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Ingeniería de la Energía Eólica
Miguel Villarubia López
Reseña del libro "Ingeniería de la Energía Eólica"
La energía eólica ha experimentado importantes progresos técnicos y económicos. Se han mejorado significativamente aspectos tales como la gestión y el mantenimiento, la integración de la energía eléctrica en la red, la adaptación del diseño de aerogeneradores a las características de los emplazamientos, la regulación y control, la predicción de producción a corto plazo y la economía de escala con una mejora de los costes de inversión y de producción eléctrica. También se ha iniciado el desarrollo de la energía eólica marina que ya ha demostrado su viabilidad técnica y económica.En este libro se exponen y desarrollan los aspectos que un técnico energético debe conocer y aplicar para la concepción, proyecto, implantación y gestión de un sistema de energía eólica, en especial para la producción eléctrica.CAPÍTULO 1. ASPECTOS GENERALES1.1. Introducción1.2. Tipos de aerogeneradores eólicos1.3. Sistemas de producción eoloeléctrica1.4. Estado de la implantación de la energía eólica1.5. La evolución de la energía eólica en el pasado y situación actualCAPÍTULO 2. FÍSICA DE LA ATMÓSFERA: EL VIENTO2.1. La atmósfera2.2. Gradiente térmico vertical. Capas atmosféricas2.3. La atmósfera estándar2.4. Estabilidad de la atmósfera2.5. Circulación atmosférica general2.6. El viento2.7. Variación del perfil vertical de velocidades del viento2.8. Vientos originados por fenómenos particulares: vientos locales2.9. Escala BeaufortCAPÍTULO 3. MEDICIÓN Y TRATAMIENTO DE LOS DATOS EÓLICOS3.1. Introducción3.2. Velocidad del viento3.3. Tratamiento estadístico del viento3.4. Variaciones de la velocidad del viento3.5. Medición de las magnitudes del viento3.5.1. Medición de la velocidad del viento: el anemómetro3.5.2. Medición de la dirección del viento: la veleta3.5.3. Colocación de los instrumentos de medida3.6. Clasificación de aerogeneradores según el tipo de viento3.7. Formas de presentación de los datos de viento: velocidad y dirección3.8. Aplicación de la estadística a cálculos eólicos3.9. Tratamiento estadístico de los datos del viento3.10. Distribuciones discretas y continuas de probabilidadCAPÍTULO 4. CARACTERIZACIÓN DEL POTENCIAL ENERGÉTICO DEL VIENTO4.1. Descripción estadística del viento: ley de Weibull4.2. Ley de Rayleigh4.3. Cálculo de los parámetros de Weibull4.4. Variación de las características del viento con la altura4.4.1. Rugosidad del terreno4.4.2. Variación de la velocidad del viento estacionario con la altura4.4.3. Variación de la velocidad media a largo plazo con la altura4.4.4. Variación de los parámetros de Weibull con la altura4.5. Influencia del relieve del terreno4.6. Influencia de obstáculos4.7. Estelas de los aerogeneradores4.8. Potencia eólica disponible. Potencial eólico4.8.1. Variación del potencial eólico con la altura respecto al suelo4.9. Densidad de energía eólica disponible4.10. Evaluación de recursos energéticos eólicos4.11. Criterios generales para la selección de emplazamientosCAPÍTULO 5. AERODINÁMICA DE LOS AEROGENERADORES5.1. Introducción5.2. Captación de la energía cinética del viento5.3. Principios físicos de la aerodinámica del álabe5.3.1. Capa límite5.3.2. Separación o despegue de la capa límite. Formación de estelas5.4. Fuerzas de sustentación y de arrastre5.5. Perfil aerodinámico del álabe de un aerogenerador5.6. Acción del viento sobre un perfil aerodinámico5.7. Acción del flujo