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Proyecto: Instalación eléctrica de un parque eólico de 14 MW

Anexo Evaluación del Recurso Eólico

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ÍNDICE 1. Introducción.............................................................................................................. 2 2. Descripción del emplazamiento................................................................................ 3

3. Campaña de medidas ............................................................................................ 3 3.1. Inicio y desarrollo de la campaña de medidas....................................................... 3

3.2. Incidencias y Disponibilidad de Datos .............................................................. 5 3.3. Conclusiones de la campaña de medidas........................................................... 6 3.3.1. Potencial Eólico.............................................................................................. 6 3.3.2. ......................................................................................................................... 6 3.3.3. ......................................................................................................................... 7

3.4. Estimación de la densidad del emplazamiento ...................................................... 7 4. Extrapolación a largo plazo ...................................................................................... 7 5. Extrapolación vertical............................................................................................... 8 6. Modelización del campo de vientos ............................................................................. 9 7. Disposición de los aerogeneradores y cálculo energético .......................................... 10 8. Conclusiones............................................................................................................... 11 9. Resultados proporcionados por la evaluación del recurso eólico............................... 13



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1. Introducción Este documento recoge medidas de viento realizadas durante los seis últimos años en

una estación meteorológica que tiene Endesa Cogeneración y Renovables en el mismo

emplazamiento donde está situado el parque eólico en cuestión que permiten un análisis

de frecuencia, dirección y velocidad de los vientos de la zona. Permite la previsión de

los mismos en un horizonte temporal considerable.

En la Comunidad Autónoma de Andalucía existen varias áreas de recurso eólico

medio-alto, donde es factible la instalación de aerogeneradores para su

aprovechamiento energético. Endesa Cogeneración y Renovables, inició las tareas de

identificación en la provincia de Cádiz, más concretamente en la comarca de La

Janda, en 1997, instalando torres de medida en varios puntos de la zona.

Los emplazamientos de los parques eólicos de esta área se encuentran localizados en

una zona muy cercana al estrecho de Gibraltar, que como ya es sabido, es una de las

zonas de mayor potencial eólico dentro de la península Ibérica.

Como se verá en el presente informe, las mediciones realizadas a lo largo de los

últimos años confirman que los parques eólicos cercanos al estrecho son, en su

mayoría, parques con un recurso eólico alto y por sus características, muy aptos para

su aprovechamiento energético.

En este informe se presenta un estudio de evaluación del recurso del parque eólico

objeto del proyecto, la disposición de aerogeneradores considerada, y una estimación

de la producción energética según la alternativa presentada. El diseño del parque

eólico se ha realizado considerando aerogeneradores GAMESA G-87, con una

potencia nominal de 2000 kW, y a una altura de buje de 67m.

El parque eólico está formado por siete aerogeneradores G-87, con una potencia total

instalada de 14 MW.



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2. Descripción del emplazamiento El emplazamiento del parque eólico se encuentra en el término municipal de Vejer de la

Frontera, a pocos kilómetros de la costa y en los parajes conocidos como Cerro del

Puerco y Los Cumplimientos.

Los aerogeneradores se colocan a lo largo de una cuerda norte-sur, entre 110 y 90

metros de altura sobre el nivel del mar. Esta es la mejor orientación ya que permite una

exposición óptima a los vientos predominantes de la zona, que proceden del este y el

oeste.

3. TCampaña de medidasT

3.1. Inicio y desarrollo de la campaña de medidas

La campaña de medidas en la comarca de La Janda se inició en el mes de marzo de

1997, con la instalación de la estación anemométrica que se maneja para llevar a cabo

esta evaluación del recurso eólico, denominada “Estación Anemométrica de Caños de

Meca”. Posteriormente, según se fueron identificando otras zonas dentro de la

comarca, susceptibles de tener un buen nivel de recurso eólico, se fueron instalando

un mayor número de estaciones de medición para la correcta evaluación del recurso

eólico en cada parque.

Para realizar la evaluación del recurso eólico del parque eólico vamos a emplear los

datos de la estación anemométrica en cuestión, que tiene un periodo de datos de seis

años, con buena disponibilidad de los mismos, y cuya calidad es alta. Por otro lado

la distribución direccional registrada por esta estación es la característica en zonas

cercanas al estrecho.

La estación de Caños de Meca es por todo ello una buena estación de referencia, que

además se utiliza para la estimación de las velocidades a largo plazo en otras

estaciones de la zona.

A continuación se da una breve descripción de la estación de medida:



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Estación Caños de Meca: Está dotada con sensores de velocidad a 40, 26 y

10 m de altura, y de dirección a 40 y 26 m, almacenando valores medios cada

60 minutos.

El sistema de adquisición de datos de esta estación es modelo NRG 9200+, que

registra valores medios en promedios de 60 minutos a partir de las medidas

tomadas con una frecuencia de muestreo de 0.5 Hz.

