Ecotecnia 80 Castella[1]

Característicastécnicas

2007

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Febrero, 2007

ECOTECNIA 80. Características técnicas 3

ECOTECNIA 80

Características principales

El aerogenerador ECOTECNIA 80, de 1.670 kWde potencia nominal, ha sido diseñado siguiendolas especificaciones de la Clase III de la norma IEC61400-1, apta para emplazamientos con unamedia anual de viento de hasta 7,5 m/s y unavelocidad de ráfaga extrema con una frecuenciade repetición de 50 años de 52,5 m/s.

El aerogenerador dispone de una configuraciónmecánica especial basada en soportar el rotordirectamente por medio del chasis, separando lastareas de soporte del mismo de las de transmisiónde par. El tren de potencia dispone de un diseñocuidado que incluye flexibilidad controlada y controldel par en cualquier situación. Ello, unido a laoperación a velocidad variable, permite unadisminución del número de ciclos y cargas extremasa los que se ve sometido el tren de potencia.

Este concepto de diseño mecánico, propio deECOTÈCNIA, ha demostrado ampliamente sueficacia en sus aerogeneradores comerciales demenor potencia (640, 750 y 1300 kW), de los quese dispone de más de 900 unidades instaladas.

• Concepto de diseño mecánico ECOTÈCNIA-Rotor directamente soportado por el chasis-Tren de potencia flexible. Eje flotante-Transmisión de esfuerzos directamente a la

estructura-Sistema de orientación mediante patines

deslizantes

El aerogenerador ECOTECNIA 80, con una densidadde potencia de 3.01 m2/kW y mediante la incorporaciónde mecanismos de amortiguado activo, ha sidodiseñado para aprovechar de manera óptima losemplazamientos de clase III. Un sistema de controlaltamente eficiente que incorpora mecanismos decontrol en función de la estructura ha hecho que sehayan podido alcanzar 80m de diámetro.

• Aspectos innovadores-Concepción modular del aerogenerador-Cambio de paso independiente en cada una

de las palas-Sistema de control descentralizado-Mantenimiento predictivo integrado-Sistemas de amortiguado activo

• Optimización de las características delaerogenerador

La incorporación de dichos sistemas al conceptotradicional de diseño de ECOTÈCNIA permiteconseguir un rendimiento óptimo del aerogeneradory del parque eólico, que pueden resumirse en:

-Rentabilidad superior del aerogenerador-Fiabilidad-Integrabilidad en la red eléctrica-Compatibilidad ambiental

Concepto de diseño mecánicoECOTÈCNIA

ECOTÈCNIA dio comienzo al desarrollo de suprimer aerogenerador en el año 1981. Comoresultado de estos más de 25 años de experienciase ha llegado a un avanzado concepto deaerogenerador en el que el multiplicador, muchomás protegido, soporta unos esfuerzos muyinferiores a las configuraciones normales, alargandosu vida operativa:

• El rotor, apoyado directamente sobre el bastidor,no está soportado por el multiplicador, por loque este componente no está sometido a la granasimetría de esfuerzos que el viento causa sobreel rotor.

• La sujeción del rotor hace que los esfuerzos sedesvíen hacia la torre originando que únicamentelos esfuerzos útiles sean transmitidos al tren depotencia.

• La longitud del eje proporciona una significativaelasticidad al tren de potencia que evita picos deesfuerzo sobre el multiplicador.

La situación del multiplicador, separado de laestructura de soporte, evita que se vea sometidoa esfuerzos derivados del comportamiento de ésta,como deformaciones o desplazamientos degrandes masas.

Aspectos innovadores

• Concepción modular del aerogenerador

El aerogenerador está concebido de forma modular.La góndola está formada por tres módulos queintegran los siguientes componentes:

Módulo 1: Rotor, rodamientos y ejeMódulo 2: Chasis principal, sistema de orientación

y soporte cubiertaMódulo 3: Tren de potencia

Estos módulos integran tanto los componentesmecánicos como los sistemas de control con loque permiten la verificación de forma inde-pendiente de su integridad y funcionamiento. Sufabricación es pues autónoma y son intercam-biables.

El peso de estos módulos es reducido, al igual quesus dimensiones externas. Ello permite facilitar lastareas de transporte. Así mismo los módulos sonmontables en la parte superior de la torre con loque las necesidades de grúas de montaje yelementos auxiliares se reducen.

