Proyecto: Instalación eléctrica de un parque eólico de 14 MW. Anexo Evaluación del Recurso Eólico ÍNDICE

Transcripción

1 ÍNDICE 1. Introducción Descripción del emplazamiento Campaña de medidas Inicio y desarrollo de la campaña de medidas Incidencias y Disponibilidad de Datos Conclusiones de la campaña de medidas Potencial Eólico Estimación de la densidad del emplazamiento Extrapolación a largo plazo Extrapolación vertical Modelización del campo de vientos Disposición de los aerogeneradores y cálculo energético Conclusiones Resultados proporcionados por la evaluación del recurso eólico Página 1 de 20

2 1. Introducción Este documento recoge medidas de viento realizadas durante los seis últimos años en una estación meteorológica que tiene Endesa Cogeneración y Renovables en el mismo emplazamiento donde está situado el parque eólico en cuestión que permiten un análisis de frecuencia, dirección y velocidad de los vientos de la zona. Permite la previsión de los mismos en un horizonte temporal considerable. En la Comunidad Autónoma de Andalucía existen varias áreas de recurso eólico medio-alto, donde es factible la instalación de aerogeneradores para su aprovechamiento energético. Endesa Cogeneración y Renovables, inició las tareas de identificación en la provincia de Cádiz, más concretamente en la comarca de La Janda, en 1997, instalando torres de medida en varios puntos de la zona. Los emplazamientos de los parques eólicos de esta área se encuentran localizados en una zona muy cercana al estrecho de Gibraltar, que como ya es sabido, es una de las zonas de mayor potencial eólico dentro de la península Ibérica. Como se verá en el presente informe, las mediciones realizadas a lo largo de los últimos años confirman que los parques eólicos cercanos al estrecho son, en su mayoría, parques con un recurso eólico alto y por sus características, muy aptos para su aprovechamiento energético. En este informe se presenta un estudio de evaluación del recurso del parque eólico objeto del proyecto, la disposición de aerogeneradores considerada, y una estimación de la producción energética según la alternativa presentada. El diseño del parque eólico se ha realizado considerando aerogeneradores GAMESA G-87, con una potencia nominal de 2000 kw, y a una altura de buje de 67m. El parque eólico está formado por siete aerogeneradores G-87, con una potencia total instalada de 14 MW. Página 2 de 20

3 2. Descripción del emplazamiento Proyecto: Instalación eléctrica de un parque eólico de 14 MW El emplazamiento del parque eólico se encuentra en el término municipal de Vejer de la Frontera, a pocos kilómetros de la costa y en los parajes conocidos como Cerro del Puerco y Los Cumplimientos. Los aerogeneradores se colocan a lo largo de una cuerda norte-sur, entre 110 y 90 metros de altura sobre el nivel del mar. Esta es la mejor orientación ya que permite una exposición óptima a los vientos predominantes de la zona, que proceden del este y el oeste. 3. TCampaña de medidast 3.1. Inicio y desarrollo de la campaña de medidas La campaña de medidas en la comarca de La Janda se inició en el mes de marzo de 1997, con la instalación de la estación anemométrica que se maneja para llevar a cabo esta evaluación del recurso eólico, denominada Estación Anemométrica de Caños de Meca. Posteriormente, según se fueron identificando otras zonas dentro de la comarca, susceptibles de tener un buen nivel de recurso eólico, se fueron instalando un mayor número de estaciones de medición para la correcta evaluación del recurso eólico en cada parque. Para realizar la evaluación del recurso eólico del parque eólico vamos a emplear los datos de la estación anemométrica en cuestión, que tiene un periodo de datos de seis años, con buena disponibilidad de los mismos, y cuya calidad es alta. Por otro lado la distribución direccional registrada por esta estación es la característica en zonas cercanas al estrecho. La estación de Caños de Meca es por todo ello una buena estación de referencia, que además se utiliza para la estimación de las velocidades a largo plazo en otras estaciones de la zona. A continuación se da una breve descripción de la estación de medida: Página 3 de 20

4 se se Proyecto: Instalación eléctrica de un parque eólico de 14 MW Estación Caños de Meca: Está dotada con sensores de velocidad a 40, 26 y 10 m de altura, y de dirección a 40 y 26 m, almacenando valores medios cada 60 minutos. El sistema de adquisición de datos de esta estación es modelo NRG 9200+, que registra valores medios en promedios de 60 minutos a partir de las medidas tomadas con una frecuencia de muestreo de 0.5 Hz. Los datos aportados por esta estación de medida permiten la simulación del campo de viento de la zona, obteniéndose la variación, tanto espacial como en altura, del recurso eólico en el emplazamiento. En la XTabla 1X indica el código identificativo de la estación, sus niveles de medida, su posición en coordenadas UTM, y su altitud sobre el nivel del mar: Tabla 1. Características de la estación meteorológica Código Estación Niveles Coordenadas UTM Huso 30S (m) Altitud (m) 0320 Caños de Meca 40, 26 y En la XFigura 1X representa la ubicación de la estación anemométrica en cuestión: Página 4 de 20

