Energia Eolica

 

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Migue l Villarrubia  P r o fe s o r T i t u la r de  In g e n i ería d e S iste  Pr istema s  Faa c u ltltaa t de  F í   F  sic a U n i v e r s itat d e  B  Baa r c elo n a

© E dícíones Ceac, 2004 Planeta DeAgostinl P rof esio íón,, S.L esional y F onnacíón . Di agonal, 662 - 664 - 08034 Ba Avda Bar r c elona (España) itorialceac.com www.ed ediicionesceac@e-deusto. com ed

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I SB -7 SBN N : 84-329 Depósit o legal-: 1062 B - 34 . 238-2004

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ÍNDICE

G E NE R A L IDADE S . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . • . . . . . . . . . od uc 1 . 1 Intr od uccci ón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 .2 C la s ific ació n de lo s ae r ogene ogener ad ad ores eó l ic os . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . 1 .3 S ituac i ón d e la ener gí gí a eóli eólicc a y de su tecnología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 L a atmósfe ósfer r a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 .5 Estr u ctu ra ve ver r tic al d e la atmósfe ósfer r a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 .6 L a atmósfera es tándar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . 7 C ir c u laci ón atmosf éri éri c a gen eral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.8 E l vie nto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.

11

11

13 17 22 24

27 28 30

 p fenómenos  particular es: ve s l 1 .8 . 1 V ientos ori gi le n. ados 1 . 9 E s c ala B ea u for tgin . . . . . . or . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .e. s:. . . i. .n. t. o. . . o. c. .a. . s. . . .

34

2 MEDIDA Y TRATAMIENTO DE LOS DATOS E ÓL I COS

41 41 42 45

. ..... ... .

I ntrod u cción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 V e l oc id ad d el vi vieento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 V ariaci riacioone s de l a veloc idad d el vi ento . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 4 Med id a d el vie nto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . 2. 4.1 M ed id a de la vel veloocidad: anemóme tr o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.2 Med edid id a d e la d i r ec c i ón: veleta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. 4. 3 Ubic ació n d el sistem a d e medid a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . 5 F orm rmaas d e  pr es esen ireccióón entac tac ión d e los d atos d e vie nto: velocidad y d irecci

2.1

2.6 2. 7

A p  plic licaación de l a estad ís tica a cálcu cálculo los eólicos . . . . . . . . . . Tratamie nto estadí stic o de l os d atos del viento . . . . . . . .

..... ...... . .......... . .

37

47 47 49 50 51 57 63 L 0py ngh1ed rnater ctl

 

GENERALIDADES

DO

Introducc ión

Las f ue ue ntes de ener gía primari a se c l asifican en: es n o re n o v a b l es. e s. Son recu r sos sos formad os durante m u chos millo •  F  Fue ue n t es nes de años, que es tán al macenados en en el globo terrestre y que una vez consumid os por el el hombr e no vu vu elven a r egenerar  egenerar s e,  por lo cu al tienden a su ago tamien to progresivo (carbón,  petróleo, gas natur al al, uranio, e tc . )

rec u r sos que continuamente s e están regenerec rando a una ve velloc ociidad simil ar a la de su consu mo  p or el hombre (s olar , eólicc a,  b eóli  biiom omaasa, etc.) icaa es una de las f uen uentes de e nerg ías ren renovab l es par  par a l a que L a energía eó l ic se dispone d e una tecnología ma d u ra ,  por lo que s u ex plota  plotación ción es técnica y económicamente via via b  blle, en unas condici ciones ones de producción y co cosste com peenerg rgíía tr adicionales adicionales ( hidráulilica ca , térmica cl c lásica o titivas con las fuentes de ene termonuclear )  pressta una especial Actu almente son v arias las r azo azones por l as que s e  pre e nova b  partic rtic u l ar a la ene r gía ca . Entre ell as atención a las energías r enova  blles y en  pa gía eó lilica cabe c i tar: • L a nec es ar ia  b úsqu eda de f u entes de en erg rgíía no c onvencionales que umaa permitan atender la gra grann d em an d a de energía de las s ociedad es hum nas. Ca Cadd a vez el  plan  planeta eta está má máss  pob lad o, y el consumo de ene r gía gía  per cá pita au menta a m edid edidaa q u e las sociedades m enos desarro ll ad adas as ientatiend en a un mayor desar r r oll o. Ac tu al me nte, y só l o a títul o or ie tivo,  pu  puede ede o bser varse varse en l a tabl ablaa 1 . 1 la gra n di divvergencia q u e ex i s te porr habitante en tr e l as soc i ed ad adees i ndustrializadas entr e el consumo po y el resto de la  pobl  poblaci ación ón mu mundia ndial.l. •  F vabbl e s S on  Fuu e nt e s r e n o va .

