORMA FLOTANT .........................................................................................................................21 3.2 CARACTERÍSTIQUES DE LA LÍNIA D’EVACUACIÓ .............................................................................................22 3.3 DISTRIBUCIÓ DEL PARC I LOCALITZACIÓ ......................................................................................................24 3.4 DISPOSICIÓ DEL PARC EÒLIC MARÍ ............................................................................................................25 4. CÀLCULS D’ESFORÇOS DELS AEROGENERADORS.....................................................................................28 4.1 JUSTIFICACIÓ DE LES FORCES DEL VENT ......................................................................................................28 4.2 PERFIL DE VELOCITATS DEL VENT ..............................................................................................................28 4.3 ENERGIA DEL VENT DISPONIBLE ...............................................................................................................34 4.4 CÀLCULS D’ESFORÇOS ...........................................................................................................................35 5. REFERÈNCIES BIBLIOGRÀFIQUES .............................................................................................................39 Estudi de la implantació de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 3 INTRODUCCIÓ l’objectiu d’aquest document és l’estudi de la instal·lació d’un parc eòlic al litoral català amb l’objectiu de generar electricitat mitjançant una font d’energia renovable com ara el vent. Es justificarà l’emplaçament escollit pel que fa la localització geogràfica tenint en compte tots els factors limitants existents ja siguin normatius, topogràfics, ambientals, marítims, etc. Estudi de la implantació de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 4 1. L’emplaçament 1.1 Rutes marítimes Un dels aspectes importants a tenir en comte a l’hora de decidir la implantació d’un parc d’aquestes característiques són les rutes marítimes. Són rutes marítimes marcades per la circulació de grans vaixells de manera que sigui conegut per on solen transitar i evitar que es col·loquin infraestructures marines en mig d’aquestes vies de pas ja que aquest tipus de vaixells tenen dificultats pel que respecta a la maniobrabilitat. Amb la finalitat de conèixer les rutes marítimes s’ha recorregut a un programari disponible de la Unió Europea anomenat “Maratlas” que es pot trobar a la plana web de la Unió Europea a l’apartat d’afers marítims. Figura 1. Transport marítim de passatgers.1 Es pot observar a la Figura 1 com les rutes marítimes importants trobades amb el programa permeten identificar que no existeixen més de dues rutes que passen pròximes als 35 km de la costa catalana, on es vol implantar el parc eòlic marí, a l’alçada de les Illes Medes. Tant mateix també s’ha recorregut al programari “Google Earth” per identificar que no hi hagués cap altra ruta marítima existent que pogués passar per la zona. 1 Font: Maratlas Estudi de la implantació de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 5 Figura 1. Transport marítim proper a les illes Medes.2 La Figura 1 permet confirmar la hipòtesis anteriorment esmentada, ja que es pot apreciar la ruta marítima (Séte FR –Tànger MA) que passa a 16 km de la costa catalana i una segona a 20 km (Nador MA – Séte FR), aproximadament, limitant la zona d’implantació del parc eòlic o bé abans de les rutes marítimes o bé després d’elles. D’aquesta forma les rutes de navegació no es veuran afectades per la implantació del parc. 1.2 Estudi de les àrees protegides En aquest apartat s’analitzaren les àrees protegides properes a la zona que es pretén instal·lar el parc d’aerogeneradors offshore, així com la propera a la costa i a terra (per la instal·lació de la línia elèctrica d’evacuació). Per portar a terme aquest estudi s’ha recorregut als mapes disponibles de la Xarxa Natura 2.000 on es recullen totes les zones protegides i també el mapa d’implantació eòlica a Catalunya. 