1.GAIA: Haizea baliabide gisa

1.1.- Sarrera

Haizearen potentzia:

Pot

Haizearen abiadurax2=potentziax8

Potentzia eolikoaren dentsitatea

PA

=12ηδ u

3(Wm2 )= xurgatutako potentziaazaleraunitateko ohikoak

u=urteko batazbesteko abiaduraP=batazbesteko potentzia

1

EROI= lortutako energiagastatutakoenergia

“Energy Return On Investment”

Desabantailak:

• -Kutsadura akustikoa, bisuala (paisajistikoa)• -Lurraren okupazioa

• Lorratza: 5-10D• Zeharka: 3-5D

• -Interferentzia elektromagnetikoa• -Haizea aleatorioa da: “mix” termiko, hidro,

nuklearra 24 orduko kudeaketa

Abantailak:

1. -CO2 ez2. -Ingurugiroarentzako

arriskurik ez3. -EROI

u: haizearen abiadura

δ: dentsitatea

A=π R2: hartutako azalera (Área barrida)

W=δ∝A βuγ

φ=u·A (m3/ s)

˙m=¿ δ ·φ=δ·u·A (kg /s)¿

Ez=12m·u2

dEzdt

=12m·u2→W=1

2δ·A·u3

∝u3

ARRISKUAPnominala

cut-out25m/s

unominala

15m/scut-in4m/s

<100 W/m2; AHULA≈400W/m2; ONA<700W/m2; OSO ONA

KONTUZ! P≠12δ A u3 Energia patroiaren faktorea sartu!

Ke= 1N u3

∑i=1

N

u13

u=∑i=1

N→24· 365

u1

N

Orduko datuak

PA

=12δ u3Ke non,

W.E.C (estimazio mundiala)❶Potentzial metereologikoa❷Potentzial lokala, lurrean❸Teknologia (%45) ❹Inplementazioa

1.2.- Aerosorgailu motak

IRIZPIDEA DEFINIZIOABiraketa ardatza Horizontala, bertikala

Plaka kopurua 1,2,3, multipala

Errotorearen abiadura -Abiadura konstantea-Semikonstantea -Bi abiadura

Kontrola eta erregulazioa

“stall control”: pasiboa“pitch control”: aktiboa

Sorgailu elektrikoa Sinkrono, asinkronoa

Lekua Onshore, offshore

Haize mota I, II, III klasea u orduz ordu turbulentzia (10s)

Sarerako konexioa Isolatua, konektatuta

Potentziaren arabera -Mikro <5 kW-Mini 5-100 kW-Ertaina 100-1000 kW-Handia (multimega) 1000-6000 kW

Irizpide kuantitatiboa λ=palaren puntako abiadurahaizearen abiadura

“punta abiadura ratioa”

Multipala: makina motela λ 1→ par handia (indar momentua)Ohiko horizontalak : makina azkarrak λ 5−8→par txikia

1.3.- Funtzionamendu parametroak

(PE) Potentzia espezifikoa: barreiatutako azalera unitateko lortutako potentzia nominala.

2

1015 kWh/urteko ahalmena >>> x100 planetaren kontsumo elektrikoa

Biraketa abiadura (bira/min)

PA

=12ηδ u3 normalean=0,4-0,5 KW/m2

(EPE) Energia produkzio espezifikoa: azalera unitateko urteko energia produkzioa 800-1500 KWordu/m2

(KF) Karga faktorea: urteko enrgia produkzioa

potentzia normaleanlan egindaurte osoan sortuko lukeena%20−30

1.-Beti potentzia nominalen diharduela suposatuta, urteko zenbat ordu lan egingo lituzke ohiko turbina batek?

2.-Frogatu EPE-ren balioa, KF eta PE-ren datuak erabiliz.

3.-Ohiko turbina baten bizi denbora 20 urtekoa bada, zenbat energia sortuko luke bere bizitzan zehar D=30-eko batek?

2.1.- AtmosferaAirea= N2(%78), O2(%20), CO2, metanoa…

Airearen masa molekularra= 28,96Kg/Kmol

Gasaren konstantea R'= RM

=831429

=287 J /KgK

M[Pv=nRT]

nM=masa totala

δ=mV

Udako egun bat borraska ( P↓) P1=990mbar T1=25ºC

Neguko egun bat antizikloia (P↑) P2=1020mbar T2=5ºC

3

δ= PMRT→δ= P

R ' T

non R’=287

2.2.- Gradiente termikoadTdz

= atmosfera banatzeko irizpidea: Homosfera 0-100Km

Troposfera : fenomeno atmosferikoak gertatzen diren atmosferako lehen 10km-ak.

