Evaluación
energética de una instalación
Introducción
La energía eólica ha sido utilizada
desde siempre por la humanidad a través de los barcos de vela, molinos para grano,
riego, etc. Es, a partir de la crisis del petróleo, cuando se inicia un aprovechamiento
eólico como fuente de energía.
Hay que tomar en cuenta la
aplicación de nuevos materiales y tecnologías para reducir costes. Por otra
parte, el desarrollo normativo de Directivas de fomento de las energías renovables
ha generado un marco donde la energía eólica ha despuntado como la más
económica y con una tecnología más madura.
La
generación de electricidad a partir del viento comienza a ser un recurso más en
la política de suministro de energético, pues no produce gases tóxicos ni
contribuye al efecto invernadero o a la lluvia ácida. Cada kilovatio hora de
electricidad generada por energía eólica, en lugar de carbón, evita la emisión
de un kilogramo de dióxido de carbono a la atmósfera.
En este texto se pretende dar una
visión de conjunto de cada una de las partes que compone un proyecto eólico: recurso
eólico, aerogeneradores, tramitación, legislación, medio ambiente, construcción,
financiación y explotación.
Conceptos
básicos
El viento como recurso energético
tiene sus características específicas con variaciones temporales, a pequeña y gran escala
de tiempo, y espaciales, tanto en superficie como en altura.
Las características del viento
intervienen de forma muy importante en el aprovechamiento de la energía eólica
y son fundamentales para: La selección del emplazamiento,
dadas las acusadas diferencias locales de viento. La previsión de la producción
energética, considerando valores medios de viento, distribuciones diarias,
estacionales, direccionales,
en un lugar determinado.
El diseño del parque eólico donde se
tienen en cuenta las condiciones medias y extremas del viento.
La operación y regulación del parque
eólico para planificar el funcionamiento en tiempo real, estrategia de
operación (arranque, parada, orientación..) y, por último, factores que afectan al
mantenimiento o vida útil (ráfagas, turbulencias, velocidades extremas, hielo,..).
El
viento resulta de la expansión y convección del aire provocadas por la
absorción de la
energía solar en la tierra. A escala global, los efectos térmicos se combinan con
la rotación terrestre dando lugar a la circulación general atmosférica. Además, los
factores geográficos y climatológicos hacen que se den importantes variaciones locales
y temporales.
Estas características hacen que la
evolución del recurso eólico es de especial importancia para el diseño,
operación y funcionamiento del parque eólico.
El contenido de un informe de
evaluación energética de un emplazamiento será el siguiente:
Resultados de la campaña de medidas Caracterización del viento del
emplazamiento, Densidad del emplazamiento, Descripción de la tecnología a
implantar. Aerogeneradores, Diseño del parque, Evaluación energética: Metodología,
ajuste del modelo, evaluación de pérdidas y resultados energéticos netos del
parque.
Campaña
de medidas
Los objetivos de la campaña de
medidas son los siguientes:
Medición de las variables que
caracterizan el régimen de viento en el emplazamiento: velocidad de viento,
dirección y temperatura.
Determinación de los parámetros que
caracterizan el régimen de viento en el emplazamiento.
Metodología
Periodo mínimo de 1 año. Se necesita
conocer los cambios estacionales de viento que tiene el emplazamiento.
Instrumentación adecuada. En la
torre meteorológica colocada en el emplazamiento se requiere que los equipos
estén homologados y que midan la dirección, velocidad. Los datos registrados
son auditados por empresa independiente para confirmar los resultados ante la
administración y para la financiación.
Periodo de registro: diezminutal. Se
registran en tiempo real pero se realiza una media de los datos cada diez
minutos.
Revisiones periódicas. Los equipos
deben tener una inspección y mantenimiento para no tener lagunas de datos. Hoy
en día, cada vez es más normal tenerlos monitorizados en las oficinas centrales
para tener un mejor seguimiento.
Estaciones de medidas adecuadas a
características del emplazamiento.
