Diseño e integración de instalación de un sistema de producción de energía eólica doméstica

Este proyecto surge a finales de 2007 de la idea propuesta por parte de un grupo de estudiantes de L'Ecole Central de Lyon, concretamente del Departamento de Mecánica de Fluidos, con el objeto de diseñar, construir e instalar un sistema de producción de energía eólica de pequeña potencia en las cercanías de las instalaciones de L´Ecole Centrale, en Lyon. Bajo el nombre de SPEED: Solución de Producción de Energía Eólica Doméstica/ Solution de Production d´Énergie Eolienne Domestique , el trabajo ha sido realizado dividiéndose las tareas en dos equipos, formados por 5 estudiantes de cada universidad, de tal forma que los participantes franceses fueron responsables del diseño de la parte mecánica y aerodinámica del proyecto: palas, carcasa, freno mecánico, mientras que el equipo de la Universidad Carlos III fue el encargado del desarrollo de toda la parte eléctrica y de control del sistema, como se describirá a lo largo de este proyecto. Mi proyecto fin de carrera, es la última parte de dicho proyecto, consistente en la integración de todo el trabajo de mis compañeros, la selección del emplazamiento, la realización de un análisis de ingeniería inversa del generador, el diseño de la instalación, protecciones y todo lo necesario para la integración y puesta en marcha de los equipos. Para comenzar con la introducción al proyecto mismo, se comenzará con una introducción sobre la energía eólica, su procedencia, sus características y su clara ventaja frente a otros tipos de fuentes de generación energética. Tras lo cual, se pasa a comentar la situación dominante de España en el mercado mundial de energía de este tipo. Por último, finalizando con la introducción y puesta en situación del proyecto, se dará el salto de la energía eólica general a la micro-eólica (mini-eólica en nuestro caso), analizando sus ventajas y desventajas y la situación actual de la tecnología en dicho campo y las diferencias entre los grandes aerogeneradores y las pequeñas máquinas aisladas para uso doméstico. Seguidamente, y basándose en las especificaciones establecidas, se explicará cuales fueron los pasos para la selección del generador, de la topología y de la filosofía de control del sistema. Pasando a continuación a la realización de un estudio de evaluación del potencial eólico y la selección de un emplazamiento adecuado para la instalación del sistema eólico diseñado. En los puntos finales de este proyecto, se describirá cada uno de los componentes del sistema, explicando en más detalle cada equipo, su función y cómo se integra con el resto del sistema. En este apartado sólo se va a describir a grandes rasgos los componentes que forman el convertidor electrónico, es decir, el rectificador, el chopper y el inversor, en lo que concierne a la descripción general de los componentes y cómo afectan a la integración global del sistema. El desarrollo y diseño de estos componentes están fuera del alcance de este proyecto. A continuación, dedico un capítulo entero al análisis de Ingeniería inversa de la máquina eléctrica utilizada. Por último, se dedica un último capitulo al diseño de la instalación eléctrica, en el que se incluye el diagrama unifilar, las protecciones y el diseño y selección del armario de control y protecciones.Ingeniería Industria

Automatización de un banco de ensayos de generadores eléctricos para aplicaciones en energía eólica de baja potencia

This paper presents the development of an automated electric generators test bench for low power wind energy in urban applications. The bench allows testing electric generator under similar operating conditions to real, electric generator coupled to a wind turbine in urban environments, which allows to determine specific parameters: electric current, voltage, power.En este trabajo se presenta el desarrollo de un banco de ensayos automatizado de generadores eléctricos, con aplicación en energía eólica de baja potencia y uso en zonas urbanas. La implementación de este banco permite ensayar generadores eléctricos bajo condiciones de funcionamiento semejantes a los que se sometería como generador acoplado a una turbina eólica en entornos urbanos, a partir de lo cual, es posible determinar los parámetros específicos: corriente, tensión, potencia, que permitan caracterizarlo

Construcción de un aerogenerador y un regulador de carga

El presente proyecto tiene como objeto la construcción de un aerogenerador para abastecer parte del consumo de energía eléctrica de una casa que se encuentra conectada a red. Con la intención de disminuir la factura de energía eléctrica y evitar los cortes de energía en la propia vivienda. La dimensión del aerogenerador esta adecuada para satisfacer el consumo de toda la vivienda. La potencia nominal es de 4kW, de esta forma la vivienda será autosuficiente, y podrá aislarse de la red siempre y cuando el aerogenerador suministre la energía demandada y las baterías tengan una capacidad suficiente para cubrir la demanda en días de poco viento. La vivienda no se desconectara de la red, así si el molino se avería o si hay varios días de poco viento, la vivienda podrá alimentarse desde la red.Ingeniería Técnica IndustrialIndustria Ingeniaritza Tekniko