2 Font: Google Earth Estudi de la implantació de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 6 Figura 2. Àrea protegida Xarxa Natura 2.000 de les Illes Medes.3 Com s’aprecia a la Figura 2 l’àrea protegida de la Xarxa Natura 2000 inclou tota l’àrea de les Illes Medes així com la zona propera a la costa, aquesta zona s’anomena: El Montgrí – Les Medes – El Baix Ter amb el codi identificatiu ES5120016. També existeix una altra zona propera a la zona costera de Palafrugell, no surt a la imatge anterior. Aquesta es coneix amb el nom: Litoral del Baix Empordà i té el codi identificatiu ES5120015. Per tant, no hi han limitants d’aspecte mediambiental pel que fa a zones protegides sempre i quan el parc s’implanti en zones superiors als 3 km de la costa. Però sí que s’hauran de tenir en compte en el que fa la previsió del traçat de la línia d’evacuació. 3 Font: Xarxa Natura 2.000 7 1.3 Estudi de les fondàries del fons marí Pel que fa a la ubicació és important també conèixer la topografia marítima de la zona per tal de tenir una estimació lo més acurada possible, ja que per l’estudi de la instal·lació del cable marí i la implantació del parc eòlic aquestes dades seran imprescindibles. Tant mateix abans de dur a terme la implantació s’haurien de fer una sèrie de mesures in situ a fi d’esbrinar el tipus de fons marí (geomorfologia), fondàries i d’altres mesures per tal de tenir dades exactes i poder ajustar al màxim els càlculs. Per obtenir les dades en el nostre cas i poder realitzar uns càlculs preliminars s’ha recorregut al Institut Cartogràfic de Catalunya ICC, obtenint així un mapa del relleu submarí de Catalunya 1:250000, 1a ed. La zona on es troba la implantació del parc eòlic (requadre vermell que es pot apreciar a la Figura 4). Tendria una fondària entre els 650 i 900 metres de profunditat. Per a més precisió es procedirà a superposar el mapa amb la localització exacte del parc eòlic amb l’objectiu de tenir dades més exactes. Figura 4. Mapa batimètric zona costanera de l’Estartit.4 4 Fonte: http://www.olajedatos.com/cartas/49a9.png Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 8 Com ja s’ha esmentat anteriorment, les profunditats en la zona varien dels 50 a 1000 m. segons la distància de la costa que s’implanti el parc eòlic. S’ha de tenir en compte la tipologia de fons marí que presenta el Mar Mediterrani, que acostuma a ser molt abrupte amb descens de les fondàries molt acusades en distàncies curtes referides a la costa; també la presència de canyons submarins. En general una orografia molt abrupte, el que fa que l’estudi batimètric de la zona sigui molt complicat. Per tant s’haurà d’escollir un emplaçament que es trobi sobre un fons el més pla possible i evitar les proximitats als canyons on són més acusades les variacions de fondària del fons marí. Així doncs tenint en compte l’àrea reservada per a la implantació d’energia eòlica, que es descriu en el punt d’estudi normatiu en el capítol anterior, s’ha corroborat que tot i que el fons acusi un descens important és més moderat que en zones properes als canyons. A l’emplaçament escollit pels aerogeneradors s’aprecien les fondàries següents (Taula 1), a causa de la poca precisió de la cartografia aconseguida resulta impossible assignar una profunditat exacta, per això s’ha procedit a assignar un rang de valors aproximat. Cal recalcar que seria imprescindible efectuar un estudi batimètric exacte in situ amb l’objectiu de realitzar càlculs fiables a l’hora del dimensionat i longitud dels cables i materials a utilitzar. Taula 1. Rang de fondàries de les posicions dels