Caracterización
del viento
Para realizar la caracterización del
régimen de viento en un emplazamiento se debe conocer la Velocidad media del viento. Los
valores medios se encuentran entre 5 y 7 m/s. Es uno de los parámetros más
importantes para asegurar la viabilidad económica del Proyecto. La energía que
es capaz de desarrollar una turbina depende de su curva de potencia (relación
entre la potencia eléctrica de salida y la velocidad del viento incidente) y la
distribución de frecuencias de la velocidad del viento. La función que
relaciona la energía producida por una turbina concreta en un emplazamiento
determinado es creciente con la velocidad media anual del emplazamiento.
Velocidad máxima. Los máximos sobre
15 m/s.
Turbulencia. Depende de las
características del emplazamiento. Las variaciones a corto plazo influyen en la
determinación de los valores de las cargas de fatiga que puede soportar la
turbina. Por esta razón es muy importante determinar con precisión la
turbulencia de los emplazamientos ya que la vida útil y la disponibilidad de
los aerogeneradores depende en buena medida de este factor.
Rafagosidad. Lo constituyen los
valores máximos, rachas o picos de viento que implican variaciones bruscas de
esfuerzos dinámicos estructurales.
Perfil vertical del emplazamiento.
El rozamiento del aire con la superficie hace que el viento no es constante
sino que es creciente con la altura.
Distribución Weibull. Es la
expresión analítica más usada en estudios de energía eólica para representar la
probabilidad de velocidades de viento.
Distribución energética por
sectores. Relaciona las velocidades del viento con la energía que se genera en dicha
dirección.
Parámetros Clase IEC del
emplazamiento: velocidad media anual, velocidad de referencia y turbulencia
Elección
de la tecnología
Para la elección de la tecnología a
emplear, se debe tener en cuenta:
Clase
IEC (características
técnicas del aerogenerador). Se determina a partir de los parámetros
estadísticos del viento en el emplazamiento: velocidad media, velocidad de
referencia, índice de turbulencia. Deben ser ratificado por el fabricante.
Perfil
vertical (altura
del generador). Condiciona la altura de buje de aerogenerador. Se debe medir a
diferentes alturas y de gran importancia medir a la altura de buje.
Densidad
del emplazamiento (Curva
de potencia a utilizar.). Es de gran importancia por ser un factor directamente
proporcional a la producción. Se calcula a partir de la altitud media y
aplicando la norma UNE 28-533-85 (ISO2533) de atmósfera Normal. También a
partir de la presión y temperatura.
Diseño
del parque
El diseño del parque tiene dos
fases: modelización y ubicación de aerogeneradores.
Modelización
Datos de entrada (relieve
digitalizado, mapas de rugosidad y datos de viento).
Modelización: WASP o similar
(generación de estadística en punta de Torre, atlas de viento y creación de
rejilla de viento).
Modelo de representación (obtención
del mapa de isoventas). Las isoventas son líneas que unen puntos con la misma
velocidad.
Ubicación
aeros
Base de apoyos (mapa de isoventas).
Factores técnicos determinantes
(orografía, rosa de vientos, modelo de aerogenerador, especificaciones del
fabricante).
Otros factores determinantes
(ambientales, contratos firmados, problemas con ayuntamientos, problemas con
propietarios).
Evaluación
energética
Para evaluar el potencial eólico de
un emplazamiento se debe considerar:
Herramientas: Modelo empleado y
datos de entrada (relieve, rugosidad, datos de viento, atlas de viento,
características del aero, coordenadas de aeros).
Cálculo de producciones. Se obtiene
los resultados energéticos brutos.
Descripción de pérdidas (estelas,
densidad, ajuste de modelo, indisponibilidad, eléctricas, otras). Calculando las
pérdidas se podrá calcular los resultados energéticos netos.
La importancia de los trabajos de la evaluación energética radica en que realiza una estimación energética anual durante la vida media del parque (horas equivalentes) que es la base del estudio de la viabilidad económica
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