Breve resumen

El presente trabajo estudia las distintas opciones de aerogeneradores a elegir teniendo en cuenta la localización dada. Jaulín, el destino elegido, es un pequeño pueblo de la comunidad autónoma de Aragón. Cerca de este se encuentra una zona montañosa con las condiciones idóneas para colocar un aerogenerador. El objetivo es concretar qué clase se adecúa a sus condiciones atmosféricas. Mediante la recogida anual de datos diezminutales de diferentes sensores, su filtrado y su posterior análisis, se comparan los resultados conforme a la normativa IEC 61400-1 Ed4. Tras la obtención de las gráficas de la media de velocidad de viento y el Percentil 90, se concluye que el aerogenerador debe ser de clase III B.

Abstract

This project studies the different options for aerogenerators having into account the given location Jaulin is the destination for this project, a small village in the autonomous community of Aragón Nearby there are several mountain ranges with perfect conditions for the construction of an aerogenerator. Our objective is to concrete the specific type of machine that would fit in with the atmospheric conditions. Consequently, ten-minute values are obtained from different sensors, the filtration and analysis, the results are compared according to the normative IEC 61400-1 Ed4. Later on, with the wind speed average and the Percentil 90 already obtained it is concluded that the aerogenerator should be class III B.

1.Justificación

Las últimas décadas se han visto caracterizadas por el uso de la energía Se obtiene de diversos medios: mediante combustión de combustibles fósiles (el petróleo o carbón) o mediante las llamadas energías verdes (eólica, solar, hidráulica) A día de hoy se sigue investigando para hallar nuevas energías eficientes, baratas, que no generen problemas al ser humano y respeten el medio ambiente

Hoy en día, uno de los grandes problemas que debe afrontar la humanidad es el cambio climático Se ve afectado mayoritariamente por los gases de efecto invernadero y cada vez es más dañino para el planeta Tierra Un ejemplo claro es el calentamiento global que afecta a la destrucción de hábitats naturales y al deshielo de los polos, provocando una subida del nivel del agua marina entre otras consecuencias

Por ello, se deben tener muy presentes las energías renovables. Son el futuro de este planeta y la inversión en su desarrollo es crucial. Las hay de todo tipo: eólica, hidroeléctrica, fotovoltaica, mareomotriz o geotérmica. Todas estas se caracterizan por tener un impacto positivo en el medio ambiente y ser el futuro de la industria energética.

La eólica es una de las energías renovables más utilizadas en España, gracias a los distintos cambios de altitud que permiten encontrar lugares con grandes corrientes de viento. Esto da pie a la construcción de más parques eólicos. A su vez, España es el segundo país de Europa que más energía eólica genera, solo por detrás de los Países Bajos. (La Asociación Empresarial Eólica Lanza El Anuario Eólico 2021: Un análisis De La Situación Actual De La Eólica En España Y En El Mundo, 2021)

Se caracteriza por el uso del viento como fuente productora de energía. El viento hace mover las aspas del aerogenerador provocando energía cinética, que es transformada después en eléctrica mediante el generador. Los aerogeneradores se colocan en un parque eólico y se elige su localización teniendo en cuenta variables como las corrientes de aire, la frecuencia o la velocidad del viento para sacar el mayor rendimiento energético posible

En resumen, la energía eólica ofrece una gran cantidad de beneficios No produce ningún tipo de gas nocivo para el medio ambiente y es una fuente inagotable de energía Por lo tanto, no es dañino para el planeta y es una gran alternativa a los combustibles fósiles

Por último, cabe destacar el bajo impacto en la población al buscar zonas alejadas de la metrópoli, evitando cualquier tipo de interferencia con la vida cotidiana de la sociedad

Es por ello que el parque seleccionado para este proyecto, Jaulín, está situado a unos 30 km de la ciudad de Zaragoza, Aragón

2. El objeto de estudio

Para poner en marcha un aerogenerador es muy importante encontrar un lugar adecuado y con buenas condiciones de viento En este caso, el lugar elegido es Jaulín (Latitud: 41.4533, Longitud: -0.994892 41° 27′ 12″ Norte, 0° 59′ 42″ Oeste), un pueblo situado en la comunidad autónoma de Aragón, en la cual podemos encontrar perfectas condiciones para ello, ya que hay una gran corriente de viento (ver Anexo I)

El objetivo de este proyecto es determinar la clase de aerogenerador más adecuada para este parque eólico, utilizando los datos proporcionados por la empresa Siemens Gamesa Los datos se recolectan mediante anemómetros, radares, sonares y otros sensores que recogen datos diezminutales de velocidad, dirección, frecuencia del viento y demás Se utiliza la información recogida durante todo un año y se realiza un estudio estadístico para determinar la clase del aerogenerador.

