Característicastécnicas

2006

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Julio, 2006

ECOTECNIA 48. Características técnicas 3

Especificaciones técnicas

El aerogenerador ECOTECNIA 48, de 750 kW depotencia, ha sido diseñado siguiendo lasespecificaciones de la Clase II de la norma IEC-61400-1 (EN61400-1), apta para emplazamientoscon una media anual de viento de 8.5 m/s y unavelocidad de ráfaga extrema con una frecuenciade repetición de 50 años de 59.5 m/s.

Descripcion de las caracteristicastécnicas

• Rotor

Las palas del aerogenerador ECOTECNIA 48 sondel tipo LM 23.3, de poliéster reforzado con fibrade vidrio. La pala está recubierta en su superficiepor gelcoat con base poliéster para protecciónambiental.

La pala incluye un mecanismo de freno en la puntaque le permite dejar al rotor fuera defuncionamiento. Este freno del extremo de la palaestá activado por fuerzas centrifugas (emergencia)o por las fuerzas del sistema de frenado y lomantiene en posición cerrada mientras se actúeen el cilindro hidráulico.

La pala está diseñada para trabajar en turbinascon caída controlada (“stall”). Para mejorar laproducción de energía, la pala está equipada convortex generadores en el lado de succión de lapala. El efecto en la curva de potencia es alcanzarla potencia nominal con la menor velocidad deviento posible.

• Buje y acoplamientos

La concepción del buje es innovadora y es partefundamental del concepto ECOTECNIA de diseñode aerogeneradores. El principio básico de sudiseño es el de separación de los componentesdel esfuerzo; por una parte los esfuerzos de soportedel rotor y por la otra, los esfuerzos productivos,el par torsinal.

La concepción del aerogenerador puede verseen la figura 1, que muestra una sección dellayout de los componentes internos de lagóndola. En la sección puede verse la localizacióninterna de los rodamientos dentro del buje. Lasfuerzas originadas en las palas se transfierendesde el buje hacia el bastidor través de losrodamientos, a excepción del par torsor que setransmite, a través del acoplamiento elástico, aleje torsor y al multiplicador, al otro extremo delmismo.

La configuración del tren de potencia permite queno reciba otros esfuerzos que los de torsión. Lasfuerzas de soporte del rotor son directamentetransferidas al bastidor y después al final de latorre.

El tren de potencia está apoyado en soporteselásticos, sin esfuerzos indirectos o desalinea-mientos que puedan representar una sobrecargadel multiplicador. El freno mecánico se aplicadirectamente sobre el buje. Ello reduce tambiénlas cargas sobre el tren de potencia y elmultiplicador.

El material del buje es una fundición nodular (EN-GJS400-18U-LT) con un tratamiento térmicoespecífico que se aplica previamente al procesode mecanización. El buje se mecaniza cuidado-samente con el fin de conseguir la adecuadageometría del rotor. La pletina del buje se marca

directamente en el proceso de mecanización paraasegurar el correcto anclaje de las palas en la fasede instalación.

• Ejes y rodamientos principales

Los rodamientos principales están montados dentrodel buje, son cónicos y su tamaño es ligeramentesobredimensionado por exigencias del diseño. Losrodamientos son de primera calidad y se montancuidadosamente en el eje. Durante el montaje sonsometidos a severos controles de tolerancias yajustes.

El eje principal atraviesa el bastidor en toda sulongitud, completamente protegido, y activa eleje de baja velocidad del multiplicador. La longituddel eje proporciona una significativa elasticidadal tren de potencia que evita al multiplicador lospicos del esfuerzo. Por ejemplo el efecto de lasombra de la torre sobre el par torsor se eliminacasi totalmente del espectro de momentostorsores.

• Multiplicador

El multiplicador es del tipo de eje paralelo y condos salidas de alta velocidad. Estas dos salidasde alta velocidad son el final de dos ejes simétricos.Las ventajas de esta configuración de multiplicadorson que el eje principal, en el eje de baja revo-lución, está equilibrado y no tiene esfuerzosradiales cuando ambos generadores estánfuncionando.

Complementariamente, este tipo de multiplicadorpermite una fácil inspección y verificación delestado de los engranajes internos.