5 se Proyecto: Instalación eléctrica de un parque eólico de 14 MW Figura 1.Ubicación de la estación anemométrica 3.2. TIncidencias y Disponibilidad de DatosT En general no se han producido incidencias relevantes a lo largo de la campaña de medidas. Únicamente se ha producido alguna avería de los sensores, aunque siempre se ha procurado sustituir los averiados lo antes posible. En la XTabla 2X indica el periodo completo de medidas, los niveles de medida y la disponibilidad de los datos de velocidad a tres niveles: Página 5 de 20

6 Tabla 2. Características de las medidas Estación Niveles Periodo de medidas Disponibilidad (40, 26 y 10 m) Caños de Meca 40, 26 y 10 m 25/03/97 8/05/03 12 % 79 % 71 % El hecho de que la disponibilidad de datos del nivel superior de 40m sea apreciablemente inferior al de los otros dos niveles, se debe a que inicialmente esta estación sólo tenía dos niveles de medida, a 26 y 10m. Posteriormente, en mayo de 2002, la estación se elevó a 40m de altura. Por lo tanto sólo se dispone de datos de velocidad y dirección a 40 m desde mayo de Por esta razón para la evaluación del recurso eólico del parque eólico se van a emplear los datos de velocidad y dirección registrados por el nivel de 26m. En el noveno apartado de este documento, se presentan estadísticas detalladas de la estación anemométrica de Caños de Meca (velocidad media, potencia media, parámetros de Weibull, intensidad de turbulencia media, rachas máximas, rosas de viento y energía, función densidad, etc.) T3.3T. TConclusiones de la campaña de medidas Potencial Eólico El análisis de los datos revela un potencial eólico muy alto en la zona, con velocidades medias de m/s. T3.3.2.T TDistribución direccional de vientot Del análisis de las medidas registradas por la estación anemométrica de Caños de Meca se desprende que las direcciones más frecuentes son las de ESE, E y W, como es característico en esta zona tan cercana al estrecho. Más concretamente, el sector ESE, a lo largo del periodo de medidas, es el más frecuente, con una frecuencia del 19%, y un contenido energético del 59%. En segundo lugar, el sector E es el más frecuente, con un Página 6 de 20

7 12% de frecuencia y un contenido energético del 13%. Por último el W es el tercer rumbo más frecuente, con una frecuencia del 10.5% y un contenido energético del 6%. T3.3.3.T TVariabilidad diariat Existe una marcada oscilación de la velocidad del viento según la hora del día. Los valores máximos se dan entre las 13:00 y 15:00 GMT, y los valores mínimos se dan entre las 5:00 y las 6:00 GMT. En efecto, examinando las velocidades medias para cada hora solar, observamos que a partir del amanecer el viento va aumentando paulatinamente hasta alcanzar su máximo poco después de mediodía. Luego vuelve a descender progresivamente, llegando a los valores más bajos en las horas previas al amanecer. La máxima diferencia de velocidad media entre unas horas y otras es del orden de 2-3 m/s. Esto resulta favorable, ya que la generación se adaptará mejor a la curva de demanda de energía eléctrica. En el apartado noveno de este documento se muestran las estadísticas detalladas y resultados obtenidos a lo largo de la campaña de medidas para la estación de medición de Caños de Meca Estimación de la densidad del emplazamiento Para realizar una estimación de la densidad del emplazamiento a evaluar partimos del observatorio que el Instituto Nacional de Meteorología tiene en Tarifa, con un largo periodo de datos de temperatura y presión comprendido entre 1960 y Considerando una situación de equilibrio hidrostático en atmósfera estándar se ha 3 obtenido una densidad media para el parque eólico de kg/mp P, lo que corresponde a un factor de densidad del 98%. 4. EXTRAPOLACIÓN A LARGO PLAZO Para hacer una estimación del recurso eólico a largo plazo es necesario el uso de un observatorio de referencia con un periodo de medidas de varios años de forma que se puedan comparar las medidas obtenidas durante la campaña con las que se obtendrían en un año medio. Página 7 de 20

