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Efectos orográficos y de estelas del viento en el Parque Eólico de Sotavento

ANTECEDENTES:


El Parque Eólico Experimental Sotavento consta de 24 aerogeneradores diferentes, colocados en una configuración orográfica moderadamente compleja. Está dividido en 5 tecnologías diferentes con un total de 9 aerogeneradores distintos.

El PE tiene como misión evaluar el comportamiento de cada una de las turbinas, y facilitar un medio idóneo para la investigación de posibles innovaciones en el desarrollo de los aerogeneradores.

Debido al efecto de las estelas, no todas las máquinas reciben un viento de iguales características, de ahí la necesidad de determinar el viento incidente en cada una de las turbinas, puesto que los datos facilitados por el anemómetro de góndola contienen perturbaciones por la capota y sus efectos aceleradores.

Previa a la construcción del parque se había realizado un estudio por Garrad Hassam con los datos de viento existentes.

OBJETIVOS:


El objetivo era la elaboración de un modelo informático que en tiempo real nos determinase el viento incidente en cada uno de los aerogeneradores, teniendo en cuenta efectos estela y orográficos; con la finalidad de conocer el viento real recibido por cada una de las turbinas del parque.

Discriminar las diferencias existentes entre el viento incidente y el captado por las turbinas para cada dirección de viento y velocidad.

Correlacionar las características del viento efectivo incidente en cada una de las máquinas, con el viento medido en los anemómetros emplazados en las torres anemométricas del parque. Este proyecto ha sido realizado por el Laboratorio de Mecánica de Fluidos del Departamento de Ingeniería Energética y Fluidomecánica de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM).

Los elementos informáticos utilizados han sido los siguientes:

Programas para la estimación de efectos orográficos:

  • WASP. Es un programa comercial desarrollado por RISO, de amplia difusión.
  • UPM. Programa propio para terreno moderadamente complejo. Es un programa basado en el conocido modelo de Jackson y Hunt. Sus límites de aplicabilidad son similares a WASP, y es posible que sus fundamentos sean semejantes, aunque tiene la ventaja de ser un programa abierto.
  • FLUENT. Es un programa de resolución general de problemas fluidomecánicos. Se aplicó a la configuración del parque para direcciones críticas de viento. Se utilizaría con carácter estacionario y con un cierre tipo k-ε para modelar la turbulencia. Se puede aplicar a configuraciones orográficas complejas, con desprendimientos de corriente y recirculaciones.

Programas para la estimación del efecto de las estelas del viento:

  • UPMPARK. Es un programa desarrollado en el laboratorio de la UPM, en el que se pueden calcular las condiciones del flujo: resuelve las ecuaciones generales de la mecánica de fluidos con un cierre k-ε para modelar la turbulencia. Utiliza la aproximación de flujo parabólico. El terreno se supone llano y mediante un algoritmo apropiado se superponen los efectos del terreno calculados con alguno de los programas anteriores y de las estelas. Este programa ha sido ampliamente validado por comparación con turbinas reales y con experimentos en túnel aerodinámico.
  • PARK. Es un programa desarrollado por RISO y que viene incorporado al WASP. Sus grados de elaboración y validación son muy inferiores a los de UPMPARK, pero puede ser utilizado principalmente para contrastar resultados.

METODOLOGÍA (FASES):


Las distintas fases que se desarrollan a lo largo del proyecto son:

  1. Sotavento facilitó a la UPM: topografía digitalizada, datos de viento históricos e informe final Garrad Hassam
  2. El Laboratorio de Mecánica de Fluidos de la ETSII de la UPM realizó un informe o análisis crítico del informe final de Garrad Hassam
  3. Sotavento puso a disposición de la UPM datos de viento de las estaciones del parque y potencia-anemometría de aerogeneradores
  4. El Laboratorio de Mecánica de Fluidos de la ETSII de la UPM, realizó una primera aproximación a la discriminación del viento incidente en las 24 posiciones contra los registros de viento del período aportado
  5. El Laboratorio de Mecánica de Fluidos de la ETSII de la UPM, desarrolló el informe de viento incidente, y suministró para su utilización con aplicaciones informáticas de Sotavento, un programa que ofrece 24 valores de viento en cada aerogenerador

ORGANISMOS COLABORADORES:


El presente proyecto ha sido realizado por la Fundación para el Fomento de la Innovación Industrial, contando para ello con la colaboración del Laboratorio de Mecánica de Fluidos del Departamento de Ingeniería Energética y Fluidomecánica de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid.

El director del equipo investigador ha sido el profesor D. Antonio Crespo Martínez.

SITUACIÓN ACTUAL:


El proyecto se haya concluido desde el año 2003.

INFORMES REALIZADOS:


  • Noviembre de 2002. Discrepancias sobre Garrad Hassam y estudio de desviaciones de éste
  • Noviembre 2002-Enero 2003: Análisis de datos propios (UPM). Comprobación de los efectos de estela. Variabilidad respecto a los datos de Garrad Hassam
  • Diciembre 2003: Manejo de datos de viento de las torres instaladas en el parque; interrelacionando: viento - datos turbinas - datos subestación (como el conjunto del PE)