Construcción de un aerogenerador y un regulador de carga

Este proyecto fin de carrera tiene como objeto la construcción de un aerogenerador para abastecer parte del consumo de energía eléctrica de una casa que se encuentra conectada a red. Con la intención de disminuir la factura de energía eléctrica y evitar los cortes de energía en la propia vivienda. La dimensión del aerogenerador está adecuada para satisfacer el consumo de toda la vivienda. La potencia nominal es de 4kW, de esta forma la vivienda será autosuficiente, y podrá aislarse de la red siempre y cuando el aerogenerador suministre la energía demandada y las baterías tengan una capacidad suficiente para cubrir la demanda en días de poco viento. La vivienda no se desconectará de la red, así si el molino se avería o si hay varios días de poco viento, la vivienda podrá alimentarse desde la red.Ingeniería Técnica IndustrialIndustria Ingeniaritza Tekniko

Metodología para el diseño de un convertidor DC-DC aplicado a aerogeneradores de baja potencia

En este trabajo se propone una metodología de diseño de convertidores DC-DC y su control aplicado a aerogeneradores de baja potencia aislados de la red eléctrica. El diseño del convertidor se realiza teniendo en cuenta requerimientos de contenido armónico del generador sincrónico de imanes permanentes y de la carga eléctrica abastecida. Para comenzar con el diseño fue necesario realizar una revisión de la literatura, para identificar las metodologías usadas y los requerimientos de diseño. Como resultado de esta revisión se obtuvo la falencia de una metodología de diseño del convertidor y de su control. Para desarrollar la metodología de diseño del convertidor fue necesario modelar la turbina eólica de tres palas, el generador sincrónico de imanes permanentes y un rectificador trifásico de onda completa no controlado. Con la ayuda del modelo se realizó el diseño de un convertidor DC-DC. Los elementos del convertidor son diseñados para garantizar que los rizados de los voltajes de entrada y salida, y de la corriente del inductor no superen el 5% de los valores de estado estacionario. El control del voltaje de salida se realiza con un controlador proporcional-integral-derivativo y como criterios de diseño se seleccionan un amortiguamiento de 0,707 y una frecuencia de corte de 1/5 la frecuencia de conmutación del convertidor. El controlador diseñado regula el voltaje de salida frente a perturbaciones de la carga y cambios en la velocidad del viento. Como resultado final se obtiene una metodología para el diseño del convertidor DC-DC y su control aplicado a aerogeneradores de baja potencia.Abstract : A method to design a Buck converter and its control, which are associated to a wind generation system that is feeding an isolated load, is presented in this work. The design of DC-DC converters and its control are performed considering harmonic content requirements of the permanent magnet synchronous generator and the electrical load. A literature review was made to identify the methodologies and the design requirements, as a result of this review, it was highlighted that there is not a design methodology of the converter and its control. To develop the converter design methodology, it was necessary to model a three-blade wind turbine, a permanent magnet synchronous generator and a three phase rectifier of full wave uncontrolled. The latter model was used to design a DC-DC converter. The converter elements are designed to guaranty that the ripple in the input and output voltages, and the inductor current do not exceed the 5% of the steady estate values. The output voltage control is performed with a proportional-integral-derivative strategy, as design criteria a damping of 0.707 and a cutoff frequency of 1/5 the switching frequency of the converter are selected. The controller regulates the output voltage versus load disturbances and changes in the wind speed. As end result, a methodology for designing a DC-DC converter and its control applied to low-power turbines is obtainedMaestrí

Análisis experimental y mediante el método de elementos finitos de una máquina síncrona de imanes permanentes de potencia fraccionaria

El objetivo que se plantea es la propuesta de un rotor y devanado estatórico de una máquina eléctrica reversible (motor-generador) para el prototipo de volante de inercia levitado mediante superconductores. La idea principal es partir de un devanado estatórico de un alternador de automóvil, el cual conseguiremos en el desguace, un soporte que permita introducir distintos rotores caseros, construidos por una lata ferromágnetica e imanes, y llegar a proponer un nuevo devanado y un rotor definitivo que se mandarán construir a los talleres correspondientes. El proyecto se centra en el estudio del único estator y de los distintos rotores. Todo ello para conseguir una máquina eléctrica reversible que reúna las características necesarias para poder ser funcional en el caso del prototipo del volante de inercia

Caracterización de pequeños sistemas conversores de energía eólica pertinentes para provisión de electricidad en la parroquia García Moreno, provincia de Tungurahua, año 2013. Diseño de un aerogenerador de baja potencia para producción nacional.

