Diseño aeromecánico de aerogeneradores eólicos de eje horizontal (HAWT´s)
Las modernas palas de los aerogeneradores eólicos de eje horizontal (horizontal-axis wind turbines, HAWT) consisten en delgadas estructuras de materiales compuestos con una distribución muy sofisticada de resinas laminadas a lo largo de la envergadura y la cuerda. La optimización del diseño mecánico de la pala se debe realizar modelándola como un conjunto de láminas delgadas más que con una aproximación mediante elementos viga.Esta investigación propone una estrategia de cálculo aeromecánico de HAWT basada en la combinación de un módulo aerodinámico que proporciona la distribución de presiones tridimensional sobre las palas del HAWT y un módulo de cálculo estructural que utiliza las fuerzas generadas por dichas presiones para hallar la deformación de las palas y el correspondiente mapa de esfuerzos y tensiones.
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Diseño aeromecánico de aerogeneradores eólicos de eje horizontal (HAWT´s)
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Control de la calidad de potencia en sistemas de conversión de energía eólica
Reconocidas las bondades de la energía eólica, la tendencia actual es la investigación de estrategias de control que permitan mejorar el desempeño del sistema de conversión. El control puede realizarse sobre la turbina o sobre el generador eléctrico. El control de la orientación de la turbina, o de sus palas, presenta severas restricciones debido al ancho de banda limitado de los actuadores y los esfuerzos sobre las partes mecánicas móviles. El control del generador, en cambio, se realiza sobre el subsistema eléctrico, por lo que es notablemente más versátil y confiable que el anterior.Este documento aborda el problema de control del generador. Los objetivos de control son la optimización del rendimiento de conversión y, al mismo tiempo, la reducción de los efectos de las cargas aerodinámicas sobre la red eléctrica. Se divide en las siguientes partes:Portada Índice Introducción Naturaleza del viento Las turbinas eólicas Sistemas de conversión de energía eólica Control por modo deslizante Generación óptima y amortiguamiento de las cargas aerodinámicas Regulación de potencia generada constante Mejoramiento complementario de la calidad de potencia empleando filtros híbridos ConclusionesApéndice A Apéndice B Bibliografía.
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Control de la calidad de potencia en sistemas de conversión de energía eólica
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Probabilistic wind power generation model , derivation and applications
El análisis de un sistema de energía tiene mucho que ver con la evaluación probabilística, en particular la confiabilidad y el costo de la producción. Para incorporar la generación de energía eólica en un marco analítico existente, es altamente deseable un modelo probabilístico de energía eólica. Tal modelo representará un generador de energía eólica como una unidad (de capacidad) multiestado.El objetivo de este documento es desarrollar un modelo para la generación probabilística de energía eólica. En particular, se deriva la expresión analítica y la estadística hasta de cuarto orden de la función de densidad de energía eólica. La investigación también incluye el modelado de la salida de energía eólica hasta una escala regional por medio de las series Gram-Charlier. Se verifican los resultados del modelo con datos energéticos empíricos y simulación Monte Carlo.
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A tutorial on the dynamics and control of wind turbines and wind farms
La energía eólica es un campo interdisciplinario de rápido crecimiento que comprende varias ramas de la ingeniería y la ciencia. Aún existen varios retos sin resolver para una expansión exitosa de la energía eólica que requieren el concurso de expertos, investigadores e ingenieros que trabajen en ello.En este documento se revisa la estructura básica de las turbinas de viento y se describen los sistemas de control de turbinas y los lazos de control. De interés considerable son el torque del generador y los sistemas de control de ángulo de paso de las palas (blade pitch control systems), donde pueden lograrse mejoras de desempeño significativas con más sistemas avanzados e investigación en control. Se describen los desarrollos recientes en controladores avanzados para turbinas de viento y parques eólicos; asimismo, se resaltan varios problemas abiertos en las áreas de modelado y control de dichas turbinas.
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Impact of large wind power generation on frequency stability
En este artículo se examinan las opciones de control disponibles para permitirle a las plantas de generación de energía eólica participar en el mantenimiento de la frecuencia del sistema que tienen un desequilibrio importante de energía. Se discuten posibles expansiones y características adicionales tomando en cuenta las estructuras de control empleadas para los generadores de viento como caso base.Se simularon las respuestas a los esquemas de control propuestos frente a su capacidad de soporte de frecuencia en una situación de contingencia del sistema de potencia. Se descubrió que, a nivel conceptual, existe un intervalo de opciones que pueden colocar a las plantas de generación de energía eólica en una posición de soportar la frecuencia del sistema en una situación de emergencia.
