LA ENERGÍA EÓLICA EN COREA DEL SUR

RUBÉN MERINO CAÑIZALMAYO DE 2009

INTRODUCCIÓN

• INTRODUCCIÓN• SITUACIÓN• RECURSOS ENERGÉTICOS Y FUENTES DE

GENERACIÓN• EL RECURSO EÓLICO• ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA• RED ELÉCTRICA• LEGISLACIÓN Y AYUDAS• CONCLUSIÓN• CASO PRÁCTICO: EOLICO - DIESEL

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SITUACIÓN• Con una población de 48.846.823 hab (2007) y

una superficie de 99.538,7 km², Corea del sur es la cuarta economía del continente asiático y la decimotercera del mundo.

• Se encuentra entre los países más avanzados tecnológicamente y mejor conectados digitalmente.

• Son lideres mundiales en electrónica, semi –conductores y construcción naval.

• La capital Seúl cuenta con 10 millones de habitantes

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SITUACIÓN

• Economía▫ Sectores económicos del PIB total:

Agricultura: 3%. Industria: 39,4%. Servicios: 57,6%.

▫ PIB - Producto Interior Bruto (2007): 999.369 millones de $ USA

Inflación media anual: 2,5%.

Tasa de paro (2007): 3,2%.

Crecimiento económico 1960-2007

Tasa media de crecimiento próxima al 7%

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RECURSOS ENERGÉTICOS Y FUENTES DE GENERACIÓN• Gran dependencia exterior

• Quinto mayor importador neto de petróleo en el mundo, y el segundo importador de gas.

• La participación del petróleo ha ido disminuyendo progresivamente en los últimos años▫ Un crecimiento más rápido en el gas natural y, en

menor medida, de carbón.

• Con el incremento en la renta per cápita del país, la demanda de energía eléctrica ha ido incrementándose, estimulando la instalación de nuevas plantas de generación en el país.

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RECURSOS ENERGÉTICOS Y FUENTES DE GENERACIÓN

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RECURSOS ENERGÉTICOS Y FUENTES DE GENERACIÓN

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RECURSOS ENERGÉTICOS Y FUENTES DE GENERACIÓN

• La energía nuclear desempeña un papel importante▫ Cuatro centrales nucleares de un total

de 20 reactores nucleares, con dos plantas adicionales actualmente en proyecto o en construcción

La producción de energía a partir de fuentes renovables se encuentra en torno al 2%

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RECURSOS ENERGÉTICOS Y FUENTES DE GENERACIÓN

Korea Electric Power Corporation (KEPCO)

• Generación eléctrica (GWh)

AÑO TOTAL CARBON PETROLEO GAS HIDRO NUCLEAR

1998 215,300 75,498 17,712 26,302 6,099 89,689

2002 306,474 118,021 25,095 38,943 5,311 119,103

2005 364,639 133,658 20,483 58,118 5,861 146,779

2007 403,125 154,674 18,229 78,427 5,042 142,937

CONSUMO TOTAL (1.000 TOE)

AÑO PRIMARIA FINAL

1998 165,932 132,128

2002 208,636 160,451

2005 228,622 170,854

2007 236,454 181,455

Fuente:Korean Stadistics yearbook 2008

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EL RECURSO EÓLICO

Las principales zonas: costas, islas y áreas montañosas, donde la velocidad media del viento va de 4 a 5,6 m/s con una dirección predominante NW

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EL RECURSO EÓLICOPotencial offshore considerable

La isla de JeJu al sur es el lugar con mejores capacidades

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EL RECURSO EÓLICO• Velocidades del

viento entre enero y Junio de 2003

• ENERO 2003

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EL RECURSO EÓLICO• Velocidades del

viento entre enero y Junio de 2003

• FEBRERO 2003

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EL RECURSO EÓLICO• Velocidades del

viento entre enero y Junio de 2003

• MARZO 2003

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EL RECURSO EÓLICO• Velocidades del

viento entre enero y Junio de 2003

• ABRIL 2003

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EL RECURSO EÓLICO• Velocidades del

viento entre enero y Junio de 2003

• MAYO 2003

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EL RECURSO EÓLICO• Velocidades del

viento entre enero y Junio de 2003

• JUNIO 2003

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EL RECURSO EÓLICO

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OFFSHORE WIND MAP

ESTADÍSTICAS DE VIENTO

• Lugar: ▫ (GANGNUNG)

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ESTADÍSTICAS DE VIENTO

• Lugar: ▫ (INCHEON)

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ESTADÍSTICAS DE VIENTO

• Lugar: ▫ (JeJu)

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA• EVOLUCIÓN CAPACIDAD

▫ 2002 : 16 MW▫ 2003 : 19 MW▫ 2004 : 23 MW▫ 2005 : 119 MW▫ 2006 : 176 MW▫ 2007 : 193 MW▫ 2008 : 278 MW

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA• La industria eólica de Corea esta

en su desarrollo previo.

