Mapas de viento: de la escala sinóptica al aerogenerador Ignacio Martí imarti@cener.com Centro acional de Energías Renovables www.cener.com (CE ER) Wind Power Expo 2009. Zaragoza.
Áreas de conocimiento necesarias para elaborar mapas eólicos Diseño de la campaña de medidas Tratamiento estadístico Determinación Vref Huracanes Modelos mesoescala SKIRO Acoplamiento Mesoescala - CFD Modelo CFD CFD Offshore SKIRO Interacción estela-terreno Modelo CFD Estático Análisis de red Dinámico
GlobalWind: de la escala sinóptica al aerogenerador
Cómo desarrollamos nuestra metodología? UpWind A EMOS POW WOW WAUDIT A EMOS.plus SafeWind Metodología desarrollada en colaboración con: Universidad de Atenas (Grecia). Universidad Complutense (España). Von Karman Institute for Fluid Dynamics (Bélgica). Validación en 100 torres meteorológicas en Europa y sur del Mediterráneo, incluyendo FINO (offshore). Validación CFD en Horns Rev, Nysted, parque ECN, Caparroso. Equipo de 16 personas (meterolólogos, matemáticos, ingenieros). Cluster 100 CPU.
Características deseables de un mapa de recursos eólicos Variabilidad espacial: Efectos de escala sinóptica (borrascas, anticiclones). Efectos de mesoescala (estabilidad, convección, ) Efectos topográficos (encauzamientos, aceleraciones). Metodología CENER: Modelo meteorológico no hidrostático mesoescalar acoplado con un modelo CFD de viento y estelas. Simulaciones en alta resolución espacial (hasta 5m x 5m). Variabilidad temporal: Variación diaria de la velocidad y dirección del viento. Variaciones estacionales. Variaciones interanuales del viento. Metodología CENER: Simulaciones en alta resolución temporal (hora a hora). Simulaciones a largo plazo (hasta 10 años).
Mapas de recursos eólicos en tierra y mar con análisis de la red eléctrica GFS 1º x 1º SKIRON 0.05º x 0.05º 6 AÑOS SIMULACIONES HORARIAS VALIDATION CFD ESTELAS FILTRADO SISTEMA INFORMACIÓN GEOGRÁFICA MAPA 1km x 1km SERIES HORARIAS DE VIENTO, T, P SIMULACIÓN DE RED PSS GIS WEB SERVICE 5m x 5m MEDIDAS
Validación con más de 100 estaciones meteorológicas % 35% Variabilidad m ensual de la velocidad de viento 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% -2-1.5-1.5-1 -1-0.5-0.5 0 0 0.5 0.5 1 1 1.5 1.5 2 Bias (m/s) Velocidad media [m/s] 6 5 4 3 2 1 0 Wind direction validation example Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Estación Jerba Mes Modelo Skiron Bias global < 0.2 m/s -> mapas de viento precisos MAE (valores horarios) < 1 m/s -> series horarias de viento precisas
Comparación mesoscale-satélite con medidas Average absolute wind speed error (m/s) SAR Average absolute wind speed error (m/s) MESO Average absolute wind direction error (º) SAR Average absolute wind direction error (º) MESO 1,92 1,88 41 19
Validación offshore en FINO-1 (Mar del Norte)
Validación offshore en FINO-1 (Mar del Norte) Level Measurements Skiron Deviation [%] 90m Um [m/s] 9.55 9.55-0.01% k 2.42 2.42 0.00% A [m/s] 10.75 10.75 0.00% 50m Um [m/s] 9.01 8.96-0.54% k 2.54 2.52-0.79% A [m/s] 10.12 10.07-0.49%
Mapa público con soporte GIS vía web
Mapa público con soporte GIS vía web
Otros mapas GlobalWind Anomalías, Vref, IT efectiva, clase IEC 0.18 0
GlobalWind Generación de mapas de parámetros críticos para los proyectos eólicos Mapas de recursos eólicos Mapas de vientos extremos. Mapas de anomalías mensuales. Mapas de perfil vertical de viento. Mapas de temperaturas extremas. Mapas de densidad. Mapas de niveles de turbulencia ambiente y añadida. Mapas de inclinación de flujo. Mapas de zonas protegidas. Mapas de distancia a red. Mapas de capacidad de evacuación de red.
CFDwind simulación de viento en alta resolución Metodología CFDwind desarrollada por CENER por un equipo de 6 especialistas en colaboración con el Instituto von Karman de Mecánica de Fluidos (Bélgica). CFDwin validado en: Terreno complejo en España, Chile, Reino Unido. Offshore en Alemania (Fino 1). Simulación precisa de viento, turbulencia, perfil vertical en todo tipo de terrenos (tierra y mar)
Validación CFDwind en Askervein ACELERACIÓN LOCAL DEBIDA AL TERRENO AGUAS ARRIBA Y AGUAS ABAJO DE LA COLINA DE ASKERVEIN MODELO CFD vs MODELO LINEAL (WAsP) vs MEDIDA EXPERIMENTAL
CFDwake modelo no lineal de disco actuador Cálculo del déficit de momento en el rótor Datos de entrada: Curva de potencia Diámetro de rótor Altura de buje Coordenadas de las máquinas Integrado en el modelo CFD de viento Simulación de la interacción estela-terreno. Alta precisión en grandes parques eólicos. Contornos de velocidad axial e intensidad de turbulencia (multirotor)
Metodología CENER CFD Simulación de la capa límite atmosférica completa con efectos de estabilidad. Simulación de estelas en tierra y mar. Interacción terreno-estela, cálculo preciso de turbulencia efectiva. Intensidad de turbulencia, inclinación de flujo, perfiles verticales, etc. Determinación precisa de la clase IEC de cada posición de aerogenerador. Modelo validado en tierra y mar en el marco de UpWind.
Simulación de todas las escalas con o sin medidas ~100 kms ~1-10 kms Flujo GLOBAL ~100 m ~10 m Flujo MESOSCALA ~1 mm Flujo MICROESCALA
Cómo mejorar los mapas de viento?. Líneas de I+D Modelos meteorológicos: Modelos globales: mayor resolución y capacidad de asimilación de datos. Modelos de mesoescala: asimilación de datos de satélite (proyecto ESA) y de los propios parques eólicos (SafeWind). Modelos CFD: Modelos CFD: simulación LES (WAUDIT). Modelos CFD: acoplamiento con modelos de diseño de aerogenerador (WAUDIT).
C/ Ciudad de la Innovación, 7 31621 Sarriguren Navarra (Spain) Tel.: +34 948 25 28 00 Fax: +34 948 27 07 74 Email: info@cener.com www.cener.com