Millora de la modelització de l’eòlica en un model d’optimització d’integració d’energies renovables

T eball de Fi de G au GRAU EN ENGINYERIA EN TECNOLOGIES INDURSTRIALS Millo a de la modeli zació de l’eòlica en un model d’op imi zació d’in eg ació d’ene gies eno ables MEMÒRIA Au o : Alex Sole Di ec o : O iol Gomis-Bellmun Co-di ec o : Ca los Collados Rod íguez Con oca ò ia: Juny 2021 Escola Tècnica Supe io d’Enginye ia Indus ial de Ba celona Pàg. 2 Memò ia Pàg. 3 Resum El eball de i de g au que es p esen a à a con inuació es oba en el ma c de l’es udi que es à duen a e me el cen e CITCEA de la UPC en la se a pa icipació al p ojec e eu opeu POSYTYF, que é pe objec iu desen olupa una solució pe a ope ado s de xa xa elèc ica pe al de pode in eg a més on s d’ene gia eno able al sis ema. De o es les ecnologies de gene ació que s’es udien en el p ojec e esmen a , en aques documen únicamen s’ap o undi à en l’ene gia eòlica. Així doncs, aques TFG consis eix, en p ime lloc, en una in oducció a l’ene gia eòlica pe al d’es abli un coneixemen bàsic sob e aques a ecnologia. En segon lloc, i com a pa més impo an del eball: en end e el p oblema d’op imi zació de ini pel CITCEA així com l’eina desen olupada en PYTHON pe a oba les solucions a aques p oblema, millo a i ede ini les pa s elacionades amb l’ene gia eòlica i l’aplicació a di e en s escena is amb l’anàlisi dels esul a s ob ingu s. Pàg. 4 Memò ia Suma i SUMARI ______________________________________________________ 4 LLISTAT DE TAULES I FIGURES _________________________________ 7 INTRODUCCIÓ ___________________________________________ 13 Objec ius del p ojec e ...................................................................................... 13 Objec ius especí ics ............................................................................................ 13 Abas del p ojec e ............................................................................................ 13 EVOLUCIÓ I SITUACIÓ ACTUAL DE L’ENERGIA EÒLICA________ 14 Què és l’ene gia eòlica? .................................................................................. 14 His ò ia de l’ene gia eòlica .............................................................................. 14 Si uació ac ual de l’ene gia eòlica ................................................................... 15 A ni ell mundial ................................................................................................... 15 A ni ell eu opeu................................................................................................... 16 A ni ell espanyol ................................................................................................. 17 Expec a i es de ca a al u u ........................................................................... 18 CARACTERÍSTIQUES DE L’ENERGIA EÒLICA_________________ 20 P incipi de uncionamen ................................................................................. 20 Fac o de disponibili a i ac o de capaci a ................................................... 20 Pa s d’un ae ogene ado ................................................................................ 21 Pa cs eòlics ...................................................................................................... 23 On-sho e .............................................................................................................. 23 O -sho e .............................................................................................................. 24 El en ............................................................................................................... 27 Veloci a ............................................................................................................... 27 Di ecció ................................................................................................................ 27 Wake e ec .......................................................................................................... 28 Al es conside acions .......................................................................................... 29 Cos de l’ene gia eòlica ................................................................................... 29 Cos capi al (CAPEX) .......................................................................................... 30 Cos os ope acionals (OPEX) .............................................................................. 32 Impac e mediambien al ................................................................................... 33 EL MODEL D’OPTIMITZACIÓ _______________________________ 34 El model ac ual ................................................................................................ 35 Plan es con encionals ........................................................................................ 35 Cen als eno ables sense emmaga zema ge (eòlica) ..................................... 36 Pàg. 5 Res iccions globals............................................................................................. 37 Funció objec iu..................................................................................................... 37 Modeli zació de l’ene gia eòlica ...................................................................... 38 Po ència ............................................................................................................... 38 Cos econòmic ..................................................................................................... 44 Millo a del model d’eòlica ................................................................................ 46 IMPLEMENTACIÓ DEL MODEL AMB PYTHON _________________ 48 Llib e ies ........................................................................................................... 48 A xius PYTHON (.py) i ca pe es ..................................................................... 48 Es uc u a i uncionamen ............................................................................... 49 APLICACIÓ DE L’ALGORISME ______________________________ 50 Dades de demanda ......................................................................................... 50 Cas 1 a): Con encional + eòlica ..................................................................... 51 Cas 1 b): Con encional + eòlica (amb limi acions) ........................................ 58 Cas 2 a): Con encionals + eòlica + sola o o ol aica ................................... 62 Cas 2 b): Con encionals + eòlica + sola o o ol aica (amb limi acions) ...... 68 Anàlisi dels esul a s ........................................................................................ 75 Al es anàlisis ....................................................................................................... 76 CONCLUSIONS _______________________________________________ 79 BIBLIOGRAFIA _______________________________________________ 81 Pàg. 7 Llis a de aules i igu es Taula 1: Compa a i a dels g ams de CO2 pe kWh de di e en s ecnologies [8] ................... 33 Figu a 1: Ima ge del p ime molí de en pe a gene ació elèc ica. [14] ................................ 15 Figu a 2: E olució po ència mundial ins al·lada. [1] ................................................................ 16 Figu a 3: E olució con ibució eòlica al mix espanyol. [4] ........................................................ 17 Figu a 4: G à ica de la p e isió mundial de no es ins al·lacions en els p ope s 5 anys. [1] .. 