• La infraestructura del sector naval esta sirviendo de base para el despegue del sector eólico.

• El mercado Coreano esta formado inicialmente con empresas como Unison, Hajin, Doosan Heavy Industries, and Hyosung Heavy Industries

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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DESARROLLO DE TURBINAS

ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA• En Corea del Sur las empresas dedicadas a la energía eólica se

centran en el ensamblaje de piezas importadas por lo que el desarrollo de una tecnología propia es todavía incipiente.

• Necesita importar turbinas de mayor capacidad desde países con mayor experiencia en el sector. Aunque los fabricantes locales tienen turbinas propias en fase de desarrollo.

• Se observa una tendencia al alza de las importaciones de aerogeneradores en Corea del Sur, con un ritmo de crecimiento alto

• Los proyectos eólicos en Corea del Sur se clasifican de mixtos atendiendo al agente que los establezca: el gobierno o el sector privado.

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA• Corea del Sur mantiene una dependencia exterior en cuanto a

tecnología eólica y en concreto en lo que se refiere a turbinas de gran capacidad.

• La meta del gobierno es reducir dicha dependencia, tal como demuestran las fuertes inversiones en investigación y desarrollo para generar turbinas más potentes.

Posición 2008Capacidad total instalada 2008 (MW)

Capacidad adicional 2008 (MW)

Tasa de Crecimiento (%)

27 278,0 85,9 44,7

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA• Generalmente los proyectos son

privados, el papel del gobierno en el establecimiento de parques eólicos se basa en establecer el plan y la cuota a alcanzar, desligándose de otros asuntos como el de la instalación.

• Las empresas privadas son seleccionadas previamente por la organización gubernamental Korean Energy Management Corporation (KEMCO) quienes construyen los campos eólicos

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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POTENCIAL DE LA GENERACIÓN EOLICA

ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICAEl plan del gobierno surcoreano pretende conseguir que para elaño 2012 la capacidad total instalada en Corea de Sur sea de 2.250 MW.

Parques eólicos en la actualidad

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

Futuros parques eólicos

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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http://www.youtube.com/watch?v=r8xHXE_nZyo

ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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• OFFshore

ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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• OFFshore

▫ Existen estudios en diversas localizaciones.▫ El prototipo y demostración es un requisito

necesario▫ La evacuación a red se hace complicada en

estas localizaciones▫ La isla de Jeju tiene diversas zonas de

especial interés

ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

• Offshore▫ Actualmente se esta

desarrollando un proyecto llevado por la coreana Doosan Heavy de crear una turbina para entorno marino de 3 MW, se trata del modelo WinDS 3000 con 92 metros de diametro y 80 metros de altura. Para instalar en un entorno onshore como prototipo y llevarlo a la zona de la isla de Jeju en entorno marino durante el mes de junio de 2009

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA• Presencia de empresas españolas del

sector de la energía eólica

▫ Acciona Energía esta concluyendo un proyecto de generación eólica de 61,50 MW.

▫ Se trata del parque de 41 turbinas del modelo ACCIONA WINDPOWER, AW-77/1500 clase II de 60 Hz en Yeong Yang, situado en la región de North Gyeonsang, suministrará su producción a la subestación de Jinbo propiedad de KEPCO

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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ESTADO DE LA GENERACIÓN EÓLICA

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RED ELÉCTRICA

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RED ELÉCTRICA

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• Estructura red eléctrica en la isla de Jeju

LEGISLACIÓN Y AYUDAS• El Gobierno de Corea del Sur lanza un nuevo plan para aumentar la utilización

de energías renovables a partir del 2% al 9% en 2030.

• Tres áreas prioritarias:▫ Energía solar fotovoltaica▫ Energía eólica▫ Hidrogeno y pilas de combustible

• El gobierno central proveerá de financiación a los gobiernos locales para financiar proyectos renovables

• Se compromete a aportar el 70% de los costes de instalación en subsidios• Facilitará prestamos a bajo interés para la compra y puesta en producción de

proyectos▫ El Gobierno coreano concede préstamos en un 3,5 por ciento flotante

con una tasa de interés de 5 años de gracia y 10 años período de amortización

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LEGISLACIÓN Y AYUDAS• MARCO LEGAL

▫ Acta para la Promoción y Desarrollo de las Energías Renovables 1987▫ El Plan de Investigación y Desarrollo de Energías Alternativas 2001▫ Segundo Plan para la Diseminación y Desarrollo de las Energías

Renovables (2003 - 2012)

• COMPROMISOS/OBJETIVOS▫ Reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un 5,2% con

respecto a los niveles de 1990, en el periodo 2008 – 2012▫ Aumentar la utilización de energías renovables a partir del 2% al 9% en

2030.▫ (E. Eólica)Instalación de 2.237.000 kW anuales. Entre 2,0 MW -3.000

MW en el periodo 2008-2012 .A más de 3.000 MW entre 2013 y 2018.

