LÍNEAS Y SUBESTACIÓN DE ALTA TENSIÓN EN UN PARQUE
EÓLICO MARINO DE 200MW.
Autor: Álvarez-Ude Herrero, Sofía
Director: Talavera Martín, Juan Antonio y González Otero, Francisco José Entidad colaboradora: ICAI – Universidad Pontificia Comillas.
RESUMEN DEL PROYECTO:
La energía eólica es la más competitiva dentro de las fuentes de energía renovables. El crecimiento ha sido espectacular y las expectativas siguen augurando una buena proyección. El interés por la mejora de este tipo de generación ha llevado a situar los parques en zonas con mejores características como es la atmósfera marina.
Los aerogeneradores marinos están siendo empleados en numerosos países para aprovechar la energía del aire sobre los océanos y convertirla en energía. Los vientos marinos suelen ser de mayor velocidad que los terrestres y permiten generar mayor electricidad. Muchos de estos centros están cerca de núcleos con una gran demanda de energía en el que los costes son altos y la disposición de un parque eólico sobre tierra está limitada.
En el presente proyecto se han desarrollado todos los aspectos eléctricos así como un análisis económico de lo que conlleva la ejecución de un parque eólico instalado en el mar, teniendo siempre en cuanta la normativa legal.
El parque eólico se encuentra en Arteixo (provincia de A Coruña) en una zona a 10 km separada de la costa, donde los vientos con homogéneos y constantes.
La potencia instalada es de 200 MW, generada por 40 aerogeneradores marca
REPOWER de 5 MW de potencia nominal cada uno. Para evacuar la energía generada se han empleado 10 líneas submarinas de media tensión (30 kV) que convergen en una subestación situada en el mar a mitad del trayecto que existe hasta la costa. Esta subestación eleva el nivel de evacuación a alta tensión (132 kV) para así poder limitar las pérdidas por efecto Joule. A continuación, para evacuar la energía hasta tierra,
existen dos líneas submarinas que al llegar a tierra cambian sus características, para finalmente desembocar en una nueva subestación (en tierra), que eleva la tensión a 220 kV y se une a la red de transporte más cercana.
Después de seleccionar el emplazamiento se analizó la posición de los aerogeneradores y las distancias reglamentarias entre ellos según normativa. Una vez definida la
configuración del parque se determinaron las características de las líneas que cumplen con los requisitos de intensidad admisible, caída de tensión y cortocircuito para cada tramo del trayecto.
Para subir la tensión al nivel de alta, se requirió de una subestación en mar que debido a lo especial de su situación se instaló cubierta y aislada con gas SF6 lo que permite que se encuentre protegida del medio ambiente, muy corrosivo debido a la salinidad del mar y poder disminuir sus dimensiones. La configuración elegida es de barra partida y con dos transformadores (30 / 132 kV) para poder evacuar la mitad de la potencia generada por el parque en caso de fallo de alguno de ellos. Para la elección de la aparamenta necesaria se tuvo en cuenta parámetros tales como intensidad nominal, de cortocircuito, y nivel de tensión asignado, parámetros previamente definidos.
La subestación en tierra se instala a intemperie, puesto que las limitaciones no son tan estrictas y las condiciones ambientales así lo permiten. La configuración es doble barra de tal manera que las líneas se pueden conectar indistintamente a cualquier barra
protegidas por su propio interruptor. La selección de la aparamenta se realizó análogo al caso anterior.
También queda recogido en el presente proyecto la red de tierras de ambas
subestaciones para así poder limitar las tensiones de paso y contacto en función de la aparamenta instalada en cada una de ellas.
Por último, se diseña también el sistema de baja tensión (servicios auxiliares) de cada subestación. Diseñado tanto en alterna como en continua y formado por varios circuitos para la refrigeración/regulación de los transformadores de potencia de las
En cuanto al aspecto medioambiental, se detallan los efectos que la instalación del parque puede provocar sobre la zona, sobre el medio biótico, físico y socioeconómico (navegación, población...).