18 Figu a 5: G à ica amb la p e isió de c eixemen dels p ope s anys pe a compli els objec ius. [1] ....................................................................................................................... 19 Figu a 6: Componen s d’un ae ogene ado . ............................................................................ 22 Figu a 7: Pa c eòlic on-sho e .................................................................................................... 24 Figu a 8: Dis ància a la cos a i p o undi a de les aigües dels pa c eòlics o -sho e ac uals. [5] ............................................................................................................................................ 24 Figu a 9: Tipus de onamen s es uc u als d’ins al·lacions o -sho e. ..................................... 25 Figu a 10: Pa c eòlic o -sho e. ................................................................................................. 26 Figu a 11: Tipus d’anco a ges al ons ma í. ............................................................................. 26 Figu a 12: Exemple de dis ibució de en ep esen ades en oses de en . ......................... 27 Figu a 13: ep esen ació g à ica de l’e ec e wake en pa c eòlics. [6] ...................................... 28 Figu a 14: E olució LCOE on-sho e i o -sho e. [5].................................................................. 29 Figu a 15: Escandall del CAPEX pe a on-sho e. [7] ............................................................... 31 Figu a 16: Escandall del CAPEX pe a o -sho e. [7] ............................................................... 32 Figu a 17: Vis a gene al de l’algo isme. ................................................................................... 34 Figu a 18: Diag ama del lux d’un luid a a és d’un ac uado en o ma de disc. .................. 39 Figu a 19: G à ica amb la co ba de po ència i la cp en unció de la eloci a del en . [9] ..... 41 Figu a 20: G à ica amb la po ència del en i la gene ada pe l’ae ogene ado en unció de la eloci a del en . [9] .......................................................................................................... 42 Figu a 21: Co ba de po ència en unció del en del model Ves as V90/2000. [10] ............... 43 Figu a 22: E olució del CAPEX d’eòlica on-sho e ................................................................... 45 Figu a 23: E olució CAPEX eòlica o -sho e ............................................................................ 45 Figu a 24: Es uc u a i lux de l’algo isme ................................................................................. 49 Figu a 25: Demanda anual ho à ia de la locali zació seleccionada. [4] .................................. 50 Figu a 26: Demanda dià ia de la locali zació seleccionada. [4] ............................................... 51 Figu a 27: Co a de po ència de la u bina Ves as V90/2000. [10] ......................................... 52 Figu a 28: G à ica amb la dis ibució ho à ia de les eloci a s on-sho e de en du an un Pág. 8 Memo ia any. [11] ............................................................................................................................. 52 Figu a 29: Co ba de po ència de la u bina Ene con E126/7500. [10] .................................... 53 Figu a 30: G à ica amb la dis ibució ho à ia de les eloci a s de en o -sho e du an un any. [11] ............................................................................................................................. 53 Figu a 31: Capaci a a ins al·la en unció d’al a. ..................................................................... 54 Figu a 32: Nomb e de u bines a ins al·la en unció d’al a. .................................................... 55 Figu a 33: Cos o al en unció d’al a. ....................................................................................... 55 Figu a 34: LCOE en unció d’al a.............................................................................................. 56 Figu a 35: Pe cen a ge de gene ació u ili zada pe a cada ipus d’eòlica en unció d’al a. .... 57 Figu a 36: Pe cen a ge de gene ació u ili zada eno able o al en unció d’al a. ................... 57 Figu a 37: Capaci a a ins al·la en unció de al a. ................................................................... 59 Figu a 38: Nomb e de u bines a ins al·la en unció d’al a. .................................................... 59 Figu a 39: Cos o al en unció d’al a. ....................................................................................... 60 Figu a 40: LCOE en unció d’al a.............................................................................................. 60 Figu a 41: Pe cen a ge de gene ació u ili zada pe a cada ipus d’eòlica en unció d’al a. .... 61 Figu a 42: Pe cen a ge de gene ació u ili zada eno able o al en unció d’al a. ................... 62 Figu a 43: Disponibili a del ecu s d’i adiació sola du an el mes de gene . [11] ................ 63 Figu a 44: G à ica més de allada de la disponibili a del ecu s d’i adiació sola . [11] .......... 63 Figu a 45: Capaci a a ins al·la en unció d’al a. ..................................................................... 64 Figu a 46: Nomb e de u bines a ins al·la en unció d’al a. .................................................... 64 Figu a 47: Cos o al en unció d’al a. ....................................................................................... 65 Figu a 48: LCOE en unció d’al a.............................................................................................. 65 Figu a 49: Compa a i a cos en e Cas1 a) i Cas 2 a). ........................................................... 66 Figu a 50: Compa a i a cos en e Cas1 a) i Cas 2 a) de alla ................................................ 66 Figu a 51: Pe cen a ge de gene ació u ili zada pe a cada ipus d’eòlica en unció d’al a. .... 67 Figu a 52: Pe cen a ge de gene ació u ili zada eno able o al en unció d’al a. ................... 68 Figu a 53: Capaci a a ins al·la en unció d’al a. ..................................................................... 69 Figu a 54: Nomb e de u bines a ins al·la en unció d’al a. .................................................... 69 Figu a 55: Cos o al en unció d’al a. ....................................................................................... 70 Figu a 56: LCOE en unció d’al a.............................................................................................. 70 Figu a 57: Compa a i a cos en e Cas1 b) i Cas 2 b). ........................................................... 71 Figu a 58: Compa a i a cos en e Cas1 b) i Cas 2 b) de alla ................................................ 71 Figu a 59: Pe cen a ge de gene ació u ili zada pe a cada ipus d’eòlica en unció d’al a ..... 72 Figu a 60: Pe cen a ge de gene ació u ili zada eno able o al en unció d’al a. ................... 72 Figu a 61: Gene ació dià ia du an o un any .......................................................................... 73 Figu a 62: Gene ació mensual du an o un any. .................................................................... 73 Figu a 63: Gene ació dià ia du an el mes de gene . .............................................................. 74 Pàg. 9 Figu a 64: Gene ació dià ia du an el mes d’agos . ................................................................. 