aerogeneradors. Fondàries dels elements del Parc Eòlic Marí Element Instal·lat Profunditat en metres Aerogenerador – A1 650-700 Aerogenerador – A2 650-700 Aerogenerador – A3 650-700 Aerogenerador – A4 650-700 Aerogenerador – A5 650-700 Aerogenerador – A6 650-700 Aerogenerador – A7 650-700 Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 9 Aerogenerador – A8 650-700 Aerogenerador – A9 650-700 Subestació Col·lectora 650-700 1.4 Estudi dels vents Per la implantació d’un parc eòlic és vital un coneixement exacte possible dels vents a la zona on s’implantarà. És necessari que el vent sigui el més constant possible, així com que el rang de velocitats es mantinguin al màxim possible dintre del rang de funcionament de l’aerogenerador. Així doncs s’ha recorregut al programari MiraMon que disposa d’una cartografia de mitjanes anuals de vents al territori català expressats en m/s, corroborant les dades obtingudes amb el programari disponible de la pàgina web del Ministeri de Foment dels ports de l’Estat. A la Figura 3 es pot apreciar que existeixen dos punts de monitorització de les dades, en el nostre cas ens interessen les dades del punt de la dreta que correspon al punt SIMAR-44 amb la posició corresponent (Latitud 42º N, Longitud 3.50º E) que és el punt més proper on s’ubicarà el parc eòlic. És imprescindible abans d’implantar el parc eòlic fer un estudi, amb una torre meteorològica per tal de corroborar les dades obtingudes prèviament i confirmar la viabilitat del projecte. Figura 3. Punts de monitorització per l’extracció de dades dels vents. Boia SIMAR 44.5 5 y 6 http://www.puertos.es/oceanografia_y_meteorologia/redes_de_medida/index.html Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 16 Taula 4. Consums Municipi Torroella de Montgrí. Consums Mesos CR1 CR2 CR3 Consum Mensual Total [MWh] [MW] [MWh] [MW] [MWh] [MW] [MWh] [MW] Gener 1.179 2.689 1.465 3.002 3.002 3.002 3.666 8.693 Febrer 1.132 2.763 1.296 3.017 3.017 3.017 3.307 8.797 Març 1.219 2.470 1.424 3.234 3.234 3.234 3.541 8.938 Abril 1.044 1.914 1.540 4.199 4.199 4.199 3.316 10.312 Maig 1.120 2.245 1.616 3.471 3.471 3.471 3.530 9.187 Juny 1.122 2.402 2.211 4.928 4.928 4.928 4.455 12.258 Juliol 1.451 2.966 2.983 6.608 6.608 6.608 5.122 16.182 Agost 1.943 4.074 2.930 6.552 6.552 6.552 5.748 17.178 Setembre 1.477 3.651 2.045 5.074 5.074 5.074 4.383 13.799 Octubre 1.096 2.738 1.400 3.433 3.433 3.433 3.261 9.604 Novembre 1.055 2.420 1.187 2.473 2.473 2.473 3.057 7.366 Desembre 1.207 2.459 1.366 2.918 2.918 2.918 3.530 8.295 2.2 Subestacions Les subestacions són punts dintre la xarxa de transport que serveixen per elevar o baixar la tensió i permetre la distribució d’energia elèctrica, ja que el transport es sol fer amb línies de 110 kV i la distribució amb 25 kV fins als centres de distribució. A la zona existeixen 4 subestacions amb una potència nominal de 130 MW per subestació. Aquests punts són importants ja que s’han de tenir en compte a l’hora de calcular la línia d’evacuació, ja que s’hauria de conduir la mateixa fins a la subestació més propera i accessible. Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 17 A la següent taula es disposa de la ubicació exacte de les subestacions de la zona on es podria injectar l’energia produïda pel parc eòlic marí a la xarxa de distribució i transport. Taula 5. Ubicació per coordenades geogràfiques de les subestacions. Localització geogràfica Subestacions Estació Latitud Longitud BELLCAIRE 42° 4'21.82"N 3° 5'54.88"E EMPORDANET 41°55'47.21"N 3° 9'3.56"E FORALLAC 41°56'34.15"N 3° 3'8.09"E PALAFRUGEL 41°55'17.23"N 3° 9'55.66"E Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 18 3. Elecció dels aerogeneradors Per dur a terme l’elecció de l’aerogenerador a instal·lar s’ha recorregut a un nou model d’aerogenerador offshore fabricat per l’empresa Alstom Wind anomenat Haliade 150. S’ha recorregut a aquest