“Mapas de viento: de la escala sinóptica al … Marti_CENER.… · Diseño de la campaña de...
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“Mapas de viento: de la escala sinóptica al
aerogenerador”
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Ignacio Martí
Centro �acional de Energías Renovables
www.cener.com
(CE�ER)
Wind Power Expo 2009. Zaragoza.Wind Power Expo 2009. Zaragoza.
Diseño de la
campaña de medidas
Acoplamiento
Mesoescala - CFD
Tratamiento estadístico
Modelos mesoescala
SKIRO�
Determinación
VrefHuracanes
Áreas de conocimiento necesarias para elaborar mapas eólicos
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Mesoescala - CFD
Modelo CFD
SKIRO�
Offshore
CFD SKIRO�Interacción estela-terreno
Modelo CFD
Análisis de red
Estático Dinámico
GlobalWindGlobalWind: de la escala sinóptica al aerogenerador
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¿Cómo desarrollamos nuestra metodología?
A�EMOS
A�EMOS.plusUpWind
Metodología desarrollada en colaboración con:
� Universidad de Atenas (Grecia).
� Universidad Complutense (España).
� Von Karman Institute for Fluid Dynamics (Bélgica).
Validación en 100 torres
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POW’WOW SafeWind
WAUDIT
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).
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� 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).
MEDIDAS
SKIRON0.05º x 0.05º
GFS1º x 1º
6 AÑOS SIMULACIONES
HORARIAS
VALIDATION FILTRADO
CFD
Mapas de recursos eólicos en tierra y mar con análisis de la red eléctrica
5m x 5m
ESTELAS
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MEDIDASVALIDATION FILTRADO
SISTEMA INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
SERIES HORARIASDE VIENTO, T, P
MAPA 1km x 1km
GIS WEB SERVICE
SIMULACIÓN DE RED PSS
30%
35% Variabilidad mensual de la velocidad de viento
5
6
Vel
oci
dad
med
ia [
m/s
]
Wind direction validation example
Validación con más de 100 estaciones meteorológicas
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0%
5%
10%
15%
20%
25%
-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)
%
0
1
2
3
4
5
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Mes
Vel
oci
dad
med
ia [
m/s
]Estación Jerba Modelo Skiron
Bias global < 0.2 m/s -> mapas de viento precisosMAE (valores horarios) < 1 m/s -> series horarias de viento precisas
Comparación mesoscale-satélite con medidas
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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) MESO1,92 1,88 41 19
Validación offshore en FINO-1 (Mar del Norte)
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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%
Otros mapas GlobalWindAnomalías, Vref, IT efectiva, clase IEC
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0
0.18
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.
GlobalWindGlobalWind
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• Mapas de densidad.• Mapas de niveles de turbulenciaambiente y añadida.• Mapas de inclinación de flujo.• Mapas de zonas protegidas.• Mapas de distancia a red.• Mapas de capacidad de evacuaciónde 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).
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Simulación precisa de viento, turbulencia, perfil vertical
en todo tipo de terrenos (tierra y mar)
ACELERACIÓN LOCAL DEBIDA AL TERRENO AGUAS ARRIBA Y AGUAS
ABAJO DE LA COLINA DE ASKERVEINMODELO CFD
MODELO LINEAL (WAsP)
MEDIDA EXPERIMENTAL
vs
vs
Validación CFDwind en Askervein
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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
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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,
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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.
~100 kms
~1-10 kms
~100 m
Simulación de todas las escalas con o sin medidas
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Flujo MESOSCALA
Flujo MICROESCALA
Flujo GLOBAL
~10 m
~1 mm
¿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:
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Modelos CFD:�Modelos CFD: simulación LES (WAUDIT).�Modelos CFD: acoplamiento con modelos de diseño de aerogenerador (WAUDIT).
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C/ Ciudad de la Innovación, 731621 Sarriguren – Navarra
(Spain)
Tel.: +34 948 25 28 00Fax: +34 948 27 07 74Email: [email protected]
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