74 Figu a 65: Gene ació ho à ia du an 10 dies. ........................................................................... 75 Figu a 66: G à ica Cas 2 a) del models u ili za s ins a a......................................................... 77 Figu a 67: G à ica Cas 2 a) amb nous models de u bina. ...................................................... 77 Pàg. 16 Memò ia Figu a 2: E olució po ència mundial ins al·lada. [1] S’es ima que al ol an d’un 5-6% de la p oducció d’ene gia elèc ica mundial p o é del en . Pe posa -ho en con ex , és la cinquena on de p oducció d’ene gia elèc ica pe da e a del ca bó (33-34%), gas (22-23%), nuclea (10-11%) i hid oelèc ica (16-17%). La Xina encapçala el ànking de països amb més po ència ins al·lada amb 288,3 GW, els EEUU és la segona amb 164,2 GW. Alemanya (62,8 GW), l’Índia (38,6 GW) i Espanya (27,4 GW) anquen el op 5 de països amb més po ència eòlica ins al·lada. Re e en al c eixemen , la Xina, EEUU, B asil, Països Baixos i Alemanya són els països que més ins al·lacions no es d’eòlica han inco po a al 2020. Només aques s cincs països ep esen en el 80,6% del o al de no es ins al·lacions. A ni ell eu opeu A ni ell eu opeu la po ència eòlica ins al·lada és de 218 GW i a l’any 2020 s’hi a ins al·la 14,7 GW de po ència no a. La con ibució al mix d’ene gia s’es ima que és d’ap oximadamen el 16% del o al. Alemanya es oba al capda an dels països amb més po ència eòlica ins al·lada. Espanya es oba en el segon lloc. Els segueixen el Regne Uni , F ança i I àlia en aques o d e. Pág. 17 A ni ell espanyol Pe úl im s’anali za à més en de all la si uació de l’ene gia eòlica a l’es a espanyol. La po ència ins al·lada és de 27446 MW i a l’any 2020 s’hi a ins al·la 1720 MW de po ència no a. Du an el ma eix any es an p odui 53774 GWh d’ene gia elèc ica p o inen de l’eòlica, aques a con ibució ep esen a un 22,5% al mix ene gè ic espanyol. Només l’ene gia nuclea es oba pe da an amb un 23,3% de con ibució al mix ene gè ic. Pel que a el ànking de po ència ins al·lada acumulada pe comuni a s au ònomes, Cas ella y Lleó (6299,81 MW) es oba en la p ime a posició seguida de Cas ella la Manxa (3886,14 MW), Galicia (3829,19 MW), Andalusia (3478,45 MW) i A agó (4159,25 MW). Ca alunya es oba en la sisena posició amb 1271,2 MW de po ència ins al·lada. Men e que les 5 comuni a s au ònomes esmen ades an e io men sí que an inc emen a la se a po ència ins al·lada du an el 2020, la que més Cas ella i Lleó, Ca alunya no a inc emen a la po ència ins al·lada. Ac ualmen a l’es a espanyol hi ha 1267 pa c eòlics amb 21431 ae ogene ado s ins al·la s. També es comp a amb més de 220 cen es de ab icació p esen s en se ze de les disse comuni a s au ònomes. Pe acaba , comen a dues dades més. En p ime lloc des aca que el o al ins al·la és on-sho e, no hi ha cap ins al·lació eòlica o -sho e a l’es a espanyol. I en segon lloc, com a dada de èco d, el dia 18 de desemb e de 2020 es a supe a el màxim his ò ic espanyol de gene ació ins an ània, amb 19558 MW eòlics p oduin alho a. Això suposa un augmen del 3,76% espec e l’an e io èco d del 12 de desemb e del 2019. Figu a 3: E olució con ibució eòlica al mix espanyol. [4] Pàg. 18 Memò ia Expec a i es de ca a al u u Com s’ha comen a p è iamen , l’ene gia eòlica juga un pape mol impo an en la desca boni zació de l’ene gia. En el u u immedia , segons una p edicció de la GWEC i a al a d’una ac uali zació al Q3 del 2021, es p e eu que 469 GW de po ència eòlica no a s’ins al·la an en els p ope s 5 anys. Això són, ap oximadamen , 94 GW anuals ins 2025. To i que al 2021 s’es ima que les no es ins al·lacions no supe a an el eco d de l’any 2020, es p e eu que enca a es pod à aconsegui el segon millo any de la his ò ia en no es ins al·lacions. Figu a 4: G à ica de la p e isió mundial de no es ins al·lacions en els p ope s 5 anys. [1] Pág. 19 To i això, aques s alo s no són su icien s pe a compli amb l’objec iu de ze o emissions de gasos d’e ec e hi e nacle pe 2050. Segons un es udi del GWEC la CAGR ( axa de c eixemen anual compos a) hau ia de se del 17% en els p ope s 5 anys, cosa que amb els alo s ac uals és del 4%. Figu a 5: G à ica amb la p e isió de c eixemen dels p ope s anys pe a compli els objec ius. [1] Pàg. 20 Memò ia Ca ac e ís iques de l’ene gia eòlica P incipi de uncionamen L’escal amen desigual de la supe ície e es e degu a l’ene gia p o inen del sol, p o oca zones d’al a i baixa p essió que causen desplaçamen de masses d’ai e. Aques mo imen de l’ai e és el que anomenem en i g àcies als ae ogene ado s som capaços de con e i l’ene gia con inguda al en en ene gia elèc ica. Quan la eloci a del en és p ou ele ada, (a ui en dia, g àcies a l’e olució dels componen s, no a al a g ans eloci a s pe pode comença a unciona ), aques p o oca el mo imen o acional de les pales. Aques mo imen o acional es asllada a a és d’un eix ins la caixa de can is (en cas de eni -ne) pe augmen a la eloci a de o ació unes 100 egades ap oximadamen . La so ida de la caixa de can is es à connec ada a l’eix d’al a eloci a que connec a amb un gene ado , que con e eix aques a ene gia cinè ica o acional en ene gia elèc ica. Fac o de disponibili a i ac o de capaci a El ac o de disponibili a d’una plan a de gene ació d’ene gia és la quan i a de emps que aques a po p odui elec ici a du an un pe íode de e mina . En el cas d’un ae ogene ado és el emps que aques po es a gene an elec ici a g àcies al en . Les causes que an que aques ac o no sigui del 100% són: pe íodes de emps en el que les eloci a s de en són mol baixes o condicions me eo ològiques ex emes amb eloci a s de en mol ele ades i pe an l’ae ogene ado no po gene a ene gia. Els pe íodes de emps en els que s’hi es an duen a e me eines de man enimen , e isió o epa ació o el emps que l’ae ogene ado es à a u a pe a e ia ambé són causan s de edui el ac o de disponibili a . Ac ualmen els alo més habi uals de ac o de disponibili a són del 96% poden a iba en alguns casos ins al 98%. El ac o de capaci a o ambé anomena ac o de plan a d’una plan a de gene ació elèc ica és el quocien en e l’ene gia gene ada du an un pe íode de emps i l’ene gia que hagués gene a si hagués eballa du an el ma eix pe íode de emps a plena cà ega. Els p incipals causan s de la educció d’aques ac o són: la i egula i a en la on d’ene gia eno able (a eloci a s de en baixes no es po p odui la màxima po ència), la al a de demanda o ope acions de man enimen , e isions, e c. En les plan es de gene ació con encional el p incipal causan és la al a de demanda, ja que no depèn d’una on d’ene gia eno able sinó Pág. 21 d’un combus ible. En alguns casos ambé s’ha de eni en comp e el emps en que s’ha de ca ega la plan a amb el combus ible u ili za . En els ae ogene ado s el alo s solen a ia depenen del pa c eòlic i al es ac o s, pe ò es oben en e un 10% i un 50%. El ac o de capaci a mai pod à se majo que el ac o de disponibili a . Pa s d’un ae ogene ado To i que exis eixen di e sos ipus, els ae ogene ado s com els de la Figu a 7 són els que s’u ili zen o es les ins al·lacions eòliques mundials. Pe això, al lla g del eball, quan es aci e e encia a ae ogene ado , semp e es e e i à a aques ipus. La mida depèn de la po ència de l’ae ogene ado , que po a iba ins als 14 MW. La p incipal ca ac e ís ica d’aques ipus d’ae ogene ado s, ambé anomena s d’eix ho i zon al, és que, com diu el seu nom, enen l’eix de o ació pa al·lel al e a i es an o ma s pe es pales. Al eni l’eix ho i zon al, aques s ae ogene ado s s’han d’o ien a segons la