LA TECNOLOGÍA MINIEÓLICA: POTENCIAL DE DESARROLLO Y RETOS

1. II JORNADAS SOBRE GENERACIÓN MINIEÓLICA Y ÀPLICACIONES LA TECNOLOGÍA MINIEÓLICA: POTENCIAL DE DESARROLLO Y RETOS IGNACIO CRUZ Unidad de Energía Eólica ENCUENTROS TECNOLÓGICOS Madrid, 2 de Diciembre de 2008

2. Índice • Contexto. • Que es la tecnología Minieólica? • Integración en granjas, urbanizaciones, viviendas aisladas o integración urbana. • Tecnología aplicable. • Cuanto puede producir? • Por que es diferente de la gran eólica? • Cuales son sus ventajas? • Cuales son sus inconvenientes? • Cuales son sus barreras? • Cuales son sus aplicaciones? • Cual es su mercado? • Situación en España • Y en otros países... Reino Unido, Estados Unidos, Canada • Que necesita la tecnología Minieólica? • Conclusiones. • Actividades de CIEMAT en Minieólica

3. Contexto • Situación de dependencia energética del exterior y de escasez creciente de fuentes de energía convencionales. • Necesidad insalvable de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. • Dificultad para extender la red eléctrica. • Mercado eléctrico liberalizado: Cualquier consumidor puede ser autogenerador, siempre que cumpla con una normativa que garantice la calidad de la energía producida. • Objetivo de obtener el 29,4% de la energía eléctrica consumida a nivel nacional a partir de energías renovables en el 2010

4. Generación Eléctrica Distribuida • Existen tecnologías que permiten producir energía de origen autóctono en el mismo lugar donde se demanda sin pérdidas en transporte, cediendo el exceso a la red, aumentando la eficiencia del sistema de energía eléctrica. • Se desarrollan en espacios rurales, industriales, urbanos o infraestructuras ya utilizados, no deteriorando espacios naturales. • Su desarrollo es modular permitiendo su crecimiento en función de la demanda sin requerir de grandes inversiones iniciales. • El consumidor de energía asume el rol de productor, fomentando una conciencia ambiental respecto a la energía. • Lejos de limitar el desarrollo estimula la actividad científico, tecnológica, industrial y económica.

5. (Criterio de conexión en BT) -Similitud con instalaciones FV -Potencia nominal < 100 kW -Diámetro del orden de 20 m. (Según norma IEC 61400-2 Ed 1) • Área inferior a 40 m2 • Diámetro < 7 m • Potencia unitaria 0-10 kW Que es la tecnología mini-eólica? (Según norma IEC 61400-2 Ed 2) EN VIGOR • Área inferior a 200 m2 • Diámetro < 15 m • Potencia unitaria 0-65kW NUEVA norma IEC 61400-2 Ed 3) • Área inferior a 200 m2 • Diámetro < 15 m • Potencia unitaria 0-65kW

6. Integración en granjas, urbanizaciones, viviendas aisladas o integración urbana ?

7. Tecnología aplicable

8. Cuanto se puede producir? Potencial eólico aplicado: 20% (1.752 horas equivalentes) Sistemas Conectados a Red

9. Por que es diferente de la gran eólica? Punto de vista tecnológico: • Falta de madurez tecnológica. (Dispersión de parámetros, fabricación bastante artesanal, lazos de regulación mayormente pasivos) • Fiabilidad y eficiencia mejorable (Falta de mecanismos de certificación, falta de documentación). • Aplicaciones aisladas y conectadas a red. • Se exige tecnología muy robusta, ya que requiere de bajos costes de O y M y cercanía con zonas habitadas. • Se exige bajo nivel de emisiones de ruido y vibraciones • Desarrollo de nuevas normas: útiles, fiables y sencillas • Creación de una etiqueta de calidad de pequeños aerogeneradores. Punto de vista económico: • Falta de marco de adecuado de apoyo. • Alto coste específico. (€/kW) • Apoyo en la gestión de permisos y acceso a la red. • Apoyo a la certificación. • Inversión necesaria asequible a pequeños inversores.

