Archive for the ‘Wind Power’ Category


A representative size, height, and diameter of wind turbines is the next figure.

Las necesidades de energía del mundo siguen en crecimiento y por lo tanto tienen que ser abastecidas. Impulsado por la necesidad, la indutria y la investigación hace posible tener turbinas eólicas cada vez de mayor tamaño, con nuevos materiales, nueva electrónica, nuevos sistemas de control y más.

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In this post, I am writing about various concepts for vertical axis turbines in the next figure.

Source: James. F. Manwell, J. G. McGowan, A. L. Rogers. “Wind Energy Explained: Theory, Design and Application”. John Wiley and Sons Ltd., 2009.


In this post, I am writing about various concepts for horizontal axis turbines in the next figure.

Source: James. F. Manwell, J. G. McGowan, A. L. Rogers. “Wind Energy Explained: Theory, Design and Application”. John Wiley and Sons Ltd., 2009.


The power output of a wind turbine varies with wind speed and every wind turbine has a characteristic power performance curve. With such a curve it is possible to predict the energy production of a wind turbine without considering the technical details of its various components. The power curve gives the electrical power output as a function of the hub height wind speed. The figure presents an example of a power curve for a hypothetical wind turbine. The performance of a given wind turbine generator can be related to three key points on the velocity scale:
Cut-in speed: The minimum wind speed at which the machine will deliver useful power.
Rated wind speed: The wind speed at which the rated power (generally the maximum power output of the electrical generator) is reached.
Cut-out speed: The maximum wind speed at which the turbine is allowed to deliver power (usually limited by engineering design and safety constraints).

Source: James. F. Manwell, J. G. McGowan, A. L. Rogers. “Wind Energy Explained: Theory, Design and Application”. John Wiley and Sons Ltd., 2009.


Today, the most common design of wind turbine, and the type which is the primary focus of this book, is the horizontal axis wind turbine (HAWT). That is, the axis of rotation is parallel to the ground. HAWT rotors are usually classified according to the rotor orientation (upwind or downwind of the tower), hub design (rigid or teetering), rotor control (pitch vs. stall), number of blades (usually two or three blades), and how they are aligned with the wind (free yaw or active yaw). Figure shows the upwind and downwind configurations.


Source: James. F. Manwell, J. G. McGowan, A. L. Rogers. “Wind Energy Explained: Theory, Design and Application”. John Wiley and Sons Ltd., 2009.


El Curso “MER603 – Fundamentos de Energía Eólica” es parte del desarrollo de clases en el Ciclo 2019-I de la Maestría en Ciencias en Energías Renovables y Eficiencia Energética de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería (Lima, PERU) del cual he aceptado dictarlo.

Durante años estuve leyendo, realizando modelamiento matemático y simulaciones numéricas de varias tecnologías de energías renovables entre ellas las turbinas eólicas, toca ahora transmitir parte de esa experiencia a los estudiantes de maestría.

Compartiré en este blog: información, imágenes, modelos, simulaciones, etc. producto de los apuntes de clases que haga; así como también dejo abierto la posibilidad de compartir a través de videoconferencias, conferencias in situ y/o participación conjunta en proyectos e investigaciones.

Atte: Dr & Ing Jorge Mírez
Universidad Nacional de Ingeniería jmirez@uni.edu.pe
Perú Green Smart Energy SAC http://www.pgse.com


Tornados occur in most subtropical and temperate landmasses around the world. Fortunately, most tornados do not carry overwhelming winds and therefore cause limited structural damage to engineered structures. On average, 800 to 1,000 tornados occur each year in the contiguous United States, and the activity zone extends well up into Canada. The total number of reported tornados in 1-degree squares of latitude and longitude for a 30-year period (1950 to 1980) is shown in figure.

J1052: Hoy jueves 27 diciembre 2018 recibí el Diploma de Doctor en Ciencias mención Física por la Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. // Today, Thursday, December 27, 2018, I received the Diploma of Dr. in Sciences with mention in Physics (Dr. Physics) from the National University of Engineering, Lima, Peru.


