La tecnología eólica y de transmisión se prepara para la demanda futura

En los próximos 10 años, las tendencias tecnológicas en tierra y mar se espera que cambien de manera significativa. La capacidad en tierra es típicamente en el rango de 2,3 a 3 MW, limitada por el tamaño (ancho, altura y longitud) que puede ser transportado en camiones. Es poco probable que el futuro de las turbinas en tierra se convertirán en mucho más grande, pero sin embargo, serán más inteligente, y podrían ser adaptadas a cada lugar específico.

Las turbinas de alta mar hoy son básicamente versiones ligeramente modificadas de las usadas en tierra. Hacia el 2020, dos tendencias diferentes surgirán de la energía eólica en alta mar: las turbinas aumentarán de tamaño y se van a instalar más lejos de la costa . En 2009, la distancia media desde la costa para los parques eólicos europeos fue de 12,8 km, pero el Dogger Bank previsto en Reino Unido estará entre 125 a 195 km de la costa.

Control Avanzado

El control óptimo es clave para el funcionamiento correcto y seguro de una turbina de viento y los últimos sistemas se puede medir las cargas en cada una de las hojas, y se utilizan para suavizar las cargas en condiciones de viento turbulento. Las mismas medidas se pueden utilizar para calcular los efectos de fatiga y puede apagar la turbina si el daño es crítico. Los datos también puede permitir que la estrategia operativa sean alteradas para maximizar el rendimiento energético.

Funcionamiento las turbinas individuales en parques eólicos con diferentes reglas de operación requiere de una tecnología de sensores inteligentes y algoritmos de control complejos. Mejora de las capacidades de transferencia de datos y sistemas de apoyo a la decisión permitirá a los centros de una ubicación céntrica optimizar las operaciones.

Además, las turbinas de viento usan las hojas que pueden ser retorcidos (agudo) para adaptarse a la velocidad del viento y mantener el resultado deseado. respuestas más rápidas se podría conseguir si la propia hoja fueron a torcer cuando se carga sobre su aumento. Esto se puede lograr mediante el diseño de las palas de la turbina con algún grado de barrido (como una espada curva).

Otra solución consiste en fibras orientadas en la pala de manera se retuerza ligeramente cada vez que se doble. También es posible ‘hojas inteligente ” con controles activos, es decir, las hojas cambian sus propiedades aerodinámicas de acuerdo a las cargas medidas.

Diseños de hoja más sofisticados se prevén en la próxima década. El desafío será demostrar que los nuevos diseños, con la historia de ámbito limitado, funcionen de manera satisfactoria durante su vida útil. Los aspectos clave son robustez y resistencia a la fatiga.

Fundaciones fijas y flotantes

En la actualidad, las turbinas de alta mar están limitadas a aguas poco profundas (20-30 metros), y la mayoría utiliza una única base tubular, monopolo. Para aguas más profundas, diversas estructuras “chaqueta” que comprenden varias zapatas y son similares a (pero más pequeño que) las instalaciones petrolíferas y de gas, se desarrollarán. tipos plataforma optimizada y un mejor entendimiento de las cargas y diseño de la fundación, aumentará la profundidad del agua viable a unos 50 metros.

Hacia el final de la próxima década, plataformas flotantes se utilizarán para las turbinas de viento , lo que les permite operar en profundidades de agua casi ilimitada y donde los vientos son los mejores. Los prototipos se están probando y varios conceptos están en el tablero de dibujo. Uno de ellos es la necesidad de una compleja dinámica de los cables para permitir la conexión a la red.

Como las turbinas eólicas flotantes requieren de aguas profundas para la conexión del acoplamiento de la góndola a la estructura de apoyo, se requiere la instalación de nuevos métodos . Sin embargo, varias zonas con potencial eólico de alta energía, incluidos los EE.UU. y Asia, han aguas poco profundas cerca de la costa, y por lo tanto la operación de acoplamiento tendrán que producirse en el sitio, que requieren costosas operaciones en alta mar y complejo, o un método de instalación completamente diferente debe ser desarrollados.