Sistema autosufizientea.

dTdz

=−6,5 ºC1000m

2.3.- Atmosfera estandarraBaldintza estandarrak: P=1013,25 mbar, T=15ºC, δ=1,225Kg/m3

Troposfera0 < z < 10000m

Konparaketa

Hezetasuna: HR↑ δ↓ HR=PVPV∗¿¿

non PV=lurrun presioa

PV∗¿=asetze presioaHezetasuna handitzen bada dentsitatea jaitsi egingo da

4

o Mesosferao Estratosferao Troposfera

Orokorrean 10Km-ko tartea badago ere poloetan 6koa da eta ekuatorean 16koa

Gradiente termiko negatiboa

T↓ tantonak erori

T↑ lurruna igo

Tenperatura (ºC): T=15−0,0065 z

Presioa (mb)=P=1013,25−(1−2,25·10−5 z )5,256

z1= 1000m

z2=3000m

2.4.- EgonkortasunaAtmosfera egonkorra//Ez egonkorra.

Beroarekin egonkortasun adiabatikoa ↑// Hotzarekin egonkortasun adiabatikoa ↓

2.5.- Zirkulazio atmosferiko orokorra

Ekuatorea xurgapen gune bat da.

Coriolis efektua0-30ºtan haizeak Ekialdetik (haize alisoak)

30ºtan Hadley-ren aire masa jaitsi egiten da. Presioa handitu eta

antizikloiak sortu. Egonkortasun zona. Area of horses Gobi, Sahara

(presio baxuko guneak xurgapen guneak dira)

Eremu epeletan (30-60º)

o Mendebaldeko haizeak:

“mendebala, galizi haizea” Eremu polarretan:

o Presio altuak poloan. Fluxua erabili.o 60ºko latitudera, non presio baxua dagoen.

2.6.- Haizea

ESKALAK DIMENTSIOAK(Km) DENBORA Adb.Planetarioa 5000 Beti HadleySinoptikoa 1000 Egunak Azores-eko antizikloiaMesoeskala 100 Orduak Ekaitzak eta brisakMikro 5-10 segundoak Orografiagatik turbulentziak

Indar barikoa: presio gradientea.

5

v

P1P2 ; (P1 > P2)

dPdn

=δ a Eulerren ekuazioak

Isobararekiko perpendikularra

Haize geostrofikoa: lurrazalaren marruskadura nabaritzen ez duen haize altua (z≈1000-2000m)

Marruskadura dagoenean

6

PGF: indar barikoa, presio gradienteagatikCF= coriolis indarra, abiadurarekiko proportzionala eta norabide perpendikularra.

2.7.- Haizearen perfil bertikala

Ekuazio enpirikoak

Non, zr=erreferentzia altuera z0=zimurdura 2.2 TAULA

7

t

u

t

u

z≈ 1000-2000m

Haize geostrofikoak

100m

Azalera geruza zimurdura geografikoak gogor eragiten die haizearen modulu eta norabidearen aldaketei. Turbulentzia intentsitate handia.

Ekman-en geruza aldaketa leun eta progresiboak

Potentziala: u ( z )u ( zr )

=( zzr )∝

non∝=0,7

Logaritmikoa: u ( z )u ( zr )

=ln( zz0 )ln( zrz0 )

Turbulentzia altuak

2.8.- Haize lokalak

Haize ezagunak:

Mendebal haizea edo gallego haizea: EH, Kantabria… IM Ziertzoa: Nafarroa eta Aragoi IM Tramuntana: Pirineo azpian (mendietatik zehar) IE Sirocco: Andaluzia eta Kanariar irlak (Afrika I, Sahara…) H Alisoak: Ekialdetik Kanariar irlak

8

Egunez itsasotik

Gauez lurretik

Mendi hegaletako haizeak Foehn efektua

2.9.- Beaufort eskala

2.10.- Lurrazalaren efektua

Eremu laua:

2.11.- Oztopoak

Mendilerroaren definizioa

9

Haize gradientea ↑Turbulentziak ↑

Dorre altuak

11,5Km-ko erradio baten baitan, turbinaren dorreak ezin du izan 60m baino diferentzia handiagorik inguruko lurrekin konparatuta.

