La energía eólica es una de las fuentes de energía renovable con mayor desarrollo en los últimos años, y es una parte muy importante dentro de la generación de energía en España, ya que supone en torno a un 25% de la producción total de energía. En España, gran parte de los parques eólicos instalados se construyeron a principios de los años 2000, y están acercándose al final de su vida útil. En este contexto, y teniendo en cuenta que estos parques eólicos se sitúan en los lugares con mejor recurso eólico por norma general, surge la necesidad de repotenciar estos parques eólicos, para así poder producir más energía y abastecer la siempre creciente demanda de ésta.
El objetivo de este proyecto se centra en la repotenciación y el diseño del parque eólico de La Herrería (Cádiz), inaugurado en el año 2004, y cuyos aerogeneradores (modelo Ecotecnia 80 1.6) pese a ser bastante potentes para el momento en el que se construyó el parque, están obsoletos y acercándose al final de su vida útil. Para llevar a cabo la repotenciación, se han estudiado distintas alternativas de modelos de aerogenerador con mayor potencia unitaria a la del modelo actual, y así determinar el más adecuado para aumentar la producción anual del parque eólico.
Primero, se estudió el recurso eólico del emplazamiento del parque eólico. Para ello, se elaboró una base de datos en Microsoft Excel con los datos más importantes del viento durante un periodo de 4 años (velocidad y dirección a distintas alturas). La base de datos se obtuvo de la página web del proyecto POWER de la NASA, al ser la que ofrecía datos más aproximados para el emplazamiento por no poder acceder a los datos de las estaciones de medida del parque eólico. Tras analizar la base de datos, se obtuvieron las figuras de la distribución de Weibull y la rosa de los vientos. Como referencia, se calculó que el parque actual (que cuenta con 28 aerogeneradores instalados) produce unos 120 GWh brutos de energía eléctrica al año, según los cálculos realizados con la base de datos y según el dato de Enerfín, empresa de energías renovables del grupo Elecnor.
Se hizo un análisis preliminar en el cual se determinó la producción bruta de distintos modelos de aerogenerador empleando la base de datos. Este primer análisis indica cuales podrían ser los modelos más adecuados en base a la producción y las horas equivalentes de funcionamiento. Se obtuvieron los resultados, y los modelos más adecuados según este primer estudio eran el modelo VESTAS V-136 (3,45 MW) con altura de buje de 82 m, con el cual se obtendría un parque eólico repotenciado formado por 18 aerogeneradores de 62,1 MW de potencia nominal total que produciría unos 218 GWh al año; y el modelo ENERCON E-160 (5,56 MW) con altura de buje de 100 m, con el cual se tendría un parque eólico repotenciado formado por 11 aerogeneradores de 61,16 MW de potencia nominal instalada en total, que produciría unos 203 GWh al año. Estas cifras de producción más tarde se aproximaron a la realidad mediante el uso de un software especializado para simular parques eólicos, y teniendo en cuenta una serie de pérdidas en los aerogeneradores.
Tras los cálculos preliminares se eligieron los 2 modelos de aerogenerador que ofrecían los mejores resultados para posteriormente simular el parque eólico repotenciado en el iv programa WAsP, y poder determinar de una manera más aproximada la producción neta del parque. Con esta herramienta se obtienen unos resultados más cercanos a la realidad ya que también tiene en cuenta las pérdidas generadas por las estelas de los aerogeneradores al localizar los aerogeneradores sobre el terreno. Por ello, es importante determinar las posiciones más adecuadas en base al recurso eólico disponible y tratando de evitar las interferencias por estelas.
Para efectuar las simulaciones se ha tenido que preparar el modelo completo del parque eólico. Para ello, fue necesario primero obtener los mapas de elevación y rugosidad de la zona, para lo cual se usó la base de datos del Instituto Geográfico Nacional y se juntaron los 4 mapas que componen el emplazamiento del parque eólico. Tras tratar estos mapas con el programa GlobalMapper, se añadieron los datos de rugosidad y altura que el programa WAsP necesita para llevar a cabo las simulaciones. Después de generar los mapas, se preparó el archivo con los datos del recurso eólico, para lo cual se modificó el formato de la base de datos de la NASA (para contar con los mismos datos que en el estudio preliminar) y adecuarla al formato que emplea WAsP. Una vez obtenidos tanto los mapas como los datos del viento, es necesario decidir las posiciones de los distintos aerogeneradores. Para ello, se sacaron de Google Earth las posiciones de los aerogeneradores actuales para tener una idea de dónde podrían colocarse. Después, teniendo en cuenta los nuevos diámetros de rotor y por tanto las distintas separaciones necesarias entre aerogeneradores, y conociendo las zonas de mayor producción energética, se eligieron las nuevas posiciones de los aerogeneradores para cada posible parque repotenciado. Al reducirse el número total de aerogeneradores, fue posible aprovechar algunas posiciones de aerogenerador antiguas. Una vez decididas las posiciones, fue necesario introducir los datos de las fichas técnicas de los aerogeneradores, ya que no se encontraban en los modelos disponibles en WAsP.