La lubricación es activa, por medio de una bombade engranajes eléctrica. La bomba conduce ademásel aceite a través del refrigerador, en la parte bajade la góndola, y del filtro de lubrificación parapartículas extremadamente pequeñas (6 micronsx200) incrementando la vida de los rodamientostambién lubricados y enfriados por el flujo deaceite.

Un cierre laberíntico sella las salidas de los ejesde alta y baja velocidad. Por esta razón laestanqueidad del multiplicador puede asegurarsepara toda la vida del aerogenerador debido a laausencia de desgaste, característico de los selladossin contacto.

La operación del multiplicador se realiza a bajastemperaturas. La temperatura en los puntos máscalientes del multiplicador en condiciones normalesde funcionamiento y a potencia nominal está entre60ºC y 90ºC. Las bajas temperaturas de operaciónaumentan la vida de los rodamientos y de losengranajes a causa del mejor comportamiento dela lubricación.

El diseño de los componentes ha sido muy cuidado,teniendo en cuenta las frecuencias internas deresonancia y las frecuencias de excitación de losdientes y rodamientos, produciendo, en conjunto,un diseño poco ruidoso.

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Aislamiento elástico (separación)

Estructura exterior(torre, rotor y cubierta)

Elementos que generan vibraciones(tren de potencia, generador y multiplicador)

Figura 1: Sección del layout de la góndola.

• Generador

Los aerogeneradores tienen dos idénticosgeneradores de 375 kW cada uno, con rotor tipojaula de ardilla.

• Sistema de frenado

Los aerogeneradores disponen de tres 3 sistemasde frenado:

El sistema de freno principal está formado portres frenos aerodinámicos en cada una de las palas.El extremo de las palas se encuentra retenido ensu posición por medio de un pistón hidráulico conpresión. La pérdida de presión hace que, a causade la fuerza centrífuga si el rotor está girando, elfreno aerodinámico se abra hacia el exterior,girando 90 grados sobre su eje, gracias a unmecanismo propio e independiente. La actuacióndel freno principal está gobernada por un circuitohidráulico redundante, gobernado por dos sistemasdistintos. En consecuencia dicha redundanciagarantiza la seguridad del aerogenerador, dada laexistencia de dos sistemas independientes deactuación del sistema de frenado principal (el cuala su vez responde a un diseño de seguridadintrínseca) y dado que la inconsistencia entreambos sistemas provoca la actuación del sistemade frenado y la correspondiente detección delfallo.

El sistema de frenado secundario está basadoen un freno mecánico de disco colocado en eleje lento. El disco de freno está atornilladodirectamente al buje. Las cinco pinzas de freno,de tipo directo reciben la presión de actuaciónde un cilindro hidráulico ejerciendo así la fuerzade frenado sobre el disco. Un acumulador depresión cargado por la central hidráulica essuficiente para garantizar varias operaciones defrenado, incluso considerando el estado dedesgaste de las pastillas de freno, y de mantenerla presión de frenado durante largos períodos detiempo. La presión se aplica directamente a laspastillas de freno.

El sistema de frenado secundario no está diseñadopara parar el rotor por si solo, sino conjuntamentecon el sistema de frenado principal. En condicionesextremas supone una mejora de la seguridad dadoque su actuación es más rápida que la del freno

principal, provocando una disminución derevoluciones del rotor antes que los frenosaerodinámicos empiecen a ser efectivos en casosde pérdida de carga. El tiempo de actuación delfreno de disco está limitado a fin de limitar latemperatura en las pastillas y el freno de disco.Únicamente en el caso de que durante unaoperación de frenado ordenada por el sistema decontrol se supere el tiempo máximo permitido yel rotor siga girando, el sistema de controlinterrumpe la actuación del freno y el aero-generador se desorienta 90 grados. Después deun tiempo prefijado que permite el descenso detemperatura de las pastillas y el freno de disco elcontrol da orden de frenado por segunda vezmanteniendo la vigilancia de los límites detemperatura.