Un nuevo concepto para el transporte de las turbinas completamente montado horizontalmente, en barcazas, en el patio de fabricación en la página de la costa. Una vez en el lugar, la barcaza se inclina 90 grados a través de una operación de lastrado, para liberar la turbina en posición vertical. A condición de que los desafíos relacionados con la constitución-que termina y la liberación de las turbinas se resuelven, la instalación horizontal estará disponible comercialmente en 2020.

De accionamiento directo

La mayoría de las turbinas utiliza una caja de cambios para aumentar la velocidad del generador, pero son propensos a fallas y aumenta la masa de la turbina. Varios fabricantes han reemplazado las cajas de cambios con un solo generador, de gran diámetro que, junto con un convertidor, se puede conectar a la red, pero esto no deja de tener sus propios retos. Tanto el coste y el peso de esta opción en la actualidad superan los diseños de caja de cambios más convencional. Sin embargo, este enfoque es muy prometedor, sobre todo si se introducen imanes permanentes más baratos y más potentes, materiales más ligeros, y convertidores más versátiles. opciones de accionamiento directo tendrán un costo competitivo hacia el 2020, y pueden llegar a ser de uso dominante.

T&D

En una década, muchos países, especialmente en la UE, experimentarán importantes desafíos en la gestión de salida variable de las plantas de energía eólica y solar. La gestión de la incertidumbre de las energías renovables será una cuestión clave en el futuro diseño y operación de sistemas de energía. Una solucion sostenible a largo plazo requiere de carreteras de transmisión inter-regionales (o supergrids), mercados en el día, la respuesta de la demanda, los códigos armonizados red, y gran volumen de almacenamiento y distribución de energía.

El objetivo de la UE para 2020 las energías renovables requiere más de 50 GW de energía eólica en la región del Mar del Norte. Los vientos no están altamente correlacionadas, en el que el viento mueve los frentes al mismo tiempo grandes zonas afectadas, dando lugar saltos en la producción de varios gigavatios-hora.

La transmisión permite el equilibrio de área amplia a través del intercambio transfronterizo de energía, mayor mercado de piscinas, y suavizado posterior. Sin embargo, los proyectos de transmisión pueden tardar hasta 10 a 15 años en completarse debido a los tiempos de concesión de largo y la oposición pública frecuentes. Los mercados de la electricidad hoy en día están diseñados para la generación bajo incertidumbre de carga relativamente baja. Va desde el presente “día de antelación” a “de dos horas por delante” previsión podría reducir la incertidumbre en un 50 por ciento, una evolución del mercado que está en curso en muchos países.

Otra medida importante es el código de los requisitos de la red de las energías renovables variable. plantas de energía convencional por encima de un determinado tamaño están obligados a proporcionar la gama completa de servicios auxiliares, incluyendo la respuesta de frecuencia, arriba / abajo regulación, regulación de potencia reactiva y tensión, y viajar a través de fallo. Si bien estos servicios son esenciales para la estabilidad del sistema, más pequeñas plantas de energía, como la eólica y la solar, tienen que proporcionar muchos de ellos. Una cantidad cada vez mayor de energía renovable por lo tanto pondrá a prueba el sistema de energía.

Muchas plantas de salida variable están ahora obligados a proporcionar regulación de tensión y reactiva. El descenso de regulación de la energía eólica para evitar la sobreproducción también se está utilizando. Sin embargo, sobre regulación de la eólica o solar requerirá una operación continua por debajo de la capacidad disponible. Esta medida no está en uso hoy en día, pero podría ser implementado en los sistemas con una cuota muy alta de energía eólica y solar para el año 2020.