model ja que disposa d’un generador d’energia elèctrica d’imants permanents i segons el constructor aquest model és capaç de generar un 15% m’és d’energia a l’any i, també, de generar un 40% més d’energia per quilo respecte els seus competidors. Aquest aerogenerador al disposar d’un nombre reduït de peces en l’eix de transició també ofereix uns estalvis a nivell de costos de manteniment ja que no disposa de caixa reductora i l’eix de l’aerogenerador es troba directament acoblat amb el generador. Aquest generador de nova tecnologia d’imants permanents acoblat directament sobre l’eix s’anomena Advanced High Densiti sent el més lleuger de la seva generació. A la Taula 6 es poden observar dades de dimensions, pes, potència, etc de l’aerogenerador. Taula 6. Característiques genèriques del fabricant Alstom Wind. Dades tècniques Haliade 150 Dades d’explotació Potència 6 MW Velocitat d’encesa 3 m/s Velocitat del vent màxima 25 m/s Freqüència de la xarxa 50/60 Hz Pes 1.500 Tones Rotor Diàmetre del rotor 150 metres Longitud de les pales 73,5 metres Superfície de treball 17 860 m² Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 19 Dades tècniques Haliade 150 Velocitat de gir del rotor entre 4 et 11 tr/min Velocitat a l’extrem de la pala 90,8 m/s Alternador Tipus Imants permanents d’acoblament directe Tensió nominal 900 VAC (per fase) Número de fases 3 X 3 Índex de protecció IPP 55 Convertidor Tipus CA/CA (Trifàsic dos a dos) Tensió de sortida 900 VAC Torre Tipus Tub d’acer Alçada del nucli 100 metres Color estàndard RAL 7035 Sistema del control de potència elèctrica Tipus Velocitat variable, control individual del pas de cada pala. Característiques de l’entorn Temperatures normals de l’aire Entre -10 et +40°C Temperatures extremes de l’aire Entre -20 et +50°C Protecció contra els llamps Classe I segons la norma IEC 62305-1 Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 20 Cal esmentar també que aquest aerogenerador està estudiat per instal·larse en un principi sobre una plataforma de gelosia i no una plataforma flotant, per això s’haurà de procedir a un estudi del dimensionat d’una plataforma flotant capaç de suportar el pes d’aquest aerogenerador. Figura 9a. Imatge primera Haliade 150 instal·lada a Carnet, França.9 Figura 9b. Imatge primera Haliade 150 instal·lada a Carnet, França. Segons les dades consultades, el cost de la primera comanda que rebrà Alstom per a construir diversos parcs eòlics amb un total de 240 aerogeneradors pujarà a més de 2 miliars d’euros per lo que s’estima que un aerogenerador té un cost aproximatiu de 8,34 milions d’euros aproximadament. 9 Font: Alstom_haliade_150_6mw.pdf (Alstom Wind). Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 21 3.1 Plataforma flotant Un element imprescindible en els parcs eòlics instal·lats a alta mar, on les profunditats són superiors als 50 metres, és la plataforma flotant. Al no ser objecte d’aquest projecte el disseny d’aquesta, s’ha optat per un model ja dissenyat, en concret es tracta d’un model patentat i estudiat per a suportar un aerogenerador amb un pes de 945 tones per lo que s’hauria de fer un estudi previ per adaptar-lo al aerogenerador escollit fent que suporti les 1.500 tones. Tal i com s’ha esmentat al punt on es tracta de l’estudi d’onatge serà necessari que l’empresa que s’encarregui de la fabricació d’aquesta base flotant realitzi els càlculs i assajos necessaris per a garantir la compatibilitat d’aquesta base flotant amb l’aerogenerador escollit entenent que l’empresa en qüestió haurà de disposar dels coneixements tècnics i les capacitats tècniques per a dur a terme aquesta estructura. Figura 10a. Il·lustració de la plataforma flotant escollida.10 Figura 10b. Il·lustració de la plataforma flotant escollida. 