Hoy jueves 27 diciembre 2018 recibí el Diploma de Doctor en Ciencias mención Física por la Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. // Today, Thursday, December 27, 2018, I received the Diploma of Doctor of Sciences  with mention in Physics (Dr. Physics) from the National University of Engineering, Lima, Peru.

Algunas fotos // some photos:

Recibiendo el diploma en Oficina de Grados y Títulos de la Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. // Receiving a diploma in the Office of Degrees of the National University of Engineering, Lima, Peru.

En frente al Rectorado de la Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú // In front of the Rector’s Office of the National University of Engineering, Lima, Perú.

Con mi asesor Dr. Manfred Horn (a mi co-asesor Dr. Josep Guerrero en la Universidad de Aalborg, Dinamarca, muchas gracias también) // With my advisor Dr. Manfred Horn (a my co-advisor Dr. Josep Guerrero at the University of Aalborg, Denmark, thank you very much too) //

De mi fanpage // of my Fanpage:
Gracias a todos… A quienes estuvieron, están y/o estarán en este camino… Gracias por su espera, paciencia, enseñanzas, cariño, alegrías… estas cosas no se logran de la noche a la mañana… Queda aún algunos años para devolver lo recibido de la vida… Hoy jueves 27 Diciembre 2018 recibí el diploma de Doctor en Ciencias con mención en Física y al igual que mis grados y títulos anteriores me fue entregado en Ventanilla de una Oficina de Grados y Títulos y está bien, porque todos somos capaces, todos somos seres humanos… // Thank you all … Those who were, are and / or will be on this path … Thank you for your wait, patience, teachings, affection, joys … these things are not achieved overnight … There are still some years to return the received of life … Today, Thursday, December 27, 2018, I received a Doctor of Science degree with a mention in Physics and, like my previous degrees and diplomas, it was delivered to me in the Office of Degrees and Titles and that’s fine, because we’re all capable, we’re all human beings …. Fuente/Source: http://www.facebook.com/jorgemirezperu
Email: jmirez@uni.edu.pe


En el presente post encuentan el PPT y audio de mi Conferencia: “Microrredes y Generación Distribuida”. Diciembre 07, 2018. COIMTEECS. Universidad Nacional del Antiplano. Puno, Perú.

PPT:

AUDIO:

 

 


El mundo va hacia las energías renovables que se implementan para abastecer y suplir el creciente demanda energética del mundo y también en parte para cumplir con los compromisos ambientales que ponen en peligro la sobrevivencia de nuestra especie. Cada vez más turbinas lleva consigo reducir el impacto de las velocidades pico que se presenten en algún momento, debido a que el viento no es uniforme sobre un parque eólico y mucho menos si cada vez es más grande el parque eólico. Además, la producción de potencia se ve suavizada debido a que las falencias de un zona del área geográfica se compensa con lo que se presenta en otra área de dicha zona geográfica, es decir, si cambian los patrones de clima a cada vez una mayor área geográfica puede ayudar mucho a suavizar la línea de potencia y tener una producción más constante. Lo curioso de este caso – estimados lectores – es que a pesar de que el viento tiene un comportamiento aleatorio, éste escenario se puede modelar mediante modelamiento matemático y simulaciones numéricas y si hay datos de campo pues excelente, y si no hay, se puede también plantear velocidades de viento aleatorias. Al menos modelo y simulo usando Matlab/Simulink y es una muy buena herramienta para ciencias e ingenierías.