La modularidad del aerogenerador ofrece lassiguientes ventajas:

• Menor necesidad de infraestructura civil: elacceso con la góndola al emplazamiento sefacilita al transportar solo componentes con unpeso inferior a las 30 Tn.

• Facilidad de transporte: los módulos presentanun peso y unas dimensiones que permitenintegrarlos en procedimientos estándar detransporte (containerización).

• Menor requerimiento de grúas: la instalación delaerogenerador, por el peso reducido de losmódulos, permite su izado con grúas de la mismacapacidad que la que se usa actualmente enmáquinas de potencia inferior al MW. Ello tambiénredunda en unas inferiores necesidades deinfraestructura civil en el punto de emplazamiento.

• Mejor aprovechamiento de terrenos complejospor la facilidad de instalación.

• Cambio de paso independiente en cada unade las palas

Respecto al aerogenerador tradicional laincorporación de cambio de paso independienteen cada una de las palas representa un avanceimportante a nivel de seguridad y regulación. Elprincipio se basa en disponer tres sistemas decontrol de cambio de paso eléctricos e indepen-dientes para cada pala.

Las funciones del cambio de paso son seguir lasconsignas del sistema de control central al quecomunica mediante un bus digital. La redundanciadebida a la existencia de sistemas independientesen las tres palas permite mayor seguridad.

Ventajas de la incorporación del sistema de cambiode paso:

• Control de la velocidad del rotor dentro delmargen de regulación manteniendo la potenciaconstante en la red.

• Reducción de las cargas extremas en la estructura.Permite operar a vientos fuertes con las palas en


ECOTECNIA 80

posición cerrada sin el riesgo de que la apariciónde ráfagas de viento produzcan valores extremosde cargas en operación. En situación de maquinaparada o de temporal, las cargas en la estructurade soporte y cimentación son más reducidas.

• Supresión del freno mecánico sin perdida deseguridad. La actuación independiente asegurael frenado del aerogenerador en cualquiercircunstancia. La avería de uno de los sistemasde cambio de paso no es crítica para la seguridadestructural del aerogenerador.

• Arranque a vientos bajos al permitir ofrecer unpar significante con velocidades de giro bajas.

• Mayor aprovechamiento en caso de suciedaden las palas al permitir buscar la posición derendimiento óptimo aerodinámico.

• Amortiguamiento activo de la estructura en ladirección paralela al eje del rotor. El uso de señalesde aceleración de la góndola y su inclusión enel bucle de control del cambio de paso permiteamortiguar las oscilaciones de la estructura(góndola-torre) de forma activa reduciendo lascargas a fatiga.

• Una reducción de potencia para vientos muyaltos por medio de reducción de velocidad delgiro y del par. Esta estrategia es muy rentablepara una máquina de Clase III de viento porquereduce los costes de máquina sin que representeninguna pérdida energética significativa.

• Sistema de control descentralizado

El sistema de control contempla una gran partede las innovaciones que presenta el aerogenerador.Consta de un sistema descentralizado formadopor elementos interconectados que desarrollanfunciones especializadas, entre los que cabedestacar:

• Sistema de control de gestión (supervisión delos sistemas del aerogenerador y operación deelementos actuadores y sensores)

• Sistema de control de par (control vectorial delgenerador y su sincronización con la red)

• Sistema de control del ángulo de paso de la pala• Sistema de monitorización de estado. Medición

de vibraciones.

• Sistema ARGOS de monitorización y control delparque.

El control del tren de potencia de forma efectivase basa en la capacidad de inyectar energía eléctricaen la red de forma controlada en un rango ampliode velocidades de giro. Este sistema de controlbasado en DSP y electrónica de potencia es capazde modelar los procesos electromagnéticos (controlvectorial de la máquina eléctrica) del interior delgenerador en tiempo real. Ello permite, porejemplo, inyectar una potencia constante en lared sin influencia de las variaciones de velocidaden el tren de potencia.

Las ventajas conseguidas mediante el control delpar se traducen en:

• Incremento de la energía producida en todo elrango de velocidades de viento. A bajasvelocidades por mejorar el rendimientoaerodinámico del rotor y a altas velocidades deviento por permitir un control eficiente de lapotencia evitando las influencias externas desuciedad en las palas, cambios en la densidad ytemperatura.

• Mejora de las condiciones de operación.