10. Problemática de la conexión a la red • Generador de inducción -> Directamente o a través de convertidor CA/CA de cuatro cuadrantes. • Generador Síncrono de Imanes permanentes -> Rectificador + Convertidor CC/CA • Norma de conexión en España no clara: • OM 1985 -> RD 661/2007 o RD 1663/2000 (Conexión de sistemas fotovoltaicos a red) • En Europa EN50438 define los Ensayos requeridos por el Convertidor CC/CA

11. Cuales son sus ventajas? • Consumo típico residencial: 800-2000 kWh/mes 1 x 1.5 kW -> 2000-3000 kWh -> 1,4 Ton CO2 25 años vida útil -> 10.500 kWh -> 6,75 Ton CO2 • Puede suministrar electricidad en lugares aislados y alejados de la red eléctrica. • Genera energía junto a los puntos de consumo, por lo que reduce las perdidas. • Es accesible a muchos usuarios, sin apenas necesidad de obra civil, y su instalación es sencilla. • Estimula la concienciación a nivel personal del problema energético. • Funciona con vientos moderados y no requiere de estudios de viabilidad complicados

12. Cuales son sus inconvenientes? • Se utilizan normalmente en lugares con bajas velocidades medias anuales, ya que el lugár de instalación viene impuesto por el usuario. • Se instalan a baja altura, flujo turbulento • En el caso de urbano, además de flujo turbulento, suele ser inclinado. • Hay que reducir las emisiones de ruido acústico y las vibraciones.

13. Cuales son las barreras? • Alto coste especifico (Eur/kW) • Regulaciones locales • Permisos requeridos • Conexión a red • Aceptación social.

14. Cuales son sus aplicaciones? • AISLADA DE RED • Electrificación Rural • Bombeo de agua • Desalación de agua • Producción de calor • Producción de frío • Telecomunicaciones • CONECTADA A RED • Urbana • Residencial • Industrial

15. Cual es su mercado? • GrandesMercados pero dispersos y no estabilizados • Incremento de la demanda de instalaciones • Híbridas (eólico-fotovoltaico-diesel) para sistemas aislados en países en vías de desarrollo • Nuevos sistemas de generación distribuida Existencia de un mercado incipiente de aplicaciones conectadas a red en países en desarrollo (USA, Canadá, Australia, Reino Unido) • .

16. Integración minieólica en ambiente urbano • Se puede integrar la energía eólica en los lugares edificados? • Se pueden integrar los aerogeneradores en los tejados o en lo laterales de los edificios? • Cual es la producción de un aerogenerador en flujo de viento inclinado?

17. Integración eólica en edificios • Importante fuente de energía descentralizada (Generación Distribuida). • Tiene un gran potencial comercial y económico a nivel mundial. • Tipos de aplicaciones: • Instalación en el tejado o en el lateral de un edificio ya existente. • Instalación entre dos fachadas con perfiles aerodinámicos. • Instalación en un tubo a través de un edificio.

18. Requerimientos en un aerogenerador para integración en edificios • Rendimiento alto en vientos complejos. • Operación segura en ambiente urbano. • Bajo nivel de emisión de ruido y vibraciones. • Diseño robusto y simple. • Mantenimiento mínimo. • Apariencia estética.

19. Situación en España • Los fabricantes españoles tienen una buena presencia n el panorama internacional • Se aprecia un incremento del número de fabricantes pero la demanda de instalaciones sigue siendo demasiado lento. • Se demuestra una gran complementariedad entre la minieolica y la solar FV, instaladores, fabricantes y usuarios demandan soluciones integradas. • ASPECTOS A DESARROLLAR: • Necesidad de regulación de la conexión a red en BT • No existe una tarifa eléctrica para MINIEÖLICA • Necesidad de regulación de instalaciones hibridas • Promoción de la integración en la edificación.