Fuente: Based on simulations by Pedro Rosas (Reproduced from P. Rosas, 2003, Dynamic Influences of Wind Power on the Power System (PLD thesis, Ørsted Institute and Technical University of Denmark),


Vestas viene a estar relacionado con Dinamarca, uno de los primeros países en el mundo en apostar fuertemente por las energías renovables y que en unas cuentas décadass llega a superar su propio consumo nacional (y no se tragan el cuento de que el sistema eléctrico nacional se hace inestable – sino dímelo tú que es lo que han logrado). En la figura una turbina de 3 MW de potencia nominal y continua (no PRIME ni stand bye como suelen llamar los negociantes de grupos electrógenos) que se han emplazado en muchos países a nivel mundial, en el caso de Perú también tenemos algunas turbinas Vestas en el Parque Eólico de Marcona. Ahora existen turbinas más potentes y lo habrá cada vez de mayor potencia funcionando durante muchos años. Hechos de fibra de vidrio y de carbono más la combinación de otros materiales clasicos como es el acero, es una mezcla de arte e ingeniería durante su construcción, traslado y puesta a punto. El generador eléctrico acoplado mediante un sistema de transmisión al rotor es el típico que se conoce, quizás en algún caso con mucho mayor número de RPM para poder aprovechar mejor las bajas velocidades del rotor y de la caja de engranajes. Cada vez más fiables tanto en materiales como en los sistemas de control desarrollados.


La figura muestra las partes y componentes de una turbina Enercon de 1.5 MW. Turbinas de éste tamaño son las que en su momento dieron un fuerte inicio a la implementación masiva de las turbinas eólicas. Y no es poca la potencia nominal de dichas turbinas ya que estamos hablando de 1500 kW, lo cual considerando que una familia consuma 2 kW en promedio, esto sería el equivalente a 750 familias. En el diseño de Enercon lo que lo caracteriza es el diseño propio del generador eléctrico acoplado directamente con el rotor. Lo demás son sistemas que complementan la labor de la turbina – eje – generador eléctrico como lo es la medición del viento, los sistemas de control, la ventilación mecánica del compartimiento que contiene los equipos de transformación mecánico – eléctrica de la energía capturada por la turbina.


Proposals to the Operation, Tertiary Control and Optimization of DC Microgrids
Jorge Mírez, Luis Hernández Callejo, Manfred Horn, Gabriela Mendoza and Lilian J. Obregón.
Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú.
Universidad de Valladolid, Campus Duques de Soria, Soria, España.
jmirez@uni.edu.pe
Congreso Iberoamericano de Ciudades Inteligentes
(ICSC-CITIES 2018)
Realizado el 26 y 27 de septiembre de 2018 en el Auditorio del Campus Universitario Duques de Soria (Soria, España), con el patrocinio del Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED), España.

Videos de mi Conferencia: “Introduction to Microgrids & Microsources”.
Movies of my Conference “Introduction to Microgrids & Microsources”.
Organizado por la Sección Estudiantil IEEE PES UNTELS.
Organized for Student Group IEEE PES UNTELS
Realizado el 12 de julio del 2018 en la Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (UNTELS), Villa El Salvador, Lima, Perú.
Realized the July 12, 2018 in Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur (UNTELS), Villa El Salvador, Lima, Perú.
Para realizar proyectos, investigación, conferencias, tesis y demás servicios del conocimiento favor escribir a jmirez@uni.edu.pe ó al WhatsApp +51970030394
To carry out projects, research, conferences, theses and other knowledge services please write to jmirez@uni.edu.pe or WhatsApp +51970030394
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Parte 1 de 2 (Part 1 of 2)

Parte 2 de 2 (Part 2 of 2)


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Como se puede ver en la Figura, el costo de la energía proveniente de las turbinas eólicas se ha venido reduciendo a medida que se incrementa la capacidad instalada de las mismas a nivel mundial. En grandes capacidades ha habido un ligero incremento y es debido principalmente a diseños cada vez más grandes que incrementan sus costos por el tamaño, transporte, dimensiones y desarrollo de nuevos materiales y demás tecnologías necesarias las cuales con el transcurso del tiempo y con la fabricación en serie se va reduciendo. Pero la tendencia general es a la reducción de los costos por cada kW-h.

Fuente: Antonio Moreno Munoz – Large Scale Grid Integration of Renewable Energy Sources.