•Reducción de picos y oscilaciones en la producciónde energía y de cargas extremas en el tren depotencia. Interconexión sin transitorios.

• Posibilidades de control de la potencia entregadaa la red.

• Control de la potencia reactiva de forma dinámicacon lo que se permite incluso una aportación deregulación a la red. Mejora de las característicasde la red en caso de redes débiles.

• Menor impacto ambiental al reducirse la velocidadde giro a velocidades bajas.

• Menor riesgo de colisión de las aves por la reducidafrecuencia de paso de la punta de pala debido ala velocidad de giro reducida a bajos vientos.

• Amortiguación activa del tren de potencia.

• Mantenimiento predictivo integrado (Opcional)

La integración en los sistemas de control ymonitorización del parque de sistemas de mo-nitorización de estado de elementos delaerogenerador permite la realización delmantenimiento predictivo de forma automatizadao remota.

El mantenimiento predictivo se basa en elseguimiento del estado y condición de la maqui-naria a lo largo de la vida de los equipos. Por logeneral se basa en la medida de vibraciones quepermiten el seguimiento de su operación en escalastemporales del orden de la vida del sistemacompleto.

La integración de medidas rápidas de vibracionesen los sistemas de control así como su tratamientofrecuencial directo permite la recogida periódicade datos para establecer la evolución del estadoasí como establecer alarmas o paradas querequieran una revisión del aerogenerador.

El análisis de datos se separa en dos rangos fre-cuenciales;

• Rango de bajas frecuencias (hasta 10 Hz) en elque se analiza el comportamiento de la estructuradel aerogenerador. En este rango, el análisis sebasa en los modos propios del aerogenerador,el objetivo es diagnosticar permanentemente elcorrecto estado de la estructura del aeroge-nerador. Este rango incluye también los elementosgiratorios de baja velocidad (rotor).

• Rango de altas frecuencias de (10 a 4000 Hz)comprende el análisis de los elementos giratoriosdel tren de potencia. En este rango el análisis sebasa en el seguimiento de las frecuenciasmúltiplos de la velocidad de giro y en unamáquina de velocidad variable requiere untratamiento frecuencial singular.

Optimización de las características delaerogenerador

La aportación de todos los elementos anterioresal diseño del aerogenerador ECOTECNIA 80 hapermitido conseguir un rendimiento óptimo delas características funcionales del aerogeneradory del parque eólico, entre las que cabe destacar:

Rentabilidad superior del aerogenerador• Optimización del aprovechamiento aerodinámico.• Reducción importante de cargas medias y de

picos en el tren de potencia• Reducción de cargas extremas• Reducción de cargas cíclicas por incorporación

de amortiguamiento activo


Fiabilidad• Recogida de datos permanente sobre el estado

de los componentes giratorios• Operación más segura debido a las reducidas

variaciones de carga en el tren de potencia

Integrabilidad en la red eléctrica• Control de la potencia suministrada• Reducidas variaciones de potencia• Interconexión suave y sin transitorios incluso en

vientos cercanos a la velocidad extrema deoperación

• Capacidad de control de la potencia reactiva• Aumento de la relación entre la potencia media

y la potencia instalada

• Continuidad de suministro frente a huecos detensión: cumplimiento entre otros P.O. 12.3 deEspaña.

Compatibilidad ambiental• Elevada potencia unitaria por aerogenerador

(1670 kW)• Mejor aprovechamiento del recurso eólico, al

estar el diseño del aerogenerador optimizadopara los emplazamientos de clase III.

• Menores requerimientos de infraestructura civil,tanto para los caminos de acceso, como paralos modelos de grúas necesarios para suinstalación.


Características Generales

Clase aerogenerador según IEC 61400-1 III - APotencia nominal 1670 kWDiámetro del rotor 80 mOrientación del rotor BarloventoNúmero de palas 3Alturas estándar del buje 60, 70 y 80mSistema de control de potencia Velocidad variable con cambio de paso

independiente en cada palaRango de velocidades 9,7 r.p.m. - 18,4 r.p.m.Velocidad del viento de conexión y parada(media 10’) 3 m/s y 25 m/sRango de temperaturas de operación -10 ºC a +40 ºC