di ecció que bu i el en pe al de endi al màxim. Dins aques ipus d’ae ogene ado s exis eixen dues a ian s: els anomena s upwind, que s’o ien en ca a al en i pe an necessi en un sis ema d’o ien ació i els anomena s downwind que, al eballa amb el en en an pe la banda de la o e, s’o ien en de mane a au omà ica amb el en . Els upwind són, amb di e ència els més u ili za s. Les pa p incipals són les següen s: • To e: Supo es uc u al de la u bina. No malmen de d’ace i de o ma cilínd ica, d’uns 3-4 m de diàme e (depenen de la mida o al). • Ro o : Pa o a i a de l’ae ogene ado . Es à o ma pe les pales i la boixa. • Boixa: És la pa que supo a les pales i pe me e -les o a espec e la es a de l’ae ogene ado . • Pales: Són les enca egades de ex eu e l’ene gia del en con e in -la en mo imen o acional que és ansme al o o . Es an ab icades de poliès e i epoxy e o çades amb ib a de id e, ke la o ib a de ca boni. G àcies a un sis ema de con ol i uns accionamen s, les pales poden can ia l’angle d’a ac pe eballa amb la màxima e iciència així com posiciona -se en la posició més segu a en si uacions de en ex em. El més comú són ae ogene ado s de 3 pales, ja que s’a iba a l’ equilib i en e el endimen ene gè ic, es abili a i du abili a . Pàg. 22 Memò ia • Gòndola: És la ‘cabina’ si uada al damun de o de la o e. En ella s’hi oben pa dels componen s de l’ae ogene ado . • Caixa de can is: Connec a l’eix de baixa eloci a (el que es à connec a al o o ) amb l’eix d’al a eloci a . Inc emen a la eloci a de o ació d’unes 30-60 pm a 1000-1600 pm pe al d’ob eni una eloci a de o ació en la que en gene ado pugui p odui elec ici a . • Gene ado : Componen enca ega de con e i l’ene gia mecànica del o o en ene gia elèc ica. • Anemòme e: Mesu a la eloci a del en . La in o mació cap ada es ansme a la con olado a pe al seu anàlisi. • Con olado a: La se a unció és moni o i za les condicions del en així com execu a di e en s comandes pe al co ec e uncionamen del ae ogene ado . • Sis ema d’o ien ació: O ien a el conjun gòndola i o o en la di ecció òp ima segons com bu i el en . Es à o ma pe uns mecanisme d’eng ana ges i un mo o elèc ic que p opo ciona la po ència mecànica necessà ia. • F e: Sis ema que ixa el o o pe a les si uacions en les que la eloci a de en és massa al a i se ia pe illós que l’ae ogene ado ope és o en momen s en que s’ha de e man enimen a l’apa ell. El e que es mos a a la igu a s’u ili za només pe a ixa el o o un cop ja no es mou o la eloci a és mol baixa. Pe a disminui la eloci a men e es à gi an , els models mode ns u ili zen un mè ode anomena enada ae odinàmica, que consis eix en gi a les pales 90º al ol an de l’eix longi udinal i al Figu a 6: Componen s d’un ae ogene ado . Pág. 23 no ha e -hi una o ça de sus en ació al lla g del pe il de la pala, aques a disminueix la eloci a ins a gai ebé a u a -se. És un mè ode mol segu , suau i e icaç sense p o oca es o ços ni desgas sob e la maquina ia i es uc u a. • Cable de po ència: Cable si ua al lla g de la o e que connec a el gene ado amb la subes ació o ans o mado (segons disseny) en el que hi ci cula el co en gene a . Pa cs eòlics Els pa c eòlics són ag upacions d’ae ogene ado s en una ma eixa locali zació. La mida d’aques s po a ia mol , des d’uns pocs ae ogene ado s a mile s dis ibuï s pe una g an supe ície. El p ime pa c eòlic consis ia de 20 ae ogene ado s de 30 kW cadascun, donan una po ència o al de 0,6 MW. Es a posa en ma xa al 1980 a Es a s Uni s. Gansu Wind Fa m és ac ualmen el majo pa c eòlic del món. Es oba a la Xina i é una po ència de 8 GW, o i que es à plani ica que a ibi als 20 GW. Exis eixen dos ipus d’ins al·lacions de pa cs eòlics: els anomena s on-sho e que són els que es an si ua s a e a i els o -sho e si ua s al ma . On-sho e Són els més habi uals i ac ualmen ep esen en el 95 % de la po ència eòlica mundial ins al·lada. Com el seu nom indica en angles, són els que es an ins al·la s a e a. Els p incipals a an a ges són: • Ins al·lació més senzilla i pe an cos os d’ins al·lació meno s. • Més acili a de connec a -se a la xa xa d’elec ici a es a al. • Man enimen més ba a . Pel que a els desa an a ges: • Es eque eix un anàlisi del en més comple , ja que el compo amen d’aques en e enys ugosos és complex. • Espai limi a . • Descon en amen de la població espec e a la con aminació isual i sono a. To i això, és la ecnologia més desen olupada ja que po a mol s més anys al me ca i el ni ell d’especiali zació ha c escu mol al lla g del úl ims anys. Pàg. 24 Memò ia O -sho e Són els pa cs eòlics que es an si ua s al ma . En els úl ims anys s’ha a ança mol en l’e olució i millo a d’aque a ecnologia i hi ha expec a i es mol al es de ca a al u u . Dos ac o s mol impo an s que s’han de eni en comp e alho a de dissenya i cons ui un pa c eòlic o -sho e són: la dis ància a la cos a i la p o undi a de les aigües. La màxima p o undi a a la que és po e una ins al·lació d’aques ipus és d’ap oximadamen 50 me es. L’al e limi an és la dis ància del pa c eòlic a la cos a. Com més dis ància més complexa la Figu a 8: Dis ància a la cos a i p o undi a de les aigües dels pa c eòlics o -sho e ac uals. [5] Figu a 7: Pa c eòlic on-sho e Pág. 25 connexió amb la xa xa elèc ica i, pe an , més cos . Aques augmen del cos e de i a de la ins al·lació de pla a o mes a al a ma pe augmen a el ol a ge i/o con e i la co en a con inua pe disminui les pè dues a més de la connexió a a és de cables en e a s al ons ma í. Hi ha di e sos ipus d’ins al·lacions o -sho e, i el que les di e encia en e cadascuna és el ipus de onamen s es uc u al u ili za . La u ili zació d’un ipus o al e depèn p incipalmen de la p o undi a de les aigües i de les ca ac e ís iques geològiques del sol ma í. La més u ili zada de o es és la monopile (p ime a ima ge de la Figu a 9). Figu a 9: Tipus de onamen s es uc u als d’ins al·lacions o -sho e. Els p incipals a an a ges són: • No p o oca an descon en amen a la població ja que la con aminació acús ica i isual és mol meno . • Al disposa d’à ees mol majo s, és poden e p ojec es de g ans dimensions. • El en a al a ma és mol més cons an i les eloci a s mi ges són majo s. • Es poden ins al·la ae ogene ado s mol més g ans i pe an amb mol a més po ència. Pel que a als desa an a ges: • To i que s’es à millo an la ecnologia any e e any, els cos os d’ins al·lació són mol ele a s. • El man enimen és més di ícil de du a e me i pe an ambé é cos os més ele a s. • Depèn mol de la o og à ica del e eny, i en aigües mol p o undes no és possible aques es ins al·lacions. • La connexió a la xa xa elèc ica és més complicada i pe an ambé mes ca a. El cos augmen a amb la dis ància en e pa c eòlic i la cos a. Pàg. 32 Memò ia Dos ac o s mol impo an s que enen un g an e ec e en els pa c eòlics o -sho e són: la dis ancia a la cos a i la p o undi a d’on es a à la ins al·lació. La p ime a é a eu e amb la connexió a la xa xa. Al ha e -se de e amb un cable pe so a l’aigua, el cos inc emen a amb la dis ància i si hi ha mol a dis ància s’ha de ans o ma a al a ensió pe edui les pè dues. Pel que a la ondà ia, com més p o unda la locali zació més g an ha de se la es uc u a de supo i pe an més despesa en la cons ucció i ins al·lació. Cos os ope acionals (OPEX) Ope a ional expedi u es, són els cos os de d’ope ació i man enimen al lla g de la ida ú il. Es di ideixen en: • Cos os planeja s: Són els cos os d’ope ació i man enimen plani ica s. En aques s’inclouen e isions i man enimen plani ica s, llogue dels e enys, adminis ació i ope acions anuals. • Cos os no