8 se Proyecto: Instalación eléctrica de un parque eólico de 14 MW Como ya se ha comentado en este informe, la estación de Caños de Meca dispone de un periodo de seis años de datos, que abarca desde marzo de 1997 hasta la actualidad. Al mismo tiempo la disponibilidad y calidad de los datos son altas. Por otro lado, la distribución direccional de viento registrada por esta estación es la característica de esta zona cercana al estrecho. Se considera, por tanto, que se trata de una buena estación de referencia puesto que aunque es sabido que la recomendación a la hora de estimar la velocidad a largo plazo en un emplazamiento es utilizar una estación de referencia con 10 años de datos, un periodo de seis años arroja un buen resultado. En la XTabla 3X indica la velocidad estimada a largo plazo para la estación de medida de Caños de Meca. Tabla 3. Velocidad media estimada del emplazamiento Velocidad a largo plazo ESTACIÓN (m/s) Caños de Meca (26m) TEXTRAPOLACIÓN VERTICALT Con el objeto de disminuir el error en la estimación de la velocidad de viento a la altura del buje del aerogenerador, partiremos para todos los cálculos de las series de datos registradas por el nivel que se encuentra a mayor altura, siempre y cuando la disponibilidad de datos de ese nivel sea alta. En este caso partiremos del nivel de medida de 26m puesto que es el de mayor disponibilidad. El aerogenerador seleccionado para realizar la evaluación de los parques eólicos de la comarca de La Janda es el GAMESA G-87, a 67m de altura, con lo que será necesario extrapolar las velocidades obtenidas a dicha altura de buje. Página 8 de 20

9 se Proyecto: Instalación eléctrica de un parque eólico de 14 MW Para ello se va emplear el coeficiente a (exponente del perfil potencial de velocidades). En la XTabla 4X presenta el perfil vertical de la estación de Caños de Meca. También se indica la velocidad media extrapolada a largo plazo y a la altura de buje del aerogenerador. Tabla 4. Perfil vertical de la estación Estación Exponente Vlp a 65m (m/s) Caños de Meca (26/10) T6.T TMODELIZACIÓN DEL CAMPO DE VIENTOST Con objeto de evaluar el efecto que la topografía y la rugosidad superficial del terreno tienen en el comportamiento del viento, y la variabilidad espacial del recurso eólico, se lleva a cabo una modelización del campo de vientos. Para llevar a cabo dicha modelización se ha empleado el código WAsP (Wind Atlas Analysis and Application Program), en su versión 7.2, desarrollado por RISO National Laboratory (Dinamarca), específicamente para la evaluación del recurso eólico. Por otro lado se ha utilizado para la modelización del campo de vientos: Topografía digitalizada Cartografía digital en escala 1:25000 de la zona, suministrada por el Centro Nacional de Información Geográfica. Rugosidad superficial Se han considerado longitudes de rugosidad asociadas a las diferentes características y usos del terreno. Página 9 de 20

10 Datos de viento Para la modelización del campo de vientos se van a utilizar los datos de viento registrados por el nivel de 26m de la estación de Caños de Meca, extrapolados a largo plazo, y extrapolados a la altura del buje del aerogenerador, según lo visto en el apartado anterior. Se ha optado por validar en velocidad media, densidad de potencia y producción. Los resultados de producción energética que predice el WAsP, se comparan con los resultados de producción que se obtienen de integrar la función de densidad de la serie de datos registrada por la estación, con la curva de potencia en cuestión. Curvas de Potencia Se ha empleado la curva de potencia del aerogenerador G-87, adaptada a la 3 densidad del emplazamiento, kg/mp P. T7.T TDISPOSICIÓN DE AEROGENERADORES Y CÁLCULO ENERGÉTICOT Con los resultados obtenidos de la modelización del recurso eólico se ha procedido a realizar la implantación de aerogeneradores. Para realizar la disposición de aerogeneradores se ha prestado especial atención a las características del terreno, a los resultados obtenidos a partir de la modelización y a las direcciones de viento predominantes, todo ello con la intención de minimizar las pérdidas por efecto estela, por un lado, y con el objeto de maximizar la producción por otro. También se han tenido en cuenta las restricciones impuestas sobre la disponibilidad del terreno, medioambientales, y otras como distancia mínima a la carretera, distancia a líneas eléctricas, etc. Página 10 de 20