Especificaciones de Diseño

Clase aerogenerador según IEC 61400-1 III - AVelocidad media anual de vientopara la que es apta 7,5 m/sVelocidad máx. (media 10’) 37,5 m/sVelocidad de ráfaga extrema (3s) 52,5 m/sVelocidad de conexión 3 m/sVelocidad de parada 25 m/sVelocidad de parada instantánea 34 m/sIntensidad turbulencia AVelocidad vertical del viento durante toda la vidaoperativa del aerogenerador (IEC) 8º

• Especificaciones de Diseño

Tabla de Características Técnicas

• Descripción General


Rotor

Orientación BarloventoDiámetro del rotor 80 mPotencia nominal 1670 kWNúmero de palas 3Superficie barrida 5.027 m2

Densidad de potencia 3.01 m2/kWRango de velocidades de giro 9,7 r.p.m. - 18,4 r.p.m.Velocidad de punta de pala 77 m/sFabricante de las palas LM Tipo de palas LM 37.3

Buje, Eje y Rodamientos

Material del buje Fundición nodular EN-GJS400-18U-LTTipo de rodamientos principales 2 rodamientos de rodillos cónicos (delantero y

trasero), alojados en el interior del bujeFabricante rodamientos FAG, SKF o equivalenteMaterial del eje de transmisión F·1252 UNE 36-012-75Longitud del eje cilíndrico 4,17 mSistema de acoplamiento Buje - Eje Anillo de contracción y acoplamiento elástico

• Componentes y Sistemas principales

Multiplicador

Tipo Planetario + Ejes paralelosFabricante Winergy PEAB 4390.2 o equivalenteRelación de multiplicación 98.07Potencia mecánica 1790 kWPar nominal 910 kNmSistema de refrigeración Activa por medio de radiador con

ventilación forzadaSistema de lubricación Aceite mediante lubricación activaAcoplamiento eje - multiplicador Anillo de contracciónAcoplamiento multiplicador - generador Anillo de contracción y acoplamiento

elásticoTemperatura de operación 65ºC con temperatura ambiente de 40ºC

Generador

Tipo Generador de rotor devanadoFabricante SIEMENS, WINERGY o equivalentePotencia nominal 1.700 kWTensión nominal 690 V ±10%Velocidad de giro nominal 1800 r.p.m.Ondulador de potencia Bidireccional 750/400 kVA tecnología IGBTClase de protección IP54Rango cos fi a potencia nominal 0,95 inductivo / capacitivoSistema de refrigeración Aire/Aire


Sistema de Orientación

Tipo ActivoVelocidad de orientación 0.47 º/sSistema de orientación 3 patines de polímeroMotor de orientación 4 motores eléctricos y engranajes

tipo planetariosActuación A frecuencia variable y control de parFabricante Bonfiglioli o equivalenteFreno de orientación 2 zapatas de guiado actuando como

pinzas, mediante sistema hidráulicode seguridad

Sistema de Control

Tipo Control de par y ángulo de pasoControl de par DSP y electrónica de potenciaControl del ángulo de paso de la pala(pitch control) Tres sistemas independientes para cada

una de las palas controladas por micro- procesador. (Cambio de paso eléctrico)Protocolos de interconexión y comunicación Bus Device Net y TCP-IPMonitorización Sistema ARGOS

Dimensiones y Pesos

Góndola (incluyendo buje) 67.000 KgTorre de 70 m. 132.000 KgPalas (unidad) 6.035 Kg

Torre

Tipo Tubular tronco-cónica de aceroAltura 60, 70 o 80 mDiámetro superior 2.13 mDiámetro inferior (torre de 70 m.) 4.25 mColor RAL 7035

Sistema de Frenado

Freno principal Aerodinámico, mediante girode las palas

Freno de parada Freno de disco ubicado en el(parking) eje de alta velocidad

Ø 80

m

113

m

70 m

67,7

5 m

3,95 m

Curva de potencia


Velocidad Potencia[m/s] [kW]

3,5 314,5 965,5 1966,5 3447,5 5468,5 8099,5 1124

10,5 146811,5 161912,5 167013,5 167014,5 167015,5 167016,5 167017,5 152918,5 141919,5 130820,5 119821,5 108722,5 97623,5 86624,5 755

Densidad = 1.225 kg/m3, Altitud = 0 m, Temperatura = 15ºC

1800

1700

1600

1500

1400

1300

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0 5 10 15 20 25Velocidad del viento (m/s)

Pote

nci

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W)

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