Documento final freelight v6 poctep

Informe Técnico sobre el potencial minieólico en la

provincia de Huelva.

Diputación de Huelva.

.

Enero 2013

Contenidos

1. Introducción ....................................................................................... 4

2. Metodología de la toma de datos ............................................................... 4

2.1 Descripción de los lugares seleccionados ................................................ 5

2.1.1 Casita Azul, Isla Cristina .............................................................. 5

2.1.2 FreeLight, Lepe......................................................................... 6

2.1.3 Estadio Iberoamericano, Huelva ..................................................... 7

2.1.4 Granja Escuela, Trigueros............................................................. 8

2.1.5 El Romerito, Zalamea la Real ........................................................ 9

2.1.6 Molino siglo XVIII, Santa Bárbara de Casa..........................................10

2.1.7 Plano situacional ......................................................................12

2.2 Adquisición y manejo de los datos .......................................................13

2.2.0 Metodología de los cálculos mensuales, trimestrales y anuales................13

2.2.1 Casita Azul, Isla Cristina .............................................................13

2.2.2 FreeLight, Lepe........................................................................14

2.2.3 Estadio Iberoamericano, Huelva ....................................................14

2.2.4 Granja Escuela, Trigueros............................................................14

2.2.5 El Romerito, Zalamea la Real .......................................................15

2.2.6 Molino siglo XVIII, Santa Bárbara de Casa..........................................15

3. Análisis e interpretación de los resultados...................................................15

3.1 Casita Azul, Isla Cristina...................................................................16

3.1.1 Distribución de frecuencia ...........................................................16

3.1.2 Frecuencias por dirección............................................................17

3.1.3 Rosa de frecuencias y velocidades..................................................18

3.1.4 Velocidades por dirección............................................................19

3.1.5 Perfil día típico ........................................................................20

3.1.6 Weibull..................................................................................21

3.1.7 Comentarios............................................................................23

3.1.8 Conclusiones: ..........................................................................23

3.2 FreeLight, Lepe .............................................................................24






3.2.6 Weibull..................................................................................30

3.2.7 Comentarios............................................................................31

3.2.8 Conclusiones ...........................................................................32

3.3 Estadio Iberoamericano, Huelva..........................................................32






3.3.6 Weibull..................................................................................38

3.3.7 Comentarios............................................................................39

3.3.8 Conclusiones: ..........................................................................39

3.4 Granja Escuela, Trigueros .................................................................40






3.4.6 Weibull..................................................................................45

3.4.7 Comentarios............................................................................46

3.4.8 Conclusiones ...........................................................................47

3.5 El Romerito, Zalamea la Real .............................................................48






3.5.6 Weibull..................................................................................54

3.5.7 Comentarios............................................................................55

3.5.8 Conclusiones: ..........................................................................55

3.6 Molino siglo XVIII, Santa Bárbara de Casa ...............................................56






3.6.6 Weibull..................................................................................62

3.6.7 Comentarios............................................................................63

3.6.8 Conclusiones: ..........................................................................63

4. Correlación de los datos con los de otras estaciones cercanas............................64

4.1 Correlaciones de la Sierra .................................................................64

4.2 Correlaciones de la Costa .................................................................65

4.3 Determinación del Weibull ajustado.....................................................67

4.3.1 Zalamea la Real-El Campillo.........................................................67

5. Cálculos de producción..........................................................................68

5.1 Turbinas elegidas ...........................................................................68

5.1.1 Windspot 3,5kW (ENAIR) .............................................................68

5.1.2 Black 600 ...............................................................................69

5.1.3 Windspire (Eje Vertical)..............................................................70

5.2 Cálculo de Producción Real ...............................................................71

5.3 Calculo de Producción Teórica ...........................................................73

5.4 Factor de Capacidad .......................................................................74

5.5 Tablas de Producción ......................................................................74

6. Conclusiones finales .............................................................................76

7. Agradecimientos .................................................................................. 0

Memoria Técnica

1. Introducción En este documento se recogen los trabajos realizados por FreeLight C.B. para el estudio y

caracterización del potencial minieólico en la provincia de Huelva. Durante este año de

seguimiento se han recogido, analizado e interpretado más de 2.000.000 de datos sobre

dirección, ráfagas, velocidades... correspondientes a las 6 estaciones meteoclimáticas que

fueron instaladas en los términos municipales de Lepe, Isla Cristina, Huelva, Santa Bárbara

de Casa y Zalamea la Real.

