12/11/2004 Ing. Gustavo Jiménez 1
IdentificaciIdentificacióón n de de Sitios Sitios EEóólicoslicos
Gustavo Jiménez
IV Foro Regional: Energía Eólica y otras
Renovables en el Futuro
7 y 8 de octubre de 2004Costa Rica,
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EnergEnergíía Ea Eóólicalica“La naturaleza, que da igual aliento, ve a
sus hijos con sus juguetes, ve al hombre controlando el viento, y por el viento lo
ve barrido y al garete.”
Matthew Arnold
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El cambio en el tiempoEl cambio en el tiempo
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¿¿Y desde Y desde cucuáándo se puede ndo se puede contar con el vientocontar con el viento??La energía eólica evoluciona muy
rápidamente y puede decirse que es una fuente de energía renovable que alcanzó
su adultez en los años ochenta y hoy empezamos a ver con su madurez, las
opciones para la humanidad.
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¿¿Y cY cóómo identificar Sitios mo identificar Sitios EEóólicos ?licos ?
Pueden considerarse estas dos formas para empezar:
Estudios a nivel de escritorioVisitas de campo
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Estudios a nivel de escritorioEstudios a nivel de escritorioAl estudiar opciones de sitios eólicos desde un
escritorio es importante tener en cuenta:
¿De dónde provienen los vientos ?Circulación del aire localmenteRelieve regionalLa potencia del vientoEfecto del entorno sobre los vientosEnergía versus AlturaEfecto de la topografía local
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¿¿Y de Y de ddóónde nde provienen los vientos ?provienen los vientos ?
Sistemas globales Sistemas locales
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CirculaciCirculacióón del aire versus insolacin del aire versus insolacióónn
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Mapas deMapas deRelieveRelieve
Los mapas de relieve
son de mucha
utilidad para
identificar regiones
sin visitar
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Mapas deMapas deRelieve IIRelieve II
Se debe comparar el relieve
con la dirección
dominante del viento
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Mapas de Relieve IIIMapas de Relieve III
Se puede indagar en
que otros lugares se
han realizado o
se están ejecutando mediciones
del viento
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La potencia del vientoLa potencia del viento
( )3***21 VAP ρ=
Donde:
ρ = densidad del aire (kg/m3)V = velocidad del viento (m/s)A = área interceptada (m2)
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Efecto del Entorno sobre los vientosEfecto del Entorno sobre los vientos
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EnergEnergíía versus Alturaa versus Altura
γ
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
2
1
2
1
hh
VV
Factor de rugosidad “ γ“
Area Descubierta …………………….. 0,14 - 0,34
Area boscosa ………………………… 0,35 - 0,60
Area edificada ……………………….. 0,60 - 0,80
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Efecto de la topografEfecto de la topografííaaLa orografía del emplazamiento es muy importante para determinar la velocidad del aire en un punto localizado
Las montañas constituyen un importante obstáculo al desplazamiento del aire y su comportamiento ante ellas puede
resultar muy complejo
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Visitas de campoVisitas de campo
En las visitas de campo es de interés observar e indagar:
Efectos sobre la vegetaciónEfectos sobre actividades agropecuariasConformación del relieve localUbicación geográficaLa experiencia de los vecinos
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Efectos sobre la vegetaciEfectos sobre la vegetacióónn
El El mejormejor medio de identificarlo !medio de identificarlo !
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En Busca del viento!En Busca del viento!Entre los pasos preliminares para determinar el potencial
del recurso eólico en un sitio o zona se puede observar la
vegetación local.
Vientos aislados permiten que la vegetación se recupere
pero cuando un árbol crece de esta forma, es porque el
viento es dominante.
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Donde el viento domina!Donde el viento domina!Pero con la vegetación
existen algunas consideraciones
adicionales
Por ejemplo las coníferas se
inclinan ante el viento con mayor
facilidad !
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En busca de seEn busca de seññalesalesPuede ser que a la
vuelta del camino …
O en medio del campo,se encuentren las marcasdel viento !
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Y otras marcasY otras marcasMuchos buenos sitioseólicos no están en el
camino, sino que son losvecinos los que pueden
encontrarlos
Camino a Tejona . . .