Tras efectuar las simulaciones con el programa WAsP, se obtuvieron tanto la producción bruta y neta del parque eólico actual, como las producciones brutas y netas de los parques eólicos repotenciados con cada modelo de aerogenerador. Para el parque actual se obtuvo una producción neta de 107,262 GWh al año, algo menor que la obtenida al principio. Para el parque eólico repotenciado con el modelo VESTAS V-136 se obtuvo una producción de energía eléctrica neta de 178,856 GWh anuales, y para el parque eólico repotenciado con el modelo ENERCON E-160 se obtuvo una producción neta de 173,457 GWh anuales. Como se puede observar, las producciones de energía eran muy parecidas, por lo que la decisión de qué modelo emplear se llevó a cabo más tarde una vez se analizó la viabilidad económica. Además, a estas producciones netas se les estimaron unas pérdidas adicionales por indisponibilidad y pérdidas de la red eléctrica, para finalmente obtener la energía vertida a la red de cada opción de repotenciación del parque eólico.
Una vez efectuadas las simulaciones y conocidos los resultados de energía eléctrica vertida a la red cada año por cada opción de parque eólico repotenciado, se procedió a realizar un estudio de viabilidad económica de las 2 opciones. Con este estudio se busca determinar los costes iniciales del proyecto, los costes de mantenimiento del parque eólico, y los beneficios anuales. Primero, se determinaron los costes de inversión inicial de cada opción de repotenciación, teniendo en cuenta que el coste de los aerogeneradores supone en torno al 75% de la inversión inicial, estando el resto formado por los costes de obra civil, instalación eléctrica, subestación y conexión eléctrica, promoción y los costes de desmantelamiento de los aerogeneradores actuales. Se determinaron también los costes de operación anuales de cada opción y por último los beneficios en función de la producción de energía y el precio medio de venta de la electricidad. Se realizó una cuenta de resultados para cada opción, determinando la viabilidad en base a 3 factores económicos: el VAN, el TIR y el periodo de recuperación de la inversión de cada proyecto. Para la opción de repotenciación con el modelo VESTAS V-136, se obtuvo un VAN positivo de 38.000.991,70 €, un TIR del 6,74%, y un periodo de recuperación de la inversión de 13 años. Para la opción de repotenciación con el modelo ENERCON E-160 se obtuvo un VAN positivo de 25.816.669,16 €, un TIR del 5,42% y un periodo de recuperación de la inversión de 15 años. Ambas opciones tienen un VAN positivo, por lo que se consideran rentables a efectos de este parámetro; un TIR por encima de la tasa de descuento aplicada del 3% y un periodo de recuperación de la inversión que entra dentro de la vida útil del proyecto (20 años).
Tras el análisis de viabilidad, se evaluó el impacto social, ambiental y económico del proyecto de repotenciación. Con esta evaluación, se busca minimizar los impactos negativos que el proyecto pueda ocasionar sobre el entorno:
• Impacto ambiental: Tras evaluar los diferentes impactos (sobre el paisaje y el terreno, la fauna, el impacto sonoro y las emisiones contaminantes), se concluyó que los impactos son moderados ya que existía un parque eólico previo, por lo que no cambiará el impacto ambiental en gran medida. El número de aerogeneradores instalados se ha reducido, por tanto, reduciendo el impacto visual. El impacto sobre la fauna no es mucho mayor que el del parque eólico actual, pues las alturas de los aerogeneradores son similares. El impacto sonoro sobre poblaciones no es aplicable ya que el municipio de Facinas se encuentra a 2 km de distancia, y las emisiones contaminantes en toda la vida útil del proyecto solo se producen durante la fase de construcción.
• Impacto social y económico: En cuanto al impacto social y económico, se producirá un aumento en los puestos de trabajo de la zona, la recaudación de impuestos por la explotación del parque eólico, y los servicios y la infraestructura de la zona se verán afectados positivamente.