planeja s: Són cos os no p e is os. Els més habi uals són epa acions d’a e ies dels componen s que con o men l’ae ogene ado . No amen , l’OPEX és mol di e en s pe a pa cs o -sho e i on-sho e pels ma eixos mo ius p è iamen comen a s. Les di e encies com es a a al a ma o l’accessibili a al pa c eòlic són alguns dels mo ius pels quals les ope acions de man enimen di e eixen mol en e mes econòmics. Figu a 16: Escandall del CAPEX pe a o -sho e. [7] Pág. 33 Impac e mediambien al És e iden que el en no gene a cap emissió de CO2, pe ò no pe això ol di que l’ene gia eòlica sigui 100% ne a. En el cas de l’eòlica com ambé passa amb la sola , la majo pa les emissions que es gene en són en el p océs de cons ucció, és a di , abans que la plan a en i en uncionamen . La ab icació de l’ace pe a la o e ep esen a el 30% del o al de l’emissió de CO2, la ab icació del o migó pe als onamen s de l’es uc u a el 17% i les esines i ib es que s’u ili zen pe a les pales el 12%. To i això, al només p odui -se en el p océs de cons ucció i que les emissions du an el emps d’ope ació són mínims, a que la pe jada de ca boni o al sigui un 99% menys que una plan a de ca bó, 98% menys que una de gas na u al i 75% menys que la sola . Si em una compa ació de la mi jana de g/kWh pe a les p incipals ecnologies podem eu e com l’eòlica és una de les millo s en aques sen i . Taula 1: Compa a i a dels g ams de CO2 pe kWh de di e en s ecnologies [8] Ca bó Gas na u al Sola -Fo o ol aica Eòlica Nuclea g CO2/kWh 1000 450 45 11 9 Amb les dades de la Taula 1 obse em com la nuclea és l’única que é millo s núme os que l’eòlica en aques sen i . Amb l’e olució de la ecnologia i amb l’objec iu de e cada egada els ae ogene ado s més g ans pe a ins al·lacions d’o -sho e, i pe an amb més po ència, aques a pe jada de ca boni es pod ia eu e eduïda ins a 6 g/kWh. L’exemple més ecen és el model Haliade X de Gene al Elec ic, amb un po ència de 14 MW i pales de 110 me es. Quan un ae ogene ado a iba al inal de la se a ida ú il el g an p oblema es oba en el ecicla ge de les pales, ja que ep esen en un g an pe cen a ge del ma e ial o al de l’ae ogene ado i, a més, al se de de ib es, composi es i plàs ics el seu ecicla ge és mol complica . To i que a ho es d’a a això ja és un p oblema, s’es ima que al 2050 hi hau à desenes de milions de ones de pales en desús. To i això ja s’es à in es igan en com ecicla aques ipus de ma e ial, millo a la se a du abili a o dona un al e ús. Un al e dels impac es ambien als són la con aminació acús ica i isuals que p o oques els ae ogene ado s. La millo a del disseny a e que el so oll hagi millo a amb els anys pe ò l’impac e isual és di ícil de millo a . La mo d’ocells pe l’impac e amb la u bina ambé és un dels impac es nega ius que é aques ecnologia. La implemen ació de més pa c eòlics o - sho e e i a ia en g an mesu a ques úl ims es impac es nega ius comen a s. Pàg. 34 Memò ia El model d’op imi zació Com bé s’ha comen a al inici del documen , un dels objec ius del eball és millo a una pe i a pa del model d’op imi zació que ha dissenya cen e CITCEA de la UPC. L’objec iu del model esmen a és: donada una locali zació conc e a (amb les dades de la demanda anual i les plan es de gene ació ja exis en s, an con encionals com eno ables amb els ecu sos co esponen s), un pe cen a ge mínim desi ja de gene ació d’ene gia eno able i les possibles plan es d’ene gia eno able a ins al·la ( amb el seu ecu s (eòlica, sola , hid àulica...) i els cos os), oba la combinació que minimi za el cos i sa is à amb la pene ació de eno ables desi jada. Figu a 17: Vis a gene al de l’algo isme. Pág. 35 A la Figu a 17 s’ha ep esen a de mane a mol esquemà ica l’es uc u a gene al de l’algo isme. El model ac ual En el model ac ual hi ha di e ses ecnologies eno ables modelades, pe ò com l’objec iu del eball és millo a el model u ili za pe a l’ene gia eòlica, a con inuació només s’explica à el model u ili za ac ualmen pe a l’eòlica, jun amen amb el model de les con encionals, les es iccions globals i la unció objec iu. Les dades u ili zades són dades de demanda o disponibili a de ecu sos ho à ies al lla g d’un any. Plan es con encionals En aques apa a es poden inclou e cen als de ca bó, gas o pe oli. Les es iccions especí iques d’aques s plan es són les següen s. • Màxima gene ació: aques a es icció es ableix el màxim que una plan a con encional po gene a en cada ins an . 𝑥𝐺𝐶 𝑖,𝑡 ≤𝐺𝐶𝑖 ∀𝑖,∀𝑡 • Màxima a iació en e dos ins an s de emps: aques a es icció es ableix la a iació màxima de gene ació en e dos ins an s de emps consecu ius. És u ili zada sob e o pe a cen als on el emps de espos a és ele a i pe an no poden passa de 0 a la màxima po ència en poc emps sinó que la gene ació disponible a inc emen a len amen . |𝑥𝐺𝐶 𝑖,𝑡+1 −𝑥𝐺𝐶 𝑖,𝑡| ≤∆𝐺𝐶𝑖 ∀𝑖,∀𝑡 ∈ [1,𝑇 −1] On: Va iables: 𝑥𝐺𝐶 𝑖,𝑡: és el que gene a la plan a con encional Ci en l’ins an Pa àme es: Pàg. 36 Memò ia 𝐺𝐶𝑖: és la capaci a màxima de gene ació de la plan a con encional Ci ∆𝐺𝐶𝑖 : és la màxima a iació de po ència de la plan a con encional Ci en e dos ins an s de emps. En el cas que el emps de espos a sigui baix i no a ec i en e dos ins an s de emps el ∆𝐺𝐶𝑖 se à igual a la capaci a màxima de la plan a con encional, olen di que po passa de 0 a la màxima gene ació en e dos ins an s de emps. Cen als eno ables sense emmaga zema ge (eòlica) To i que com s’ha comen a abans només s’explica à el model de l’eòlica, en aques cas, la sola o o ol aica ambé es modela amb aques model. El model és mol semblan al de les cen als con encionals, amb la di e ència que la capaci a màxima és una a iable i apa eix un pa àme e que és la disponibili a del ecu s. • Màxima gene ació: es icció que es ableix la gene ació a cada ins an de cada plan a eno able. 𝑥𝐺𝑅 𝑗,𝑡 ≤𝐺𝑅 𝑗 · 𝐶𝑅 𝑗 ∀𝑗,∀𝑡 • Màxima a iació en e dos ins an s de emps: Res icció que es ableix la a iació màxima de gene ació en e dos ins an s de emps consecu ius. |𝑥𝐺𝑅 𝑗, 𝑡+1 −𝑥𝐺𝑅 𝑗, 𝑡| ≤∆𝐺𝑅 𝑗 ∀𝑗,∀𝑡 ∈ [1,𝑇 − 1] On: Va iables: 𝑥𝐺𝑅 𝑗,𝑡: és el que gene a la plan a eno able Rj en l’ins an . 𝐶𝑅 𝑗: és la capaci a màxima de gene ació de la plan a eno able Rj. Pa àme es: 𝐺𝑅 𝑗: és la disponibili a del ecu s de la plan a Rj exp essa en pu. Els ecu sos de l’eòlica es poden oba pe a una locali zació conc e a a [11]. ∆𝐺𝑅 𝑗 : és la màxima a iació de po ència de la plan a eno able Ri en e dos ins an s de emps. Pág. 37 Com que el emps de posada en ma xa d’un molí eòlic és mol baix, aques a es icció no a ec a al model i pe an el ∆𝐺𝑅 𝑗 és un alo numè ic mol al . Res iccions globals El model només é en comp e el sis ema de po ència, així doncs el sis ema elèc ic no es modela i pe an no es enen en comp e les equacions de la xa xa elèc ica. • Balanç de la demanda: es icció que de e mina que la suma de la gene ació de cada plan a a cada ins an de emps ( an con encional com eno able) ha de se igual a la demanda en aquell ins an . ∑𝑥𝐺𝐶𝑖,𝑡 +∑𝑥𝐺𝑅𝑗,𝑡 = 𝐷𝑡 ∀ 𝑡 𝐽 𝑗 = 1 𝐼 𝑖 = 1 • Mínima con ibució de eno ables: es icció que de e mina quin pe cen a ge de la demanda o al ha de p o eni de cen als de gene ació eno able. ∑ ∑ 𝑥𝐺𝑅 𝑗,𝑡 𝐽 𝑗 = 1 𝑇 𝑡=1 ≥ 𝛼 ∑𝐷𝑡 𝑇 𝑡 = 1 On: Va iables: 𝑥𝐺𝐶 𝑖,𝑡: és el que gene a la plan a con encional Ci en l’ins an . 𝑥𝐺𝑅 𝑗,𝑡: és el que gene a la plan a eno able Rj en l’ins an . Pa àme es: 𝐷𝑡 : és la demanda de cada ins an . 𝛼: és el pe cen a ge de la mínima gene ació eno able o al exp essada en pu. Funció objec iu Finalmen , l’únic que al a pe acaba el model es de ini la unció objec iu. En aques cas Pàg. 38 Memò ia l’objec iu és minimi za el cos os o als. [MIN] ∑ ∑𝑥𝐺𝐶 𝑖,𝑡 · 𝑂𝑃𝐸𝑋𝐶𝑖 +∑𝐶𝑅 𝑗 · 𝐶𝐴𝑃𝐸𝑋 𝑅𝑗 𝐽 𝑗 = 1 𝐼 𝑖 = 1 𝑇 𝑡 = 1 +∑𝐶𝑅 𝑗 · 𝑂𝑃𝐸𝑋 𝑅𝑗 · 𝑙𝑖𝑓𝑒𝑡𝑖𝑚𝑒 𝐽 𝑗 =1 On: Va iables: 𝑥𝐺𝐶 𝑖,𝑡 : és el que gene a la plan a con encional Ci en l’ins an . 