Como grandes cantidades de energía renovables estarán conectados a las redes en muchas partes del mundo, un aumento significativo en la capacidad de transporte es esencial. Supergrids, definidas como redes de transmisión de área amplia, la conexión de grandes áreas geográficas en un sistema único y unificado, permitir que el comercio de grandes volúmenes de electricidad a largas distancias y la influencia de la variabilidad de la producción. En Europa, supergrids podría permitir la transmisión de la energía eólica marítima en el Mar del Norte, junto con la energía solar en el Sahara, a los centros de carga en la Europa continental. En los EE.UU., las tres áreas no sincrónica puede ser más estrechamente vinculados entre sí para mejorar la seguridad de la oferta y para facilitar la integración de las energías renovables.

Los controladores de redes como son la transmisión masiva de la energía de los centros de producción a los centros de carga, la integración a gran escala de las energías renovables variable, y el bajo uso de las plantas de potencia máxima. Supergrids utilizará tecnologías como la alta tensión en corriente continua (HVDC), de alto voltaje ultra corriente alterna (UHVAC), conductores de alta temperatura baja compresión (HTLS), y flexible, alternando las unidades actuales de redes de transporte (FACTS).

Operación de Supergrids

La operación exitosa de supergrids participarán representantes de diferentes estados y países en un grado mucho mayor que en la actualidad. Un solo operador debe ser responsable y garantizará una mayor utilización de activos de generación, por ejemplo, un nivel de EE.UU. o Europa. Esto se puede lograr por las interconexiones que permitan la nivelación de cargas debido a los patrones de consumo diferentes y zonas horarias.Sin embargo, una súper superposición introduce peligros potenciales en términos de cortes individuales que puedan afectar a los sistemas de energía en una escala sin precedentes. Por lo tanto, esto requiere el desarrollo de los controles de sistema robusto, incluyendo un mayor uso de las funciones de desconexión, el seguimiento en tiempo real y la auto-restauración.

Para el año 2020, los grandes proyectos de energía eólica marina puede estar situado a cientos de kilómetros de la costa y producir energía en el rango de varios gigavatios.Transmisión de la salida hacia la orilla requerirá HVDC. Los retos del desarrollo de las redes en alta mar HVDC hacia el 2020 son sustanciales, y en relación a AC / DC convertidor de la tecnología, el desarrollo de redes de malla de corriente continua y interruptores de la CC, subestaciones en alta mar, y la evolución de submarinos. La interconexión de los países con diferentes regímenes de reglamentación también será un gran obstáculo a superar.

Con el fin de dar cabida a la UE para 2020 de destino renovables, hasta 40 GW de energía eólica marina podría ser instalado en el Mar del Norte, que requieren inversiones en la red en el orden de los € 11-28 billion.

El Departamento de Energía de EE.UU. estima un potencial de energía eólica marina de los Estados Unidos de 54 GW en 2030. En los EE.UU., el proyecto de conexión del viento del Atlántico es uno de los primeros pasos hacia la interconexión de múltiples plantas de energía eólica en alta mar mediante una red de transmisión en alta mar.

Además de los retos tecnológicos, las cuestiones de reglamentación, tales como gestión de la red en alta mar, la cobertura de costos, y el acoplamiento de mercado son los principales obstáculos para el desarrollo de la red interregional en alta mar.

Convertidores se utilizan en sistemas HVDC, ya sea para rectificar o invertir la corriente.convertidores de voltaje de la fuente (VSC) ha estado disponible comercialmente desde 1997, pero sufren el doble de las pérdidas de energía y llevar a una quinta parte de la capacidad de la línea tradicional de convertidores conmutados (LCC). Por otra parte, su diseño compacto hace que sean factibles para VSC en alta mar plataformas. A diferencia de CBC’s, VSC se puede conectar a redes de corriente alterna débil o pasiva (baja capacidad de cortocircuito), tales como plantas de energía eólica y las instalaciones petrolíferas y de gas (las cargas). Además, VSC proporcionar un control de voltaje y las capacidades de Inicio en negro.

tecnología VSC allanará el camino para redes multi-terminal de CC, lo que permite la interconexión de los parques eólicos de la costa y los vínculos comerciales entre los países. En 2020, las pérdidas de energía VSC serán comparables con los de aerolíneas de bajo costo (alrededor de 0,5 por ciento en ambas terminales).

