Modelizaci n y an lisis num rico en el sector de la energ a e lica

MODELIZACIÓN
Y

ANÁLISIS NÚMERICO
EN EL SECTOR DE
LA ENERGÍA EÓLICA

MODELOS PARA DIFERENTES APLICACIONES EN LA
OBTENCIÓN DE ENERGÍA EÓLICA
En el sector de la energía eólica es necesario modelizar tanto los efectos orográficos como las
estelas de las turbinas, que afectan a los aerogeneradores próximos.
Para realizar estas modelizaciones es preciso tener los datos meteorológicos o bien de unaestación
cercana o de una propia del parque. Siendo en ocasiones necesario inferir los vientos a una altura y
posteriormente bajarlos a la altura del parque.
Dependiendo de la complejidad del terreno escogeremos unos modelos u otros. Así, para terrenos
complicados tenemos: Fluent, Phoenics, WindSim o Meteodyn entre otros. Mientras que para
terrenos sencillos utilizamos Wasp o UPMORO.
El problemaconsiste en la resolución de las ecuaciones de conservación de masa, de cantidad de
movimiento (3 ec.), de energía y de fracción másica de vapor. Estas dos últimas se suelen utilizar
únicamente cuando hay grandes variaciones de densidad.
Después se imponen las condiciones de contorno, condiciones de forma y rugosidad y condiciones
meteorológicas, y se modelan las turbulencias.
Dichas turbulencias secaracterizan por tener un aparente desorden, multitud de escalas espaciales y
temporales, intensos procesos de mezcla y Reynolds elevados.
En la simulación de las turbulencias se suelen utilizar modelos de cierre turbulentos para calcular
los términos de transporte turbulentos. En estos modelos se añaden 2 o 7 ecuaciones de
conservación adicionales.
Como ya se ha mencionado al comienzo, una de lasclaves para la modelización de los parques
eólicos es el estudio de las estelas de las aeroturbinas.
Debemos buscar el emplazamiento óptimo de las máquinas, de manera que se aprovechen aquellos
lugares con más potencial eólico minimizando al mismo tiempo los efectos negativos asociados a la
interferencia.
El viento es menos intenso en la estela del aerogenerador, dando lugar a que la producciónenergética de una máquina situada a sotavento de otra disminuya. Además, el nivel de turbulencia
en la estela es mayor que en el viento libre, dando lugar a que aumenten las cargas no permanentes
sobre la máquina a sotavento, y a que su vida se acorte por el fenómeno de fatiga.
Para optimizar la producción se puede controlar la aeroturbina que está aguas arriba de manera que,
aunque produzca menospotencia, su estela sea menos intensa y el efecto global sea beneficioso, o
podemos modificar la orientación de la aeroturbina desalineándola con el viento.
Los modelos más sencillos son los denominados cinemáticos, que presuponen la forma del perfil de
velocidades en la estela, y se basan en leyes simples de difusión de la estela.
El código UPMWAKE,desarrollado en la UPM, supone que laaeroturbina está inmersa en una
corriente básica no-uniforme correspondiente a la capa superficial de la capa límite terrestre.
Las ecuaciones que describen el movimiento fluido son similares a las del estudio de los efectos
topográficos: conservación de masa, cantidad de movimiento, energía, conservación de la energía
cinética turbulenta y de su ritmo de disipación.

Despreciando la difusión turbulenta yla variación de presión en la dirección del viento incidente, el
problema se hace parabólico.
En el caso de un parque con muchas aeroturbinas se utiliza una extensión del UPMWAKE
denominado UPMPARK, residiendo su principal diferencia en la aplicación de las condiciones de
contorno.

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Interés para futuros graduados en Ingeniería de la Energía

Una de las salidas para un graduado en Ingeniería dela Energía es el sector de las energías
renovables, grupo al cual pertenece la energía eólica.
Dicha energía no es solo la energía que más demanda cubre
en España (segundo país europeo con más capacidad
instalada) dentro de las renovables, sino que ha llegado a
superar a las tradicionales en 2013.
En los últimos años además de la tradicional energía eólica
terrestre se está desarrollando la...