Para completar el estudio y poder además correlacionar los resultados obtenidos en cada

una de estas estaciones se han tenido en cuenta históricos anuales de otras estaciones de

seguimiento meteorológico pertenecientes a redes como AEMET, METEOCLIMATIC o la Red

de Estaciones Agroclimáticas de la Junta de Andalucía.

Por último decir que el estudio se enmarca como una acción dentro del Proyecto Europeo

0456_RETALER_II_6_E cofinanciado por Diputación de Huelva y el Programa Operativo de

Cooperación Transfronteriza España-Portugal (POCTEP) con cargo a los Fondos Europeos

FEDER.

2. Metodología de la toma de datos Para llevar a cabo un estudio lo más fidedigno y científico posible del recurso eólico en

cada uno de los emplazamientos seleccionados se procedió a la instalación de una estación

meteorológica provista de datalogger para el almacenamiento de los datos. Estas

estaciones, modelo PCE-FWS 20, nos permitieron tomar con una periodicidad de 5 minutos

y en continuo, unas 288 medidas diarias de cada variable. Para llevar a cabo este proceso

se contó con la ayuda de los técnicos municipales que cada 15 días aproximadamente eran

los encargados de descargar los datos y enviarlos vía email a FreeLight para su posterior

recopilación y tratamiento.

2.1 Descripción de los lugares seleccionados Para la selección de los emplazamientos donde colocar las estaciones se tuvieron en cuenta diversos criterios, algunos de los cuales fueron:

- Ser edificios o instalaciones municipales. Esta condición era muy importante puesto que se precisaba de la participación de los técnicos para la descarga y envío de los datos.

- Estar suficientemente distantes unos de otros para poder cubrir con garantías las diversas zonas de la provincia (Costa, Andévalo, Sierra, entorno urbano…)

- Ser susceptibles, en una actuación futura, de albergar un aerogenerador que aportase el suministro eléctrico a la instalación, dando así un carácter ejemplificador y divulgativo al proyecto.

Tras diversas opciones y con el consenso de los técnicos de Diputación, los lugares seleccionados fueron:

2.1.1 Casita Azul, Isla Cristina Este edificio, situado en zona de playa, era una antigua casa forestal. Actualmente se ha rehabilitado y opera como oficina de Medio Ambiente y centro de interpretación de la naturaleza para el Ayuntamiento de Isla Cristina. Con esta estación pretendíamos caracterizar el viento en zonas costeras. Cabe destacar que existe una gran cobertera vegetal alrededor compuesta por eucaliptos y pinos de gran talla y que probablemente afectarán a las mediciones.

Latitud: 37º12’05” N Longitud: 7º17’24” O Altitud: 18m s.n.m.

2.1.2 FreeLight, Lepe Este punto se añadió como mejora en el proyecto a las 5 estaciones que desde Diputación de Huelva se pedían. Es una estación de control que la empresa FreeLight tiene situada en sus instalaciones y sobre la que ya se llevaba un registro de vientos de meses anteriores al inicio del estudio. En esta zona el viento es muy turbulento por lo que nos serviría para investigar su comportamiento en zonas urbanas con alta densidad de obstáculos puesto que cada vez es más habitual el interés por situar pequeños aerogeneradores sobre las cubiertas de las viviendas.


2.1.3 Estadio Iberoamericano, Huelva El estadio que gestiona Diputación está situado en el municipio de Huelva aunque en una zona exterior donde el régimen de vientos no es tan turbulento como en la estación de Lepe. Se situó el medidor sobre una de las estructuras laterales de los marcadores, a más de 20 metros de altura sobre el nivel del suelo y en la zona expuesta a los vientos predominantes. Las posibilidades de este emplazamiento para el fomento y la promoción de la energía minieólica son ideales puesto que la instalación de una turbina, si así se estimase oportuna, tendría una gran visibilidad e impacto para la ciudadanía.


