Metodologías de evaluación de recurso eólico: incorporación de la estabilidad atmosférica como variable

Abstract

La estabilidad atmosférica tiene un efecto determinante en el perfil vertical de viento y la intensidad de turbulencia, y estas variables, a su vez, tienen un impacto directo en la producción eólica y en las cargas que soportan los aerogeneradores. Es por tanto importante saber cómo caracterizar la estabilidad atmosférica para poder realizar una mejor estimación energética en un parque eólico. Basado en las medidas registradas en tres mástiles meteorológicos, FINO1 (mástil meteorológico de investigación en el Mar del Norte, emplazamiento offshore), CC1 (mástil en un parque eólico en Cuesta Colorada, parque eólico propiedad de Iberdrola en Cuenca) y MP5 (mástil meteorológico de investigación en Alaiz, parque experimental de CENER en Navarra), esta tesis doctoral compara y evalúa diferentes configuraciones de sensores y metodologías para la caracterización de la estabilidad atmosférica. Por un lado el parámetro de Obukhov, medido con anemometría sónica; y por otro el número de Richardson bulk estimado a partir de la medida de dos temperaturas a diferentes alturas y una velocidad de viento. Los métodos son examinados considerando su justificación teórica, complejidad en su implementación, requerimientos de los sensores utilizados y su uso práctico en conexión con las necesidades de la industria eólica.

Atmospheric stability has a significant effect on wind shear and turbulence intensity, and these variables, in turn, have a direct impact on wind power production and loads on wind turbines. It is therefore important to know how to characterize atmospheric stability in order to make better energy yield estimation in a wind farm. Based on three mast data, FINO1 (a research grade meteorological mast at North Sea, offshore), CC1 (wind farm mast at Cuesta Colorada, Iberdrola’s wind farm next to Cuenca, Spain) and MP5 (a research grade meteorological mast at Alaiz, CENER's Test Site in Navarre, Spain), this PhD Thesis compares and evaluates different instrument set-ups and methodologies for stability characterization, namely: the Obukhov parameter, measured with a sonic anemometer, and the bulk Richardson number based on two temperature and one wind speed measurements. The methods are examined considering their theoretical background, implementation complexity, instrumentation requirements, and practical use in connection to wind energy applications.