Los datos aportados por esta estación de medida permiten la simulación del campo de

viento de la zona, obteniéndose la variación, tanto espacial como en altura, del

recurso eólico en el emplazamiento.

En la XTabla 1 X se indica el código identificativo de la estación, sus niveles de medida, su

posición en coordenadas UTM, y su altitud sobre el nivel del mar:

Tabla 1. Características de la estación meteorológica

Código Estación Niveles Coordenadas UTM Huso 30S (m)

Altitud (m)

0320 Caños de Meca 40, 26 y 10 228700 4013258 90

En la XFigura 1X se representa la ubicación de la estación anemométrica en cuestión:



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Figura 1.Ubicación de la estación anemométrica

3.2. TIncidencias y Disponibilidad de DatosT

En general no se han producido incidencias relevantes a lo largo de la campaña de

medidas. Únicamente se ha producido alguna avería de los sensores, aunque siempre se

ha procurado sustituir los averiados lo antes posible.

En la XTabla 2 X se indica el periodo completo de medidas, los niveles de medida y la

disponibilidad de los datos de velocidad a tres niveles:



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Tabla 2. Características de las medidas Estación Niveles Periodo de medidas Disponibilidad

(40, 26 y 10 m)

Caños de Meca 40, 26 y 10 m 25/03/97 8/05/03 12 % 79 % 71 %

El hecho de que la disponibilidad de datos del nivel superior de 40m sea

apreciablemente inferior al de los otros dos niveles, se debe a que inicialmente esta

estación sólo tenía dos niveles de medida, a 26 y 10m. Posteriormente, en mayo de

2002, la estación se elevó a 40m de altura. Por lo tanto sólo se dispone de datos de

velocidad y dirección a 40 m desde mayo de 2002.

Por esta razón para la evaluación del recurso eólico del parque eólico se van a emplear

los datos de velocidad y dirección registrados por el nivel de 26m.

En el noveno apartado de este documento, se presentan estadísticas detalladas de la

estación anemométrica de Caños de Meca (velocidad media, potencia media,

parámetros de Weibull, intensidad de turbulencia media, rachas máximas, rosas de

viento y energía, función densidad, etc.)

T3.3T. TConclusiones de la campaña de medidas

3.3.1. Potencial Eólico

El análisis de los datos revela un potencial eólico muy alto en la zona, con velocidades

medias de 7-7.5 m/s.

T3.3.2.T TDistribución direccional de vientoT

Del análisis de las medidas registradas por la estación anemométrica de Caños de Meca

se desprende que las direcciones más frecuentes son las de ESE, E y W, como es

característico en esta zona tan cercana al estrecho. Más concretamente, el sector ESE, a

lo largo del periodo de medidas, es el más frecuente, con una frecuencia del 19%, y un

contenido energético del 59%. En segundo lugar, el sector E es el más frecuente, con un



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12% de frecuencia y un contenido energético del 13%. Por último el W es el tercer

rumbo más frecuente, con una frecuencia del 10.5% y un contenido energético del 6%.

T3.3.3.T TVariabilidad diaria T

Existe una marcada oscilación de la velocidad del viento según la hora del día. Los

valores máximos se dan entre las 13:00 y 15:00 GMT, y los valores mínimos se dan

entre las 5:00 y las 6:00 GMT. En efecto, examinando las velocidades medias para cada

hora solar, observamos que a partir del amanecer el viento va aumentando

paulatinamente hasta alcanzar su máximo poco después de mediodía. Luego vuelve a

descender progresivamente, llegando a los valores más bajos en las horas previas al

amanecer. La máxima diferencia de velocidad media entre unas horas y otras es del

orden de 2-3 m/s. Esto resulta favorable, ya que la generación se adaptará mejor a la

curva de demanda de energía eléctrica.

En el apartado noveno de este documento se muestran las estadísticas detalladas y

resultados obtenidos a lo largo de la campaña de medidas para la estación de medición

de Caños de Meca.

3.4. Estimación de la densidad del emplazamiento

Para realizar una estimación de la densidad del emplazamiento a evaluar partimos del

observatorio que el Instituto Nacional de Meteorología tiene en Tarifa, con un largo

periodo de datos de temperatura y presión comprendido entre 1960 y 1990.

Considerando una situación de equilibrio hidrostático en atmósfera estándar se ha

obtenido una densidad media para el parque eólico de 1.200 kg/mP

3P, lo que corresponde a

un factor de densidad del 98%.

4. EXTRAPOLACIÓN A LARGO PLAZO Para hacer una estimación del recurso eólico a largo plazo es necesario el uso de un

observatorio de referencia con un periodo de medidas de varios años de forma que se

puedan comparar las medidas obtenidas durante la campaña con las que se obtendrían

en un año medio.