2.1.4 Granja Escuela, Trigueros Edificio perteneciente a Diputación de Huelva y destinado a la formación y capacitación de agentes forestales. La estación se colocó en la cubierta del edificio, mucho más alto que cualquier obstáculo de alrededor. Su situación relativamente cercana a la costa y la gran altitud a la que ha sido instalada la hace idónea para cotejar los datos obtenidos con los que se obtengan de la estación Casita Azul.


2.1.5 El Romerito, Zalamea la Real Situado en el recinto romero de El Romerito, la Casa Hermandad ofrecía unas condiciones adecuadas para la instalación de un medidor para la zona interior de la provincia. No presentaba grandes obstáculos a su alrededor y además sería un punto de gran aceptación y visibilidad en el caso de que se estimase la colocación de una turbina.


2.1.6 Molino siglo XVIII, Santa Bárbara de Casa Antiguo molino harinero del s. XVIII restaurado y acondicionado como centro de interpretación. Es una zona elevada donde se situaban otros molinos por lo que es de esperar que los resultados en este medidor sean muy positivos.


2.1.7 Plano situacional En esta imagen satélite de la provincia de Huelva puede observarse, a modo de resumen, la distribución de las estaciones meteorológicas instaladas para el proyecto.

2.2 Adquisición y manejo de los datos

De cada estación meteorológica se han recogido datos durante 12 meses a un promedio de

288 registros diarios lo que da lugar a más de 8.000 registros mensuales por localización y

variable. En la documentación adjunta a este informe se incluyen todos los datos de

velocidad media, ráfagas máximas y dirección diarios (formato Excel), aunque a efectos

prácticos y debido al gran volumen de información adquirida se ha optado presentar la

información de forma agrupada por trimestre y que corresponderían a los periodos:

- 1 Diciembre 2011 a 28 Febrero de 2012 (Invierno)

- 1 Marzo a 31 Mayo de 2012 (Primavera)

- 1 Junio a 31 Agosto de 2012 (Verano)

- 1 Septiembre a 30 Noviembre 2012 (Otoño)

2.2.0 Metodología de los cálculos mensuales, trimestrales y anuales

Para obtener las velocidades medias, se ha procedido a calcular la media por hora

tomando como datos las medidas cincominutales registradas. A continuación y teniendo ya

calculadas las medias para cada una de las 24 horas del día, se calcula la media diaria. Por

último teniendo las medias diarias se obtendría la media mensual. Estos cálculos se

aplican igualmente para el caso trimestral o anual.

En el cálculo de las ráfagas, se ha seleccionado la máxima ráfaga diaria para

posteriormente seleccionar la máxima de cada mes. Este valor nos permitirá conocer

hasta qué punto un determinado aerogenerador se encontraría más o menos cerca de su

límite de supervivencia.

A continuación se presentan los resultados obtenidos mes a mes así como agrupados por

trimestre y anualmente para cada estación meteorológica.

2.2.1 Casita Azul, Isla Cristina

Diciembre Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre

Vel. med. (m/s) 0,86 1,00 1,22 1,43 1,91 1,98 2,03 2,18 1,96 1,65 1,22 1,52

Ráf. máx. (m/s) 6,10 7,10 7,80 10,50 10,90 11,60 11,20 9,90 6,79 8,80 12,20 13,30

Dir. predomin. NW

36,6%

NW

37,3%

NW

30,4%

N

24,1%

NW

24,0%

NW

24,8%

NW

27,4%

NW

33,7%

NW

34,6%

S

22,3%

N

18,0%

NW

20,8%

Invierno Primavera Verano Otoño Anual

Vel. med. (m/s) 0,99 1,75 2,07 1,39 1,60

Ráf. máx. (m/s) 7,80 11,60 11,20 13,30 13,30

Dir. predomin. NW

35,2%

NW

21,4%

NW

32,2%

N

19,0%

NW

27,5%

2.2.2 FreeLight, Lepe


Vel. med. (m/s) 1,48 1,38 1,95 2,00 2,39 2,39 2,83 2,91 2,62 1,85 1,65 1,85

Ráf. máx. (m/s) 10,90 11,20 13,30 11,60 13,60 11,60 10,90 12,20 10,90 9,90 8,80 14,30