20. Y en otros países.... Reino Unido: • Objetivo ambiental: Reducción del 40% de las emisiones de gases de efecto invernadero en 2020 • Mas de 8 fabricantes (Proven, Gazelle, Iskra, Ampair, Windsave, Renewable Devices Swift, Rutland-Marlec) • Liderazgo del gobierno a través de: • LCBP Low Carbon Building Program (Departamento de Tecnología e Industria DTI) EN VIGOR • ROC (Renewable Obligation Certificates). Los productores de energía eléctrica tienen la obligación de suministrar un porcentaje de la energía de origen renovable. Este porcentaje llegara al 10% en el 2010. las instalaciones reciben ROCs por cada kWh generado. EN VIGOR

21. Y en otros países.... Estados Unidos: • Objetivo: En 2020 producir el 3% de la energía eléctrica consumida en Estados Unidos. • 2001: 13,400 aerogeneradores pequeños vendidos (20 Mill.$). • Formas de fomento: Depende de cada estado: Subvención a la inversión o créditos blandos, Facturación de la medida neta de la energía (requiere de contadores bidireccionales) y exención de impuestos. • Solo la empresa SouthWest WindPower ha vendido aerogeneradores de pequeña potencia por valor de 10 Millones de US$ en 2006 y en 2007 espera vender 17 Mill US$ • Importantes programas de desarrollo (Plan Multi-anual de I+D en Energía Eólica (2005-2010). • Solo para tecnología eólica distribuida (hasta 100 kW) 10 Mill US$ /año durante 8 años (2004-2012)

22. Nuevos desarrollos: Estados Unidos: • NPS desarrolla una nueva versión de 100 kW • SouthWest Windpower fabricante con mas de 90,000 aerogeneradores de pequeña potencia vendidos, desarrolla un nuevo prototipo de 1.8 kW (Sky Stream) • Abundant Renewable Energy está desarrollando un nuevo concepto de 10 kW • Wetzel engineering esta desarrollando un aerogenerador de 6 kW • Composite engineering desarrolla una nueva pala de bajo coste de fabricación de 7,5 m de longitud • Princenton power systems desarrolla un nuevo convertidor para aerogeneradores de potencia menor que 100 kW. • SNL Distributed Energy Technology Laboratory ensaya dos nuevos prototipos de aerogeneradores de 50 kW

23. Y en otros países.... PORTUGAL • Nuevo “Decreto-Lei” de 2 de Noviembre de 2007. • PRIMA PARA LA ENERGIA MINIEOLICA • Retribución: • Utilización de recursos renovables • Tarifa única de referencia 650 Euros/MWh • Aplicable hasta alcanzar 10 MW de potencia de conexión (reducción del 5% de la tarifa por cada 10 MW adicionales) • A partir del año número 15 las instalaciones pasan al régimen general • Cada tecnología recibe un porcentaje de la Tarifa de referencia (para la eólica 70% 450 Euros/MWh) • La electricidad vendida se limita a 4MWh/año por cada kW instalado • Tramitación • Pueden ser productores de electricidad aquellos que tengan un contrato de suministro en Baja Tensión. • La unidad de producción deberá estar integrada en la instalación eléctrica • Limite del 50 % de la potencia contratada • Régimen simplificado para la microproducción de electricidad Aerogenerador TURBan (INETI)

24. Y en otros países.... CANADA: Ventas: 800 unidades/año (4,2 $Mill/año). • Se ha experimentado un crecimiento del mercado en los últimos años, especialmente en el rango de 1 kW. • Aplicaciones con mas futuro: Carga de baterías, residencial conectado a red, granjas y comercial y comunidades aisladas en el Norte del País. • De 300 W a 3 kW los aerogeneradores son de procedencia USA principalmente (Bergey, Aeromax, SWP, WTIC aunque tambien europeos como Proven, Windmission y Bornay) y algun fabricantecanadiense (Electrovent). • En el rango de 10 kW a 100 kW son mayoría fabricados internamente (Aerojoule, AOC. AOCI, Wenvor) o procedentes de Europa (Vergnet, Furlander, Enercon)

