Centrales Eléctricas de Energías Renovables

El mix de generación eléctrica ha sufrido una profunda transformación en los últimos años. La necesidad de descarbonización del sistema eléctrico ha provocado el cierre de centrales térmicas de carbón, y también nucleares, y un despliegue masivo de sistemas de generación renovables, fundamentalmente fotovoltaicos y eólicos; y en menor medida de centrales térmicas renovables, como la solar térmica, geotérmica y biomasa, que junto a las clásicas centrales hidroeléctricas son los instrumentos para alcanzar un sistema eléctrico 100% renovable. Con este mix energético se espera que en el horizonte de 2030, el 81 % de la electricidad suministrada sea de origen renovable. Actualmente, los sistemas eléctricos incorporan cada vez mayor potencia instalada de generación de origen renovable, por ejemplo, en el caso español supone, a fecha de la edición de este libro, el 50% de la potencia total instalada, con 32 GW de potencia eólica y otros tantos de potencia fotovoltaica. Todas estas razones hacen necesario el estudio y análisis de las centrales eléctricas de energías renovables, y una comprensión cada vez mayor de su funcionamiento y su impacto en los sistemas eléctricos. El libro se ha estructurado en 6 capítulos: En el Capítulo 1 se aborda el estudio de las centrales hidroeléctricas. Se describen los componentes de una central hidroeléctrica y se profundiza en el estudio de las máquinas hidráulicas y del sistema de regulación de potencia. También se abordan los transitorios hidráulicos en las conducciones y se obtiene el modelo dinámico de centrales hidroeléctricas. El Capítulo 2 trata sobre las centrales térmicas. Además del estudio detallado de los ciclos de las turbinas de vapor y de gas, se aborda el estudio de las centrales térmicas renovables, de geotermia, biomasa y solar. En el Capítulo 3 se describen las centrales solares fotovoltaicas. Se estudia el recurso solar y la conversión de la radiación solar en energía eléctrica por las células fotovoltaicas. Se describen las diferentes tecnologías de células fotovoltaicas y su agrupación hasta formar el módulo fotovoltaico. Se analizan los seguidores solares y se continúa con el estudio de los inversores fotovoltaicos. El Capítulo 4 se dedica a los parques eólicos. Se estudian los principios de la conversión de la energía eólica en energía mecánica por medio de la turbina eólica, así como su posterior conversión en energía eléctrica por el generador eléctrico. Se describen detalladamente los componentes de un aerogenerador y se presentan sus esquemas de control de velocidad variable. El capítulo se completa con la descripción de un parque eólico como unidad básica de generación y se analizan en detalle los parques eólicos terrestres y también los marinos (parques eólicos offshore). En el Capítulo 5 se estudian los generadores eléctricos, ya que es el generador es el elemento principal de una central eléctrica. Se estudian los generadores eléctricos rotativos: síncronos y asíncronos, así como los convertidores estáticos, utilizados en los sistemas de generación fotovoltaica y en los generadores de velocidad variable. Por último, el Capítulo 6 se dedica a los sistemas aislados de generación, ejemplarizados en el caso de la isla de El Hierro, en las Islas Canarias. Se comienza con la descripción del sistema eléctrico de la isla, que además presenta la peculiaridad de presentar una alta penetración de renovables gracias a un central de bombeo alimentada por un parque eólico. Se describe el funcionamiento de la central hidroeólica de