Dir. predomin. N

36,1%

N

37,6%

N

30,0%

NE

20,3%

NW

29,2%

N

19,8%

NW

25,5%

NW

25,1%

NW

26,8%

N

18,2%

N

25,0%

N

13,6%


Vel. med. (m/s) 1,54 2,25 2,78 1,76 2,20

Ráf. máx. (m/s) 13,30 13,60 12,20 14,30 14,30

Dir. predomin. N

34,9%

NW

20,0%

NW

25,7%

N

17,8%

N

23,5%

2.2.3 Estadio Iberoamericano, Huelva


Vel. med. (m/s) 1,79 1,67 2,44 2,56 3,32 3,35 3,87 3,39 2,76 2,41 2,11 2,84

Ráf. máx. (m/s) 11,60 12,60 16,00 12,60 15,30 17,00 11,60 11,90 10,50 12,60 11,90 15,30

Dir. predomin. N

31,1%

NE

28,5%

NE

23,9%

NE

22,1%

NW

32,8%

NW

23,8%

NW

36,6%

NW

24,5%

NW

32,4%

NW

20,7%

NW

18,7%

NE

17,7%


Vel. med. (m/s) 2,01 3,02 3,30 2,43 2,70

Ráf. máx. (m/s) 16,00 17,00 11,90 15,30 17,00

Dir. predomin. N

26,8%

NW

23,2%

NW

30,8%

NW

17,8%

NW

22,4%

2.2.4 Granja Escuela, Trigueros


Vel. med. (m/s) 1,71 2,07 2,67 2,94 5,30 3,47 3,93 3,71 3,52 2,71 2,59 4,04

Ráf. máx. (m/s) 4,80 13,90 14,60 17,00 16,70 17,30 13,90 13,90 14,30 14,30 15,30 16,30

Dir. predomin. E

37,9%

E

30,8%

E

28,8

E

29,2%

NW

40,2%

SW

21,6%

NW

32,8%

SW

24,9%

SW

27,8%

E

21,3%

E

21,1%

E

25,0%


Vel. med. (m/s) 2,40 3,60 3,80 2,84 3,31

Ráf. máx. (m/s) 14,60 17,30 14,30 16,30 17,30

Dir. predomin. E

29,4%

NW

19,7%

NW

27,3%

E

22,0%

NW

18,2%

2.2.5 El Romerito, Zalamea la Real


Vel. med. (m/s) 2,37 1,75 2,52 - 4,25 3,19 3,25 2,98 2,72 2,40 2,53 2,14

Ráf. máx. (m/s) 12,20 13,90 14,60 - 15,00 13,60 13,30 16,00 10,50 11,60 14,30 4,01

Dir. predomin. N

25,6%

E

16,8%

N

17,2% -

NW

45,0%

NW

23,5%

NW

38,6%

NW

26,9%

NW

38,7%

NW

22,4%

NW

30,3%

E

26,6%


Vel. med. (m/s) 2,26 3,62 2,98 2,32 2,76

Ráf. máx. (m/s) 14,60 15,00 16,00 14,30 16,00

Dir. predomin. NW

17,5%

NW

35,0%

NW

36,1%

NW

22,2%

NW

28,1%

2.2.6 Molino siglo XVIII, Santa Bárbara de Casa


Vel. med. (m/s) - 3,28 5,39 5,08 5,00 4,54 6,26 6,23 6,62 3,98 - -

Ráf. máx. (m/s) - 13,60 21,80 19,00 21,80 23,80 19,00 20,70 18,00 18,40 - -

Dir. predomin. - N

20,6%

N

28,4%

E

21,0%

NW

27%

N

27,2%

N

29,9%

N

39,1%

N

39,7%

S

21,6% -

-


Vel. med. (m/s) 4,73 4,92 6,52 3,98 5,18

Ráf. máx. (m/s) 21,80 23,80 20,70 18,40 23,80

Dir. predomin. N

25,9%

N

21,4%

N

34,0%

N

15,8%

N

25,2%

3. Análisis e interpretación de los resultados Para determinar la viabilidad de un emplazamiento a la hora de instalar una turbina es

imprescindible no solo recopilar toda la información posible sobre el potencial eólico de la

zona si no también poder analizar y agrupar todos esos datos. A continuación se

representa mediante gráficas, los diversos tratamientos estadísticos aplicados a los datos

obtenidos con el fin de poder interpretar y extraer la mayor información posible de cada

estación meteorológica.