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LEGISLACIÓN Y AYUDAS• El gobierno ofrece un crédito por el

impuesto sobre la renta del 7% de la inversión total en proyectos de E. Renovables.

• Plan Greem Pricing los consumidores aportan un precio mayor por la utilización de energía de fuentes renovables

• El gobierno compensa la diferencia entre el coste de generación de la energía y el precio de venta mediante el denominado Feed in tariff

Tarifa actual a la energía eólica 0,67€/KWh durante 15 años

El precio de la energía obtenida por métodos convencionales es de 74,68 Won/KWh

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LEGISLACIÓN Y AYUDAS

El principal problema es la falta de una legislación propia y lanegativa de la Oficina de Promoción Rural a conceder estas concesiones. Además de esto, es necesarioobtener permisos y aprobaciones de la Korean Electric Power Corporation (KEPCO)para la utilización de las instalaciones para la transmisión de energía

PASOS PARA LA CONSECUCIÓNDE UN PROYECTO EÓLICO EN COREA DEL SUR

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LEGISLACIÓN Y AYUDAS

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CONCLUSIONES• La energía eólica en Corea tiene un

potencial importante favorecido por :

▫ Recurso eólico importante▫ Capacidad tecnológica propia ▫ Dependencia exterior de

hidrocarburos▫ Apoyo político al sector

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CONCLUSIONES• Predomina el interés por la energía eólica, donde existe un gran

potencial y donde se han mejorado considerablemente las condiciones de financiación de las actividades desarrolladas.

• La fuerte dependencia energética exterior hará irreversible el progresivo desarrollo del sector. Las autoridades están apostando claramente por favorecer las energías renovables

• La potente industria naval permitirá el crecimiento del sector eólico coreano.

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CURIOSIDAD• Desde el 23 al 25 de Junio de 2009 tendrá lugar en la isla de Jeju,

Corea del Sur la 8 Conferencia Mundial de Energía Eólica "Wind power for Islands - Offshore and Onshore", organizada por la Asociación Mundial de Energía Eólica y la Asociación Coreana de Energía Eólica.

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CASO PRACTICO EOLICO – DIESEL

RUBEN MERINO CAÑIZAL

ENERGÍA EÓLICA

CASO PRÁCTICO• Supongamos que tenemos una residencia

con una potencia de 20 kW de consumo constante.

• La distribución del viento sigue una curva de Rayleigh, según la tabla adjunta.

• Disponemos de 3 modelos de aerogeneradores.

▫ XL 14/50 de 50 kW a 12 m/s▫ E30 de 225 kW a 12 m/s.▫ V27 de 200 kW a 12 m/s

• Como apoyo al suministro nos planteamos emplear un grupo diesel de,▫ Diesel Cummins de 50 kW.▫ Diesel Deutz de 50 kW.▫ Modelo de consumo Skarstein Uhlen.

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CALCULO GRUPO DIESEL Energía anual demandaENERGIA ANUAL DEMANDADA 175200 KWh/año

Elección motor Diesel

Aprox. 0,88 el precio del gasoil en mayo de 2009 La elección más conveniente es el grupo Diesel Deutz

que nos aporta un consumo menor de combustible.

CONSUMO L/H LITROS AL AÑO IMPORTE (EUROS)

CUMMINS 15 131400 115632DEUTZ 5 43800 38544

SKARSTEIN AND ULHEN 10 87600 77088

CALCULO GRUPO DIESEL

CÁLCULO RECURSO EÓLICO• Distribución de Rayleigh a una altura de 10 m

CÁLCULO RECURSO EÓLICO Primero calcular la velocidad a 30 m

V30m = Vref10m * (30/10)α

Tomamos como factor de rugosidad de α = 0,1 para lugares llanos.

Extrapolar la distribución a 10 m y obtener valores a la altura del Buje (30 m)

Aplicar ajuste y normalizar la distribución para que ocupe el 100%

CÁLCULO RECURSO EÓLICO

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA• Una vez obtenida la distribución

a 30 m obtenemos las horas anuales de viento a las velocidades establecidas en la distribución.

• Con las horas y la curva de rendimiento de cada aerogenerador obtenemos la energía generada por el recurso eólico.