Gorona del Viento, se presenta el modelo dinámico del sistema y su estrategia de regulación de frecuencia para mantener el balance entre generación y carga, con la máxima penetración de renovables. El libro va dirigido tanto a estudiantes de ingeniería, como a profesionales que deseen conocer o actualizar sus conocimientos en la materia. A lo largo del mismo se plantean ejemplos de aplicación numéricos, con el objetivo de que el lector no sólo conozca descriptivamente el funcionamiento de estos sistemas de generación, sino que pueda resolver problemas numéricos que involucran cálculos empleando las expresiones analíticas referenciadas en el texto. CONTENIDO 1. Centrales hidroeléctricas 1.1. Componentes de una central hidroeléctrica 1.2. Máquinas hidráulicas. 1.2.1. Potencia de una máquina hidráulica 1.2.2. Tipos de turbinas. 1.2.3. Funcionamiento de una máquina hidráulica 1.3. Regulación frecuencia-potencia 1.3.1. Operación con velocidad variable 1.3.2. Operación de centrales de bombeo en modo cortocircuito hidráulico 1.4. Transitorios hidráulicos en conducciones en presión 1.4.1. Ecuación de continuidad 1.4.2. Teorema de Bernoulli 1.4.3. Introducción de la elasticidad de la tubería y de la compresibilidad del agua 1.5. Modelos dinámicos de centrales hidroeléctricas 1.5.1. Conducciones 1.5.2. Chimenea de equilibrio 1.5.3. Turbina 1.5.4. Alternador 1.5.5. Regulador de velocidad 1.5.6. Casos prácticos 2. Centrales térmicas 2.1. Introducción. 2.2. Ciclos de turbina de vapor 2.2.1. Elementos de un ciclo de vapor 2.2.2. Termodinámica de los ciclos de vapor. 2.2.3. Ciclo de Rankine ideal y representación T-s 2.2.4. Ciclo de Rankine real 2.2.5. Mecanismos para aumentar el rendimiento. 2.2.6. Rendimientos y consumo específicos 2.3. Ciclos de turbinas de gas. 2.3.1. Elementos de los ciclos de turbina de gas 2.3.2. Ciclo Brayton simple 2.3.3. Ciclos Brayton mejorados. 2.4. Centrales de energía geotérmica 2.4.1. La energía geotérmica y sus aplicaciones 2.4.2. El recurso geotérmico 2.4.3. Centrales de energía geotérmica. 2.5. Centrales termoeléctricas de biomasa. 2.5.1. La biomasa como fuente de energía. 2.5.2. Propiedades de los biocombustibles sólidos. 2.5.3. Centrales termoeléctricas de biomasa en España 2.6. Centrales térmicas de energía solar 2.6.1. La energía solar y su aprovechamiento. 2.6.2. El recurso solar. 2.6.3. Centrales termosolares. 2.6.4. Descripción y análisis de las centrales termosolares Apéndice. A1.1 Conceptos básicos de termodinámica A1.1.1. Balance de energía en sistemas abiertos A1.1.2. Modelos de sustancia. A1.2. Tablas de propiedades del agua. 3. Centrales solares fotovoltaicas 3.1. Introducción 3.1.1. Estado actual de la fotovoltaica. 3.1.2. Instalaciones fotovoltaicas. Modalidades 3.2. El recurso solar 3.2.1. Ecuaciones solares 3.2.2. Espectro solar 3.2.3. Irradiancia solar en las superficies inclinadas 3.2.4. Bases de datos de radiación solar 3.3. Tecnología de células y módulos fotovoltaicos 3.3.1. Células de silicio mono y policristalino. 3.3.2. Células de capa delgada 3.3.3. Células bifaciales 3.3.4. Células de concentración 3.3.5. Células de tercera generación 3.3.6. Características de las células solares 3.3.7. Módulo fotovoltaico 3.3.8. Curvas características de módulos fotovoltaicos 3.3.9. Efectos del sombreado sobre los módulos fotovoltaicos. 3.3.10. Reciclado de paneles 3.3.11. Ensayos y pruebas. 3.4. Seguidores solares 3.4.1. Seguidores a un eje o uniaxiales 3.4.2. Seguidores a dos ejes o biaxiales. 