FUNDAMENTOS DE ENERGÍA EÓLICA

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- ASPECTOS AMBIENTALES -

Ricardo Ignacio Pereira Martínez.

Docente Universidad Cooperativa de Colombia Ingeniero Industrial – UCC.

Administrador Financiero – IU CESAMAG Estudiante de Maestría en Ingeniería Ambiental – Universidad Mariana.

Energías renovables:

Son aquellas fuentes de energía que se renuevan de forma continua en contraposición con los combustibles fósiles y el uranio, de los que existen unas determinadas disponibilidades agotables en un plazo más o menos largo.

CSIC, Madrid, 2011.

El VIENTO

… el viento es una entidad del paisaje, hijo del sol y de la tierra, que es capaz de transferir energía para: agregar valor en la producción, proveer de comodidad y seguridad a la sociedad; y para sustentar el desarrollo local.

El viento se produce por el movimiento de las masas de aire en la troposfera.

FACTORES: Posición de continentes y océanos.

Relieves de los continentes.

Efecto Coriolis.

1. FACTORES RELATIVOS Al VIENTO

¿Dónde buscar?

Los movimientos de masas de aire hay que buscarlos en los gradientes de presión existentes, debidos a los gradientes térmicos originados por la radiación solar recibida sobre la tierra.

VARIABLES A CONSIDERAR:

- Origen del viento.

- Gradiente horizontal de presión (isobaras - fuerza de Corolis).

- Rugosidad del terreno. - Estabilidad atmosférica.

- Variación vertical del viento.

- Circulación general (zonas terrestres) - Efectos locales de producción de viento (Térmico – geográfico)

El gradiente horizontal de Presión:

Los movimientos de masas de aire hay que buscarlos en los gradientes de presión existentes – (Isobaras – isohipsas).

…a mayor gradiente de presión, mayor velocidad de viento...

La fuerza de presión por unidad de masa perpendicular a las isobaras -1/ρ ⋅ ∂p/∂n=-2 ⋅ Ω ⋅ sen ϕ Viento geostrófico ⋅ v Fuerza de Coriolis.

Vg=(g/2) ⋅ (1/ ⋅ Ω ⋅ senϕ) ⋅ ∂z/∂n=1/ ⋅ (2 ⋅ Ω ⋅ senϕ) ⋅ ∂p/∂n

LA VELOCIDAD DEL VIENTO es un factor DETERMINANTE

POTENCIA EOLICA

P=1/2dAv 3

Se estiman adecuadas velocidades medias del viento de entre 3 y 5 m/s con frecuencias ojalá superiores al 60% que se consideran condiciones de viento estables.

Espiral de Eckman

El rozamiento superficial afecta a la velocidad

Estabilidad atmosférica

A medida que se asciende en altitud, la temperatura desciende.

Atmósfera Neutra d1=d2 Atmósfera estable d1d2

Gradiente vertical de temperatura: 0.98ºC/100 m - aire seco.

0.65ºC/100 m - atmósfera estándar

Rugosidad del terreno Variación vertical del viento

Rugosidad --- Sumidero de cantidad de movimiento --- Turbulencia.

longitud de rugosidad: Zo=0.5

⋅

S

⋅

h/Ah

Se supone atmósfera neutra y se estima una longitud de rugosidad, y a partir de las medidas de viento a un nivel z, y estimar los resultados a otra altura z’

Circulación general

Cerca del ecuador, la baja atmósfera se calienta, creando una depresión que succiona viento de ambos hemisferios. A ambos lados de la zona de baja presión soplan los vientos alisios, de componente

ESTE

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Efectos locales Vientos de origen Térmico BAJO

APROVECHAMIENTO

Vientos de origen geográfico ALTO

APROVECHAMIENTO

Son vientos muy regulares y se dirigen hacia el ecuador.

PRODUCTOS ESPERADOS :

- Potencia eólica disponible :

Potencia eólica aprovechable Limitante : Máxima potencia extraíble

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Limitaciones de la máquina Factor de capacidad de la máquina.

Límite de Betz: 59,25%

PLANTA DE ENERGIA EOLICA

Se estima que el recurso total de que dispone la tierra, y que es técnicamente recuperable, ronda los 53.000 TWh/año.

2 Veces la demanda estimada mundial para 2020

EFECTOS AMBIENTALES ADVERSOS:

1. Ruido y turbulencia.

2. Afectación a especies migratorias.

3. Afectación a avifauna.

4. Paisaje.

5. Intervención compleja.

6. Afectación a flora.

7. Procesos erosivos del suelo.

El Proyecto URKUWAYRA

… pretende explorar la disponibilidad del recurso energético eólico, que pudiera ser aprovechable en los vientos regulares de unas determinadas zonas en el altiplano nariñense.

URKUWAYRA

URKU que significa montaña WAYRA que traduce viento.

Visión general del proyecto

La visión de URKUWAYRA es la de convertirse en una experiencia investigativa de exploración del recurso eólico, capaz de extenderse hacia una mayor cobertura geográfica y de gestar proyectos de generación de energía eléctrica desde fuentes ambientalmente renovables y sostenibles en el departamento de Nariño.

La exploración se haría con 3 estaciones meteorológicas instaladas a una altura de 10 m. capaces de medir parámetros del tiempo climático relacionadas con el viento: - Presión barométrica.

- Temperatura.

- Altura s.n.m.

- Velocidad instantánea del viento.

- Dirección del viento.

- Higrometría.