• XL50:176164,89 KWh/año• E30: 674509,83 KWh/año• V27:688294,13 KWh/año

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍAAEREOGENERADOR XL50

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA

AEREOGENERADOR E30

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA

ENERCON E30

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA

VESTAS V27

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA• Cálculo coeficiente de potencia

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA• ENERGÍA DISIPADA

• El modelo xl50 prácticamente genera los KWh anuales especificados en la demanda anual de energía.

Con una energía a disipar de 964 KWh

AEREO. KWH/AÑO

E30 499309,8343

XL50 964,8947963

v27 513094,1319

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA Consideramos el aerogenerador

XL50 como el óptimo para incorporar a nuestro parque.

Cualquier otra elección se sale de las características del recurso y de la demanda.

La energía a disipar será de 964,8947 KWH/año

Para disipar dicha energía se propone las siguientes soluciones:

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA Aire comprimido

El procedimiento consiste en acumular aire comprimido en depósitos o cavernas adaptadas previamente, para recuperarlo después a través de una turbina en forma de energía eléctrica.

Generalmente se suele calentar el aire antes de dejarlo expansionar, con lo que se mejora el rendimiento del proceso.

El rendimiento teórico de este sistema de almacenamiento es del orden del 70 a 75 por 100, y el tamaño óptimo de la instalación 200-1.000 MWh.

Una planta existente en Alemania permite recuperar en dos horas la energía acumulada, con un aporte de 0.8 KWh empleado en la compresión y 1.5 KWh en el calentamiento por cada KWh obtenido

Básicamente es convertir la energía eléctrica de origen eólico en energía almacenada mediante la compresión de aire dentro de un depósito o cueva. Con emisiones: El aire comprimido posteriormente se calienta mediante la combustión de

otro combustible (gas) y se expande en una turbina produciendo energía eléctrica y calor reutilizable.

Emisiones 0: Sistema adiabático. Este aire comprimido se calienta mediante el calorex traído al aire en la compresión. (En este caso hace falta algún sistema de almacenamiento de energía térmica)

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍAAIRE COMPRIMIDO

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍAOtras posibilidades:

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA

CÁLCULO GENERACIÓN ENERGÍA Almacenamiento térmico

Esta técnica de almacenamiento acumula la energía en forma de calor sensible o latente.

En el primer caso, el fluido suele ser agua, aceites especiales o metales fundidos (sodio). El agua resulta económica, pero los demás presentan la ventaja de poseer calores específicos elevados y de bajas tensiones de vapor, pudiéndose obtener altas densidades de almacenamiento en depósitos sin demasiados requisitos técnicos.

En el caso del almacenamiento en forma de calor latente, se utilizan sales de fundentes (sales de Glauber) que tienen una gran capacidad de acumulación.

El rendimiento de estos sistemas es del 65-75 por 100, y el tamaño óptimo de una instalación de almacenamiento térmico oscila entre los 50 y los 200 MWh.

DISEÑO VOLANTE INERCIA• La capacidad de almacenamiento depende de su masa, del cuadrado de la

distancia de ésta al eje y del cuadrado de la velocidad de giro. El inconveniente más grave de este sistema es que las fuerzas centrífugas también crecen de la misma forma, lo que crea dificultades de tipo estructural.

• Los volantes más eficaces serán los construidos con materiales que presenten una buena resistencia mecánica y poco peso, y en este sentido los modernos materiales plásticos pueden ser la solución adecuada.

• Dispositivo que almacena energía en la masa giratoria de un rotor conectado a un motor/generador (la energía se almacena mecánicamente)▫ E= I (momento de inercia) * w2/2 ▫ (la energía acumulada es función lineal de la masa y aumenta con el cuadrado de la velocidad

• Límite de energía almacenada: resistencia del material

DISEÑO VOLANTE INERCIA• El diseño del volante está íntimamente

relacionado con el eje que lo soporta• Se pondrá especial atención en el cálculo de la

frecuencia de resonancia del conjunto para evitar roturas espontáneas.

• Para calcular el radio máximo del volante

DISEÑO VOLANTE INERCIA

DISEÑO VOLANTE INERCIAAerogenerador

Generadorasíncrono

Generadorsíncrono

Volante deinercia

Embrague

Diesel

Resistenciasde disipación

Carga Interesante para v>6 m/s

DISEÑO VOLANTE INERCIA

DISEÑO VOLANTE INERCIA

EL tipo de volante ideal para las características de parque será la primera opción de la tabla que se muestra

DISEÑO VOLANTE INERCIA• Para energía máxima de 50 kw

en 30 s • tenemos 1.666 watt/s 1,6 MJ

correspondientes en la gráfica a un volante de inercia de acero de un radio interior de aprox 0,75 m

• La densidad de energía del volante de inercia sera aproximadamente de 50KJ/KG

• (ver grafica siguiente)

DISEÑO VOLANTE INERCIA