El tercer sistema de frenado es un frenomecánico de disco colocado en el eje de altavelocidad del multiplicador. En este sistema unapinza de freno con muelle produce la fuerza defrenado necesaria en las pastillas de freno. El frenose libera por la presión hidráulica y su operaciónes de seguridad intrínseca. Este tercer sistema seactúa únicamente cuando el rotor delaerogenerador está parado por los otros dossistemas de frenado descritos. Su función esdisponer de un par adicional de frenado en casode condiciones externas extrema y de ayuda alos trabajos de mantenimiento.

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• Bastidor

El bastidor del aerogenerador soporta directamenteel rotor, siendo innecesarios los soportes de losrodamientos por estar insertados en la fundicióndel buje.

La parte frontal es de fundición, componente casicónico, el cual se monta atravesando del buje.Los rodamientos principales se montandirectamente a su alrededor. Debajo de estaparte está colocado uno de los patines dedeslizamiento del aro de orientación. Hacia suizquierda se monta uno de los dos motores deorientación. Esta parte del bastidor incluye elsoporte de las pinzas de freno.

La segunda parte del bastidor, directamenteatornillada detrás de la parte frontal, es unaconstrucción de acero soldado que sostiene losgeneradores y el multiplicador. Debajo de estaestructura están colocados los otros dos patinesde deslizamiento. A su izquierda se monta elsegundo motor de orientación.

Con esta disposición las cargas se transmitendirectamente desde el rotor al bastidor a travésde los rodamientos, con las ventajas explicadasen apartados anteriores. Esto confiere una altaelasticidad al eje principal, produciendo así unareducción en los picos de carga, lo cual afecta almultiplicador y a los generadores alargando lavida de ambos. Por otra parte la unión entre elrotor y el final de la torre es más robusta que otrassoluciones convencionales.

• Sistema de orientación

El sistema de orientación tiene tres patines dedeslizamiento fijados al bastidor alrededor del arode orientación. El aro de orientación está atornilladoal final de la torre, con un diámetro interior de1,6 m. Dos de las abrazaderas están previstaspara un fallo de seguridad del freno de orientación,liberado hidráulicamente. La góndola se muevealrededor de la torre por medio de dos engranajesplanetarios actuados eléctricamente. La velocidadde rotación es 0,56 º/s .

El sistema de orientación cumple además losrequerimientos de operación y mantenimientosiguientes:

• Facilidad de ajuste y simplicidad de operacióny accesibilidad.

• Protección contra la corrosión de todos loscomponentes.

• Permitir la orientación del rotor a 90º respectoa la dirección del viento en condiciones de vientoextremo.

• Soportar estructuralmente las cargas extremasaplicadas al rotor y la góndola.

• Bloquear la góndola sin necesidad de aporte deenergía (seguridad funcional del sistema detrabado).

• Protección contra descargas eléctricas en lagóndola, mediante conducción del pararrayosde la góndola a través de la unión de laorientación.

Se ha aplicado un sistema de giro mediante patinesde polímero por la sencillez, la recambiabilidad yla inalterabilidad temporal que no tienen retenesni superficies con ajuste de precisión.

• Sistema de control

El sistema de control utilizado en el aerogeneradorECOTÈCNIA 48 está basado en sistemas conmicroprocesador con hardware desarrolladoespecíficamente para esta aplicación, y por tantocon un elevado grado de optimización y la incor-poración de funciones avanzadas, como lamonitorización de una gran cantidad de datos de

ECOTECNIA 48. Características técnicas 6

funcionamiento y con la posibilidad de disponerde herramientas que permiten la operación ycontrol del aerogenerador vía modem.

El sistema de control se basa en un completoconjunto de parámetros que permiten ajustar laoperación del aerogenerador a los distintosrequerimientos de uso en cada ubicación.

El equipo de control incorpora funciones deadquisición de los datos de funcionamiento deforma que supone una ayuda directa para laoperación y el mantenimiento de los aerogene-radores, con funciones propias de caja negra yanálisis de paradas.

Las principales funciones del sistema de controlson las siguientes:

SUPERVISIÓN:Procesado de la información de los sensores delaerogenerador, comparación con niveles deseguridad establecidos y actuación de sistemas deemergencia en caso de error.

CONEXIÓN GENERADOR:Control de la velocidad de giro del generador yactuación de las salidas de contactores y tiristorespara realizar la conexión a la red.

MEDIDA DE RED:Medida de los parámetros de la red eléctrica parala actuación de los procedimientos de emergenciaen caso de excederse los márgenes de operación.

