La evaluación de los recursos eólicos es el proceso mediante el cual los desarrolladores de energía eólica estiman la producción energética futura de un parque eólico . Las evaluaciones precisas de los recursos eólicos son cruciales para el desarrollo exitoso de los parques eólicos.
Las evaluaciones modernas de los recursos eólicos se han llevado a cabo desde que se desarrollaron los primeros parques eólicos a finales de la década de 1970. Los métodos utilizados fueron iniciados por desarrolladores e investigadores en Dinamarca , donde se desarrolló por primera vez la industria moderna de la energía eólica .
Tradicionalmente, el mapeo de alta resolución del potencial de recursos eólicos se ha llevado a cabo a nivel de país por parte de los gobiernos o agencias de investigación, en parte debido a la complejidad del proceso y los requisitos intensivos de computación involucrados. Sin embargo, en 2015, la Universidad Técnica de Dinamarca , en el marco de la Reunión Ministerial de Energía Limpia , lanzó el Atlas Eólico Global (versión 1.0) para proporcionar datos de libre acceso sobre el potencial de recursos eólicos a nivel mundial. El Atlas Eólico Global se relanzó en noviembre de 2017 (versión 2.0) en asociación con el Banco Mundial , con mapas de recursos eólicos ahora disponibles para todos los países con una resolución de 250 m.
Otro ejemplo internacional similar es el Atlas Eólico Europeo, que está en proceso de actualización en el marco del proyecto Nuevo Atlas Eólico Europeo financiado por la Unión Europea .
Entre los ejemplos de mapas de recursos eólicos de países se incluyen el Atlas eólico canadiense, el Atlas de recursos eólicos de los Estados Unidos y una serie de mapas eólicos publicados por el Banco Mundial en el marco de una iniciativa lanzada por ESMAP en 2013 centrada en los países en desarrollo. [1] Esto siguió a una iniciativa anterior del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente , el proyecto de Evaluación de los recursos de energía solar y eólica (SWERA), que se lanzó en 2002 con financiación del Fondo para el Medio Ambiente Mundial . Sin embargo, estos mapas de recursos eólicos de países han sido reemplazados en gran medida por el Atlas eólico mundial en términos de calidad de los datos, metodología y resolución de los resultados.
Los resultados de los mapas globales y nacionales mencionados anteriormente, y muchos otros, también están disponibles a través del Atlas Global de Energías Renovables [2] desarrollado por la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), que reúne datos SIG disponibles públicamente sobre el esfuerzo en materia de energía eólica y otros recursos de energía renovable.
La prospección eólica puede comenzar con el uso de estos mapas, pero la falta de precisión y de detalles finos los hacen útiles sólo para la selección preliminar de sitios para recopilar datos de velocidad del viento. [3] Con un número cada vez mayor de mediciones terrestres de estaciones anemómetros especialmente instaladas, así como datos operativos de parques eólicos en funcionamiento, la precisión de los mapas de recursos eólicos en muchos países ha mejorado con el tiempo, aunque la cobertura en la mayoría de los países en desarrollo aún es irregular. Además de las fuentes disponibles públicamente enumeradas anteriormente, los mapas están disponibles como productos comerciales a través de consultorías especializadas, o los usuarios de software SIG pueden crear sus propios mapas utilizando datos SIG disponibles públicamente, como el conjunto de datos eólicos de alta resolución del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de los Estados Unidos. [4]
Aunque la precisión ha mejorado, es poco probable que los mapas de recursos eólicos, ya sean públicos o comerciales, eliminen la necesidad de realizar mediciones in situ para proyectos de generación eólica a gran escala. [5] Sin embargo, la cartografía puede ayudar a acelerar el proceso de identificación del sitio y la existencia de datos terrestres de alta calidad puede acortar la cantidad de tiempo que se necesita para recopilar mediciones in situ.
Además de los atlas de recursos eólicos "estáticos" que promedian las estimaciones de la velocidad del viento y la densidad de potencia a lo largo de varios años, herramientas como Renewables.ninja proporcionan simulaciones que varían en el tiempo de la velocidad del viento y la potencia de salida de diferentes modelos de turbinas eólicas con una resolución horaria. [6]
Para estimar la producción de energía de un parque eólico, los desarrolladores deben medir primero el viento en el lugar. Se instalan torres meteorológicas equipadas con anemómetros , veletas y, a veces, sensores de temperatura , presión y humedad relativa . Los datos de estas torres deben registrarse durante al menos un año para calcular una distribución de frecuencia de velocidad del viento representativa anualmente.