- Distribución de frecuencia

Se representa mediante barras la probabilidad de que se den vientos de las diferentes

velocidades medias. Estos gráficos nos permiten ver de manera muy rápida la

distribución de los valores.

- Frecuencias por dirección

Se representa en formato de rosa. En ella se distribuye en 16 cuadrantes el porcentaje

de presencias para una determinada dirección de viento. Nos da idea de las

direcciones predominantes (blowing from) para un lugar dado.

- Rosa de frecuencias y velocidades

Distribuye por dirección y probabilidad las velocidades medias.

- Velocidades por dirección

Distribuye por direcciones las velocidades medias.

- Perfil de día típico

Representa las medias horarias para un determinado emplazamiento.

- Weibull

Mediante esta función estadística se pretende caracterizar el régimen eólico del lugar

y así poder predecir su comportamiento futuro.

3.1 Casita Azul, Isla Cristina

3.1.1 Distribución de frecuencia

3.1.2 Frecuencias por dirección

3.1.3 Rosa de frecuencias y velocidades

3.1.4 Velocidades por dirección

3.1.5 Perfil día típico

3.1.6 Weibull

3.1.7 Comentarios Este emplazamiento que en principio se presuponía idóneo por su cercanía al mar, ha

resultado ser con diferencia el menos adecuado. Si nos ceñimos tanto a las tablas de

velocidades medias como a las gráficas obtenidas, vemos como por lo general los valores

son muy bajos. En los meses de verano con el efecto de las corrientes mar-tierra los

valores mejoran pero siguen siendo significativamente bajos.

Respecto a las direcciones, son muy variables en función de la época de año aunque

aparece un marcado predominio del NW como puede verse en la gráfica de frecuencias por

dirección anual. También podemos distinguir que en esta dirección los vientos son además

los más bajos (menores de 2m/s la mayor parte del año) a excepción del verano como ya

se indicó anteriormente y en el que alcanza sus máximos en torno a las 17-18h.

En cuanto a velocidades máximas, tampoco se alcanzan valores límite en ninguna época

del año que pudiesen suponer un riesgo potencial para una turbina. Solo destacar que las

ráfagas más fuertes corresponden a los meses de otoño, donde buena parte del viento

sopla del S-SE.

Por último y como consecuencia de estos resultados tan bajos se obtiene la función

Weibull y su gráfica correspondiente. En este caso, los parámetros de la función tanto

para las estaciones climáticas (0,56 a 0,94) como para el anual (0,81) salen con un valor

de factor de forma (k) muy inferior a 1 lo que corresponde con regímenes de vientos muy

bajos y con mucha turbulencia.

De hecho, en este caso, en opinión de FreeLight, debido a las características de los

resultados del Weibull, que para representar la distribución del viento el factor k debe

variar entre 1 y 3, no lo consideramos un modelo matemático apropiado para representar

los vientos que se dan en esta zona.

3.1.8 Conclusiones: Esta localización no es adecuada para el uso de un sistema eólico ya que no se alcanzan

unos valores mínimos que pudiesen compensar la producción anual. Estimamos que estos

resultados son consecuencia de la gran cantidad de sombras que presenta el punto de

medición ya que se encuentra completamente rodeado por una masa forestal de gran

porte, principalmente eucaliptos de más de 20 metros que bloquean en gran parte los

vientos provenientes del NW, dirección predominante durante gran parte del año. En

consecuencia sería necesario elevar suficientemente la turbina para sobrepasar con creces

estos árboles con lo que ello supone en cuanto a coste y viabilidad.

3.2 FreeLight, Lepe


3.2.6 Weibull

3.2.7 Comentarios Situado en un entorno urbano con muchas irregularidades y alta rugosidad del terreno

circundante, ha resultado ser un mejor sitio de lo esperado aunque sin ser suficiente. Los

valores medios representados en la gráfica de distribución de frecuencia muestran una

prevalencia de vientos próximos a 2m/s y principalmente provenientes del N o NW. Sin

embargo se aprecia para los meses de primavera y otoño una gran dispersión en cuanto a

direcciones se refiere, lo que indica mucha turbulencia ocasionada por los cambios de

estación.