De dos terminales (punto a punto) conexiones HVDC se han instalado en muchas partes del mundo, conectando los sistemas asíncronos – sistemas con diferentes niveles de frecuencia – y que se utilizan para la transmisión de energía a granel. Una red marina integrada requerirá un mayor desarrollo de multi-terminal HVDC (MTDC) la tecnología.

MTDC reducirá el número necesario de estaciones de conversión, y por lo tanto espacio de la plataforma en alta mar, y reducir las pérdidas posteriores de energía. Sin embargo, un sistema MTDC es muy sensible a las fallas de CC, sin un interruptor de CC, todo el sistema de MTDC se apagará para borrar un fallo. Hacia 2020, algunas redes más pequeños en alta mar MTDC, sin interruptores de CC, se presentarán a nivel nacional.redes en alta mar interregional MTDC no saldrá hasta después debido a la falta de marcos inter-regionales y de largo plazos de entrega para 2020.

A fin de proporcionar un nivel de redundancia y confiabilidad a las redes de corriente alterna de hoy, las redes MTDC requerirá interruptores de CC capaz de despejar las fallas de CC en cuestión de milisegundos. La naturaleza intrínseca de los resultados de CA en los interruptores bastante simple, rompiendo la corriente cuando es cercana a cero. Con el fin de ser capaces de borrar un fallo de CC, un interruptor de CC debe ser capaz de romper los plenos poderes ya que no hay cero natural actual cruce.interruptores de CC para HVDC no están actualmente disponibles en el mercado.prototipos DC interruptor de 2000A de corriente continua y 500 kV de tensión de CC se han probado con éxito en un régimen vigente de MTDC. De estado sólido, interruptores de circuito híbrido y la conmutación forzada son las posibles soluciones para interruptores de CC. Para los interruptores de CC para añadir valor, los estrictos requisitos que demuestra la alta confiabilidad del propio interruptor se deben cumplir.

La exploración de aguas profundas y ultra profundas, el petróleo y los yacimientos de gas, así como los requisitos del gobierno para reducir las emisiones a través de la fuente de alimentación de la costa, se traducirá en más equipos eléctricos submarinos que se coloca. Los niveles de tensión normalmente pasará de un par de kilovoltios a decenas de kilovoltios, y la potencia máxima en el rango de decenas de megavatios. Una ventaja importante de la alimentación eléctrica submarina es la reducción o eliminación de los equipos de la superestructura.

Cuando los equipos de localización de la tierra sobre la base de los fondos marinos, una solución es el aire o llenos de gas módulos con la presión atmosférica a lo largo de traer problemas de peso, mientras que otros módulos se llena de líquido aislante difícil eléctrica y electrónica de potencia.

Hacia 2020, numerosas subestaciones, de creciente complejidad y tamaño, se encuentra en alta mar y contienen grandes CA / DC, DC y bares de CA de autobuses y equipos de alta tensión, incluyendo transformadores. Hoy en día, AC / DC se han colocado en las plataformas de petróleo y gas, y algunos han sido construidos para la energía eólica marina.

Sin embargo, con la actual capacidad no superior a 400 MW, que están muy por debajo de la capacidad necesaria para la integración eólica a gran escala (1-2 GW). Pasar de algo simple de hoy en día, las construcciones de los fondos marinos-fija, de grandes estructuras, tanto flotantes y del fondo fijo, con capacidad de 2 GW exige nuevas reducciones en el tamaño del equipo, mientras que los costos también se mantendrán a un nivel razonable.


Fuente: renewableenergyworld.com