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Como ya se ha comentado en este informe, la estación de Caños de Meca dispone de un

periodo de seis años de datos, que abarca desde marzo de 1997 hasta la actualidad. Al

mismo tiempo la disponibilidad y calidad de los datos son altas. Por otro lado, la

distribución direccional de viento registrada por esta estación es la característica de esta

zona cercana al estrecho.

Se considera, por tanto, que se trata de una buena estación de referencia puesto que

aunque es sabido que la recomendación a la hora de estimar la velocidad a largo plazo

en un emplazamiento es utilizar una estación de referencia con 10 años de datos, un

periodo de seis años arroja un buen resultado.

En la XTabla 3X se indica la velocidad estimada a largo plazo para la estación de medida

de Caños de Meca.

Tabla 3. Velocidad media estimada del emplazamiento

ESTACIÓN Velocidad a largo plazo

(m/s)

Caños de Meca (26m) 7.25

5. TEXTRAPOLACIÓN VERTICALT Con el objeto de disminuir el error en la estimación de la velocidad de viento a la

altura del buje del aerogenerador, partiremos para todos los cálculos de las series de

datos registradas por el nivel que se encuentra a mayor altura, siempre y cuando la

disponibilidad de datos de ese nivel sea alta.

En este caso partiremos del nivel de medida de 26m puesto que es el de mayor

disponibilidad.

El aerogenerador seleccionado para realizar la evaluación de los parques eólicos de la

comarca de La Janda es el GAMESA G-87, a 67m de altura, con lo que será necesario

extrapolar las velocidades obtenidas a dicha altura de buje.



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Para ello se va emplear el coeficiente a (exponente del perfil potencial de

velocidades).

En la XTabla 4X se presenta el perfil vertical de la estación de Caños de Meca. También

se indica la velocidad media extrapolada a largo plazo y a la altura de buje del

aerogenerador.

Tabla 4. Perfil vertical de la estación

Estación Exponente Vlp a 65m (m/s)

Caños de Meca (26/10) 0.075 7.77

T6.T TMODELIZACIÓN DEL CAMPO DE VIENTOST

Con objeto de evaluar el efecto que la topografía y la rugosidad superficial del

terreno tienen en el comportamiento del viento, y la variabilidad espacial del recurso

eólico, se lleva a cabo una modelización del campo de vientos. Para llevar a cabo

dicha modelización se ha empleado el código WAsP (Wind Atlas Analysis and

Application Program), en su versión 7.2, desarrollado por RISO National Laboratory

(Dinamarca), específicamente para la evaluación del recurso eólico.

Por otro lado se ha utilizado para la modelización del campo de vientos:

♦ Topografía digitalizada

Cartografía digital en escala 1:25000 de la zona, suministrada por el Centro

Nacional de Información Geográfica.

♦ Rugosidad superficial

Se han considerado longitudes de rugosidad asociadas a las diferentes características

y usos del terreno.



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♦ Datos de viento

Para la modelización del campo de vientos se van a utilizar los datos de viento

registrados por el nivel de 26m de la estación de Caños de Meca, extrapolados a

largo plazo, y extrapolados a la altura del buje del aerogenerador, según lo visto en

el apartado anterior.

Se ha optado por validar en velocidad media, densidad de potencia y producción.

Los resultados de producción energética que predice el WAsP, se comparan con los

resultados de producción que se obtienen de integrar la función de densidad de la

serie de datos registrada por la estación, con la curva de potencia en cuestión.

♦ Curvas de Potencia

Se ha empleado la curva de potencia del aerogenerador G-87, adaptada a la

densidad del emplazamiento, 1.200 kg/m P

3P.

T7.T TDISPOSICIÓN DE AEROGENERADORES Y CÁLCULO ENERGÉTICOT

Con los resultados obtenidos de la modelización del recurso eólico se ha procedido a

realizar la implantación de aerogeneradores.

Para realizar la disposición de aerogeneradores se ha prestado especial atención a las

características del terreno, a los resultados obtenidos a partir de la modelización y a las

direcciones de viento predominantes, todo ello con la intención de minimizar las

pérdidas por efecto estela, por un lado, y con el objeto de maximizar la producción por

otro. También se han tenido en cuenta las restricciones impuestas sobre la

disponibilidad del terreno, medioambientales, y otras como distancia mínima a la

carretera, distancia a líneas eléctricas, etc.



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• Cálculo de la producción energética

Una vez modelizado el campo de vientos en el emplazamiento a evaluar y realizada la

disposición de máquinas, se obtienen las producciones para cada aerogenerador y los

correspondientes factores de estela de cada uno de los aerogeneradores. Estos

cálculos se realizan también mediante el código WAsP 7.2, que ya integra el antiguo

código PARK.