Respecto a vientos fuertes, se aprecia igualmente valores máximos para los meses de

primavera y otoño provenientes del NW y SE respectivamente. Analizando la gráfica del

perfil diario, se observa que los vientos alcanzan los valores más altos durante las tardes

(17-18h) al igual que en La Casita Azul.

Por último y como consecuencia de estos resultados bastante bajos se obtiene la función

Weibull y su gráfica correspondiente. En este caso, los parámetros de la función tanto

para las estaciones climáticas (0,78 a 1,15) como para el anual (0,97) salen con un valor

de factor de forma (k) entorno a 1 lo que corresponde con regímenes de vientos muy bajos

y con mucha turbulencia. Debido a las características de los resultados del Weibull, que

para ser representativo de la distribución del viento el factor k debe variar entre 1 y 3, se

pone en duda la capacidad de representación que tiene este modelo matemático para

aplicarse a los vientos que se dan en esta zona.

3.2.8 Conclusiones

Aunque los valores en esta zona son algo mejor siguen sin ser suficientes. Creemos que la

gran diversidad del terreno con edificios de tamaños y formas variadas influye

notablemente en el rendimiento y sobre todo en la turbulencia generada

3.3 Estadio Iberoamericano, Huelva


3.3.6 Weibull

3.3.7 Comentarios Los valores son mejores que en estaciones anteriores, alcanzando una media anual de 2,70

m/s. Su mejor emplazamiento y sobre todo la altura a la que se colocó el medidor, sin

obstáculos relevantes, nos ha dado un patrón de viento mejor. En este caso primavera y

verano se destacan como las mejores épocas aunque siguen dando valores medios bajos (3-

3,3 m/s). La dirección predominante sigue siendo NW, que es además de donde vienen los

vientos más fuertes.

Respecto al perfil del día aquí se repite, pero con valores más altos, un alza de las

velocidades medias a partir del medio día, alcanzando las mayores cotas en torno a las 17-

18h para luego caer hasta primeras horas de la noche.

La gráfica Weibull nos arroja un factor de foma k>1 en los datos anuales (1,04) y para

primavera (1,10) y verano (1,20) pero sigue debajo de 1 en invierno (0,85) y otoño (0,93).

Aunque mejor que en las anteriores estaciones, aún insuficiente y se pone en duda la

validez del modelo Weibull para estos sitios. De todos modos, nos confirma la gran

abundancia de vientos bajos y la poca uniformidad en los vientos registrados en esta zona.

3.3.8 Conclusiones:

Aunque la localización no ha dado los resultados esperados, podría ser interesante la

instalación de una turbina en esta zona pues es un sitio de mucha visibilidad y potencial

divulgativo.

3.4 Granja Escuela, Trigueros


3.4.6 Weibull

3.4.7 Comentarios

Este medidor ha registrado los mejores datos de todas las estaciones que teníamos

situadas cerca de la costa. Se encuentra en una localización privilegiada al no tener

obstáculos, estar rodeado de un terreno muy llano y uniforme y sobre todo por

encontrarse a más de 20 metros sobre el suelo.

En la distribución de frecuencias ya puede verse que la potencia energética de esta zona

es mejor aunque las medias sigan sin alcanzar valores destacables. Respecto a las

direcciones, los vientos predominantes provienen del E casi todo el año menos en verano

que proceden del NW aunque son concretamente los del SW donde se acumulan los valores

máximos.

En cuanto a velocidades y dirección, la rosa nos muestra bastante homogeneidad en lo que

a ráfagas máximas se refiere, superando normalmente los 15-17 m/s desde casi todas

direcciones. Estos valores de ráfagas ya si pueden empezar a considerarse un factor de

riesgo para algunas turbinas, principalmente de poca potencia y gama baja.

Y respecto al perfil horario, destacar que por lo general el ascenso de las velocidades

comienza un poco después que el resto de estaciones comentadas hasta ahora,

seguramente debido a que la influencia de los vientos mareales no es tan inmediata como

en las que está mucho más próximas a la costa.


primavera (1,04) y verano (1,10) pero sigue debajo de 1 en invierno (0,89) y otoño (0,94),

muy similar a los resultados anteriores de Huelva-Estadio Iberoamericano. Siguen siendo

aún insuficientes y aquí también se pone en duda la validez del modelo Weibull para estos

sitios. Se confirma la gran abundancia de vientos bajos y la poca uniformidad en los

vientos registrados en esta zona.