También se analizó la sostenibilidad del proyecto, relacionándolo con los Objetivos de Desarrollo Sostenible que propone la Agenda 2030. El proyecto se relaciona principalmente con los ODS 7 (Energía asequible y no contaminante), 9 (Industria, innovación e infraestructura), 12 (Producción y consumo responsables) y 13 (Acción por el clima). Es un proyecto alineado con los ODS, debido a que se apuesta por la modernización de una infraestructura de generación de energía, que además es renovable, promoviendo la acción en contra del cambio climático y la producción y el consumo responsables de energía.
Después de esto, se planteó la planificación temporal del trabajo, que se ilustra con un diagrama de Gantt, y se efectuó un presupuesto aproximado del trabajo teniendo en cuenta las horas de trabajo empleadas por el alumno y el tutor y el precio de las licencias de los programas empleados para elaborar el trabajo. Para el diagrama de Gantt, se consideraron las tareas más importantes dentro de la elaboración del trabajo, como el aprendizaje de uso de los distintos programas para llevar a cabo las simulaciones, la elaboración de los estudios de viabilidad e impactos, etc. Se determinó el número de vi horas aproximadas empleadas por el alumno en unas 400 horas (incluyendo la redacción del trabajo, reuniones con el tutor, las horas de búsqueda de información y la elaboración de las simulaciones), y las horas empleadas por el tutor teniendo en cuenta correcciones y reuniones para resolver dudas en unas 30 horas. Se obtuvo un presupuesto total de 4.864,5€ para el trabajo, teniendo en cuenta las horas empleadas por alumno y tutor, y el precio de las licencias de los programas empleados (paquete de Microsoft Office, Microsoft Project, WAsP y GlobalMapper).
Finalmente, se extrajeron las conclusiones del proyecto de repotenciación, determinando que el modelo más adecuado para ello es el modelo de aerogenerador VESTAS V-136 de 3,45 MW de potencia unitaria y una altura de buje de 82 m. Se ha observado que el proyecto es viable técnicamente y también en términos económicos, pues se obtiene una rentabilidad positiva al final de la vida útil del proyecto.
La energía eólica es una de las fuentes de energía renovable con mayor desarrollo en los últimos años, y es una parte muy importante dentro de la generación de energía en España, ya que supone en torno a un 25% de la producción total de energía. En España, gran parte de los parques eólicos instalados se construyeron a principios de los años 2000, y están acercándose al final de su vida útil. En este contexto, y teniendo en cuenta que estos parques eólicos se sitúan en los lugares con mejor recurso eólico por norma general, surge la necesidad de repotenciar estos parques eólicos, para así poder producir más energía y abastecer la siempre creciente demanda de ésta.
El objetivo de este proyecto se centra en la repotenciación y el diseño del parque eólico de La Herrería (Cádiz), inaugurado en el año 2004, y cuyos aerogeneradores (modelo Ecotecnia 80 1.6) pese a ser bastante potentes para el momento en el que se construyó el parque, están obsoletos y acercándose al final de su vida útil. Para llevar a cabo la repotenciación, se han estudiado distintas alternativas de modelos de aerogenerador con mayor potencia unitaria a la del modelo actual, y así determinar el más adecuado para aumentar la producción anual del parque eólico.
Primero, se estudió el recurso eólico del emplazamiento del parque eólico. Para ello, se elaboró una base de datos en Microsoft Excel con los datos más importantes del viento durante un periodo de 4 años (velocidad y dirección a distintas alturas). La base de datos se obtuvo de la página web del proyecto POWER de la NASA, al ser la que ofrecía datos más aproximados para el emplazamiento por no poder acceder a los datos de las estaciones de medida del parque eólico. Tras analizar la base de datos, se obtuvieron las figuras de la distribución de Weibull y la rosa de los vientos. Como referencia, se calculó que el parque actual (que cuenta con 28 aerogeneradores instalados) produce unos 120 GWh brutos de energía eléctrica al año, según los cálculos realizados con la base de datos y según el dato de Enerfín, empresa de energías renovables del grupo Elecnor.