10 Font: Plataforma semisumergible para aplicaciones en mar abierto, Número de publicación:2387232 Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 22 3.2 Característiques de la línia d’evacuació En aquest apartat s’intenta donar una primera visió. Aquesta haurà de seguir un traçat que sigui compatible i no interfereixi sobre zones reservades o parcs naturals garantint així un dels aspectes de l’impacte ambiental de la instal·lació, però també haurà de complir la normativa d’alta tensió compatible i trobar-se protegida per una protecció elèctrica adient. Tant mateix en un primer temps s’ha procedit a fer una primera hipòtesis mesurant la distancia del traçat sobre la cartografia estudiada veient que el traçat es caracteritza de dos trams, un tram submarí de 35 km i d’un altre soterrat a terra ferma de 11,5 km. A la següent il·lustració es pot apreciar una il·lustració de la part del traçat submarí ja que es el que pot patir més error donat que la batimetria del terreny presenta unes variacions de profunditats bastant acusades. Figura 11. Traçat de la línia d’evacuació (part marítima).11 Amb la finalitat de determinar la desviació de distància establerta dintre de la primera hipòtesis pel que fa la part submergida del traçat establert anteriorment s’ha procedit a realitzar una representació gràfica i esbrinar així quina afectació té el perfil submarí sobre la distància del traçat. 11 Font: Font pròpia mitjançant cartografia real i AutoCAD. Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 23 Tal i com es pot apreciar a la Figura 12 la part final on es troba el parc eòlic es una zona on els pendents en un primer, en una primera instància, són forts, encara que si es té en compte l’escalat, no es considera significatiu respecte al fondeig dels aerogeneradors. Figura 12. Gràfica del perfil submarí. Veient la Figuraes pot apreciar en vermell el perfil, aproximat, del fons i en blau el que representaria la lamina d’aigua del mar, amb la finalitat d’extreure de la gràfica les distàncies pertinents s’ha procedit a dividir la gràfica en 3 parts. La primera de 0 a 6 km de fondària, la segona de 6 a 22,8 km i la darrera dels 22,8 km fins als 36 km de distància que separen el parc i la costa. Així doncs, aplicant regles de trigonometria i assimilant els pendents a la hipotenusa d’un triangle rectangle obtenim les següents dades: -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Profunditat [m] Distancia [km] Perfil submarí Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 24 Taula 7. Recopilació de dades calculades. Distància [m] Profunditat [m] Distància del pendent [m] Tram 1 6000 83 6000,57 Tram 2 16600 122 16600,45 Tram 3 13200 495 13209,28 A partir de les dades recollides a la Taula 7 es pot veure que no hi ha una variació significativa de les distancies tot i que seria convenient tenir en comte l’increment total de 10,3 metres sobre la llargada de la línia d’evacuació el que implica un increment del cost i de la caiguda de tensió tot i que segurament no siguin significatius. 3.3 Distribució del parc i localització Amb la finalitat de que el vent abraçat per l’aerogenerador anterior no afecti amb turbulències a l’aerogenerador següent s’han de respectar els següents punts:  Les turbines hauran d’estar separades entre sí tres diàmetres de rotor de l’aerogenerador, com a mínim.  A la pràctica s’utilitza un espaiat de 5 a 9 rotors en el sentit del vent predominant (en el cas del present projecte de component Nord) i de 3 a 5 diàmetres de rotor en direccions perpendiculars als vents predominants.  En el cas d’aprofitaments i optimització del terreny a ocupar es fan servir distàncies del doble del diàmetre del rotor.  S’estimen en un 5% les pèrdues causades per l’efecte ombra.  Els càlculs de l’efecte ombra es poden realitzar segons els models de Parc Turbine Wake, GH WindFarmer. Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 25 En aquest cas es tindran en compte els condicionants mencionats anteriorment per al que fa a la disposició del parc eòlic. Sabent que al mar territorial no hi ha problemes d’espai com podrien haver-hi a terra, s’ha optat per la separació suficient dels aerogeneradors perquè no s’interfereixin en la captació del màxim vent possible. 3.4 Disposició del parc eòlic marí Així doncs, tenint en compte que l’aerogenerador escollit té un diàmetre del rotor de 150 metres, s’obté que l’espaiat haurà de ser en el sentit del vent predominant (component Nord) de 1.350 metres entre aerogeneradors i en el sentit perpendicular al vent predominant de 750 metres entre aerogeneradors. Tenint en compte l’anterior espaiat i les distanciés de l’àrea deduïda segons la zona reservada pels parcs eòlics definida dintre de la normativa, sent de 1.550 m x 2.145 m per àrea, amb l’objectiu de limitar l’efecte ombra i veient que els vents predominants tenen una orientació Nord, Nord-oest s’ha optat per seleccionar 3 zones coincidents, concretament les àrees 52, 53 i 54, les més properes a la costa, per evitar costos addicionals en la instal·lació del cable d’evacuació submarí. A la Figura 13 es mostra l’àrea seleccionada. Figura 13. Representació gràfica de la disposició dels aerogeneradors i la subestació col·lectora del parc en les tres àrees seleccionades. Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 32 Com es pot apreciar, la velocitat dels perfils de vents obtinguts varia poc en funció de l’alçada, de l’ordre de 0,004 a 0,01 m/s, ara bé, en aquest cas s’han exclòs del factor referent a la variació de la temperatura ja que es basen sobre una mitja anual de vents a una alçada determinada que varia entre 9 i 9,5 m/s. A les imatges següents, Figura , Figura i Figura s’han representat els diferents perfils de velocitat per tal de poder observar la forma del perfil. S’observa que l’escalat és molt reduït ja que si es fes amb una escala de velocitats més gran no s’hagués pogut apreciar la forma del perfil ja que apareix com un front pla. Per tant, pel que fa les velocitats que arribarien al rotor de l’aerogenerador són de l’ordre de 9 i 9,5 m/s amb un promig de 9,25 m/s encara que en el cas del present projecte és interessant el cas màxim i, per tant, 9,5 m/s. Figura 15. Perfil de velocitats calculats amb dada inicial 9 m/s a 80 m.13 13 Font pròpia mitjançant programari Excel. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 8,980 8,985 8,990 8,995 9,000 9,005 9,010 Aalçada [m] Velocitat del vent [m/s] Perfil de velocitats 9m/s a 80 metres Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 33 Figura 16. Perfil de velocitats calculats amb dada inicial 9,5 m/s a 80 m.14 Figura 17. Perfil de velocitats mitja obtingut mitjançant càlcul.15 14 Y 15 Font pròpia mitjançant programari Excel. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 9,485 9,490 9,495 9,500 9,505 9,510 Aalçada [m] Velocitat del vent [m/s] Perfil de velocitats 9,5 m/s a 80 metres 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 9,235 9,240 9,245 9,250 9,255 Alçada [m] Velocitat del vent [m/s] Perfil de velocitats mitjes Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 34 4.3 Energia del vent disponible Amb la finalitat de conèixer el recurs eòlic disponible a la zona es procedirà a calcular l’energia útil del vent, tant mateix la potència útil del vent varia al llarg de l’any tal i com ho fa la velocitat del vent, així doncs amb la finalitat de disposar d’un càlcul aproximat es pot fer servir la velocitat mitja al llarg de l’any que s’ha trobat a la cartografia emesa per l’IDAE i que correspon a un valor mig de 9,25 m/s. La formula de la potència útil anual del vent ve donada per la següent formula: 3 2 1anualanualvent vAN   A partir de l’equació anterior es pot dir, per tant, que si es fa servir una velocitat mitja anual s’obtindrà una potència útil mitja anual. 