Asimismo, es fundamental tener en cuenta la normativa y una serie de especificaciones técnicas que han sido evaluadas y aprobadas para la seguridad del cliente, como los propios trabajadores o ciudadanos que habitan cerca de los aerogeneradores. Estas normas tomarán un gran papel a la hora de la elección del aerogenerador.

No obstante, hay que ajustarse al precio pedido por el cliente, es decir, hacer un balance económico teniendo en cuenta el coste de instalación en función del tipo y tamaño del aerogenerador y los materiales utilizados para ello, siempre dentro del presupuesto.

3. Antecedentes

3.1 Definiciones operacionales

Energías Verdes: Son todas las energías limpias, que no producen ningún tipo de contaminación y proceden de fuentes totalmente renovables. (Garrett, 2022)

Energía cinética: Es la energía de un cuerpo debido a su movimiento (Ropero, 2021)

Frecuencia de viento: Es el % de tiempo el cual nos indica la dirección determinada del viento (Danish Wind Industry Association, 2003)

Exponente de Cortadura: Es la variación de la velocidad del viento con la altura respecto al suelo (Ministro de industria, comercio y turismo, 2006)

Anemómetro o sensor de velocidad de viento : Se encargan de medir la velocidad instantánea del viento, permite medir inmediatamente la velocidad de pico de una rafaga de viento Se puede encontrar generalmente dos tipos, de cazoletas (constituye de 3 cazoletas las cuales rotan horizontalmente y producen una señal de tensión AC de onda sinusoidal proporcional a la del viento) y sónico (mide el viento mediante transducción ultrasónica de estado sólido) (Anemómetros Qué Es Un Anemómetro Y Cómo Mide La Velocidad Del Viento, n d )

Radar: Es un sensor que utiliza ondas electromagnéticas que permiten medir la velocidad (en nuestro caso del viento), distancias y localizaciones (El Radar ¿Qué Es Y Cómo Funciona?, n d )

Sónar: Es un instrumento que usa las ondas del sonido para detectar objetos o velocidades (Cómo Funciona El Sonar, n d )

Veleta de viento: Es un instrumento de medición que nos permite saber la dirección exacta del viento (Danish wind industry association, 2003)

LiDAR: Es un dispositivo de medición que utiliza tecnología de teledirección basada en el láser (¿Cómo Funciona El Mapeo De Los UAV 3DLiDAR ? - Recursos Y Conocimientos, n d )

SoDAR: Es un instrumento que mide la velocidad y dirección del viento a distintas alturas mediante impulsos acústicos y permite medir perfil vertical de viento (Sistemas De Medición

LiDAR Y SoDAR, n d )

Intensidad de turbulencia: Es el ratio de la desviación estándar de la velocidad de viento a una determinada altura entre la velocidad media para un periodo de diez minutos

Ángulo de inclinación media de flujo: Es la inclinación angular con la que el viento incide sobre un plano horizontal a un objeto

3.2 Estado de la Cuestión

La energía eólica es un tema tratado en numerosas investigaciones dada la necesidad de un recurso sostenible para este planeta y a la evolución del sector durante la última década.

Se pueden encontrar distintos estudios sobre aerogeneradores y sus numerosos tipos en cuanto a construcción (HERRERO GARCÍA et al., 2001, #). Asimismo, otros trabajos (Villarrubia López, 2011, #) comparan las diferentes clases de aerogeneradores entre sí, pero lo hacen superficialmente y sin entrar en detalle. En contrapartida, este trabajo se presenta atendiendo a su idoneidad relativa a las condiciones del emplazamiento, así como al rendimiento económico

Otro de los aspectos diferenciadores de esta investigación es que se utilizan los datos reales suministrados por una de las mayores empresas dedicadas a las energías renovables de España (Siemens Gamesa), que otros proyectos no disponen, para la determinación de la clase del aerogenerador en un parque eólico concreto

3.3 Contextualización

El entorno seleccionado en este proyecto, como antes se ha mencionado, es una colina situada al lado de Jaulín, un pequeño pueblo en la provincia de Zaragoza Según los datos suministrados por Siemens Gamesa y los estudios realizados con el método anteriormente descrito mediante diferentes aparatos de medida, este sitio está caracterizado por tener grandes corrientes de viento, lo cual lo hace conveniente para situar un aerogenerador Dependiendo de la potencia del viento se tendrá que seleccionar una máquina más grande o pequeña