11 Cálculo de la producción energética Proyecto: Instalación eléctrica de un parque eólico de 14 MW Una vez modelizado el campo de vientos en el emplazamiento a evaluar y realizada la disposición de máquinas, se obtienen las producciones para cada aerogenerador y los correspondientes factores de estela de cada uno de los aerogeneradores. Estos cálculos se realizan también mediante el código WAsP 7.2, que ya integra el antiguo código PARK. Los resultados obtenidos mediante WAsP han de ser validados y en su caso corregidos, si se separan mucho de la situación real. Esta validación se realiza en velocidad de viento, densidad de potencia, y producción. Especialmente importante es esta última, al ser, en última instancia, la variable que se pretende calcular. Para realizar estas correcciones se comparan los resultados arrojados por WAsP con los datos reales sobre cada una de las estaciones de medida. Esta validación ya incluye las correcciones por desajuste entre la distribución de Weibull y la distribución real, que es especialmente importante en áreas cercanas al estrecho donde suelen discrepar bastante ambas distribuciones debido a las características particulares del viento en esa zona. Teniendo en cuenta el análisis de los datos y los resultados obtenidos en la modelización, se considera la posible instalación de un parque eólico con una potencia máxima de 14 MW aerogeneradores, dispuestos en una única hilera con orientación Norte-Sur. 8. CONCLUSIONES De los resultados obtenidos de la modelización del recurso eólico se puede concluir que el emplazamiento donde se ubica el Parque Eólico Caños de Meca se presenta como una de las zonas de mayor potencial eólico dentro de la Comunidad Autónoma de Andalucía. Como se puede observar en los mapas de isoventas e isoproducción incluidos en el Página 11 de 20

12 apartado noveno de este documento, la velocidad teórica calculada se encuentra entre los m/s, a lo largo de toda la cuerda donde se ubican los aerogeneradores. Esto se traduce en unas producciones medias por aerogenerador GAMESA G-87 instalado, de unas horas equivalentes anuales brutas (sin pérdidas por estela). Por otro lado la disposición contemplada en este estudio permite una buena exposición de los aerogeneradores a los vientos dominantes de esta zona, que como es característico en zonas cercanas al estrecho, proceden de levante y de poniente. La orografía del terreno permite una disposición de la hilera de aerogeneradores justamente en dirección N-S, de forma que los aerogeneradores se encuentran perfectamente expuestos a los vientos procedentes del este y el oeste. En cuanto a la distribución diaria de la energía se observa que se presenta una variabilidad apreciable de la velocidad de viento a lo largo del día, con diferencias de velocidad que llegan a alcanzar los 2-3 m/s entre las horas centrales del día y las de la noche. Efectivamente, se observa que a partir del amanecer el viento va aumentando paulatinamente hasta alcanzar su máximo un poco después del mediodía. Luego vuelve a descender progresivamente, llegando a los valores más bajos en las horas previas al amanecer. La máxima diferencia de velocidad media entre unas horas y otras es del orden de 3 m/s. Esto resulta favorable, ya que la generación se adaptará mejor a la curva de demanda de energía eléctrica. Página 12 de 20

13 9. RESULTADOS PROPORCIONADOS POR LA EVALUACIÓN DEL RECURSO EÓLICO DATOS DISPONIBLES DE LA ESTACIÓN ANEMOMÉTRICA Período de datos: 25/3/97-8/5/03 Intervalo de medida: 60 minutos Número de observaciones: Número de horas: Muestra de datos de velocidad: Muestra de datos de velocidad y dirección*: 26m m RESUMEN Velocidad media (mis): Velocidad máxima (mis): Dirección de la velocidad máxima: 2 Potencia media (W/mP P): Parámetro de Weibull A (mis): Parámetro de Weibull k: Turbulencia media (V > 6 m/s): Turbulencia máxima (V > 6 m/s): Rafagosidad media (V > 6 m/s): Rafagosidad máxima (V > 6 mis): Exponente de ley potencial (V > 6 m/s): Longitud de rugosidad aparente (m, V > 6 mis): 26m m RUMBOS PREDOMINANTES Nivel 26 m Rumbo Frecuencia Velocidad Energía (%) (mis) (%) ESE 18.8 E 11.7 W 10.5 WNW Nivel 10 m Rumbo Frecuencia Velocidad Energía (%) (mis) (%) ESE E W WNW Página 13 de 20

14 Tabla 5. Distribución de velocidades al nivel de 26 m Página 14 de 20

15 Tabla 6. Distribución direccional al nivel 26m Página 15 de 20

16 Tabla 7. Distribución velocidades 10m Página 16 de 20

17 Figura 2. Distribución direccional del viento, frecuencia y velocidad media Página 17 de 20

18 Proyecto: Instalación eléctrica de un parque eólico de 14 MW Figura 3. Distribución direccional y energía Página 18 de 20

19 Proyecto: Instalación eléctrica de un parque eólico de 14 MW Figura 4. Distribución de Weibull del emplazamiento Página 19 de 20

20 Figura 5. Variación diaria de la velocidad del viento Página 20 de 20