Se hizo un análisis preliminar en el cual se determinó la producción bruta de distintos modelos de aerogenerador empleando la base de datos. Este primer análisis indica cuales podrían ser los modelos más adecuados en base a la producción y las horas equivalentes de funcionamiento. Se obtuvieron los resultados, y los modelos más adecuados según este primer estudio eran el modelo VESTAS V-136 (3,45 MW) con altura de buje de 82 m, con el cual se obtendría un parque eólico repotenciado formado por 18 aerogeneradores de 62,1 MW de potencia nominal total que produciría unos 218 GWh al año; y el modelo ENERCON E-160 (5,56 MW) con altura de buje de 100 m, con el cual se tendría un parque eólico repotenciado formado por 11 aerogeneradores de 61,16 MW de potencia nominal instalada en total, que produciría unos 203 GWh al año. Estas cifras de producción más tarde se aproximaron a la realidad mediante el uso de un software especializado para simular parques eólicos, y teniendo en cuenta una serie de pérdidas en los aerogeneradores.
Tras los cálculos preliminares se eligieron los 2 modelos de aerogenerador que ofrecían los mejores resultados para posteriormente simular el parque eólico repotenciado en el iv programa WAsP, y poder determinar de una manera más aproximada la producción neta del parque. Con esta herramienta se obtienen unos resultados más cercanos a la realidad ya que también tiene en cuenta las pérdidas generadas por las estelas de los aerogeneradores al localizar los aerogeneradores sobre el terreno. Por ello, es importante determinar las posiciones más adecuadas en base al recurso eólico disponible y tratando de evitar las interferencias por estelas.
Para efectuar las simulaciones se ha tenido que preparar el modelo completo del parque eólico. Para ello, fue necesario primero obtener los mapas de elevación y rugosidad de la zona, para lo cual se usó la base de datos del Instituto Geográfico Nacional y se juntaron los 4 mapas que componen el emplazamiento del parque eólico. Tras tratar estos mapas con el programa GlobalMapper, se añadieron los datos de rugosidad y altura que el programa WAsP necesita para llevar a cabo las simulaciones. Después de generar los mapas, se preparó el archivo con los datos del recurso eólico, para lo cual se modificó el formato de la base de datos de la NASA (para contar con los mismos datos que en el estudio preliminar) y adecuarla al formato que emplea WAsP. Una vez obtenidos tanto los mapas como los datos del viento, es necesario decidir las posiciones de los distintos aerogeneradores. Para ello, se sacaron de Google Earth las posiciones de los aerogeneradores actuales para tener una idea de dónde podrían colocarse. Después, teniendo en cuenta los nuevos diámetros de rotor y por tanto las distintas separaciones necesarias entre aerogeneradores, y conociendo las zonas de mayor producción energética, se eligieron las nuevas posiciones de los aerogeneradores para cada posible parque repotenciado. Al reducirse el número total de aerogeneradores, fue posible aprovechar algunas posiciones de aerogenerador antiguas. Una vez decididas las posiciones, fue necesario introducir los datos de las fichas técnicas de los aerogeneradores, ya que no se encontraban en los modelos disponibles en WAsP.
Tras efectuar las simulaciones con el programa WAsP, se obtuvieron tanto la producción bruta y neta del parque eólico actual, como las producciones brutas y netas de los parques eólicos repotenciados con cada modelo de aerogenerador. Para el parque actual se obtuvo una producción neta de 107,262 GWh al año, algo menor que la obtenida al principio. Para el parque eólico repotenciado con el modelo VESTAS V-136 se obtuvo una producción de energía eléctrica neta de 178,856 GWh anuales, y para el parque eólico repotenciado con el modelo ENERCON E-160 se obtuvo una producción neta de 173,457 GWh anuales. Como se puede observar, las producciones de energía eran muy parecidas, por lo que la decisión de qué modelo emplear se llevó a cabo más tarde una vez se analizó la viabilidad económica. Además, a estas producciones netas se les estimaron unas pérdidas adicionales por indisponibilidad y pérdidas de la red eléctrica, para finalmente obtener la energía vertida a la red de cada opción de repotenciación del parque eólico.