3 2 1 anualanualvent vAN   Fent servir l’equació anterior i considerant una densitat de l’aire ρ=1,225 Kg/m3, una velocitat mitja de 9,25 m/s, una àrea amb un valor de 17.860 m2 i implementant les dades a l’equació anterior s’obté la següent potència útil anual. s m m m Kg Nanual anualvent 32 325,917860225,1 2 1 WN anualvent 53,10599993 Amb l’objectiu de corroborar les dades obtingudes s’ha realitzat un càlcul en base de la densitat de vent anual disponible de la zona, tot i que no s’ha pogut obtenir una densitat de potencia en watts exacte disponible a l’any, sí que s’ha obtingut un rang de 600-800 W/m2 obtenint així els següents valors de potència mitja disponible anual. Taula 11. Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 35 Taula 1. Potències de vent anual disponible. Taula de les potències de vent anual disponible Densitat de potència disponible [W/m2] Potència del vent anual disponible [W/any] 600 10 716 000 650 11 609 000 700 12 502 000 750 13 395 000 800 14 288 000 Així doncs fins que no s’obtinguin dades exactes amb mesuraments in situ es considerarà la menor potència útil anual disponible i, per tant, la que s’ha calculat en un primer temps que correspon a 10.599.993,53 W = 10 MW. És important aclarir que la potència útil varia al llarg de l’any amb més o menys importància segons les estacions ja que es veu afectada pel valor de la densitat de l’aire i la temperatura. També és important recalcar que segons les diverses fonts consultades els aerogeneradors més moderns no solen poder absorbir més del 50% de l’energia útil del vent disponible, tot i que aquest aerogenerador permetria aprofitar fins un 65% de la potència útil, segons la informació publicada pel fabricant. Així doncs, es pot deduir que aproximadament es podria aprofitar 6,5 MW d’energia útil disponible en sortida d’aerogenerador, però en el cas del projecte com l’aerogenerador escollit té una potència màxima de 6 MW neta es podria dir que l’aerogenerador escollit podria treballar a màxim rendiment bona part de l’any tot i que aquesta afirmació no és certa ja que probablement hi hagin dies que no es produeixi o es produeixi poc a causa d’un vent feble. 4.4 Càlculs d’esforços Per tal de calcular els esforços que genera el vent sobre l’aerogenerador és necessari conèixer la velocitat màxima que pugui admetre l’aerogenerador, en aquest cas 25 m/s, per altra banda s’ha recorregut a consultar l’històric de vents que tinguin una velocitat mitja màxima al llarg del període 1959 - 2001 de 24 m/s, el que ens deixa intuir que els vents superen els 25 m/s. Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 36 Cal remarcar que per velocitats majors a 25 m/s l’aerogenerador disposa les aspes en “bandera” (posició paral·lela a la direcció del vent) evitant que es malmeti l’aerogenerador. També es necessari conèixer l’àrea que escombra l’aerogenerador que es considera com un disc d’una àrea A que segons el fabricant és de 17.860 m2, la densitat de l’aire (ρ=1,225 Kg/m3) també és un factor determinant així com un valor constructiu que normalment es facilitat per part del fabricant que és el coeficient d’arrossegament (CD fabricant) desconegut, per tant s’ha fet servir una dada d’un aerogenerador offshore genèric de 5 MW CD = 0,5. L’equació de la força que transmet el vent a l’estructura ve donada per la següent formula: D CvAF  2 2 1  Substituint els valors que s’han pogut trobar dintre de l’equació anterior obtenim: KNFvent 52,34185,02517860225,1 2 12 Segons el càlcul realitzat es pot dir que la força que realitza el vent sobre l’àrea que escombren les aspes de l’aerogenerador equival a una força central sobre l’eix de la mateixa intensitat, de 3.418,52 KN. Coneixent doncs l’esforç del vent sobre l’aerogenerador s’ha de procedir a analitzar el moment d’inèrcia que es repercutirà sobre la base de l’aerogenerador segons la formula següent: mKNmKNdFM       85234110052,3418 D’aquesta forma és coneix el moment que realitza el vent