Diapositiva 1

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II JORNADAS SOBRE GENERACIÓN MINIEÓLICA Y
ÀPLICACIONES
LA TECNOLOGÍA MINIEÓLICA POTENCIAL DE DESARROLLO
Y RETOS
IGNACIO CRUZ Unidad de Energía Eólica
ENCUENTROS TECNOLÓGICOS
Madrid, 2 de Diciembre de 2008
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Índice

• Contexto.
• Que es la tecnología Minieólica?
• Integración en granjas, urbanizaciones, viviendas
  aisladas o integración urbana.
• Tecnología aplicable.
• Cuanto puede producir?
• Por que es diferente de la gran eólica?
• Cuales son sus ventajas?
• Cuales son sus inconvenientes?
• Cuales son sus barreras?
• Cuales son sus aplicaciones?
• Cual es su mercado?
• Situación en España
• Y en otros países... Reino Unido, Estados Unidos,
  Canada
• Que necesita la tecnología Minieólica?
• Conclusiones.
• Actividades de CIEMAT en Minieólica

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Contexto

• Situación de dependencia energética del exterior
  y de escasez creciente de fuentes de energía
  convencionales.
• Necesidad insalvable de reducción de emisiones de
  gases de efecto invernadero.
• Dificultad para extender la red eléctrica.
• Mercado eléctrico liberalizado Cualquier
  consumidor puede ser autogenerador, siempre que
  cumpla con una normativa que garantice la calidad
  de la energía producida.
• Objetivo de obtener el 29,4 de la energía
  eléctrica consumida a nivel nacional a partir de
  energías renovables en el 2010

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Generación Eléctrica Distribuida

• Existen tecnologías que permiten producir energía
  de origen autóctono en el mismo lugar donde se
  demanda sin pérdidas en transporte, cediendo el
  exceso a la red, aumentando la eficiencia del
  sistema de energía eléctrica.
• Se desarrollan en espacios rurales, industriales,
  urbanos o infraestructuras ya utilizados, no
  deteriorando espacios naturales.
• Su desarrollo es modular permitiendo su
  crecimiento en función de la demanda sin requerir
  de grandes inversiones iniciales.
• El consumidor de energía asume el rol de
  productor, fomentando una conciencia ambiental
  respecto a la energía.
• Lejos de limitar el desarrollo estimula la
  actividad científico, tecnológica, industrial y
  económica.

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Que es la tecnología mini-eólica?
(Según norma IEC 61400-2 Ed 2)
EN VIGOR

• Área inferior a 200 m2
• Diámetro lt 15 m
• Potencia unitaria 0-65 kW

NUEVA norma IEC 61400-2 Ed 3)

• Área inferior a 200 m2
• Diámetro lt 15 m
• Potencia unitaria 0-65 kW

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Integración en granjas, urbanizaciones, viviendas
aisladas o integración urbana ?
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Tecnología aplicable
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Cuanto se puede producir?
Potencial eólico aplicado 20 (1.752 horas
equivalentes) Sistemas Conectados a Red
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Por que es diferente de la gran eólica?

• Punto de vista tecnológico
• Falta de madurez tecnológica. (Dispersión de
  parámetros, fabricación bastante artesanal, lazos
  de regulación mayormente pasivos)
• Fiabilidad y eficiencia mejorable (Falta de
  mecanismos de certificación, falta de
  documentación).
• Aplicaciones aisladas y conectadas a red.
• Se exige tecnología muy robusta, ya que requiere
  de bajos costes de O y M y cercanía con zonas
  habitadas.
• Se exige bajo nivel de emisiones de ruido y
  vibraciones
• Desarrollo de nuevas normas útiles, fiables y
  sencillas
• Creación de una etiqueta de calidad de pequeños
  aerogeneradores.
• Punto de vista económico
• Falta de marco de adecuado de apoyo.
• Alto coste específico. (/kW)
• Apoyo en la gestión de permisos y acceso a la
  red.
• Apoyo a la certificación.
• Inversión necesaria asequible a pequeños
  inversores.