Las mediciones recogidas por dispositivos de teledetección como SODAR y LiDAR están ganando aceptación en la industria eólica. Para las campañas de medición en alta mar, los sistemas LiDAR flotantes se han convertido en el estándar. [7]
Dado que las mediciones in situ suelen estar disponibles solo durante un breve período, también se recopilan datos de estaciones de referencia cercanas a largo plazo (normalmente en aeropuertos). Estos datos se utilizan para ajustar los datos medidos in situ de modo que las velocidades medias del viento sean representativas de un período de tiempo prolongado para el que no se dispone de mediciones in situ. Se pueden ver y utilizar versiones de estos mapas con aplicaciones de software como WindNavigator.
Se necesitan los siguientes cálculos para estimar con precisión la producción de energía de un proyecto de parque eólico propuesto:
Los desarrolladores de energía eólica utilizan varios tipos de aplicaciones de software para evaluar los recursos eólicos.
El software de gestión de datos eólicos ayuda al usuario a recopilar, almacenar, recuperar, analizar y validar datos eólicos. Normalmente, los conjuntos de datos eólicos se recopilan directamente de un registrador de datos, ubicado en un sitio de monitoreo meteorológico, y se importan a una base de datos. Una vez que el conjunto de datos está en la base de datos, se puede analizar y validar utilizando herramientas integradas en el sistema o se puede exportar para su uso en software de análisis de datos eólicos externo, software de modelado de flujo de viento o software de modelado de parques eólicos.
Muchos fabricantes de registradores de datos ofrecen software de gestión de datos eólicos que es compatible con sus registradores. Estos paquetes de software normalmente solo recopilan, almacenan y analizan datos de los registradores del propio fabricante.
Existen servicios y software de gestión de datos de terceros que pueden aceptar datos de una amplia variedad de registradores y ofrecer herramientas de análisis y validación de datos más completas.
El software de análisis de datos de viento ayuda al usuario a eliminar errores de medición de los conjuntos de datos de viento y realiza análisis estadísticos especializados.
Los métodos de modelado del flujo de viento calculan mapas de flujo de viento de muy alta resolución, a menudo con una resolución horizontal inferior a 100 m. Al realizar modelos de resolución fina, para evitar exceder los recursos computacionales disponibles, los dominios de modelo típicos utilizados por estos modelos de pequeña escala tienen unos pocos kilómetros en la dirección horizontal y varios cientos de metros en la dirección vertical. Los modelos con un dominio tan pequeño no son capaces de capturar fenómenos atmosféricos de mesoescala que a menudo impulsan los patrones de viento. Para superar esta limitación, a veces se utiliza el modelado anidado . [8]
El software de modelado del flujo de viento tiene como objetivo predecir características importantes del recurso eólico en lugares donde no se dispone de mediciones. La aplicación de software más utilizada es WAsP, creada en el Laboratorio Nacional de Risø en Dinamarca. WAsP utiliza un modelo de flujo potencial para predecir cómo fluye el viento sobre el terreno en un sitio. Meteodyn WT y WindStation son aplicaciones similares que utilizan cálculos de dinámica de fluidos computacional ( CFD ), que son potencialmente más precisos, particularmente para terrenos complejos. [9]
El software de modelado de parques eólicos tiene como objetivo simular el comportamiento de un parque eólico propuesto o existente, y lo más importante, calcular su producción de energía. El usuario generalmente puede ingresar datos del viento, líneas de contorno de altura y rugosidad, especificaciones de turbinas eólicas, mapas de fondo y definir objetos que representan restricciones ambientales. Esta información luego se utiliza para diseñar un parque eólico que maximice la producción de energía al tiempo que tiene en cuenta las restricciones y los problemas de construcción. Hay varias aplicaciones de software de modelado de parques eólicos disponibles, incluidas ZephyCFD, Meteodyn WT , Openwind, Windfarmer, WindPRO, WindSim y WAsP .
En los últimos años [ ¿cuándo? ] ha surgido una nueva clase de desarrollo de parques eólicos a partir de la creciente necesidad de generación distribuida de electricidad a partir de recursos eólicos locales. Este tipo de proyectos eólicos son impulsados principalmente por propietarios de terrenos con altos requisitos energéticos, como agricultores y administradores de sitios industriales. Un requisito particular desde el punto de vista de la modelización eólica es la inclusión de todas las características locales, como árboles, setos y edificios, ya que las alturas de los bujes de las turbinas varían desde tan solo 10 m hasta 50 m. Los enfoques de modelización eólica deben incluir estas características, pero muy pocos de los programas comerciales de modelización eólica disponibles ofrecen esta capacidad. Se han creado varios grupos de trabajo en todo el mundo para estudiar este requisito de modelización y empresas como Digital Engineering Ltd (Reino Unido), NREL (EE. UU.) y DTU Wind Energy (Dinamarca) están a la vanguardia del desarrollo en esta área y analizan la aplicación de técnicas de modelización eólica meso-CFD para este propósito.
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