sobre la base de l’aerogenerador en el sentit de l’avanç del vent, juntament al moment de l’aerogenerador també a la base hi ha una segona força que exerceix el propi pes de l’aerogenerador que es calcula de la següent manera: s m KggravetatPesF doraerogenera 81,90001500  KNF doraerogenera 14715  Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 37 Segons el càlcul realitzat la força que exerciria el pes del propi aerogenerador sobre la plataforma flotant en la direcció –Y i d’una magnitud de 14 715 KN o que és el mateix -14 715 KN en l’eix “Y” segons un eix de coordenades X,Y,Z. Figura 18. Esquema representatiu d’aplicacions d’esforços.15 15 Font propia mijançant Solidworks F1 F2 M1 Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 38 A la Figura 18 queden representades les forces que s’apliquen sobre l’aerogenerador on el punt verd representa el centre on s’apliquen els esforços sobre la plataforma flotant, F1 eés la força del vent, F2 la força resultant del pes de l’aerogenerador i M1 és el moment resultant de la força F1. Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 39 5. Referències bibliogràfiques Aerogeneradores; Creus Solé, Antonio. Editorial CEYSA. CANO PINA, S.L. EDICIONES Bolzan, J.F. and K.C. Jezek. 2000. Accumulation rate changes in central Greenland from passive microwave data. Polar Geography 27(4):277-319. Cartwright, P., Xu, L., Saase, C. (2004) “Grid Integration of Large Offshore Wind Farms Using Hybrid HVDC Transmission”, in Proceedings of the Nordic Wind Power Conference, Held at Chalmers University of Tecnology, Sweden, March 2004, CD produced by Charlmers University of Technology, Sweden. Conferència Interconnexións Elèctriques Submarines REE 01 juny 2011. Flinders, David J. and Geoffrey E. Mills, eds. 1993. Theory and concepts in qualitative research: perspectives from the field. New York: Teachers College Press. Institut català de l’energia. Atlas eòlic de Catalunya. Resultats del primer any. Barcelona, 1988. Kimble, John M., Rattan Lal, and Ronald F. Follett, eds. 2002. Agricultural practices and policies for carbon sequestration in soil. Boca Raton, Fla.: Lewis Publishers. Kourik, Robert. 1998. The lavender garden: beautiful varieties to grow and gather. San Francisco: Chronicle Books. Lundberg, S. (2003). Configuration Study of Large Wind Parks, Licentiate thesis, Chalmers University of Technology, School of Electrical and Computer Engineering, Technical Report No. 4741, Göteborg, Sweden, October 2003. Manual de energía eólica - Colección energías renovables, J.M. Escudero López. Ediciones MundiPrensa 2008. Offshore Wind Power, Edited by John Twidell and Gaetano Gaudiosi. Ohio State University. Natural Resources Institute. 1959. A directory of Ohio facilities and services for resource conservation. Columbus: Natural Resources Institute. Roach, John. 2005. Journal Ranks Top 25 Unanswered Science Questions. http://news.nationalgeographic.com (accessed July 7, 2005). Rollin, Bernard E. 1998. The Unheeded Cry: Animal Consciousness, Animal Pain, and Science. Ames, Iowa. The Iowa State University Press. http://www.netlibrary.com (accessed June 30, 2005). Sistemas de generación eléctrica para aerogeneradores – Curso RED RIGE-UTE Montevideo Uruguay. Terborgh, J. 1974. Perservation of natural diversity: The problem of extinctionprone species. BioScience 24:715-22. Estudi de la implantación de parcs eòlics offshore Noelia Olmedo Torre, Jordi Ivern Cacho, Oscar Farrerons Vidal, Cèdric Ros Adellach y Lluís Alonso Falip 40 Thomas, Trevor M. 1956. Wales: Land of Mines and Quarries. Geographical Review 46, no. 1: 59-81. http://www.jstor.org/ (accessed June 30, 2005). Wind Power in Power Systems, T. Ackermann [Editor], (c) John Wiley & Sons Limited. Yow, Valerie Raliegh. Recording oral history: a guide for the humanities and social sciences. Walnut Creek, CA: Alta Mira Press, 2005.