“Mapas de viento: de la escala sinóptica al … Marti_CENER.… · Diseño de la campaña de medidas Acoplamiento Mesoescala -CFD Tratamiento estadístico Modelos mesoescala SKIRO˚

“Mapas de viento: de la escala sinóptica al

aerogenerador”

www.globalwindmap.comwww.globalwindmap.com

Ignacio Martí

[email protected]

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


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


¿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


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).


� 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


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


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


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)


Validación offshore en FINO-1 (Mar del Norte)


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%

Mapa público con soporte GIS vía web


Mapa público con soporte GIS vía web


Otros mapas GlobalWindAnomalías, Vref, IT efectiva, clase IEC


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


• 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).


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



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


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,


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


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:


Modelos CFD:�Modelos CFD: simulación LES (WAUDIT).�Modelos CFD: acoplamiento con modelos de diseño de aerogenerador (WAUDIT).


C/ Ciudad de la Innovación, 731621 Sarriguren – Navarra

(Spain)

Tel.: +34 948 25 28 00Fax: +34 948 27 07 74Email: [email protected]

www.cener.com

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