4Km-ko erradioaren baitan, haizearen norabidean ezin da egon mendirik altuerazabalera

< 150

duenik.

4Km-ko erradioaren baitan, errotorearen puntu baxuena eta lurraren puntu altuenaren arteko diferentzia 3 aldiz mendiarena izan behar da gutxienez: z≥3h (z=errotoreak hartzen duen altuera minimoa)

z-hM-hD ≤ 60m

3hh

4Km11,5Km

HDhM

15H%2

5H%20

Mozketa geruza

Zirimola

Kanpo geruza

Altuera ≤ 600m

luzeeraaltuera

≥10

Konbergentzia Dibergentzia

Haranak eta ibarrak paraleloetan hobe. Adb: Ebro (Ziertzoa)

Itsas ibarrak (Irlanda)

3.- Neurketa eta datu tratamendua

3.1.- Sarrera

Haizea aldakorra da

Analisia teknika estatikoez:

Abiadura modulua, norabidea Abiadura eta norabidearen banaketa tenporala Baldintza metereologikoak: Tº, P, HR δ Turbulentziak Haize boladak

Arazoak

Errepresentagarria? Urte asko behar Aldakortasuna Efektu lokalak: orografia, zimurdura (z0) Extrapolazioa: z=10m neurketetatik

3.2.- Haizearen abiadurav=(V x ,V y ,V z) Vz ez da kontuan hartzen, bakarrik plano horizontala (x,y)

10

Konbergentzia Dibergentzia

* * *

* * *

norabidea

intentsitatea

“turbulentzia indizea”

Perfil bertikala

Modulua v=|v|= haizearen intentsitatea (m/s)

1mila nautikoorduko

= ”nudo” 1 korapilo 0,51m/s

Errepresentazioa “bizar”, “hirukiak”

Turbulentzia: aldaketa azkarrak

u (t )=u+[aldaketaaleatorioak ]

u=∫0

∆t

u (t ) f (u )du

Dispertsioa: σ desbideraketa estandarra σ 2=∫0

∆t

(u (t )−u )2 f (u )du

Turbulentzia intentsitatea: I t=σu [ dispertsioabatazbestekoarekiko ]

I t ahal den baxuena:

Kontrol eta erregulazioa errazteko. Makinen nekea arintzeko.

11

M

IM

H

E

I

45º

IEkialdea: 90º

Hegoaldea: 180º

Mendebaldea: 270ª

KorapiloTxiripa

σ

Intentsitatea: anenometroNorabidea: beletak

Datuak 2 segunduro: “Abiadura instantaneoa”Datuak 2 minuturo: “Abiadura aeronautikoa”10 minturo batezbestekoak: “Haize metereologikoa”

Probabilitate dentsitatea

3.3.- Weibullen banaketaFuntzio akumulatzailea: F (u )=1−e

−( uc )k

F(u)= haizearen abiadura u baino txikiagoa den denbora proportzioa

u=∫0

∞

uf (u )du=c Γ (1+ 1k )u3≠u3→u3=c3 Γ (1+ 3k )

Ekuazio garrantzitsuak

12

k= forma parametroa(raileigh k=2)c= eskala parametroa

Probabilitate dentsitatea

f (u )=−dF (u )du

Funtzio akumulatzailearenderibatua

Abiadura ohikoena

potentzia kalkulatzeko

Justus (1978):

k=( σu )−1,086

c= u

Γ (1+ 1k )

3.4.- Haizearen abiaduraren aldakuntzak

Haize boladak, aldaketa bortitzak

u=u±(5 8m /s)

Indartsua ±(8-15m/s)

Bortitza > 15m/s

Non, Vp= boladaren gailur abiadura

VC=Barealdi abiadura

TR= Boladaren iraupena

3.5.- Anemometroak (neurketa aparatuak)

o Mekanikoak: ardatz batekiko errotazioa

o Hari beroaren hoztea: baldintza artikoetan o ΔP: Pitoten hodiao Ultrasoinua: laser edo Doppler efektua (SODAR)

Non ipini anemometroa? Haizebean Oztopoaren atzean, haizearen norabidean

13

VP

VCTR

Denbora (s)

u (m/s)

Goilara semiesferikoa

Goilara Konikoak Popako

anemometroa

20hh2h