Una vez efectuadas las simulaciones y conocidos los resultados de energía eléctrica vertida a la red cada año por cada opción de parque eólico repotenciado, se procedió a realizar un estudio de viabilidad económica de las 2 opciones. Con este estudio se busca determinar los costes iniciales del proyecto, los costes de mantenimiento del parque eólico, y los beneficios anuales. Primero, se determinaron los costes de inversión inicial de cada opción de repotenciación, teniendo en cuenta que el coste de los aerogeneradores supone en torno al 75% de la inversión inicial, estando el resto formado por los costes de obra civil, instalación eléctrica, subestación y conexión eléctrica, promoción y los costes de desmantelamiento de los aerogeneradores actuales. Se determinaron también los costes de operación anuales de cada opción y por último los beneficios en función de la producción de energía y el precio medio de venta de la electricidad. Se realizó una cuenta de resultados para cada opción, determinando la viabilidad en base a 3 factores económicos: el VAN, el TIR y el periodo de recuperación de la inversión de cada proyecto. Para la opción de repotenciación con el modelo VESTAS V-136, se obtuvo un VAN positivo de 38.000.991,70 €, un TIR del 6,74%, y un periodo de recuperación de la inversión de 13 años. Para la opción de repotenciación con el modelo ENERCON E-160 se obtuvo un VAN positivo de 25.816.669,16 €, un TIR del 5,42% y un periodo de recuperación de la inversión de 15 años. Ambas opciones tienen un VAN positivo, por lo que se consideran rentables a efectos de este parámetro; un TIR por encima de la tasa de descuento aplicada del 3% y un periodo de recuperación de la inversión que entra dentro de la vida útil del proyecto (20 años).
Tras el análisis de viabilidad, se evaluó el impacto social, ambiental y económico del proyecto de repotenciación. Con esta evaluación, se busca minimizar los impactos negativos que el proyecto pueda ocasionar sobre el entorno:
• Impacto ambiental: Tras evaluar los diferentes impactos (sobre el paisaje y el terreno, la fauna, el impacto sonoro y las emisiones contaminantes), se concluyó que los impactos son moderados ya que existía un parque eólico previo, por lo que no cambiará el impacto ambiental en gran medida. El número de aerogeneradores instalados se ha reducido, por tanto, reduciendo el impacto visual. El impacto sobre la fauna no es mucho mayor que el del parque eólico actual, pues las alturas de los aerogeneradores son similares. El impacto sonoro sobre poblaciones no es aplicable ya que el municipio de Facinas se encuentra a 2 km de distancia, y las emisiones contaminantes en toda la vida útil del proyecto solo se producen durante la fase de construcción.
• Impacto social y económico: En cuanto al impacto social y económico, se producirá un aumento en los puestos de trabajo de la zona, la recaudación de impuestos por la explotación del parque eólico, y los servicios y la infraestructura de la zona se verán afectados positivamente.
También se analizó la sostenibilidad del proyecto, relacionándolo con los Objetivos de Desarrollo Sostenible que propone la Agenda 2030. El proyecto se relaciona principalmente con los ODS 7 (Energía asequible y no contaminante), 9 (Industria, innovación e infraestructura), 12 (Producción y consumo responsables) y 13 (Acción por el clima). Es un proyecto alineado con los ODS, debido a que se apuesta por la modernización de una infraestructura de generación de energía, que además es renovable, promoviendo la acción en contra del cambio climático y la producción y el consumo responsables de energía.
Después de esto, se planteó la planificación temporal del trabajo, que se ilustra con un diagrama de Gantt, y se efectuó un presupuesto aproximado del trabajo teniendo en cuenta las horas de trabajo empleadas por el alumno y el tutor y el precio de las licencias de los programas empleados para elaborar el trabajo. Para el diagrama de Gantt, se consideraron las tareas más importantes dentro de la elaboración del trabajo, como el aprendizaje de uso de los distintos programas para llevar a cabo las simulaciones, la elaboración de los estudios de viabilidad e impactos, etc. Se determinó el número de vi horas aproximadas empleadas por el alumno en unas 400 horas (incluyendo la redacción del trabajo, reuniones con el tutor, las horas de búsqueda de información y la elaboración de las simulaciones), y las horas empleadas por el tutor teniendo en cuenta correcciones y reuniones para resolver dudas en unas 30 horas. Se obtuvo un presupuesto total de 4.864,5€ para el trabajo, teniendo en cuenta las horas empleadas por alumno y tutor, y el precio de las licencias de los programas empleados (paquete de Microsoft Office, Microsoft Project, WAsP y GlobalMapper).
Finalmente, se extrajeron las conclusiones del proyecto de repotenciación, determinando que el modelo más adecuado para ello es el modelo de aerogenerador VESTAS V-136 de 3,45 MW de potencia unitaria y una altura de buje de 82 m. Se ha observado que el proyecto es viable técnicamente y también en términos económicos, pues se obtiene una rentabilidad positiva al final de la vida útil del proyecto. Read More
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