25. Situación actual: Mundial • Mas de 80 fabricantes de aerogeneradores de pequeña potencia, la mayoría empresas pequeñas con fabricación artesanal. • El aerogenerador tipo es tripala o bipala, de eje horizontal, rotor a barlovento, generador imanes permanentes, regulador de carga de baterías para aplicación aislada o inversor para conexión a red. • Existen normas IEC (EN y UNE) para aerogeneradores pequeños. • Ahora se esta proponiendo una nueva norma IEC que englobe todas las normas relacionadas con minieólica. • Algunos países están desarrollando sus propias normas (En Reino Unido, la Asociación Británica de Energía Eólica BWEA ha desarrollado un estándar para realizar la curva de potencia, medida de emisión de ruido y seguridad. En EEUU el Small Wind Certification Corporation SWCC esta desarrollando un estándar similar) • Se esta desarrollando una nueva etiqueta de calidad (IEA) • Demanda importante en países en desarrollo.

26. Que normativa existe en tecnología minieólica? • Normas IEC o UNE-EN • Norma UNE-EN 61400-2 Ed 2 (año 2006) “Requerimientos de diseño de aerogeneradores de pequeña potencia”. • Norma UNE-EN 61400-12. “Ensayo de cueva de potencia”. Anexo H especifico para conexión de aerogeneradores a baterías. • Norma UNE-EN 61400-12. “Técnicas de medida de ruído acústico” • Norma IEC 61400 – 21 “Calidad de la energía producida) • Norma IEC 61400-22 (Ed 1): Ensayo de palas. • BWEA standard Ed 2 (29 Feb 2008) • AWEA standard (draft) • IEA tarea 27 propuesta de proyecto

27. Alcance IEC - 2 Incluir -11 (ruido) Incluir -12 (potencia) Revisión e inclusión BWEA Ensayo de cueva de potencia 3 Ensayo de emisión acústica 4 Ensayo de cargas 5 Ensayo de duración 6 Certificación 7 Etiquetado Nuevas propuestas internacionales • Alcance IEA • Guías de predicción de la curva de potencia en terreno complejo. • Guías de predicción de las vibraciones. • Aerogeneradores instalados en tejados: • Metodología de certificación de estructuras para instalar aerogeneradores en cubiertas de edificios. • Metodologías de certificación de múltiples modelos de la misma turbina (12V, 24V, 230V, etc) • Metodologías de certificación de sucesivas versiones de un misma turbina (Mk1, Mk2, Mk3, etc. • Definición de tamaño de aerogenerador de pequeña potencia para cableado. • Ensayo y certificación. • Ecuaciones simples de diseño de aerogeneradores de eje vertical • Ecuaciones simples de diseño de regulación del ángulo de paso

28. Por que la falta de certificación? • Restricciones de las normas IEC: • Implementación muy costosa • Documentos difíciles de interpretar por el usuario final • Las normas no siempre representan fielmente el estado de cargas del aerogenerador . • Soluciones propuestas: • Apoyo publico para implementación de normas y ensayos • Desarrollo de nuevas normas: útiles fiables y sencillas • Creación de una etiqueta de calidad de pequeños aerogeneradores

29. Propuesta internacional de etiquetado de calidad de la minieólica ETIQUETA DE CALIDAD DE AEROGENERADORES DE PEQUEÑA POTENCIA Propuesta de la Agencia Internacional de la Energía: Origen: Reunión de expertos de la Agencia Internacional de la Energía IEA mantenida en Estocolmo (Suecia) en Octubre 2006 Se requiere urgentemente de una etiqueta de calidad de los aerogeneradores de pequeña potencia para los consumidores. Para habilitar rápidamente su despegue se ha propuesto una guía de prácticas recomendadas y una propuesta de tarea redactada por un grupo de expertos de Suecia, Irlanda y España. La idea básica es desarrollar una etiqueta basada en las normas o estándares IEC ya existentes, los cuales se aceptan en todo el mundo (pero ignorados por la mayoría de la industria de los aerogeneradores de pequeña potencia), en vez de desarrollar nuevos estándares que puedan ser aplicables solo en algunos países. Proporciona una información independiente y fácilmente comparable en emisión acustica, desempeño y seguridad del diseño en un vistazo!