3.4.8 Conclusiones

Huelga decir que aunque su instalación en la cubierta del edificio se ha hecho situándolo

varios metros sobre ésta, hemos detectado la influencia del propio edificio sobre la

turbulencia y variabilidad de los datos debido a la cercanía de los bordes. Por lo tanto en

el caso de instalar una turbina en edificios de similares características, sería muy

conveniente elevar la altura del buje al menos entre 15 y 20 metros respecto al suelo de

la cubierta en función de su proximidad a los bordes. Respetando estas premisas, este

emplazamiento aunque no ideal, podría ser un buen sitio para instalar una turbina al

menos por su aspecto divulgativo.

3.5 El Romerito, Zalamea la Real


3.5.6 Weibull

3.5.7 Comentarios

Con una media anual de 2,76 m/s esta localización no es idónea para situar un

aerogenerador. Presenta una marcada predominancia de los vientos procedentes del N y

sobre todo del NW, siendo además ésta última la dirección que alberga los datos más

habituales de velocidades medias y ráfagas altas.

En este caso al igual que en Trigueros, el inicio del aumento de viento se acerca más al

inicio de la mañana (8-9h) para descender a valores mínimos a finales del día.


primavera (1,19) y verano (1,19) pero sigue debajo de 1 en invierno (0,88) y otoño (0,92),

parecidos a los resultados en Huelva y Trigueros. Aunque resulta inesperado el factor de

forma tan bajo para un sitio de la sierra, otra vez, demuestra la gran abundancia de

vientos bajos y la poca uniformidad en los vientos registrados en esta zona.

3.5.8 Conclusiones:

No se recomienda la instalación de una turbina en esta zona ya que tanto las medias como

las diversas variables analizadas determinan un potencial energético del viento demasiado

bajo.

3.6 Molino siglo XVIII, Santa Bárbara de Casa


3.6.6 Weibull

3.6.7 Comentarios A priori sería el mejor lugar de los seleccionados pues desde hace siglos se cuenta con la

presencia de molinos harineros de gran tamaño.

Analizando la distribución de frecuencias ya podemos adivinar el potencial real de esta

zona pues nos presenta una franja de vientos bastante amplia que abarca valores medios

inusuales en otras estaciones analizadas. Cabe destacar el verano como época idónea ya

que es cuando se presentan los mejores resultados coincidiendo con los vientos

procedentes del N y NW. Esto también podemos verlo si analizamos la rosa de frecuencias,

donde nos muestra de forma muy acusada cómo la mayor parte del tiempo el viento

procede de estas direcciones, alcanzando los mejores valores del año.

Además cabe destacar la gran diferencia, respecto a las estaciones anteriores, en lo que al

perfil diario se refiere. Como puede comprobarse, siendo éste un dato de gran

importancia, esta estación no solo ha registrado los mejores datos medios sino que además

ese valor se mantiene constante durante casi todo el día. Esto nos asegura una producción

anual alta independientemente, más o menos, del mes o época del año en que nos

encontremos.

Por último comentar que la gráfica Weibull nos da un factor de forma k=1,32 (anual)

subiendo hasta 1,56 (verano), lo que confirma que el régimen de viento es mejor y más

uniforme en este lugar en comparación con los otros sitios del estudio. Se puede ver de

manera muy clara simplemente mirando la forma de la gráfica y su mejor aproximación a

una distribución normal. Podemos por tanto caracterizar el sitio con un régimen de viento

conforme a una distribución Weibull, presentando turbulencia moderada y una distribución

de velocidades de viento apropiada para la aplicación de la energía eólica.

3.6.8 Conclusiones:

Sin duda ésta sería la única estación técnicamente viable para la instalación de un

aerogenerador de mediana potencia. Aunque la media no es demasiado alta (5,18 m/s) sí

que se mantiene durante muchos días y horas al año. Sin embargo habría que prestar

especial interés a las ráfagas máximas alcanzadas. En este año de mediciones se han

superado varias veces los 20 m/s llegando incluso hasta un valor máximo de 23,80 m/s.