de aire sobre el rotor del aerogenerador5.8. Potencia eólica extraída. Coeficientes de potencia y de par5.9. Potencia eólica extraída máxima teórica. Límite de Betz5.10. Flujo de potencias en un aerogeneradorCAPÍTULO 6. AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL Y AEROBOMBAS6.1. Tipos de aerogeneradores6.2. Aerogeneradores de eje horizontal6.3. Aerogeneradores de eje vertical6.3.1. Eólica de rotor de arrastre diferencial: rotor Savonius6.3.2. Eólica de rotor de variación cíclica de incidencia: rotor Darrieus6.4. Comparación entre aerogeneradores de eje horizontal y de eje vertical6.5. Aerogenerador multipala de eje horizontal. Aeromotor de bombeoCAPÍTULO 7. AEROGENERADORES DE EJE HORIZONTAL PARA PRODUCCIÓN ELÉCTRICA7.1. Introducción7.2. Aerogeneradores de eje horizontal7.2.1. Rotor7.2.2. Góndola o chasis7.2.3. Caja variadora de velocidad (gear box)7.3. Generación eléctrica en un aerogenerador7.4. Etapas de generación eléctrica en un aerogenerador7.5. Consideraciones sobre los aerogeneradores de eje horizontal (HAWT)7.6. Regulación y control de potencia y de velocidad7.7. Configuraciones de aerogeneradores7.8. Sistemas de orientación del rotor7.9. Otros equipos y sistemas7.10. Torres de sustentaciónCAPÍTULO 8. LA GENERACIÓN ELÉCTRICA EN LOS AEROGENERADORES8.1. Introducción8.2. Generadores eléctricos en aerogeneradores8.3. Interconexión del aerogenerador con la red8.4. Conexión y desconexión con la red8.5. Problemas en la interconexión del aerogenerador con la red eléctrica8.6. Comportamiento del aerogenerador frente a huecos de tensión8.7. Procedimiento de operación ante huecos de tensión8.8. Organización del sistema eléctrico8.9. Integración de la energía eólica en el sistema eléctricoCAPÍTULO 9. CONFIGURACIÓN DE SISTEMAS EÓLICOS. PARQUES EÓLICOS9.1. Configuraciones de un sistema eólico9.2. Parques eólicos9.2.1. Instalaciones eléctricas de baja tensión en cada aerogenerador9.2.2. Centro de transformación de baja (BT) a media tensión (MT)9.2.3. Red de media tensión (MT)9.2.4. Subestación transformadora MT/AT y enlace con la red de AT9.3. Disposición de los aerogeneradores en un parque eólico9.4. Parques eólicos marinos (offshore)9.5. Selección de emplazamientos para parques eólicosCAPÍTULO 10. CÁLCULOS ENERGÉTICOS EN AEROGENERADORES10.1. Consideraciones sobre la potencia de un aerogenerador10.2. Curva de potencia - velocidad de un aerogenerador10.3. Relación entre la potencia nominal y el diámetro del rotor10.4. Cálculo del coeficiente de potencia a partir de la curva de potencia delaerogenerador10.5. Coeficientes de par (Cm) y de potencia (Cp) en los HAWT rápidos10.6. Cálculo de la energía producida por un aerogenerador10.7. Coeficiente de potencia y rendimiento anual medios10.8. Correcciones de la energía10.9. Parámetros de funcionamiento de un aerogenerador10.10. Cálculo del diámetro del aerogeneradorCAPÍTULO 11. ASPECTOS ECONÓMICOS Y MEDIOAMBIENTALES11.1. Introducción11.2. Análisis de viabilidad técnica y económica de un proyecto eólico11.3. Costes de un parque eólico11.3.1. Costes de inversión11.3.2. Costes variables11.4. Vida útil de los aerogeneradores11.5. Repotenciación o repowering11.6. Coste unitario de producción11.7. Consideraciones sobre los cálculos económicos11.8. Cálculo del coste unitario de la producción de energía11.9. Análisis de rentabilidad. Parámetros11.10. Análisis económico de sistemas eólicos autónomos11.11. Aspectos medioambientalesREFERENCIASANEXO 1. UNIDADES Y FACTORES DE CONVERSIÓNANEXO 2. FUNCIÓN GAMMA ! (x)