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Optimisation of a small non-controlled wind energy conversion system for stand-alone applications
Este documento propone un método para optimizar el diseño de un pequeño sistema de conversión de energía eólica (WEC) de voltaje fijo. Dicho sistema está compuesto de elementos disponibles en el comercio tales como una pequeña turbina de viento de eje horizontal, una caja de cambios de una etapa, un generador síncrono de imanes permanente, un puente de diodos y un banco de baterías.Como no existen dispositivos de control en el sistema, debe realizarse cuidadosamente el diseño para encontrar la configuración que maximice tanto el uso como la salida de energía del sistema. Se propone un problema de optimización empleando las ecuaciones de energía eléctrica y mecánica. El problema tiene como objetivo encontrar la combinación óptima de la relación de la caja de cambios y el voltaje de la batería para extraer la cantidad máxima de energía.
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A review of wave energy converter technology
Las olas del océano son una enorme fuente energética considerablemente inexplotada, con un gran potencial de extracción de su energía. El rumbo de la investigación en esta área está determinado por la necesidad de encontrar objetivos energéticos renovables, aunque tal investigación es relativamente inmadura comparada con otras tecnologías de energías alternativas.Este documento proporciona una introducción al estatus general de la energía de las olas y evalúa los tipos de dispositivos que están asociados con la tecnología de conversión energética undimotriz (wave energy converter technology, WEC), en particular el trabajo que está llevándose a cabo en el Reino Unido. Se identifican los posibles sistemas de toma de fuerza (power take-off systems). Asimismo, se consideran algunas estrategias de control para mejorar la eficiencia de los WEC tipo amortiguadores de punto (point absorbers). Existe una falta de convergencia en definir el mejor método de extracción de energía de las olas y, aunque la innovación previa se ha enfocado en el concepto y el diseño de la interfase primaria, aún surgen interrogantes acerca de la mejor manera de optimizar la cadena cinemática (powertrain). Finalmente, se proporcionan algunas sugerencias de desarrollos futuros.
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Current and novel electrical generator technology for wave energy converters
En este documento se presenta una breve revisión de la generación de electricidad en convertidores de energía oceánica. Se ha hecho uso de interfaces mecánicas tales como cajas de cambios, turbinas hidráulicas o de aire/agua con el fin de emplear generadores eléctricos rotatorios de alta velocidad. En ocasiones, esto llevará a una reducción en la eficiencia global del sistema. La transmisión directa tiene el potencial de contar con un sistema más eficiente y confiable, aunque aún existen problemas mecánicos y eléctricos que necesitan solución.Se han producido intentos de identificar la topología óptima del generador de transmisión directa, si bien desde una perspectiva netamente eléctrica. La solución óptima dependerá en gran medida de la topología real del dispositivo marino, requiriendo por ello de un enfoque altamente integrado.
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Design and control considerations for a wave energy converter
Un convertidor de energía undimotriz es un dispositivo que transforma la energía de las olas de la superficie del océano en formas útiles de energía. Existen varias dificultades que es necesario superar para lograr esto, tales como los ambientes hostiles en los que opera, la aleatoriedad de la entrada de energía de las olas y las grandes cargas experimentadas en condiciones climáticas extremas. Estas son las razones por las cuales solamente existen unos pocos prototipos a gran escala alrededor del mundo.En este artículo se tratan los aspectos principales del diseño de toma de fuerza (power take-off design) y la estrategia de control resultante de un convertidor de energía undimotriz, con la función doble de producir agua potable y generar electricidad.
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Design and control considerations for a wave energy converter
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Sistema de conversión mecánica eléctrica para un generador undimotriz
Esta investigación consistió en el diseño de un sistema de obtención de la energía de las olas (undimotriz) para ser convertida en electricidad. El objetivo es que este pueda ser utilizado en aplicaciones de pequeña y mediana escala ubicadas en el borde costero, las cuales se encuentren alejadas de la red eléctrica de potencia. Se busca obtener un producto económico y limpio que resulte ser una alternativa válida frente a la generación de electricidad con combustibles fósiles.Con el fin de contextualizar la generación de electricidad a partir de la energía de las olas, se realizó una revisión de las formas de extracción de energía a partir del océano, sus manifestaciones y los principios de conversión. Además se llevó a cabo una revisión de distintas tecnologías de generación que actualmente se encuentran en funcionamiento o en fase de investigación. Tomando como punto de partida un prototipo existente de obtención de energía undimotriz, se especificaron y dimensionaron los dispositivos elementales para llevar a cabo la conversión mecánica, obteniendo como resultado una rotación a velocidad variable de un eje que puede ser acoplado a un generador eléctrico.La utilización de un generador sincrónico de imanes permanentes resultó ser la mejor alternativa frente a un escenario alejado de la red eléctrica de potencia y un rotor que gire a velocidad variable. La solución representa un menor costo de inversión y mantención, además de mayor eficiencia frente a su símil, el generador sincrónico con control de excitación.
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Sistema de conversión mecánica eléctrica para un generador undimotriz