3.4.3. Sistema backtracking o sistema antisombras 3.5. Inversores en centrales solares fotovoltaicas 3.5.1. Especificaciones técnicas 3.6. Dimensionado de generadores fotovoltaicos conectados a la red 3.6.1. Protección de las instalaciones FV conectadas a la red 3.6.2. Protección antirrayos 3.6.3. Parámetros que influyen en el dimensionado de una instalación fotovoltaica bifacial. 3.7. Autoconsumo solar fotovoltaico 3.7.1. Clasificación de las instalaciones de autoconsumo. 3.7.2. Comunidades energéticas 4. Parques eólicos 4.1. Introducción 4.2. Principios de conversión de la energía eólica. 4.2.1. Recurso eólico. 4.2.2. Aerodinámica de turbinas de eje horizontal 4.3. Tecnología de los aerogeneradores 4.3.1. Tipos de turbinas eólicas 4.3.2. Componentes básicos de un aerogenerador. 4.3.3. Rotor eólico 4.3.4. Sistema de transmisión. 4.3.5. Torre 4.3.6. Mecanismo de cambio de paso de pala. 4.3.7. Mecanismo de orientación. 4.4. Sistemas aerodinámicos de control 4.4.1. Sistemas pasivos de limitación de potencia. 4.4.2. Sistemas activos de control de potencia. 4.5. Sistemas eólicos de velocidad variable 4.5.1. Operación de aerogeneradores de velocidad fija 4.5.2. Operación de aerogeneradores de velocidad variable 4.6. Modelos dinámicos de turbinas eólicas 4.6.1. Modelo aerodinámico 4.6.2. Modelo mecánico de transmisión 4.6.3. Modelo del actuador de paso de pala 4.6.4. Resultados de simulación 4.7. Parques eólicos 4.7.1. Parques eólicos terrestres 4.7.2. Parques eólicos marinos 4.8. Cálculos energéticos y económicos 4.8.1. Cálculo energético. 4.8.2. Cálculo económico. 5. Generadores eléctricos 5.1. Introducción 5.2. Generador síncrono 5.2.1. Aspectos constructivos. 5.2.2. Sistemas de excitación. 5.2.3. Principio de funcionamiento 5.2.4. Diagrama de límites de funcionamiento 5.2.5. Generadores síncronos de polos salientes 5.2.6. Protecciones del generador síncrono 5.3. Generador asíncrono. 5.3.1. Aspectos constructivos. 5.3.2. Principio de funcionamiento 5.3.3. Característica par-velocidad 5.3.4. Compensación de potencia reactiva 5.3.5. Arranque de generadores asíncronos 5.4. Convertidores electrónicos 5.4.1. Convertidor c.c./c.a. de dos niveles. 5.4.2. Control vectorial de convertidores. 5.4.3. Diagrama de límites de funcionamiento 5.4.4. Protecciones del convertidor electrónico 5.5. Generadores síncronos de velocidad variable. 5.5.1. Generador síncrono de imanes permanentes 5.5.2. Control vectorial del GSIP. 5.5.3. Generador síncrono de rotor bobinado. 5.6. Generadores asíncronos de velocidad variable 5.6.1. Generador asíncrono doblemente alimentado 5.6.2. Principio de funcionamiento del DFIG. 5.6.3. Circuito equivalente el DFIG 5.6.4. Balance de potencias del DFIG 5.6.5. Diagrama de límites de funcionamiento del DFIG. 5.6.6. Control vectorial del DFIG. 6. Sistemas aislados de generación. El ejemplo de la isla de El Hierro 6.1. Descripción del sistema eléctrico de El Hierro 6.2. Funcionamiento del sistema eléctrico. Impacto de la central hidroeólica de Gorona del Viento 6.3. Modelo dinámico del sistema eléctrico de El Hierro 6.3.1. Sistema eléctrico 6.3.2. Automatic Generation Control (AGC) 6.3.3. Central hidroeléctrica 6.3.4. Estación de bombeo 6.3.5. Aerogeneradores 6.3.6. Grupos diésel 6.3.7. Batería. 6.3.8. Calibración del modelo. 6.3.9. Determinación de la información extraída del modelo 6.4. Valoración de estrategias de control de frecuencia para favorecer la penetración de renovables. 6.5. Principales conclusiones

• ISBN: 9788417289713
• Editorial: GARCETA GRUPO EDITORIAL
• Encuadernacion: Rústica
• Páginas: 778
• Fecha Publicación: 01/03/2025
• Nº Volúmenes: 1
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