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Pero no todo lo que brilla es oro !Pero no todo lo que brilla es oro !
Los efectos sobre la vegetación deben tomarse como indicadores, pero se debe tener presente que la vegetación está mostrando el efecto del viento a poca altura comparada con la altura
de los equipos aerogeneradores.Solo el estudio formal del viento a la altura de
un aerogenerador es concluyente.
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Equipos de Equipos de medicimedicióónn
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Equipos portEquipos portáátiles Itiles I
La solidez de un proyecto eólico descansa en la
selección del sitio y en el profesionalismo de
las mediciones de viento
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Equipos Equipos portportáátiles IItiles II
En el mercado existen muchos tipos de
anemómetros portátiles
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Torres tubularesTorres tubularesSe caracterizan por el fácil transporte
Y por su instalación rápida
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Torres de Torres de celoscelosííaaFacilitan el mantenimiento de sensores y cablesNormalmente son de construcción localSon competitivas en precioSuelen ser más resistentes en sitios de fuertes vientos.
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Las torres y los sitiosLas torres y los sitiosLos mejores sitios para instalar son los llanos
Pero el recurso eólico es impredecible.
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Los sensores: AnemLos sensores: AnemóómetrosmetrosEl anemometer es el instrumento normalmente usado en la industria de energía de viento. Este debe incluir un certificado de la calibración que verifica que el sensor es identificable en el National Institute of Standards and Technology (USA) (Instituto Nacional de Normas y Tecnología (EE.UU.)). Los anemómetros pueden grabar el viento hasta de 96 m/s (214 mph). Su bajo momento de inercia y sus particulares cojinetes permite una muy rápida respuesta a las ráfagas y calmas. Su umbral de aranque está en el orden de 0,75 m/s.
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Reporte de Reporte de calibracicalibracióónn
Permite verificar el estado del anemómetro luego de meses o años de prestar servicio e introducir correcciones en la data si se detecta un desgaste importante en el sensor.
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VeletasVeletasLa veleta es el instrumento para medir la dirección de viento, normalmente usada en la industria de energía de viento. El termoplástico y los componentes de acero resisten la corrosión. La veleta se conecta directamente al potenciómetro plástico conductivo localizado en el cuerpo principal.
Un voltaje analógico directamente proporcional a la dirección del viento se produce cuando un voltaje DC de excitación constante se aplica al potenciómetro.
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Cajas de registro oCajas de registro o loggerlogger
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Almacenamiento de datosAlmacenamiento de datos
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Archivo de DatosArchivo de DatosDL9210 Version 02 Filename = 00011130.N00 Metric 15:06:17 01-29-2001------------------------------ Site Information ----------------------------Site Number :0001 # of Sensors :3Serial Number :5523 Interval :10Model Number :9210 Chip Socket :1Firmware Version :03 Left Socket (1):32k chipChip ID :10 Right Socket (2):32k chipSPD 1: Scale = 0.381846, Offset = 0.000000, M/SSPD 2: Scale = 0.381846, Offset = 0.000000, M/SSPD 3: Scale = 0.381846, Offset = 0.000000, M/SDIR 1: Scale = 1.406250, Offset = 0.000000, DegreesDIR 2: Scale = 1.406250, Offset = 0.000000, DegreesANLG : Scale = 1.000000, Offset = 0.000000, Counts--------------------------- Start/Stop Information -------------------------Start Time :07:49 Stop Time :06:00Start Date :11/30/00 m/d/y Stop Date :12/19/00 m/d/yStart Voltage :9.2 Stop Voltage :8.4 ----------------------------- Gust Information -----------------------------