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Problemática de la conexión a la red

• Generador de inducción -gt Directamente o a través
  de convertidor CA/CA de cuatro cuadrantes.
• Generador Síncrono de Imanes permanentes -gt
  Rectificador Convertidor CC/CA
• Norma de conexión en España no clara
• OM 1985 -gt RD 661/2007 o RD 1663/2000 (Conexión
  de sistemas fotovoltaicos a red)
• En Europa EN50438 define los Ensayos requeridos
  por el Convertidor CC/CA

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Cuales son sus ventajas?

• Consumo típico residencial 800-2000 kWh/mes
• 1 x 1.5 kW -gt 2000-3000 kWh -gt 1,4 Ton CO2
• 25 años vida útil -gt 10.500 kWh -gt 6,75 Ton CO2
• Puede suministrar electricidad en lugares
  aislados y alejados
• de la red eléctrica.
• Genera energía junto a los puntos de consumo,
  por lo que
• reduce las perdidas.
• Es accesible a muchos usuarios, sin apenas
  necesidad de obra civil,
• y su instalación es sencilla.
• Estimula la concienciación a nivel personal del
  problema energético.
• Funciona con vientos moderados y no requiere de
  estudios de viabilidad
• complicados

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Cuales son sus inconvenientes?

• Se utilizan normalmente en lugares con bajas
  velocidades medias anuales, ya que el lugár de
  instalación viene impuesto por el usuario.
• Se instalan a baja altura, flujo turbulento
• En el caso de urbano, además de flujo turbulento,
  suele ser inclinado.
• Hay que reducir las emisiones de ruido acústico y
  las vibraciones.

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Cuales son las barreras?

• Alto coste especifico (Eur/kW)
• Regulaciones locales
• Permisos requeridos
• Conexión a red
• Aceptación social.

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Cuales son sus aplicaciones?

• AISLADA DE RED
• Electrificación Rural
• Bombeo de agua
• Desalación de agua
• Producción de calor
• Producción de frío
• Telecomunicaciones
• CONECTADA A RED
• Urbana
• Residencial
• Industrial

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Cual es su mercado?
Grandes Mercados pero dispersos y no
estabilizados Incremento de la demanda de
instalaciones Híbridas (eólico-fotovoltaico-diese
l) para sistemas aislados en países en
vías de desarrollo Nuevos sistemas de generación
distribuida Existencia de un mercado incipiente
de aplicaciones conectadas a red en países en
desarrollo (USA, Canadá, Australia, Reino
Unido) .
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Integración minieólica en ambiente urbano

• Se puede integrar la energía eólica en los
  lugares edificados?
• Se pueden integrar los aerogeneradores en los
  tejados o en lo laterales de los edificios?
• Cual es la producción de un aerogenerador en
  flujo de viento inclinado?

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Integración eólica en edificios

• Importante fuente de energía descentralizada
  (Generación Distribuida).
• Tiene un gran potencial comercial y económico a
  nivel mundial.
• Tipos de aplicaciones
• Instalación en el tejado o en el lateral de un
  edificio ya existente.
• Instalación entre dos fachadas con perfiles
  aerodinámicos.
• Instalación en un tubo a través de un edificio.

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Requerimientos en un aerogenerador para
integración en edificios

• Rendimiento alto en vientos complejos.
• Operación segura en ambiente urbano.
• Bajo nivel de emisión de ruido y vibraciones.
• Diseño robusto y simple.
• Mantenimiento mínimo.
• Apariencia estética.

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Situación en España

• Los fabricantes españoles tienen una buena
  presencia
• n el panorama internacional
• Se aprecia un incremento del número de
  fabricantes pero la demanda de
  instalaciones sigue siendo
• demasiado lento.
• Se demuestra una gran complementariedad entre la
  minieolica y la solar FV, instaladores,
  fabricantes y usuarios demandan soluciones
  integradas.
• ASPECTOS A DESARROLLAR
• Necesidad de regulación de la conexión a red en
  BT
• No existe una tarifa eléctrica para MINIEÖLICA
• Necesidad de regulación de instalaciones
  hibridas
• Promoción de la integración en la edificación.

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Y en otros países....