𝐶𝑅 𝑗 : és la capaci a de gene ació de la plan a eno able Rj. Pa àme es: 𝑂𝑃𝐸𝑋 𝐶𝑖 : Són els cos os d’ope ació pe a la plan a con encional Ci en €/kWh. 𝐶𝐴𝑃𝐸𝑋 𝑅𝑗: Són els cos os capi als pe a la plan a eno able Rj en €/kW. 𝑂𝑃𝐸𝑋 𝑅𝑗: Són els cos os d’ope ació i man enimen de la plan a eno able Rj en €/kW- any. 𝑙𝑖𝑓𝑒𝑡𝑖𝑚𝑒: el emps de ida de la plan a eno able Rj. Obse em com a la unció objec iu no apa eix el CAPEX pe a les cen als con encionals. Això és degu a que se suposa que ja es an ins al·lades i que si es necessa i ins al·la més capaci a es a à amb planes d’ene gia eno able. Modeli zació de l’ene gia eòlica Po ència Una de les pa s més impo an s de la modeli zació és com de e mina la po ència elèc ica que es po ex eu e del en . A con inuació s’explica à com es elaciona la po ència elèc ica inal ob inguda d’un ae ogene ado en unció de la eloci a del en i quines al es a iables Pág. 39 in e enen. [12] En p ime lloc pa im de la equació que es ableix l’ene gia cinè ica d’una massa en mo imen . 𝐸 =1 2 · 𝑚· 𝑣2 La po ència és la de i ada de la ene gia espec e el emps. 𝑃 = 𝑑𝐸 𝑑𝑡 = 1 2·𝑣2·𝑑𝑚 𝑑𝑡 El cabal màssic és: 𝑑𝑚 𝑑𝑡 =𝜌·𝐴·𝑑𝑥 𝑑𝑡 I la a iació de la posició espec e el emps és la eloci a . 𝑑𝑥 𝑑𝑡 =𝑣 Finalmen ob enim que el cabal màssic és: 𝑑𝑚 𝑑𝑡 =𝜌·𝐴·𝑣 Finalmen ob enim que: 𝑃𝑣 =1 2·𝜌·𝐴·𝑣3 Pe an , en aques p ime desen olupamen , ob enim que la po ència del en 𝑃𝑣 depèn de: la densi a del luid, en aques cas l’ai e, l’à ea so mesa a es udi i de la eloci a del cub del en . Aques a po ència és la del en , a a eu em ins a quina pa d’aques es po ex eu e amb un ae ogene ado . L’any 1919 el ísic alemany Albe Be z a de e mina que cap ae ogene ado podia con e i més del 59,3 % de l’ene gia cinè ica del en en ene gia mecànica o acional. A ui en dia aques ac o 16/27 (59,3 %) és conegu com Lími de Be z o Llei de Be z. La demos ació de i a de les lleis de conse ació de la massa i del momen d’un lux luin a a és d’un disc ac uado ideal el qual ex eu Figu a 18: Diag ama del lux d’un luid a a és d’un ac uado en o ma de disc. Pàg. 40 Memò ia ene gia del luid. Aques màxim eò ic s’anomena endimen ae odinàmic ⴄa. ⴄ 𝑎=0,593 Una pe i a demos ació de pe què exis eix aques lími és pensa que passa ia si es pogués ex eu e el 100 % de l’ene gia del en . Això old ia di que o a l’ene gia que passa pe l’à ea d’escomb a del ae ogene ado es ans o ma en ene gia mecànica o acional, i enin en comp e que l’ene gia del en és unció de la eloci a del en , es a íem a i man que la eloci a de l’ai e un cop ha aspassa l’à ea d’escomb a és ze o. Cosa o almen impossible ja que hi hau ia un es ancamen de massa d’ai e jus a la secció pos e io de les pales del ae ogene ado i no pod ia ci cula -hi més ai e a a és. Pe an , al inal, la po ència elèc ica ob inguda es po de e mina de la següen mane a: 𝑃𝑜𝑢𝑡 =1 2·𝜌·𝐴·𝑣3·𝐶𝑝 On la Cp és un a pa àme e únic pe a cada ae ogene ado i que depèn de la eloci a del en . A més d’inclou e el endimen ae odinàmic explica an e io men , és a di , l’ene gia que es po ex eu e del en (ⴄa), aques pa àme e inclou ambé el endimen mecànic (ⴄm) i el endimen elèc ic (ⴄe). El endimen mecànic inclou en e d’al es les pè dues pe egamen en els componen s mecànics i el endimen de la caixa de can is, men e que el endimen elèc ic é a eu e amb el gene ado i les se es pè dues. 𝐶𝑝= ⴄ𝑎·ⴄ𝑚·ⴄ𝑒 Tal i com s’ha comen a p è iamen , el lími supe io del endimen ae odinàmic és 0,593 ( ac o que de e mina la acció màxima d’ene gia que es po ex eu e del en ). To i això, ni els ae ogene ado s amb els millo s dissenys i e iciències s’ap open a aques alo , que solen mou e’s en alo s al ol an de 0,35 - 0,5. A més, si hi a egim el endimen mecànic i elèc ic ob enim uns alo s de Cp que poden a iba en els millo s dels casos a alo s de 0,45. Pe an , aques coe icien de po ència es po de ini com la elació en e la po ència con inguda al en i la po ència elèc ica ne a ob inguda. 𝐶𝑝=𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑖𝑛 =𝑃𝑒 𝑃𝑣 On Pou o Pe és la po ència elèc ica ob inguda i Pin o P és la po ència con inguda del en . En la Figu a 19 s’ha ep esen a en colo g oc el alo de la Cp en unció del en . Aques a g à ica és només un exemple i cada model d’ae ogene ado é la se a p òpia unció de la Cp Pág. 41 en unció del en . En blau s’hi ep esen a la po ència elèc ica ob inguda pe a cada alo de eloci a del en . Figu a 19: G à ica amb la co ba de po ència i la cp en unció de la eloci a del en . [9] Pe al a banda, ambé podem compa a els alo s de po ència del en i la po ència elèc ica ne a ob inguda. Obse em com la po ència del en augmen a p opo cionalmen al cub de la eloci a del en , men e que la po ència elèc ica a iba a un pun en el que ja no augmen a i es man é es able en aquell alo . Això és degu a la Cp, que un cop a iba al alo de màxima e iciència comença disminui àpidamen . Pàg. 48 Memò ia Implemen ació del model amb PYTHON Aques model d’op imi zació a es a implemen a amb PYTHON i a con inuació s’explica à b eumen l’es uc u a que é, com s’o gani zen les di e en s ca pe es i documen s que con enen an les dades inicials com els esul a i les llib e ies u ili zades. To i que el model d’op imi zació es à implemen a en un sol a xiu de PYTHON, en o al hi ha 5 a xius de PYTHON amb una unció especi ica pe a cadascun. Abans d’anali za el a xius de PYTHON i l’es uc u a del l’algo isme, s’explica an quines llib e ies s’han u ili za i un b eu esum del que a cadascuna. Llib e ies • NUMPY: llib e ia que ajuda a c ea ec o s i ma ius així com nomb oses uncions ma emà iques de g an complexi a . • PANDAS: llib e ia u ili zada pe a la manipulació i anàlisi de dades. Ajuda a es uc u a i manipula dades en aules així com llegi i esc iu e dades en di e sos o ma s d’a xiu. • PYOMO: llib e ia u ili zada pe a o mula p oblemes d’op imi zació. S’u ili za el sol e ‘GLPK’ pe a p oblemes lineals. • MATPLOTLIB: llib e ia u ili zada pe a la c eació de o ipus de g à ics. A xius PYTHON (.py) i ca pe es A xius: (### de e mina el nom del cas a es udia ). • ###_pd.py: A xiu u ili za pe a ex eu e o es les dades (demanda ho à ia, ecu s eno able ho a i, CAPEX i OPEX de cada ecnologia, dades de u bines, e c.) dels documen s .CSV con ingu s a la ca pe a CSV. • ###_pyomo.py: A xiu on es à implemen a el model d’op imi zació. • ###_pos p o.py: A xiu pe al ac amen dels esul a s ob ingu s del model d’op imi zació. • ###_alpha_in e a ion.py: A xiu esold e el p oblema d’op imi zació i e a i amen amb di e en s alo s del pa àme e al a. • ###_plo s.py: A xiu pe a la c eació dels g à ics desi ja s. Pág. 49 Ca pe es: • CSV: Ca pe a on es oben gua da s o s els documen s .CSV d’on s’ex euen les dades. • Pos P o: Ca pe a on es gua den els esul a s en di e en s a xius .CSV pos e io men d’ha e sigu ac a s pe ###_pos p o.py. • Plo s: Ca pe a on es gua den els g à ics c ea s. Es uc u a i uncionamen L’es uc u a del p og ama és la de la Figu a 24 i el uncionamen el següen : L’únic a xiu que s’ha d’execu a és el ###_alpha_i e a ions.py i a pa i d’aquí el ma eix a xiu a c idan als al es a xius pe necessi a . En p ime lloc l’a xiu ###_pd.py ex eu o es les dades necessa ies dels documen s .CSV si ua s a la ca pe a CSV. A con inuació es c ida l’a xiu ###_pyomo.py pe esold e el p oblema d’op imi zació i pos e io men amb l’a xiu ###_pos p o.py es ac en els esul a s i es gua den a