SPD 1 SPD 2 SPD 3Speed : 32 M/S 31 M/S 30 M/S Direction : 18 Degrees 43 Degrees 54 DegreesTime : 22:50 22:40 20:10Date : 12/12/00 m/d/y 12/12/00 m/d/y 12/12/00 m/d/y----------------------------Raw Header Information -------------------------01 00 23 55 10 92 03 10 49 07 30 11 00 6F B7 540D 50 22 12 12 00 52 1F 40 22 12 12 00 51 27 1020 12 12 00 00 06 19 12 00 A8 01 FF FF FF FF FFFF FF FF FF FF FF FF 55
------------------------------ Data Information ----------------------------Spd1, SD1, Dir1, Spd2, SD2, Dir2, Spd3, SD3, Anlg, Gust1, Time, Date13.89, 1.19, 14, 12.89, 1.31, 53, 11.96, 1.50, 194, 17, 0740, 11300013.67, 1.60, 15, 13.17, 1.53, 53, 11.88, 1.84, 194, 17, 0750, 11300015.27, 1.67, 14, 14.56, 1.74, 53, 13.01, 1.89, 194, 18, 0800, 11300014.49, 1.12, 14, 13.79, 1.15, 52, 12.72, 1.36, 194, 17, 0810, 11300013.89, 1.12, 14, 13.08, 1.34, 53, 12.12, 1.58, 194, 16, 0820, 11300013.75, 1.17, 14, 13.13, 1.19, 53, 11.93, 1.48, 195, 17, 0830, 11300015.49, 1.38, 14, 14.68, 1.46, 53, 13.22, 1.67, 195, 18, 0840, 113000
. . . Y así hasta cubrir 100 páginas !!!
De esta forma y configuración, cada archivo puede llegar a manejar más 50,000 datos eólicos !!!
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Software para anSoftware para anáálisis de datos Elisis de datos Eóólicoslicos
Pero también se pueden hacer análisis con hoja electrónica hasta con programas muy sofisticados de varios miles de dólares
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GrGrááficosficos de Datos Ide Datos I
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73
Mediciones
Velocidad (m/ s )
Promedio chip Promedio General
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GrGrááficos de Datos IIficos de Datos II
Potencia - Energía vrs velocidad
0
100
200
300
400
500
600
700
01.5
34.5
67.5
910
.5 12 13
.5 15 16
.5 18 19
.5 21
Velocidad
Kw
-Kw
h *1
0^3
Potencia Energía
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Curvas de PotenciaCurvas de PotenciaVestas V52-850
NEG Micon NM 750/48
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Integrando datosIntegrando datos
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Construyendo datosConstruyendo datosSi bien lo deseable es lograr un record de datos de larga duración, se puede buscar correlacionar series cortas locales con series largas de otro sitio lejano que se asume tienen un comportamiento similar.
En el ejemplo, el azul representa un sitio de larga duración con un promedio muy alto y el rojo representa mediciones preliminares de un sitio de promedio bajo.
Si el tratamiento matemático de correlación da un valor aceptable, entonces la serie corta se podría construir o extender a partir de la serie larga, ahorrando tiempo.
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Compra de Datos ECompra de Datos Eóólicoslicos
Entonces preliminarmente se debe adquirir una corta serie de datos del sitio de larga duración que coincida con la local.
En algunos casos de puede hablar de muestras con opción a compra.
Si se logra obtener una correlación muy alta, entonces se puede proceder a la negociación de la serie total de datos.
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Estaciones MeteorolEstaciones Meteorolóógicasgicas
Las estaciones meteorológicas de aeropuertos de nivel internacional pueden ser una opción para
adquirir series largas de datos eólicos.
12/11/2004 Ing. Gustavo Jiménez 43
Mapas EMapas EóólicoslicosLo ideal para construir la
curva de viento local es contar con mapas de viento.
Mapa del Recurso Eólico Europeo
12/11/2004 Ing. Gustavo Jiménez 44
Mapa EMapa Eóólico de Costa Ricalico de Costa Rica
Electrowatt Engineering Services LTD.
Zurich – Swizerland, 1983
12/11/2004 Ing. Gustavo Jiménez 45
El desafEl desafíío . . .o . . .“Si la energía eólica no cumple la promesa de
ser la mayor fuente de energía al terminar este siglo, no será un fracaso de la tecnología.
Será un fracaso de la visión por parte de la sociedad, por no haber asumido el
compromiso necesario.”Revista TIME
12/11/2004 Ing. Gustavo Jiménez 46
Muchas Gracias !Muchas Gracias !
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