Para establecer la clase de aerogenerador más adecuada para el emplazamiento, se basará en las variables y subvariables indicadas en la normativa existente (IEC 61400-1 Ed4): velocidad media anual, intensidad de turbulencia, exponente de cortadura, ráfagas de velocidad y dirección de viento, etc

Estos datos se recogen de un mástil meteorológico de 140 metros de altura, que viene equipado con sensores a distintas alturas para recopilar la mayor cantidad de variables y poder realizar un mejor estudio Los sensores pueden ser tanto anemómetros de cazoletas, como veletas, sensores sónicos 3D o sensores de temperatura y presión Al mismo tiempo, se recopilan datos recibidos por sensores remotos ubicados en el suelo, LiDAR y SoDAR Estos datos se recogen cada diez minutos durante todo un año para su posterior análisis

4. Hipótesis y objetivos

El principal objetivo de este proyecto es determinar qué clase de aerogenerador es el más adecuado para el parque eólico de Jaulín, mediante los datos proporcionados por Gamesa y la aplicación de la normativa internacional existente (IEC 61400-1 Ed4), tanto desde un punto de vista económico como de un punto de vista civil

En distintos ejemplos de antiguos aerogeneradores situados cerca de la zona seleccionada y sabiendo que la velocidad media del viento es de 7 m/s aproximadamente, nuestro aerogenerador correspondería a la clase III La normativa establece que si la velocidad media anual de viento es inferior a 7,5 m/s, el aerogenerador será de clase III (ver Tabla 1)

Para dar más fuerza a la hipótesis, Global Wind Atlas proporciona información sobre la velocidad media del viento en el área del emplazamiento En este caso es menor que 7,5, entrando así en el rango de clase III (ver Anexos II y III).

Para ser más precisos, se ha asumido que el aerogenerador pertenece a la subclase B; que es la opción intermedia y habitual, debido a que no se dispone de suficientes datos para poder probarlo de una forma matemática. En esta zona no hay vegetación ni obstáculos, por lo tanto, la subclase B es la más neutral. En definitiva, la hipótesis final concluye que el aerogenerador debería ser de clase III B.

La normativa IEC 61400-1 Ed4 es la utilizada como referencia para corroborar la hipótesis:

Tabla 1: Tabla para la determinación de la clase del aerogenerador

Fuente: Normativa IEC 61400-1 Ed4.

5. Metodología

La metodología en este estudio está muy enfocada al análisis de datos y a la utilización de programas informáticos cómo las Hojas de Cálculo de Google Se plantea un estudio analítico y estadístico de los diversos datos recopilados en el parque eólico de Jaulín A continuación se expone una breve explicación de cómo esos datos deben ser tratados después de comprobar que toda la información es útil y correcta

5.1 Recopilación de datos

A lo largo de prácticamente un año, concretamente del 9 de octubre del 2007 a las 14:29 horas hasta el 5 de octubre del 2008 a las 23:43, se fueron recogiendo datos diezminutales de múltiples variables De cada una de estas variables se tienen los valores de cuatro subapartados estadísticos: media, desviación estándar, máximo y mínimo Las variables se encargan de analizar múltiples factores que serán tomados en cuenta a la hora de determinar la clase de aerogenerador óptima Los datos son recogidos gracias a varios dispositivos colocados a distintas alturas

El termómetro se encarga de medir la temperatura del aire en grados Celsius y está colocado a 10 y 120 metros de altura respecto del suelo

El barómetro recoge la presión atmosférica en milibares a 10 y 120 metros de altura respecto del suelo

Cinco veletas miden la dirección del viento en grados a 51, 70, 90, 120 y 140 metros del suelo

Por último, hay dos tipos de anemómetros: de cazoletas y sónicos El primero se encarga solamente de medir la velocidad del viento en metros por segundo (m/s) a alturas de 51, 70, 90, 118, 120 y 140 metros del suelo. El sónico no solo se encarga de medir la velocidad sino que también determina la dirección y el ángulo de flujo del viento a 51, 90, 120 y 140 metros de altura. Estos datos se recopilan en una hoja de cálculo como se muestra en la Figura 1.

Como se puede ver el dato T10, es decir, temperatura a los 10 metros de altura, se recoge cada 10 minutos y tiene 4 apartados estadísticos: “mean” que establece la media, “std” que es la desviación estándar, “max” que es el dato de mayor valor que se ha registrado y “min” que es el dato de menor valor registrado