la ca pe a Pos P o. Seguidamen s’ac uali za el alo d’alpha i es o na esold e el p oblema amb aques nou alo i es o nen a ac a i gua da els esul a s ob ingu s. Aques p oces i e a iu es duu a e me ins que s’ha e pe a o s els alo s d’alpha. Finalmen , s’execu a l’a xiu ###_plo s.py pe ob eni el g à ics dessi ja s i es gua den a la ca pe a Plo s. *El codi implemen a en PYTHON ambé ha es a esc i pel g up CITCEA i una pa impo an d’aques eball ha es a en end e l’es ucu a i com uncionen o s els a xius PYTHON. Els can is de model esmen a s a l’apa a Millo a del model d’eòlica ambé s’han aplica al codi de PYTHON. No només s’ha can ia el model a l’a xiu ###_pyomo.py, sino que ambé s’han adap a o s els al es a xius, ja que an els inpu s ( eloci a s de en , ca ac e ís iques u bina…) com els ou pu s ( esul a s de la op imi zació) són di e en s. Figu a 24: Es uc u a i lux de l’algo isme Pàg. 50 Memò ia Aplicació de l’algo isme Com a úl ima pa del eball s’aplica à l’algo isme a un cas ealis a (basa en un cas eal) i s’anali za an els esul a s. Es conside a un cas ealis a i no un cas 100% eal pe di e ses aons. En p ime lloc pe què, o que l’algo isme és una eina mol po en , é les se es limi acions (no es con emplen les es iccions ècniques ni les de la xa xa elèc ica pe exemple). En segon lloc pe què hi ha dades mol di ícil de oba i que a ien mol depenen del cas d’es udi. També pe què, com es eu à més enda an , es a an suposicions i al es a i macions pe a simpli ica l’es udi. Pe aques es aons doncs, es conside a un es udi ealis a. Al inal l’objec iu no és pode dona un alo s eals, sinó eu e com unciona l’algo isme, e un anàlisi quali a iu i mos a que en cas que es disposessin de les dades necessà ies els esul a s pod ien se ú ils. Dades de demanda Les dades de demanda anual sí que són dades que podem oba àcilmen . Pe a l’es udi que es a à a con inuació de di e en s escena is s’u ili za à la demanda anual ho à ia de la illa de G an Cana ia. S’u ili za aques a ja que sabem que és un sis ema aïlla i que no impo a elec ici a de o a. Les dades són d’accés lliu es i les podem oba a [4]. La demanda ho à ia u ili zada é un màxim de 525 MW i un mínim de 255 MW. A con inuació podem eu e la Figu a 25 i Figu a 26 les g à iques de les dades de demanda ho à ia i dià ia. Figu a 25: Demanda anual ho à ia de la locali zació seleccionada. [4] Pág. 51 Figu a 26: Demanda dià ia de la locali zació seleccionada. [4] Pe a o s els casos s’ha es able que el emps de ida (li e ime) és de 25 anys, emps de ida ap oxima d’un ae ogene ado . Cas 1 a): Con encional + eòlica Pe a aques p ime cas d’es udi només s’han inclòs cen als con encionals i ene gia eòlica. Pe an , cons a del següen : • S’ha conside a que ja hi ha ins al·la s 550 MW de capaci a en plan es de gene ació de ca bó. Pe a simpli ica els càlculs, s’han uni ica o es les cen als i s’ha conside a un OPEX mi jà. Els alo s u ili za s són pe al pe al OPEX a iable 0,026 €/kWh i pe al ix 45 €/kW-any [13][15]. Pel que a el CAPEX, com es conside a que o es les cen als con encionals ja es an ins al·lades i no s’ins al·la à cap més, el alo és 0. • Pel que a a eno ables, en aque s p ime cas només s’ha conside a ene gia eòlica. To i això s’ha sepa a en dos casos (on-sho e i o -sho e) amb les co esponen s dades de cos os, di e en ecu s de eloci a de en i di e en u bina. o On-sho e (wind 1): Pe a l’eòlica on-sho e s’ha escolli el model de u bina Ves as V90 2000 amb la co ba de po ència mos ada a la Figu a 27. El CAPEX Pàg. 52 Memò ia i OPEX són 1900 €/kW i 30000 €/kW-any espec i amen , alo s mi jos ex e s de [5][15]. Pe úl im les dades de eloci a s de en es an ep esen ades a la Figu a 28 i han es a ex e s de [11]. Figu a 27: Co a de po ència de la u bina Ves as V90/2000. [10] Figu a 28: G à ica amb la dis ibució ho à ia de les eloci a s on-sho e de en du an un any. [11] Pág. 53 o O -sho e (wind 2): Pe a l’eòlica o -sho e s’ha escolli el model de u bina Ene con E126/7500 amb la co ba de po ència mos ada a la Figu a 29. Els alo s de CAPEX i OPEX són 4000 €/kW i 110 €/kW-any espec i amen , dades ex e es no amen de [5][15]. Les dades de en es an g a icades a la Figu a 30 i han es a ex e es de [11]. Figu a 29: Co ba de po ència de la u bina Ene con E126/7500. [10] Figu a 30: G à ica amb la dis ibució ho à ia de les eloci a s de en o -sho e du an un any. [11] Podem obse a com les g à iques de les eloci a de en són mol semblan s. Això és degu Pàg. 54 Memò ia a que, o i ha e selecciona locali zacions al ma i e a espec i amen , els pe íodes d’al es i baixes eloci a s coincideixen en el emps, ja que l’ex ensió de la zona escollida (G an Cana ia) és ela i amen pe i a, i en gene al els momen s de mol i poc en coincideixen. Un al e mo iu pod ia se que les dades u ili zades pel enewables.Ninja [11] no siguin mol p ecises i la esolució sigui baixa. La única di e encia és que la g à ica del en o -sho e é una eloci a mi ja supe io a la d’on-sho e 9,5 m/s i 6,7 m/s espec i amen . A con inuació es ep esen a à en di e en s g à iques els esul a s ob ingu s pe a als alo s d’al a: [0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 0.95, 0.97, 0.99]. Figu a 31: Capaci a a ins al·la en unció d’al a. Pág. 55 Figu a 32: Nomb e de u bines a ins al·la en unció d’al a. Figu a 33: Cos o al en unció d’al a. Pàg. 56 Memò ia Figu a 34: LCOE en unció d’al a. Amb els esul a s ep esen a s a la Figu a 31, Figu a 32, Figu a 33 i Figu a 34 es poden e di e ses ap eciacions. En p ime lloc, com e a d’espe a , a mesu a que s’inc emen a la pene ació de eno ables al sis ema (al a), an la capaci a a ins al·la de eòlica com el cos o al inc emen en. Pe al a banda, pels alo s d’al a comp esos en e 0 i 0,7, l’algo isme de e mina que només cal ins al·la eòlica on-sho e. Això és degu a que, com l’objec iu és minimi za el cos o al i l’eòlica on-sho e és més ba a a d’ins al·la que la o -sho e, el p og ama de e mina que su més a comp e ins al·la només on-sho e. A pa i d’una al a de 0,8, l’eòlica o -sho e ja en a en joc, i cla amen a guanyan p o agonisme. To i eni un cos més ele a , ja no su an endible la ins al·lació de només on-sho e, ja que la o -sho e é un ecu s de en millo . Una al e ap eciació impo an a e és el sob e-dimensionamen que hi ha pe a alo s d’al a ele a s. Tenin en comp e que la demanda màxima és de 525 MW, pe a un al a = 0,8 es necessi en ins al·la més de 2300 MW d’eòlica i pe a al a = 0,99 més de 16000 MW pe a sa is e les condicions. Això és degu a que en els momen s en que la eloci a del en és mol baixa, la po ència que poden gene a les u bines és mol baixa, i la única mane a d’augmen a -ho és a egin més u bines. Aques nomb e de u bines ex a que s’a egeixen pe als momen s de poc en , són o almen inú ils en pe íodes de eloci a s de en més ele ades, ja que amb un nomb e meno de u bines ja es pod ia sa is e la demanda. Aques e ec e es po eu e cla amen en la Figu a 35 i Figu a 36, on es ep esen a el pe cen a ge d’ene gia u ili zada espec e la disponible. Pág. 57 Figu a 35: Pe cen a ge de gene ació u ili zada pe a cada ipus d’eòlica en unció d’al a. Figu a 36: Pe cen a ge de gene ació u ili zada eno able o al en unció d’al a. A la Figu a 35 podem eu e com el pe cen a ge d’ene gia u ili zada pe a cadascun dels dos ipus d’eòlica és bas an di e en . Pe a al es ins a 0,7, com només hi ha eòlica on-sho e ins al·lada, el pe cen a ge d’eòlica o -sho e és ze o. Pe a l’eòlica on-sho e, la endència a la baixa que hi ha a mesu a que s’inc emen a al a és degu al que s’ha comen a p è iamen . Pàg. 64 Memò ia Figu a 45: Capaci a a ins al·la en unció d’al a. Figu a 46: Nomb e de u bines a ins al·la en unció d’al a. Pág. 65 Figu a 47: Cos o al en unció d’al a. Figu a 48: LCOE en unció d’al a En aques Cas 2 a) es poden e di e ses ap eciacions i compa acions amb el Cas 1 a). En p ime lloc, al a egi -se una ecnologia de gene ació eno able com és la sola o o ol aica amb un cos in e io als dos ipus de eno ables que ja hi ha ia en el Cas 1 (eòlica on-sho e i Pàg. 66 Memò ia o -sho e) el cos o al s’ha is eduï , sob e o pe a alo s al s d’al a. Figu a 49: Compa a i a cos en e Cas1 a) i Cas 2 a). Figu a 50: Compa a i a cos en e Cas1 a) i Cas 2 a) de alla . En la Figu a 49, es eu com cla amen pe a al es p ope es a 1 el cos és mol in e io . A la Figu a 50, s’ha amplia la g à ica pe a alo s d’al a in e io s a 0.7, i s’obse a com la di e encia de cos no és an exage ada com pe a al es g ans, pe ò si que mos a com el cos ambé es edueix. Pág. 67 Pe al a banda, o i que el ecu s de la o o ol aica és més limi a que el en , pe a alo s d’al a in e io s a 0,3 l’algo isme de e mina que només cal ins al·la o o ol aica pe a sa is e les condicions imposades. A mesu a que s’augmen a l’al a, l’algo isme ac ua de la ma eixa mane a que an e io men , de e minan que p ime cal comença ins al·la eòlica on-sho e i quan s’a iba a alo s enca a més ele a s, eòlica o -sho e. Si mi em ambé les g à iques de capaci a a ins al·la i nomb e de u bines podem obse a com el e d’ins al·la sola o o ol aica a que el alo de capaci a a ins al·la i pe an el nomb e de u bines disminueixi. Si ens ixem en la g à ica de nomb e de u bines de la Figu a 46 en compa ació amb al de la Figu a 32 (co esponen al Cas 1 a)) eiem com els alo s s’ha disminuï a ap oximadamen la mei a i el pic que hi ha a l’eòlica on-sho e s’ha desplaça cap a la d e a. Figu a 51: Pe cen a ge de gene ació u ili zada pe a cada ipus d’eòlica en unció d’al a. Pàg. 68 Memò ia Figu a 52: Pe cen a ge de gene ació u ili zada eno able o al en unció d’al a. No amen , en la Figu a 51 i Figu a 52 s’obse a com el pe cen a ge d’ene gia u ili zada dec eix a mesu a que augmen a la al a. Com en els casos an e io s, és degu al sob e dimensionamen . Cas 2 b): Con encionals + eòlica + sola o o ol aica (amb limi acions) Com en el Cas 1 b), s’han imposa es iccions del nomb e màxim de u bines a ins al·la i s’han a egi de la capaci a màxima de la sola o o ol aica a causa de les limi acions e i o ials. S’ha man ingu la es icció de 60 u bines com a màxim pe a l’eòlica on-sho e i s’ha a egi pe a la o o ol aica un limi ació de 350 MW de po ència. Aques es dades s’han decidi mi jançan una compa ació amb al es e i o is on hi hagi an ene gia eòlica com o o ol aica ins al·lada. Fen la elació en e l’ex ensió del e i o i i la nomb e de u bines o la capaci a o o ol aica s’han decidi aques núme os. Com abans, els alo s d’al a pels quals s’ha execu a són: [0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 0.95]. Els alo s 0,97 i 0.99 s’han elimina de la Figu a 53, Figu a 54, Figu a 55 i Figu a 56 pe a que els g à ics no es iguin desescala s i els esul a s es puguin eu e més cla amen . Pág. 69 Figu a 53: Capaci a a ins al·la en unció d’al a. Figu a 54: Nomb e de u bines a ins al·la en unció d’al a. Pàg. 70 Memò ia Figu a 55: Cos o al en unció d’al a. Figu a 56: LCOE en unció d’al a. Els esul a s mos en com, o i a egi les es iccions de capaci a màxima i nomb e de u bines màximes, el compo amen és mol simila a l’an e io . Pe a al es pe i es només cal ins al·la o o ol aica ins que pe a una al a en e 0,2 i 0,3 s’assoleix el màxim es able . Pe a al es una mica majo s en a l’eòlica on-sho e ins que assoleix el seu màxim pe a una al a d’en e 0,3 i Pág. 71 0,4 i a pa i d’aquí s’a egeix eòlica o -sho e. Figu a 57: Compa a i a cos en e Cas1 b) i Cas 2 b). Figu a 58: Compa a i a cos en e Cas1 b) i Cas 2 b) de alla . No amen el cos s’ha is eduï pel e d’inco po a una no a ecnologia de gene ació eno able més ba a a de les que ja hi ha ia an e io men . Pàg. 72 Memò ia Figu a 59: Pe cen a ge de gene ació u ili zada pe a cada ipus d’eòlica en unció d’al a Figu a 60: Pe cen a ge de gene ació u ili zada eno able o al en unció d’al a. Com en o s els al es casos el pe cen a ge d’ene gia u ili zada cau de o ma mol àpida pe al es majo a 0,6 a mesu a que s’augmen a el alo d’al a. Com aques és el cas més comple i p òxim a la eali a , a con inuació s’adjun en la Figu a 61, Figu a 62, Figu a 63 i Figu a 64, qua e g à iques complemen a ies en les que es eu la Pág. 73 gene ació anual pe dia i mes i més de alladamen pe dia en els mesos de gene i agos . Co espon a un alo d’al a de 0,6. Figu a 61: Gene ació dià ia du an o un any Figu a 62: Gene ació mensual du an o un any. Pàg. 80 Memò ia Pág. 81 Bibliog a ia [1] GWEC, Global Wind Repo 2021. Bèlgica, Ma ç 2021. Disponible a: h ps://gwec.ne /global-wind- epo -2021/#Da a [2] AEE (Asociación Española Eólica. Ac ualidad eòlica. [en línia] Mad id, España. [Consul a: Ab il 2021]. Disponible a: h ps://www.aeeolica.o g/comunicacion/la- ac ualidad-eolica/4563-la-eolica-alcanza-los-27-446-mw-ins alados-y-supe a-su- apo acion-anual-al-mix-en-espana- as-un-ano-de-in ensa-ac i idad [3] AEE (Asociación Española Eólica), Anua io Eólico 2020. España, Julio 2020. Disponible a: h ps://www.aeeolica.o g/anua io/2020/# [4] Red Eléc ica Española, REE. ESIOS [en línia]. España. [Consul a: Ma ç-Juny 2021]. Disponible a: h ps://www.esios. ee.es/es [5] IRENA, In e na ional Renewable Ene gy Agency, Renewable Powe Gene a ion Cos s 2019. Abu Dhabi, 2020. Disponible a: Renewable Powe Gene a ion Cos s in 2019 (i ena.o g) [6] J.F Manwell, J.G McGowan, A.L Roge s, Wind ene gy exlained. Theo y, design and applica ion. EEUU, 2009. ISBN 987-0-470-01500-1 [7] Tyle S ehly, Philipp Bei e , Pa ick Du y, 2019 Cos o Wind Ene gy Re iew. Den e , EEUU, 2020. Disponible a: h ps://www.n el.go /docs/ y21os i/78471.pd [8] Ch is ophe Helman. How G een Is Wind Powe , Really? A New Repo Tallies Up The Ca bon Cos O Renewables. Fo bes. Ab il 2021. How G een Is Wind Powe , Really? A New Repo Tallies Up The Ca bon Cos O Renewables ( o bes.com) [9] Da id E. Wa son, FT Explo ing, Wind Tu bine Powe Coe icien (Cp). 2015. [Consul a: ab il 2021]. Disponible a: h ps://www. explo ing.com/wind-ene gy/wind-powe - coe icien .h m [10] The Wind Powe , Wind Ene gy Ma ke In eligence. Fab ican es y Ae ogene ado es. 2005-2021. [Consul a: ab il / maig2021] Disponible a: h ps://www. hewindpowe .ne / u bines_manu ac u e s_es.php [11] S e an P enninge , Iain S a ell. Renewables.Ninja. Dispobinle a: h ps://www. enewables.ninja/ Pàg. 82 Memò ia [12] The Royal Academy o Enginee ing, Wind Tu bine Powe Calcula ions. Regne Uni . Disponible a: h ps://www. aeng.o g.uk/publica ions/o he /23-wind- u bine [13] U.S Ene gy In o ma ion Adminis a ion, U.S. coal plan e i emen s linked o plan s wi h highe ope a ing cos s. EEUU, 2019. [Consul a : Maig 2021] Disponible a: h ps://www.eia.go / odayinene gy/de ail.php?id=42155 [14] Danish Wind Indus y Asscia ion, His o y o wind u bines. Dinama cca, 2003. [Consul a : ab il 2021] Disponible a: h p://xn--d ms e-64ad.dk/wp- con en /wind/mille /windpowe %20web/en/pic u es/index.h m [15] EIA, U.S Ene gy In o ma ion Adminis a ion. Capi al Cos And Pe o mance Cha ac e is ics Es ima es Fo U ili y Scale Elec ic Powe Gene a ion Tachnologies. EEUU, e b e 2020. [Consul a : Maig 2021]. Disponible a: h ps://www.eia.go /analysis/s udies/powe plan s/capi alcos /pd /capi al_cos _AEO202 0.pd