INTERVALOS FIJOS DE TIEMPO DENSIDAD EOLICA POTENCIA EOLICA La distribución de weillbul es un método de análisis estadístico para determinar las características del viento.

DENSIDAD DE ENERGÍA EOLICA MEDIA ANUAL A 20 Y 50 m.

27 – 64 64 – 125 W/m2 216 – 346 W/m2

IDEAM - UPME, Atlas de Viento y Energía Eólica de Colombia.

Distribución horaria de la velocidad del viento en zonas con mayor aprovechamiento de potencial eólico

«En el ciclo horario del viento prevalecen intensidades cercanas a los 5 m/s entre las 11 a.m. y 3 p.m., especialmente entre los meses de julio y septiembre. La dirección predominante de donde sopla el viento es del sur suroeste». (UOME- IDEAM)

EL SECTOR ELÉCTRICO COLOMBAINO

GENERACIÓN ELÉCTRICA 62 PLANTAS GRANDES (32 HIDROE. 30 TERMOE) TRANSMISION (7 EMPRESAS PUBLICAS SIN) 64% RENOVABLES HIDROÉLECTRICA

ISA

33% TERMOELÉCTRICAS.

EEB

3% EOLICA, SOLAR Y BIOMASA

TRANSELCA

DISTRIBUCION COMERCIALIZACION

DISTASA 28 compañías puramente comercializadoras 22 de distribución y comercialización; 8 que integran generación, distribución y comercialización 3 completamente integradas.

Unión Fenosa ( Electrocosta y Electrocaribe), Endesa y EPM

CAPACIDAD INSTALADA

32 PLANTAS HIDROELÉCTRICAS 30 PLANTAS TERMOELÉCTRICAS 1 PARQUE EOLICO.

PRODUCCION ELECTRICA TOTAL 2005 : 50,4 TWh 2010 : 56,9

HENERGÁ HIDRÁULICA DE GRAN TAMAÑO: 63,92% ENERGÍA HIDRÁULICA DE PEQUEÑO TAMAÑO: 3,08% ENERGIA TERMICA DE GAS: 27,41% ENERGIA TERMICA CARBON: 5,2% PLANTAS MINIGENERADORAS A GAS: 0,17% COGENERACIÓN: O,15% EOLICA:0,07%

DEMANDA

2005

: 48,8 TWh

2010 :

56,1

Residencial: 42.2 % Industrial: 31.8 % Comercial: 18 % Oficial: 3.8 % Otros usos: 4.3% CRECIMIENTO 4% ANUAL

GENERACIÓN EÓLICA COLOMBIA GENERACIÓN AEROGENERADORES VELOCIDAD

La Guagira 18 GW 10 9 m/s a 50 m Jepírachi (Empresa EPM) Proyecto Ipapure 20 MW 200 MW 15 -

APALANCAMIENTO MAYOR POTENCIA

50 U$ bonos de CO 2 Primeras horas noche " "

CASO NARIÑO (Año 2011):

Generación: Consumo: Demanda total: 162.6 MWh 491.7 Mwh 725.1Mwh

22,4% 67,8% 100% Compra neta (aprox): 562,5 Mwh 77,6% algo menos de $ 64.103 millones

Bibliografía

1. CSIC, Energía sin CO2. Ministerio de Ciencia Innovación y Tecnología de España Consejo Superior de Investigaciones Científicas . La Catarata, Madrid, 2011. P-63 ISBN 9788400-093327 2. UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA. Mater Europeo de Energías Renovables. Curso de Energía Eólica. Departamento de Ingeniería Eléctrica. Zaragoza España año 2004.

3. CEDENAR. GENERACION. [En línea] 2007. [Citado el: 17 de 06 de 2010.] 4. UPME: UNIDAD DE PLANEACION MINERO ENERGETICO COLOMBIANO. SISTEMA DE INFORMACION ELECTRICO COLOMBIANO. Estadisticas. [En línea] 31 de 12 de 2007. 5. CONFIS - CONCEJO DE POLOTICA FISCAL. MINISTERIO DE HACIENDA. DGPPN 12 Futuras Compra de Energía CEDENAR. [En línea] 20 de Mayo de 2008. 6. UPME: UNIDAD DE PLANEACION MINERO ENERGETICO COLOMBIANO. SISTEMA DE INFORMACION ELECTRICO COLOMBIANO. Estadisticas. [En línea] 31 de 12 de 2007.

Bibliografía

6. ACOLGEN Asociacion Colombiana de Generadores Eléctricos. ACOLGEN. Costo de la energía un nuevo dilema para el gobierno. [En línea] 21 de 06 de 2010. 7. CEPAL.Esclafon de la competitividad de los departamentos de Colombia. Bogotá : s.n., 2002.

8. EPM Empresas Públicas de Medellín. Infraestructura. Parque Eólico Jipírachi. [En línea] 2007. 9 .MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA-INEA. Manual de aplicación de la energía eólica. Bogotá 1997. P 20.

10. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. Fuentes energéticas alternativas. En: Revista de Ingeniería. Noviembre 2008, no. 28, p 64 – 112.

Datos de contacto

PROYECTO

URKUWAYRA

LA FUERZA EÓLICA QUE MOVERÁ A NARIÑO.

Ing. Ricardo Ignacio Pereira Martínez.

Programa de Ingeniería Industrial.

Universidad Cooperativa de Colombia – Pasto.

Teléfono: 7336706 Celular: 313-675-9187 E- mail: ricardo. [email protected]