CONTROL DE SUBSISTEMAS:Procesado de la información de sensores, controldel circuito hidráulico y control de la orientacióndel aerogenerador.

INTERFACE CON EL OPERADOR:Presentación de datos y respuesta a las órdenesde actuación del operador.

MEDIDA DE ENERGÍA:Totalización de la energía producida y horas deoperación y disponibilidad.

COMUNICACIONES:Suministro de datos y recepción de órdenes delequipo de monitorización del parque.

El diseño del aerogenerador y del sistema decontrol se ha diseñado para garantizar la operacióncontinua en condiciones normales y extremashasta la velocidad de “Cut-out”.

Para un rendimiento óptimo, el aerogeneradordispone dos velocidades de giro distintas: Unalenta (16RPM) para velocidades de viento pequeñasy otra (24RPM) para las velocidades de vientoaltas. Esto permite mantener el rendimientoaerodinámico alto en gran parte de la curva depotencia.

En caso de viento excesivo, el control orienta lamáquina 90º a la dirección de viento. Laconsecuencia es que las cargas bajan el tren depotencia sufre significativamente menos.

La seguridad está garantizada por un conjunto dedispositivos que se dividen en tres grupos: sistemasde control, sistemas de seguridad y sistemas defrenado.

En operación normal, continuamente y en cadaproceso de arranque, el sistema de control realiza,una serie de verificaciones a fin de minimizar elriesgo de fallo que pueda producir una pérdidade capacidad del sistema de control para mantenerel aerogenerador en su rango normal de velocidad

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de giro, potencia y corriente en el generador,garantizando una operación basada en medidasfiables de las magnitudes más importantes.

Desde el punto de vista de seguridad el sistemade control frena el aerogenerador en caso de quese excedan los límites operacionales o deinconsistencias en el procedimiento de verificación.

En caso de que alguno de los parámetros decontrol exceda los límites permitidos los sistemasde frenado se activan directa e independientementea través del sistema de seguridad, a fin de pararel aerogenerador.

El sistema de seguridad está formado por 5subsistemas independientes:

1. Existen dos sistemas distintos e independientespara la actuación de los frenos aerodinámicos(sistema primario de frenado).

2. El interruptor automático principal incluido enel armario eléctrico de potencia incorporaprotección térmica y de cortocircuito para losgeneradores.

3. Un sistema de seguridad del tipo “watch-dog”supervisa continuamente el funcionamiento delmicroprocesador del sistema de control. En casode detección de fallo dicho sistema interrumpela alimentación de todos los circuitos de entraday salida del control, desactivando la totalidadde sistemas y provocando la actuación de lossistemas de frenado y la desconexión de la redeléctrica.

4. En la góndola se dispone un sensor devibraciones que en caso de actuación provocael disparo del sistema de seguridad. El sensorprotege en aerogenerador en general, perotambién las palas de vibraciones especificas. Encaso de actuación de dicho sensor, se requierela intervención manual de un operario en lapropia góndola de l aerogenerador.

5. En el aerogenerador se ha incorporado unconjunto de pulsadores de parada deemergencia. Se dispone de tres unidadessituadas en el armario de control (en la basede la torre), en la plataforma de acceso desdela torre a la góndola y en la propia góndola.Dichos pulsadores funcionan con lógica deseguridad intrínseca.

• Conexión del cable del interior de la torre delequipo de potencia a la góndola (400/230v)

Los cables de potencia y control son especialmentemanufacturados bajo las especificaciones deECOTÈCNIA con el fin de conseguir y optimizarlas propiedades mecánicas y esperanza de vida.

El extremo de los cables está unido a la góndolay caen libremente, pudiendo retorcerse lo suficientecomo para permitir el sistema de operación de laorientación. Desde el punto medio de la torre ala base los cables se sostienen por los soportesauxiliares de la torre.

• Condensadores de compensación de reactiva

Un conjunto de condensadores de compensaciónde reactiva está instalado en el armario eléctricodel interior de la base de la torre. La potencianominal total en las condiciones nominales de redes 275 kvar. Un promedio del factor de potenciaobtenido de este modo es de 0,98 inductivo.