Una microredes una unidad energética que puede trabajar de manera independiente o conectada a la red eléctrica externa y cuenta con numerosos elementos en su interior de tal manera que puedan manipular hasta 10 MVA en el punto de común acoplamiento. Entre estos diferentes elementos están aquellos que crean el costo por el que se debe pagar como clientes, es decir: me refiero a la generación, almacenamiento, distribución y conversión adecuada de la energía eléctrica para el cliente final. Más aún la energía eléctrica tiene que ser de alta calidad o ultra alta calidad bajo la espectativa de los sistemas eléctricos avanzados. Por lo tanto, debido a tantos elementos inmersos los costos no pueden ser los mismos durante el funcionamiento y pueden cambiar en tiempos relativamente cortos como: días, horas, minutos. La imagen es producto del resultado de una simulación de costos de operación de una microred de corriente continua que os dejo a su disposición.


My Paper: Jorge Mirez. A modeling and simulation of optimized interconnection between DC microgrids with novel strategies of voltage, power and control. Published in: 2017 IEEE Second International Conference on DC Microgrids (ICDCM). Nuremburg, Germany – link to IEEExplore

Abstract:
The interconnection between DC microgrids has been studied through the modeling and simulation of two DC microgrids and utility network with independent connection to each microgrid. Each microgrid has generation sources, storage source, electrical charges, two points of common coupling (one with the utility network and other with the neighboring microgrid) and a central controller. By performing the simulations and searching for new ways in which the interconnection can be made, the following contributions are reached: (a) although a nominal voltage is present on the DC microgrid bus, it becomes necessary to have three mini-voltage scales (one for the micro-sources, another for the storage sources and a third for AC/DC converter output that connects the utility supply and DC microgrid bus); (b) the power to avoid being heavily dependent on random variables requires temporary storage at the generation sources and that electrical loads define a very stable demand and clearance for certain period of time (of a few minutes), said period would be a new time scale of microgrid operation; (c) the cost associated with generation and storage sources must be optimized for the microgrids operation on the new unit of measurement and for which linear programming techniques have been used, and (d) it representing new coordination actions for tertiary control among central controllers of the microgrids. The new strategies of control, voltage and power will serve to propose and study new designs of: topologies of the electrical network, interconnection devices between microredes and other topics.

Link to Complete Article into IEEExplore: http://ieeexplore.ieee.org/document/8001098/  

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Buenos dias, les dejo a continuación las diapositivas de mi Taller “Taller: Turbinas EólicasConcepto, Modelos y Simulación Numérica” dictado durante el I Congreso de Ing. Mecánica Eléctrica en UNTELS, Lima Perú Noviembre 28, 2017. La parte de ecuaciones y desarrollo de códigos de computadora fueron realizados en pizarra y proyectados en scram los resultados de los códigos hechos en clase.
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El presente post muestra una data de velocidad de viento tomados en tiempos más cortos de lo usual que se llama como “en tiempo real” que es mediciones cada “15 minutos”, lo cual, es un tiempo extramadamente largo para las tecnologías que ahora se tienen dispuestas para la generación de electricidad como son entre ellas las turbinas eólicas. Basta pensar lo variable de dichos datos para inducir los esfuerzos y fuerzas que se presentan no sólo sobre los diferentes álabes sino también en la torre de soporte. Con ello, las aproximaciones horarias es claro que tienen un punto bastante general y dejan en claro de que tipo de profesional está tomando dicho contexto. Se requiere ahora que se trabaje en medidas cortas de tiempo que ayuden a desarrollar tecnologías para los diferentes problemas que se presentan en las turbinas cada vez más grandes. Y además, ver algunos problemas colaterales como el choque de aves en las turbinas y el ruido que ellas generan – pero se anima a dejar la mediocridad y estar bajo argumentos seudo científicos (cosa que está muy de moda al menos en mi país Perú que a cualquier charlatán le creen) – para crear y desarrollar las tecnologías que minimizen o anulen esos efectos y entonces podamos tener centrales eólicas cada vez más amigables con el medio ambiente.
Atte: Jorge Mírez
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