~opyngh

rnat n 8 1

 

ldades Genel'al ldades

12

1lmla l. l. Consuma anual  per ápitade energía primaria en 2001 (re p/persona y año)

EE.UU.

OCDE

Antigua

URSS

Oriente M edio

China

undiall M undia

2. 31 0. 90 3 . 24 7 .98 4.68 Poblaci ón mundial. Mo 2001 : 61 00 mill ones: año 2030: 8000 mil lones •

1. 64

L a necesidad de potenciar fuentes de energía que ahorren combus tibles fósiles (carbón,  petróleo y gas) para reducir el uso de recur s os agotables y  por lo tanto promover un modelo de desar r  rollo o   llo sosteni ble,, además de diversificar los suministros energéticos mediante el  ble uso de de fuentes propias de energía para lograr una mayor independenciaa energética de otros países ci

•

Limitar la emisión de gases contaminantes (efecto invernadero, aciacidificación de la atmósfera, destrucción de la capa de ozono, etc.) y residuos sólidos y líquidos con  potencial de contaminación química  y radiactiva.

Las principales

siguientes: ventajas de la energía eólica son las sigui

•  No hay emisión de gases contaminantes es,, ni de efluentes líquidos gaseosos ni de resi duos sólid lido os. Tampoco utiliza agua.

y

•

E s una fuente energía renovable, sin requerir procesos de extracción subter rá ráneos o a cielo a bierto como ocurre en minería o geotermia.

•

Su uso y  posibles incidentes en su explotación no im impplilican can riesgos ambientales de gran impacto (de rr ames, ames, ex ex p  pllosiones, incendios, e tc.)

•

Ahorra

com bustibles fósiles y diversifica el suministro energético.

Los pr incipales  problemas asociados con la energía eólica s on: •

E l viento es disperso y de gran variabilidad y fluctuación ( tanto en velocidad como en dirección),  por lo que no todos los los lugares son adecuados  par a una ex ex plotación técnica y económicamente viable de la energía eólica.

imppacto medioam biental se Su im se p  produce a escala local y se ce ntra mentalme nte en los s iguientes aspectos: •

funda-

ador  pu  pueede producir un r uiAu mento del nivel de ruido: un aerogener ador do que  podría lle gar a ser molesto si está situado en un lugar ce cercano a un núcleo habitado. C opy ngllled material

 

 Ener¡ía eó eólk lk :a

13

•

Impacto visual: generalmente los parques eólicos para la producción de electricidad a gran escala se sitúan en las zonas más al alttas de las colinnas o elevaciones d el terreno, por lo que pueden producir un cier coli to impacto paisajístico al destacar la línea de máquinas máquinas sobre el perfil d e la cresta de la montaña.

•

Impacto sobre la fauna, en particular sobre las aves.

•

Ocupación del suelo: los parques eólicos requieren un área d e terr eno eno considera b le dad o que se deben mantener distancias entre aerogeneradores del orden del centenar de metros a fin de evitar los efectos de sombra eólica o de de la  pertur  ba  bacc ión de las máquinas entre ellas mismas. P a r a grandes aerogeneradores , en la escala de 0.5-1.5 MW, la oc ocu u pación del su sueelo puede situarse del orden de 2 a 10 ha  por aerogenerador , aunque sólo alrededor d e un 5 º l o del ter reno reno queda inutilizado,  pud  pudiiendo e l resto ser usado para fines agrícolas o agropei a unitaria (un campo de 40 generadores de 600 kW de pot cuar iosocupar  poten enccuna  puede una línea de unos 4 a 6 k m de la c r esta esta de cadena montañosa).

•

ecttromagnéticas: los rotores de Interferencias con transmisiones e lec eólilicas pueden producir interferencias con los campos las centr ales eó electromagnéticos y af ecta ectar a la tr ansmisión ansmisión de señales (telefonía, televisión, radio, etc.)

ior mente mente citados, la enerA  pesar de los efec tos medioambientales anter io gía eólica presenta un elev evaad o nivel de aceptación socia l  por parte de la  po blaa ción frente a otros tipos de energía (nu c lea  bl ear  r , térmicas de carbón, etc.) que muestran unos niveles de rechazo mu c ho más e lev evaad os.

DE Clasificación de los aerogeneradores eólicos Los aerogener ad ores se pueden clasificar de acuerdo a su  potencia nominal en:

a)  M  Miic roturbinas (