• Reino Unido
• Objetivo ambiental Reducción del 40 de las
  emisiones de gases de efecto invernadero en 2020
• Mas de 8 fabricantes (Proven, Gazelle, Iskra,
  Ampair, Windsave, Renewable Devices Swift,
  Rutland-Marlec)
• Liderazgo del gobierno a través de
• LCBP Low Carbon Building Program (Departamento de
  Tecnología e Industria DTI) EN VIGOR
• ROC (Renewable Obligation Certificates).
• Los productores de energía eléctrica tienen
  la obligación de suministrar un porcentaje de la
  energía de origen renovable. Este porcentaje
  llegara al 10 en el 2010. las instalaciones
  reciben ROCs por cada kWh generado.
• EN VIGOR

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Y en otros países....

• Estados Unidos
• Objetivo En 2020 producir el 3 de la energía
  eléctrica consumida en Estados Unidos.
• 2001 13,400 aerogeneradores pequeños vendidos
  (20 Mill.).
• Formas de fomento Depende de cada estado
  Subvención a la inversión o créditos blandos,
  Facturación de la medida neta de la energía
  (requiere de contadores bidireccionales) y
  exención de impuestos.
• Solo la empresa SouthWest WindPower ha vendido
  aerogeneradores de pequeña potencia por valor de
  10 Millones de US en 2006 y en 2007 espera
  vender 17 Mill US
• Importantes programas de desarrollo (Plan
  Multi-anual de ID en Energía Eólica (2005-2010).
• Solo para tecnología eólica distribuida (hasta
  100 kW) 10 Mill US /año durante 8 años
  (2004-2012)

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Nuevos desarrollos
Estados Unidos

• NPS desarrolla una nueva versión de 100 kW
• SouthWest Windpower fabricante con mas de 90,000
  aerogeneradores de pequeña potencia vendidos,
  desarrolla un nuevo prototipo de 1.8 kW (Sky
  Stream)
• Abundant Renewable Energy está desarrollando un
  nuevo concepto de 10 kW
• Wetzel engineering esta desarrollando un
  aerogenerador de 6 kW
• Composite engineering desarrolla una nueva pala
  de bajo coste de fabricación de 7,5 m de longitud
• Princenton power systems desarrolla un nuevo
  convertidor para aerogeneradores de potencia
  menor que 100 kW.
• SNL Distributed Energy Technology Laboratory
  ensaya dos nuevos prototipos de aerogeneradores
  de 50 kW

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Y en otros países....

• PORTUGAL
• Nuevo Decreto-Lei de 2 de Noviembre de 2007.
• PRIMA PARA LA ENERGIA MINIEOLICA
• Retribución
• Utilización de recursos renovables
• Tarifa única de referencia 650 Euros/MWh
• Aplicable hasta alcanzar 10 MW de potencia de
  conexión (reducción del 5 de la tarifa por cada
  10 MW adicionales)
• A partir del año número 15 las instalaciones
  pasan al régimen general
• Cada tecnología recibe un porcentaje de la Tarifa
  de referencia (para la eólica 70 450 Euros/MWh)
• La electricidad vendida se limita a 4MWh/año por
  cada kW instalado
• Tramitación
• Pueden ser productores de electricidad aquellos
  que tengan un contrato de suministro en Baja
  Tensión.
• La unidad de producción deberá estar integrada en
  la instalación eléctrica
• Limite del 50 de la potencia contratada
• Régimen simplificado para la microproducción de
  electricidad

Aerogenerador TURBan (INETI)
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Y en otros países....

• CANADA
• Ventas 800 unidades/año (4,2 Mill/año).
• Se ha experimentado un crecimiento del mercado en
  los últimos años, especialmente en el rango de 1
  kW.
• Aplicaciones con mas futuro Carga de baterías,
  residencial conectado a red, granjas y comercial
  y comunidades aisladas en el Norte del País.
• De 300 W a 3 kW los aerogeneradores son de
  procedencia USA principalmente (Bergey, Aeromax,
  SWP, WTIC aunque tambien europeos como Proven,
  Windmission y Bornay) y algun fabricantecanadiense
  (Electrovent).
• En el rango de 10 kW a 100 kW son mayoría
  fabricados internamente (Aerojoule, AOC. AOCI,
  Wenvor) o procedentes de Europa (Vergnet,
  Furlander, Enercon)