Los resultados obtenidos mediante WAsP han de ser validados y en su caso

corregidos, si se separan mucho de la situación real. Esta validación se realiza en

velocidad de viento, densidad de potencia, y producción. Especialmente importante

es esta última, al ser, en última instancia, la variable que se pretende calcular. Para

realizar estas correcciones se comparan los resultados arrojados por WAsP con los

datos reales sobre cada una de las estaciones de medida. Esta validación ya incluye

las correcciones por desajuste entre la distribución de Weibull y la distribución real,

que es especialmente importante en áreas cercanas al estrecho donde suelen discrepar

bastante ambas distribuciones debido a las características particulares del viento en

esa zona.

Teniendo en cuenta el análisis de los datos y los resultados obtenidos en la

modelización, se considera la posible instalación de un parque eólico con una potencia

máxima de 14 MW aerogeneradores, dispuestos en una única hilera con orientación

Norte-Sur.

8. CONCLUSIONES

De los resultados obtenidos de la modelización del recurso eólico se puede concluir

que el emplazamiento donde se ubica el Parque Eólico Caños de Meca se presenta

como una de las zonas de mayor potencial eólico dentro de la Comunidad Autónoma

de Andalucía.

Como se puede observar en los mapas de isoventas e isoproducción incluidos en el



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apartado noveno de este documento, la velocidad teórica calculada se encuentra entre

los 7.5-8 m/s, a lo largo de toda la cuerda donde se ubican los aerogeneradores. Esto

se traduce en unas producciones medias por aerogenerador GAMESA G-87 instalado,

de unas 3500-3750 horas equivalentes anuales brutas (sin pérdidas por estela).

Por otro lado la disposición contemplada en este estudio permite una buena

exposición de los aerogeneradores a los vientos dominantes de esta zona, que como

es característico en zonas cercanas al estrecho, proceden de levante y de poniente. La

orografía del terreno permite una disposición de la hilera de aerogeneradores

justamente en dirección N-S, de forma que los aerogeneradores se encuentran

perfectamente expuestos a los vientos procedentes del este y el oeste.

En cuanto a la distribución diaria de la energía se observa que se presenta una

variabilidad apreciable de la velocidad de viento a lo largo del día, con diferencias

de velocidad que llegan a alcanzar los 2-3 m/s entre las horas centrales del día y las

de la noche. Efectivamente, se observa que a partir del amanecer el viento va

aumentando paulatinamente hasta alcanzar su máximo un poco después del

mediodía. Luego vuelve a descender progresivamente, llegando a los valores más

bajos en las horas previas al amanecer. La máxima diferencia de velocidad media

entre unas horas y otras es del orden de 3 m/s. Esto resulta favorable, ya que la

generación se adaptará mejor a la curva de demanda de energía eléctrica.



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9. RESULTADOS PROPORCIONADOS POR LA EVALUACIÓN DEL RECURSO EÓLICO

DATOS DISPONIBLES DE LA ESTACIÓN ANEMOMÉTRICA

Período de datos: 25/3/97 - 8/5/03 Intervalo de medida: 60 minutos Número de observaciones: Número de horas:

42656 42656

26m 10m

Muestra de datos de velocidad: Muestra de datos de velocidad y dirección*:

42 263 30 906

38 087 30 866

RESUMEN

26m 10m Velocidad media (mis): Velocidad máxima (mis): Dirección de la velocidad máxima: Potencia media (W/mP

2P):

Parámetro de Weibull A (mis): Parámetro de Weibull k: Turbulencia media (V > 6 m/s): Turbulencia máxima (V > 6 m/s): Rafagosidad media (V > 6 m/s): Rafagosidad máxima (V > 6 mis):

Exponente de ley potencial (V > 6 m/s): Longitud de rugosidad aparente (m, V > 6 mis):

7.19 30.0

- 570 7.7

1.48 0.08 0.82 1.24 3.46

0.074 0.000

6.58 28.0

- 491 7.1 1.40 0.09 0.68 1.27 3.05

RUMBOS PREDOMINANTES

Nivel 26 m Rumbo Frecuencia Velocidad Energía (%) (mis) (%)

12.0 59.1 8.0 13.2 6.8 6.2

ESE 18.8 E 11.7 W 10.5 WNW 10.3

6.9 6.0

Nivel 10 m Rumbo Frecuencia Velocidad Energía (%) (mis) (%)

ESE 18.8 11.4 61.8 E 11.7 7.4 13.6 W 10.5 6.1 5.6 WNW 10.3 6.3 5.7



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Tabla 5. Distribución de velocidades al nivel de 26 m



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Tabla 6. Distribución direccional al nivel 26m



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Tabla 7. Distribución velocidades 10m



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Figura 2. Distribución direccional del viento, frecuencia y velocidad media



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Figura 3. Distribución direccional y energía



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Figura 4. Distribución de Weibull del emplazamiento



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Figura 5. Variación diaria de la velocidad del viento

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