This paper describes the characterization of low-power wind turbines, with the aim of providing electricity to isolated houses from the mains in the parish García Moreno, Canton Pelileo. To this end, the wind potential study site was determined and also investigated current trends in building these machines applicable to rural areas. The energy needs of a typical house of the place was also evaluated. With this information the necessary parameters for the design of wind turbine technology using materials and Ecuador was obtained. The research also addressed the economic, social and environmental impacts that could result in the implementation of this project. It is concluded that it is possible to wind turbines in Ecuador at relatively low and the benefits of any commercial machine cost.Este documento describe la caracterización de aerogeneradores de baja potencia, con el objetivo de proveer electricidad a casas aisladas de la red eléctrica en la parroquia García Moreno, cantón Pelileo. Para tal efecto, se determinó el potencial eólico del lugar de estudio y además se investigó sobre las tendencias actuales de construcción de estas máquinas aplicables a sectores rurales. Se evaluó también las necesidades energéticas de una casa típica del lugar. Con esta información se obtuvo los parámetros necesarios para el diseño del aerogenerador utilizando materiales y tecnología ecuatoriana. La investigación también abordó los impactos económico, social y ambiental que podría ocasionar la implementación de este proyecto. Se llegó a la conclusión que es posible realizar aerogeneradores en Ecuador a un costo relativamente bajo y con las prestaciones de cualquier máquina comercial

Estudio de técnicas de control Grid-Forming para aerogeneradores marinos

[ES] En un contexto de transición ecológica sin precedentes la generación eólica en general, y la aerogeneración Off-Shore en particular; tiene y tendrá un papel fundamental para la sostenibilidad energética del planeta. En este sentido, para un aprovechamiento óptimo de la energía contenida en el viento es necesario implementar técnicas de control que regulen el funcionamiento de los complejos sistemas que forman un aerogenerador. El presente estudio tiene como finalidad realizar una comparativa entre dos técnicas de control vectorial basadas en la filosofía Grid-Forming y haciendo uso de un doble convertidor de potencia Back-to-Back que garantice la independencia del control de red y del control del generador. De este modo, se propone un control común que regule el funcionamiento del PMSG asegurando un nivel de tensión estable en el enlace de corriente continua del convertidor; y a partir de este punto se implementan las técnicas de control de red fundamentadas en Control Orientado de Tensión para su posterior análisis y comparación. Las estrategias de control objeto del estudio se basan el Droop Control y en Virtual Synchronous Machine.[EN] Nowadays we live in a world that is deeply marked by the ecological transition. Transition in which the wind generation has and will have an important role for the Earth¿s energetic sustainability. In that way, advanced control systems that allow us to optimize wind energy extraction are needed. In this study, a comparison between two Grid-Forming vector control strategies is presented. The system implemented is based on the using of a Back-to-Back converter, which ensures the grid and the generator decoupled control, and the implementation of a common PMSG control that will be used by both grid controllers. The Machine-Side Controller main objective is to assure a stable voltage level on the converter¿s DC-Link as well as to optimize the wind energy extraction. With the DC voltage properly controlled, the Voltage Oriented Control based Grid-Side Controllers are implemented and studied. The techniques presented in this study are Droop control and Virtual Synchronous Machine control.García Carcedo, D. (2020). Estudio de técnicas de control Grid-Forming para aerogeneradores marinos. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/147952TFG

Estudio de factibilidad y diseño de un sistema a pequeña escala de generación eólico tipo para implementar en edificaciones

Se han estudiados los registros de velocidad del viento de los últimos 12 años, recopilados en las estaciones del ministerio de medio ambiente y recursos naturales, a partir de ello se determinó la factibilidad técnica de instalar un generador eólico de baja potencia en las edificaciones de la zona metropolitana de San Salvador. Además se ha realizado el diseño del sistema eléctrico de un generador de 5kw de eje horizontal y de eje vertica

Caracterización mecánica de un hidrogenerador de eje horizontal

Proyecto de Grado (Ingeniero Mecánico)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2011PregradoIngeniero(a) Mecánico(a