30. Conclusiones • Existe un prometedor mercado para el empleo de pequeños aerogeneradores en aplicaciones aisladas en países en vías de desarrollo. • Hay un mercado prometedor para el empleo de pequeños aerogeneradores en sistemas conectados a red . • La tecnología de pequeños aerogeneradores funciona pero presenta …: • Elevados costes. • Baja fiabilidad especialmente en zonas de mucho viento. • Bajas prestaciones • Se requiere apoyo público y desarrollo tecnológico. • Existen empresas españolas bien posicionadas en el proceso de lanzamiento de la tecnología mini-eólica.

31. Nuevos desarrollos

32. Desarrollo tecnológico en Minieólica • Herramientas de diseño estructural • Aerodinámica: • Perfiles de Bajo número de Reynolds • Modelos. • Reducción de ruido: Perfiles, Diseños de baja velocidad de rotación • Durabilidad: Procesos de fabricación y materiales. • Electrónica de Potencia: Convertidores adaptados a las turbinas. • Sistemas de control y protección Ajuste de sistemas de plegado de aerogeneradores para bajos vientos en condiciones de alto viento. Planta de ensayos de pequeños aerogeneradores I CEDER. Lubia SORIA

33. SISTEMAS EÓLICOS (CEDER) AYUDA AL DESARROLLO DE LA TECNOLOGÍA DE AEROGENERADORES PEQUEÑOS PARA SISTEMAS EÓLICOS AISLADOS Y CONECTADOS A RED • Desarrollo de normativa de certificación de aerogeneradores de pequeña potencia • Certificación y optimización de pequeñas turbinas • Caracterización y optimización de sistemas eólicos aislados Planta de ensayos de pequeños aerogeneradores PEPA-2 CEDER. Lubia SORIA

34. Clases de aerogeneradores pequeños (Segun norma IEC 61400-2 Edición 2) El valor característico de la desviación típica de la componente longitudinal de la velocidad es

35. Casos de Carga de Diseño para el método de calculo de cargas simplificado

36. Medida de curva de potencia • Aerogenerador conectado a baterías (UNE-EN-61400-12 Anexo H) • Aerogenerador conectado a red (UNE-EN-61400-12)

37. Ensayos de componentes GENERADORES DE IMANES PERMANENTES

38. Ensayos de componentes IEC-61400-22 Ensayo de palas ENSAYOS ESTATICOS Y DINAMICOS DE PALAS DE HASTA 10 METROS

39. Ensayos de componentes EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE LAPOTENCIA (UNE-EN-61400-21)

40. Evaluación del rendimiento de sistemas híbridos experimentales DESARROLLO DE NORMATIVA PARA SISTEMAS AISLADOS CON MINIEÖLICA

41. Medida de emisiones de ruido acústico (UNE-EN-61400-11)

42. MINI EÓLICA Proyecto PSE-MINIEÓLICA Fomento de la Tecnología Eólica de Pequeña Potencia 2007 - 2011 ARANA GARCIA Y OLANO Del Valle Aguayo INDESMEDIA EOL S.A. LEIA

43. MINI EÓLICA Estructura del proyecto PROYECTO PSE-MINIEÓLICA ORGANISMOS CENTROS PUBLICOS DE INVESTIGACIÓN TECNOLÓGICOS PRODUCTO TECNOLOGIA DINAMIZACIÓN DESPEGUE DEL SECTOR MINIEÓLICA

