Estudio del potencial eólico en mar abierto y optimización de la producción energética en la implantación de grandes parques eólicos marinos

Resumen

El agotamiento de las fuentes primarias de energía de origen fósil, las emisiones de gases de efecto invernadero y la necesidad de un consumo energético sostenible hacen necesario un cambio de modelo, con el uso preferente de las energías renovables, porque son, esencialmente, limpias, autóctonas e inagotables a escala humana, además de permitir un desarrollo sostenible de todos los países de nuestro Planeta. En la actualidad, la energía eólica, producida en los parques eólicos conectados a la red eléctrica, es la segunda fuente de energías renovables con mayor implantación a nivel mundial, con una potencia instalada de 591,5 GW a final de 2018, con una gran proyección de futuro en el contexto energético. En particular, la industria eólica marina, con una potencia instalada de 23,1 GW, repartida en más de 100 parques eólicos en funcionamiento, está basada en la experiencia de la industria eólica terrestre, así como en los códigos y normas de las implantaciones gasística y petroleras en el mar. No obstante, todavía existen barreras por superar, como la estimación de la energía producida por los aerogeneradores en mar abierto considerando las condiciones de contorno, lo que permitiría un estudio más completo de viabilidad de parques eólicos marinos. La identificación del potencial eólico en un emplazamiento marino es esencial para que un proyecto de gran envergadura se pueda llevar a cabo. La incertidumbre en la determinación de la producción energética se puede minimizar utilizando las expresiones que identifiquen la capa límite atmosférica marina, como la ecuación del perfil de la velocidad del viento con la altura de la teoría de semejanza, aplicable a la capa superficial atmosférica. En esta línea, se desarrolla un método de estudio para determinar la producción energética anual de un aerogenerador en mar abierto, que tiene en cuenta las variaciones continuas de la estabilidad atmosférica y la rugosidad de la superficie del mar, donde los datos de entrada del método propuesto y para la validación de los resultados se extraen de la plataforma de investigación alemana FINO 3. El objetivo es extenderlo a la forma habitual de las mediciones para un estudio de viabilidad energética, esto es, cuando son realizadas con mástiles de medidas, donde los datos meteorológicos se obtienen a cotas muy inferiores a las del buje de un aerogenerador. Por otro lado, se puede reducir la campaña de medidas en la fase de investigación de un parque eólico, cuando una distribución estadística describe de forma adecuada la variación de la velocidad del viento de la zona de estudio, siendo habitual que, en emplazamientos con vientos de moderados a fuertes, puedan ser representados por la distribución de probabilidad de Weibull, aunque no está descrita como una función general. Por esta razón, se realiza un estudio estadístico del viento aplicado a sitios en alta mar, con los datos de la plataforma de investigación FINO 3 y con dos boyas de la National Data Bouy Center. Los resultados obtenidos demuestran que, en determinadas latitudes, dicha distribución estadística no es representativa de la velocidad del viento. También, se ha realizado un estudio de las turbulencias del viento en mar abierto a distintas alturas de la capa superficial, considerando la estratificación atmosférica. Confirmándose, en todos los años, que las curvas de la intensidad de turbulencia en función de la velocidad del viento se mantiene por debajo de la curva de la clase C, de baja turbulencia, del modelo de turbulencia normal de la norma IEC 61400-3. Por último, otra línea de investigación desarrollada es la optimización de la implantación de parques eólicos marinos para configuraciones geométricas con alineaciones de aerogeneradores equidistantes, basada en la mayor extracción de la energía del viento debido a la menor interacción de sus estelas. El caso de estudio presentado se ha realizado con los datos de la boya de Gran Canaria, perteneciente a la red de boyas de aguas profundas (REDEX) de Puertos del Estado, del Ministerio de Fomento del Gobierno de España.