Estudio de una nueva aplicación eólica sin uso de electricidad para la desalinización del agua de mar

Abstract

[ES] Las desalinizadoras suponen una solución necesaria para aquellas zonas que sufren escasez hídrica, pero, a su vez, representan consumos y costes específicos elevados a la hora de producir agua desalada. Este proyecto propone una nueva solución renovable para dar apoyo a estas instalaciones, basándose en la energía eólica. La idea consiste en un acople mecánico entre el eje central de un aerogenerador y el sistema de bombeo de la planta, con la ayuda de un multiplicador y un sistema de transmisión mecánico para acondicionar la velocidad de giro del aerogenerador al caudal requerido por el sistema de bombeo. La eficiencia de la fuente energética en el sistema propuesto se ve optimizada frente al uso de un aerogenerador convencional, ya que en esta propuesta no se generarían pérdidas al convertir la energía mecánica en electricidad y viceversa. Entre los pasos llevados a cabo para desarrollar el proyecto, se encuentran un análisis del recurso eólico de la costa valenciana-alicantina y el diseño y modelado en 3D de las palas del aerogenerador, desarrollando programas en Excel y Matlab para facilitar futuros cálculos en caso de querer diseñar un nuevo aerogenerador con diferentes condiciones de funcionamiento. A su vez, se ha analizado el diseño de los demás componentes del aerogenerador de manera orientativa, aportando información para que en un futuro se pueda seguir desarrollando y estudiando esta tecnología. Por último, en el proyecto se realizan distintos estudios para determinar, por una parte, si la solución propuesta supondría ahorros en la factura eléctrica de la planta desalinizadora, además de una reducción de las pérdidas generadas en la red eléctrica por el efecto joule. Por otra parte, se analizan el nivel de competitividad que obtendría el sistema frente a las demás tecnologías de generación y la rentabilidad del sistema propuesto.

[EN] Desalation plants are crucial for those areas suffering lack of water, yet, at the same time, these installations use up huge amount of energy, increasing the specific cost of the production of fresh water. This project suggests a new renewable solution to support the energy consumption of these water desalation plants, based on wind energy. The idea consists on a mechanic connection between the base shaft of the wind turbine and the pumping system by a gearbox and a mechanical transmission system, by the way, adjusting the rotating speed of the wind turbine shaft to the required rotating speed of the pumping system thanks to these equipments. The efficiency of the energy source is optimized in comparison to the use of a conventional wind turbine, taking into account that in this project there are not energy loses when converting mechanical power into electrical power and viceversa. Among the different steps carried so as to develop this project, the analysis of the wind resource in the valencian coast is found as well as the design and modelling of the wind turbine blade in 3D, developing Excel and Matlab programs to make easier further calculations in different working conditions. Moreover, the design of the other components of the wind turbine have been analyzed, orientativelly, giving information so as to being possible to continue developing and studying this technology. Finally, in this project, several studies have been done so as to determine, on the one hand, if the proposed solution would suppose savings in the desalation plants electric bill, as well as a decrease in loses generated in the electric network due to the joule s effect. On the other hand, the competitiveness level that the system would obtain in comparison to other generation technologies and the profitability of the proposed system are analyzed.

[CA] Les desalinitzadores suposen una solució necessària per a aquelles zones que pateixen dèficit hídric, però, al mateix temps, representen elevats consums i despeses específiques a l’hora de produir aigua dessalada. Aquest projecte proposa una nova solució renovable per a donar suport a aquestes instal·lacions, basat en l’energia eòlica. La idea consisteix en un acoblament mecànic entre l’eix central d’un aerogenerador i el sistema de bombeig de la planta, amb l’ajuda d’un multiplicador de cabal requerit pel sistema de bombeig. L’eficiència de la font energètica en el sistema proposat es veu optimitzada en comparació a l’ús d’un aerogenerador convencional, ja que en aquesta proposta no es generarien pèrdues al convertir l’energia mecànica en electricitat i viceversa. Entre les passos duts a terme per a desenvolupar el projecte, trobem l’anàlisi del recurs eòlic de la costa valencianaalacantina i el disseny i modelat en 3D de les pales de l’aerogenerador, desenvolupant programes en Excel i Matlab per a facilitar futurs càlculs en el cas de voler dissenyar un aerogenerador amb diferents condicions de funcionament. Al mateix temps, s’ha analitzat el disseny de la resta de components de l’aerogenerador, de manera orientativa, aportant informació per a que en un futur siga possible seguir desenvolupant i estudiant aquesta tecnologia. Per últim, en el projecte es realitzen diversos estudis per a determinar, per una banda, si la solució proposada suposaria un estalvi en la factura elèctrica de la planta desalinitzadora, a més d’una reducció de les pèrdues generades en la xarxa elèctrica per l’efecte joule. Per altra banda, s’analitzen el nivell de competitivitat que obtindria el sistema en comparació amb altres tecnologies de generació, així com la rendibilitat del sistema proposat.