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Situación actual Mundial

• Mas de 80 fabricantes de aerogeneradores de
  pequeña potencia, la mayoría empresas pequeñas
  con fabricación artesanal.
• El aerogenerador tipo es tripala o bipala, de eje
  horizontal, rotor a barlovento, generador imanes
  permanentes, regulador de carga de baterías para
  aplicación aislada o inversor para conexión a
  red.
• Existen normas IEC (EN y UNE) para
  aerogeneradores pequeños.
• Ahora se esta proponiendo una nueva norma IEC que
  englobe todas las normas relacionadas con
  minieólica.
• Algunos países están desarrollando sus propias
  normas (En Reino Unido, la Asociación Británica
  de Energía Eólica BWEA ha desarrollado un
  estándar para realizar la curva de potencia,
  medida de emisión de ruido y seguridad. En EEUU
  el Small Wind Certification Corporation SWCC esta
  desarrollando un estándar similar)
• Se esta desarrollando una nueva etiqueta de
  calidad (IEA)
• Demanda importante en países en desarrollo.

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Que normativa existe en tecnología minieólica?

• Normas IEC o UNE-EN
• Norma UNE-EN 61400-2 Ed 2 (año 2006)
  Requerimientos de diseño de aerogeneradores de
  pequeña potencia.
• Norma UNE-EN 61400-12. Ensayo de cueva de
  potencia. Anexo H especifico para conexión de
  aerogeneradores a baterías.
• Norma UNE-EN 61400-12. Técnicas de medida de
  ruído acústico
• Norma IEC 61400 21 Calidad de la energía
  producida)
• Norma IEC 61400-22 (Ed 1) Ensayo de palas.
• BWEA standard Ed 2 (29 Feb 2008)
• AWEA standard (draft)
• IEA tarea 27 propuesta de proyecto

27
Nuevas propuestas internacionales

• Alcance IEC - 2
• Incluir -11 (ruido)
• Incluir -12 (potencia)
• Revisión e inclusión BWEA
• Ensayo de cueva de potencia
• 3 Ensayo de emisión acústica
• 4 Ensayo de cargas
• 5 Ensayo de duración
• 6 Certificación
• 7 Etiquetado

• Alcance IEA
• Guías de predicción de la curva de potencia en
  terreno complejo.
• Guías de predicción de las vibraciones.
• Aerogeneradores instalados en tejados
• Metodología de certificación de estructuras para
  instalar aerogeneradores en cubiertas de
  edificios.
• Metodologías de certificación de múltiples
  modelos de la misma turbina (12V, 24V, 230V, etc)
• Metodologías de certificación de sucesivas
  versiones de un misma turbina (Mk1, Mk2, Mk3,
  etc.
• Definición de tamaño de aerogenerador de pequeña
  potencia para cableado.

• Ensayo y certificación.
• Ecuaciones simples de diseño de aerogeneradores
  de eje vertical
• Ecuaciones simples de diseño de regulación del
  ángulo de paso

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Por que la falta de certificación?

• Restricciones de las normas IEC
• Implementación muy costosa
• Documentos difíciles de interpretar por el
  usuario final
• Las normas no siempre representan fielmente el
  estado de cargas
• del aerogenerador .

• Soluciones propuestas
• Apoyo publico para implementación de normas y
  ensayos
• Desarrollo de nuevas normas útiles fiables y
  sencillas
• Creación de una etiqueta de calidad de pequeños
  aerogeneradores