44. MINI EÓLICA Consorcio del proyecto • WINDECO • SOLENER • BORNAY • IDM • ECERSA • ARGOLABE • DEL VALLE AGUAYO • OBEKI • TTA SECTOR INDUSTRIAL • CIEMAT • ROBOTIKER • UNIVERSIDAD DE MURCIA • LEIA • INTA • CENER (2007) • UNIVERSIDAD COMPLUTENSE MADRID • UNIVERSIDAD SANTIAGO DE COMPOSTELA • CETPEC AGENTES TECNOLÓGICOS • LOISTESPIRAL • BESEL • INNOVA • CAFESTORE • SACYR VALLEHERMOSO • ARANA GARCIA Y OLANO APLICACIONES Participantes 2007 Participantes nuevos Bajas

45. MINI EÓLICA Área 1: Desarrollo de producto • SUBPROYECTO 1.1:Desarrollo de un nuevo aerogenerador asíncrono de alta disponibilidad de 100 kW. TURBEC • LIDER: DEL VALLE AGUAYO • SUBPROYECTO 1.2:Desarrollo de un aerogenerador de paso fijo y velocidad variable de 25 kW, sin reductora y con control de velocidad predictivo. V25 QUATRO” • LIDER: OBEKI • SUBPROYECTO 1.3:Desarrollo de un aerogenerador con cambio de paso y velocidad variable de 50 kW con generador síncrono multipolar asimétrico. VELTER 50 • LIDER: SOLENERSA • SUBPROYECTO 1.4: Desarrollo de un aerogenerador de eje vertical tipo Darrieus con cambio de paso. • LIDER: IDM EOL • SUBPROYECTO 1.6:Desarrollo de convertidor para conexión a red. • LIDER:BORNAY

46. MINI EÓLICA Área 2: Desarrollo tecnológico • SUBPROYECTO 2.1: Aerodinámica y diseño estructural. Nuevos Materiales y tecnologías de fabricación del conjunto rotor y elementos estructurales: palas, bujes, torres, chasis. Diseños estructurales alternativos. Desarrollo de herramientas de diseño • LIDER: INTA • SUBPROYECTO 2.2: Desarrollo de sistemas multiuso para la regulación, control y supervisión de la generación MINIEÓLICA • LIDER: TTA NUEVO

47. MINI EÓLICA Área 3: Dinamización del sector y Soporte estructural • SUBPROYECTO 3.1:Ensayo y certificación de la tecnología minieólica nacional existente en operación aislada y a red. • LÍDER: CIEMAT • SUBPROYECTO 3.2:Desarrollo de un mapa eólico nacional adaptado a la minieólica. • LÍDER: UNIVERSIDAD DE MURCIA • SUBPROYECTO 3.3:Instalación Y Demostración De Sistemas De Medida De Energía Mini Eólica En Entornos Urbanos • LÍDER: LOISTESPIRAL • SUBPROYECTO 3.4:Evaluación y diseño de un proyecto demostrador de energía eólica e hidrógeno • LÍDER: INTA NUEVO NUEVO

48. MINI EÓLICA Área 3: Dinamización del sector y Soporte estructural • SUBPROYECTO 3.5:Aplicación De Instalación De Un Aerogenerador De Eje Vertical Minieólico En Entornos Urbanos • LÍDER: BESEL • SUBPROYECTO 3.6:Normalización, Legislaciön Y Caracterizaciön De La Generación Minieólica • LÍDER: CIEMAT • SUBPROYECTO 0: Oficina técnica • LÍDER: CIEMAT/ROBOTIKER NUEVO NUEVO

49. ¡¿Qué soy? ¡Gota de agua desprendidadel raudal turbulento de la vida!Soy... algo doloroso cual lamento...Arista débil que arrebata el viento! Ruben Dario del poema “Tú y Yo” MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN!!! ignacio.cruz@ciemat.es