El estudio económico realizado sobre la ejecución del parque eólico indica que el proyecto es rentable, ya que el periodo de recuperación de la inversión realizada se encuentra dentro de la vida útil del parque y tanto el VAN como la TIR obtenidos son satisfactorios. Todo esto queda reflejado en el estudio de viabilidad incluido en el proyecto.
El proyecto viene complementado con tablas, figuras, así como la bibliografía, páginas consultadas y programas empleados.
La conclusión final que se puede obtener después del estudio realizado es que los valores obtenidos son razonables y la instalación del parque es factible en esta zona del litoral español. Tanto a nivel económico como técnico los resultados han sido
contrastados con personas profesionales y especialistas en este tipo de tecnología así como con otros proyectos reales de características similares.
SUMMARY:
Wind power is the most competitive form of energy within the current framework of renewable resources. Its growth has been spectacular and the prospects for the future are very good. This type of wind farm is moved to the sea in order to increase its output. Offshore wind turbines are being used in a number of countries to harness the energy of the moving air over the oceans and to convert it to electricity. Offshore winds tend to flow at higher speeds than onshore winds, thus allowing turbines to produce more electricity. Much of this potential energy is near a major population (and energy load) centers where energy costs are high and land-based wind development opportunities are limited.
The present project studies all the electrical aspects as well as an economic analysis of what involves setting up an offshore wind farm, legal regulations being given due consideration.
This wind farm is based in Arteixo (in the province of A Coruña, Spain), an area 10 Km off shore where the wind is homogeneous and constant, on the average.
The installed power is 200 MW supplied by 40 REPOWER wind generators of 5 MW nominal power each. Ten underwater medium voltage lines (30 kV) are used to
evacuate the energy generated. These lines converge on a substation, located at sea, half way from the coast. This substation raises the level to high tension power (132 kV), thus decreasing the loss due to Joule’s effect. Moreover, already on land, two underwater lines change features to finally end up in a new substation which raises tension to 220 kV and joins the nearest transportation network.
After having decided on its placement, the position of each turbine is carefully considered based on regulated distances between them. Once the wind farm
configuration is completed the characteristics of the line for admisible current, voltage drops and short circuit tests must be calculated and defined.
An offshore substation to raise the level of voltage is required. Due to its particular location it is covered and insulated with SF6, which allows for protection from the harsh
environment (very caustic because of salinity) and for a reduction of its actual size. The substation has several devices which have been designed according to nominal and short circuit current and nominal voltage. The configuration chosen here is a single sectionalised busbar provided with two transformers (30 / 132 kV) which allow for raising the generated power if some of them undergo any failure. Parameters, previously defined, such as the nominal and short circuit current and the nominal voltage level are taken into account so as to select the equipment.
The onshore substation is set up in the open air since the limitations are not so strict and the environmental conditions permit it. The configuration here is double busbar to connect the lines indistinctly to either of them and it is protected by its own switch. The choice of equipment was determined as in the previous case.
Furthermore, the earthing system for both substations was designed to limit the level of step and contact voltage, depending on the properties of the equipment.
Finally, the low voltage installation of both substations was designed, in both
alternating and in direct current, and made up of several circuits for cooling / regulation of power transformers as well as for the supply of 30 kV collecting cells.
Environmental concerns of offshore wind farms on Spain’s thriving tourist industry are considered as to whether the construction of wind turbines should be carried out or not. This project shows, in detail, the effects that such construction could have on the area under study.
The economic aspect in this study indicates that this project is cost-effective, since the period of investment return is within the working life of the wind farm and both the NPV (Net Present Value) and the IRR (Internal Rate of Return) obtained are highly satisfactory. See the viability study in this project.
All that is mentioned above is supplemented with tables, figures and accompanied by reference to the reliability of web sites and the programs used here.
The conclusion to be derived from this project is that the obtained values are reasonable and the construction is feasible at this particular spot on the northwest Spanish coast.
The economic and technical results presented here have been compared with already existing structures of similar characteristics and have also been considered after hearing the advice given by people specialised in this technology.