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Propuesta internacional de etiquetado de calidad
de la minieólica
ETIQUETA DE CALIDAD DE AEROGENERADORES DE PEQUEÑA
POTENCIA
Propuesta de la Agencia Internacional de la
Energía
Origen Reunión de expertos de la Agencia
Internacional de la Energía IEA mantenida en
Estocolmo (Suecia) en Octubre 2006 Se requiere
urgentemente de una etiqueta de calidad de los
aerogeneradores de pequeña potencia para los
consumidores. Para habilitar rápidamente su
despegue se ha propuesto una guía de prácticas
recomendadas y una propuesta de tarea redactada
por un grupo de expertos de Suecia, Irlanda y
España. La idea básica es desarrollar una
etiqueta basada en las normas o estándares IEC ya
existentes, los cuales se aceptan en todo el
mundo (pero ignorados por la mayoría de la
industria de los aerogeneradores de pequeña
potencia), en vez de desarrollar nuevos
estándares que puedan ser aplicables solo en
algunos países.
Proporciona una información independiente y
fácilmente comparable en emisión acustica,
desempeño y seguridad del diseño en un vistazo!
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Conclusiones

• Existe un prometedor mercado para el empleo de
  pequeños
• aerogeneradores en aplicaciones aisladas en
  países en vías de
• desarrollo.
• Hay un mercado prometedor para el empleo de
  pequeños
• aerogeneradores en sistemas conectados a red
  .
• La tecnología de pequeños aerogeneradores
  funciona pero presenta
• Elevados costes.
• Baja fiabilidad especialmente en zonas de mucho
  viento.
• Bajas prestaciones
• Se requiere apoyo público y desarrollo
  tecnológico.
• Existen empresas españolas bien posicionadas en
  el proceso de
• lanzamiento de la tecnología mini-eólica.

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Nuevos desarrollos
32
Desarrollo tecnológico en Minieólica

• Herramientas de diseño estructural
• Aerodinámica
• Perfiles de Bajo número de Reynolds
• Modelos.
• Reducción de ruido
• Perfiles, Diseños de baja velocidad de rotación
• Durabilidad
• Procesos de fabricación y materiales.
• Electrónica de Potencia
• Convertidores adaptados a las turbinas.
• Sistemas de control y protección
• Ajuste de sistemas de plegado de aerogeneradores
  para bajos vientos en condiciones de alto viento.

Planta de ensayos de pequeños aerogeneradores
I CEDER. Lubia SORIA
33
SISTEMAS EÓLICOS (CEDER) AYUDA AL DESARROLLO DE
LA TECNOLOGÍA DE AEROGENERADORES PEQUEÑOS PARA
SISTEMAS EÓLICOS AISLADOS Y CONECTADOS A RED

• Desarrollo de normativa de certificación de
  aerogeneradores de pequeña potencia
• Certificación y optimización de pequeñas turbinas
• Caracterización y optimización de sistemas
  eólicos aislados

Planta de ensayos de pequeños aerogeneradores
PEPA-2 CEDER. Lubia SORIA
34
Clases de aerogeneradores pequeños (Segun norma
IEC 61400-2 Edición 2)
El valor característico de la desviación
típica de la componente longitudinal de la
velocidad es
35
Casos de Carga de Diseño para el método de
calculo de cargas simplificado
36
Medida de curva de potencia

• Aerogenerador conectado a baterías
  (UNE-EN-61400-12 Anexo H)
• Aerogenerador conectado a red (UNE-EN-61400-12)

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Ensayos de componentes
GENERADORES DE IMANES PERMANENTES
38
Ensayos de componentes
IEC-61400-22 Ensayo de palas
ENSAYOS ESTATICOS Y DINAMICOS DE PALAS DE HASTA
10 METROS
39
Ensayos de componentes
EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE LAPOTENCIA
(UNE-EN-61400-21)
40
Evaluación del rendimiento de sistemas híbridos
experimentales
DESARROLLO DE NORMATIVA PARA SISTEMAS AISLADOS
CON MINIEÖLICA
41
Medida de emisiones de ruido acústico
(UNE-EN-61400-11)
42
Proyecto PSE-MINIEÓLICA
Fomento de la Tecnología Eólica de Pequeña
Potencia
2007 - 2011
ARANA GARCIA Y OLANO
Del Valle Aguayo
INDESMEDIA EOL S.A.
LEIA
43
Estructura del proyecto
PROYECTO PSE-MINIEÓLICA
ORGANISMOS CENTROS
PUBLICOS
DE
INVESTIGACIÓN
TECNOLÓGICOS
PRODUCTO
TECNOLOGIA
DINAMIZACIÓN
DESPEGUE DEL SECTOR MINIEÓLICA
44
Consorcio del proyecto