• Circuito interruptor y unidad de protección del sistema

El aerogenerador está equipado con un interruptordel circuito principal con relé de protección. Existetambién una protección a tierra asociada, que encaso de fallo, desconecta el circuito por medio deun relé de control auxiliar.

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El interruptor de circuito se selecciona de acuerdocon el cortocircuito normal con la intensidadnominal en las peores condiciones de red

permitidas para las operaciones normales delaerogenerador, basándose en los procedimientosdescritos.

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Clase aerogenerador según IEC-1400 IIVelocidad media anual de viento para la que es apta 8,5 m/sVelocidad máx. (media 10’) 42,5 m/sVelocidad de ráfaga extrema 59,5 m/sVelocidad de conexión 2-3 m/sVelocidad de parada por viento excesivo Vcutout 25 m/s(media de 10’)Velocidad de parada instantánea (media 1s) 34 m/s

Tabla de Características Técnicas

• Condiciones de diseño

Denominación ECOTECNIA 48Orientación del rotor BarloventoSistema de control de potencia Pérdida aerodinámica con mejora mediante

dispositivos adicionalesAltura del buje 45 m, 55mDiámetro del rotor 48,38 mSuperficie barrida por el rotor 1838 m2

Potencia nominal 750 kWVelocidades del rotor 16 y 24 r.p.m.Potencia máxima (promedio 1 hora) 850 kWPotencia máxima (promedio 10 min) 862 kWPotencia máxima instantánea 975 kWTemperatura ambiente de operación De -10 a 40 CTemperatura ambiente extremas De -20ºC a 50ºCDiámetro inferior de la torre 3 mDiámetro superior de la torre 1,6 mColor estándar RAL 7035

• Datos generales

Tipo Giro de la punta de la palaActivación Hidráulica

• Freno aerodinámico

Material del buje Fundición nodular EN-GJS400-18U-LTTipo de cojinetes principales Rodillos cónicos, alojados en el interior del bujeMaterial del eje de transmisión F-1252 (UNE 36-012-75)Longitud del eje 4.690 m

• Soporte de cargas

ECOTECNIA 48. Características técnicas 10

Sistema de acoplamiento buje-eje Anillo de contracción y acoplamiento elástico(solo torsión)

Sistema del acoplamiento eje-multiplicador Anillo de contracciónTipo de multiplicador Ejes paralelos, gemelos (eje de salida doble)Refrigeración del multiplicador Radiador de aceite con aire forzadoSistema de acoplamiento multiplicador-generador Anillo de contracción y acoplamiento elásticoTemperatura de funcionamiento del multiplicador 75, a 40 C de temperatura ambiente

• Sistema de transmisión

Tipo De seguridad, independiente del suministro de red

Freno en el eje de baja velocidadTipo DiscoPosición Directamente sobre el buje, sin cargas añadidas a acoplamientos, ni multiplicadorNúmero de zapatas 5 de doble pistón

Freno en el eje de alta velocidadTipo DiscoPosición Eje de alta velocidad (uno)Número de zapatas 1

• Freno mecánico

Tipo 2 generadores de inducción trifásicosConstrucción IMB3Potencia nominal 2 x 375 kWTensión nominal 690 + 5% - 10% VFrecuencia 50 5 % HzGrado de protección IP55Tipo de refrigeración Eléctrica, independienteFactor de potencia 0.90 (corregido a 0,98)Conexión YClase de aislamiento FRendimiento (VDE) 95,8 %

• Generador

Material Poliéster reforzado con fibra de vidrio, laminado técnico de madera impregnaday acero inoxidable

Apoyo cubierta-bastidor Elásticos en tres puntos

• Cubierta de góndola

ECOTECNIA 48. Características técnicas 11

Densidad = 1,225 kg/m3, Altitud = 0 m, Temperatura = 15ºC800

700

600

500

400

300

200

100

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

Pote

nci

a (k

W)

Velocidad Potencia[m/s] [kW]

4,5 325,5 696,5 1207,5 1878,5 2869,5 399

10,5 51711,5 61912,5 69413,5 73914,5 74915,5 74716,5 73617,5 72018,5 70119,5 68420,5 66721,5 65522,5 64823,5 64424,5 645

Curva de potencia