• WINDECO
• SOLENER
• BORNAY
• IDM
• ECERSA
• ARGOLABE
• DEL VALLE AGUAYO
• OBEKI
• TTA

SECTOR INDUSTRIAL

• CIEMAT
• ROBOTIKER
• UNIVERSIDAD DE MURCIA
• LEIA
• INTA
• CENER (2007)
• UNIVERSIDAD COMPLUTENSE MADRID
• UNIVERSIDAD SANTIAGO DE COMPOSTELA
• CETPEC

AGENTES TECNOLÓGICOS

• LOISTESPIRAL
• BESEL
• INNOVA
• CAFESTORE
• SACYR VALLEHERMOSO
• ARANA GARCIA Y OLANO

APLICACIONES
Participantes 2007 Participantes nuevos Bajas
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Área 1 Desarrollo de producto

• SUBPROYECTO 1.1 Desarrollo de un nuevo
  aerogenerador asíncrono de alta disponibilidad de
  100 kW. TURBEC
• LIDER DEL VALLE AGUAYO
• SUBPROYECTO 1.2 Desarrollo de un aerogenerador
  de paso fijo y velocidad variable de 25 kW, sin
  reductora y con control de velocidad predictivo.
  V25 QUATRO
• LIDER OBEKI
• SUBPROYECTO 1.3 Desarrollo de un aerogenerador
  con cambio de paso y velocidad variable de 50 kW
  con generador síncrono multipolar asimétrico.
  VELTER 50
• LIDER SOLENERSA
• SUBPROYECTO 1.4 Desarrollo de un aerogenerador
  de eje vertical tipo Darrieus con cambio de paso.
• LIDER IDM EOL
• SUBPROYECTO 1.6 Desarrollo de convertidor para
  conexión a red.
• LIDER BORNAY

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Área 2 Desarrollo tecnológico

• SUBPROYECTO 2.1 Aerodinámica y diseño
  estructural. Nuevos Materiales y tecnologías de
  fabricación del conjunto rotor y elementos
  estructurales palas, bujes, torres, chasis.
  Diseños estructurales alternativos. Desarrollo de
  herramientas de diseño
• LIDER INTA
• SUBPROYECTO 2.2 Desarrollo de sistemas multiuso
  para la regulación, control y supervisión de la
  generación MINIEÓLICA
• LIDER TTA

NUEVO
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Área 3 Dinamización del sector y Soporte
estructural

• SUBPROYECTO 3.1 Ensayo y certificación de la
  tecnología minieólica nacional existente en
  operación aislada y a red.
• LÍDER CIEMAT
• SUBPROYECTO 3.2 Desarrollo de un mapa eólico
  nacional adaptado a la minieólica.
• LÍDER UNIVERSIDAD DE MURCIA
• SUBPROYECTO 3.3 Instalación Y Demostración De
  Sistemas De Medida De Energía Mini Eólica En
  Entornos Urbanos
• LÍDER LOISTESPIRAL
• SUBPROYECTO 3.4 Evaluación y diseño de un
  proyecto demostrador de energía eólica e
  hidrógeno
• LÍDER INTA

NUEVO
NUEVO
48
Área 3 Dinamización del sector y Soporte
estructural

• SUBPROYECTO 3.5 Aplicación De Instalación De Un
  Aerogenerador De Eje Vertical Minieólico En
  Entornos Urbanos
• LÍDER BESEL
• SUBPROYECTO 3.6 Normalización, Legislaciön Y
  Caracterizaciön De La Generación Minieólica
• LÍDER CIEMAT
• SUBPROYECTO 0 Oficina técnica
• LÍDER CIEMAT/ROBOTIKER

NUEVO
NUEVO
49
Qué soy? Gota de agua desprendidadel raudal
turbulento de la vida!Soy... algo doloroso cual
lamento...Arista débil que arrebata el
viento! Ruben Dario del poema Tú y Yo
MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN!!!
ignacio.cruz_at_ciemat.es