Según nuestra experiencia, sobre todo evaluando turbinas de baja calidad pero muy

comunes en el mercado, no se garantiza su resistencia en vientos similares a estos valores.

Por tanto si finalmente se selecciona este lugar, aconsejamos la instalación de equipos de

calidad cuyo rendimiento es, además, mayor.

4. Correlación de los datos con los de otras estaciones cercanas

Uno de los puntos importantes del estudio era comprobar si, de algún modo, era

predecible el recurso eólico de un sitio tomando como base los históricos de estaciones

meteorológicas cercanas y solo algunos meses de datos del emplazamiento en cuestión.

Para ello hemos realizado dentro de este documento correlaciones entre los datos

obtenidos en los sitios de estudio y los datos de estaciones meteorológicas permanentes

para el año 2011-2012 con el fin de:

Encontrar una relación lineal fuerte entre los sitios del estudio y estaciones

permanentes, es decir una relación matemática con R2>0,8 como mínimo. 1

Demostrar si se pueden utilizar los datos históricos y futuros de las estaciones

permanentes para poder caracterizar el viento en un nuevo sitio con medidas de

solamente unos meses.

Separamos las estaciones en dos tipos: Sierra y Costa. Se realizaron correlaciones entre las

tres estaciones permanentes de la sierra (Valdelamusa, El Campillo y Aroche) con las dos

estaciones del estudio de la sierra (Santa Bárbara de Casa y Zalamea la Real). Se

realizaron también correlaciones entre una estación permanente en la ciudad de Huelva

(MeteoHUELVA) con las cuatro estaciones del estudio de la costa (Trigueros, Huelva-

Estadio, Lepe, Isla Cristina). Los resultados de estas correlaciones se pueden ver en las

siguientes tablas:

4.1 Correlaciones de la Sierra

Estaciones Meteorológicas Permanentes

Valdelamusa El Campillo

Aroche

Santa Bárbara

y = 1,306x +

3,250

R² = 0,339

y = 1,632x +

2,501

R² = 0,236 y = 1,118x +

3,644 R² = 0,068

Zalamea

y = 0,772x +

1,659

R² = 0,520

y = 1,512x +

0,358

R² = 0,898

y = 0,315x +

2,379

R² = 0,021

1 R2 en estadísticas es un número entre 0 y 1 que describe la precisión de la línea de regresión para encajar con los puntos de datos. Un R2 cerca de 1 significa la línea de regresión cabe perfectamente con los datos, mientras que un R2 cerca de 0 indica que la línea de regresión no representa bien los puntos de datos.

4.2 Correlaciones de la Costa

Estaciones Meteorológicas Permanentes

MeteoHUELVA

Trigueros

y = 1,172x + 1,265 R² = 0,667

Huelva- Estadio

y = 1,009x + 1,023 R² = 0,871

Lepe

y = 0,761x + 0,925 R² = 0,743

Isla Cristina

y = 0,619x + 0,625 R² = 0,634

Analizando los datos queda bastante claro que las únicas regresiones con resultados de

linealidad significativos son los de Zalamea la Real con El Campillo en la sierra y Huelva-

Estadio con MeteoHUELVA en la costa.

Estos resultados significan que podemos extrapolar con bastante confianza los datos de

Zalamea la Real con los de El Campillo y también los de Huelva-Estadio con los de

MeteoHUELVA utilizando solo unos meses de mediciones.

En general, los resultados de las correlaciones determinan que cuanto más lejos estén las

estaciones de los puntos a estudiar menos probable será que se puedan extrapolar los

datos. De hecho, las dos regresiones que tiene un nivel de linealidad aceptable son, en

ambos casos, estaciones muy cercanas una a la otra.

y = 1,512x + 0,358R² = 0,898

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 2 4 6

ZALA

MEA

EL CAMPILLO

ZALAMEA-EL CAMPILLO

ZALAMEA-VALDELAMUSA

Lineal (ZALAMEA-VALDELAMUSA)

y = 1,009x + 1,023R² = 0,871

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6

HU

ELV

A E

stad

io

MeteoHUELVA

HUELVA Estadio-MeteoHUELVA

HUELVA Estadio-MeteoHUELVA

Lineal (HUELVA Estadio-

MeteoHUELVA)

4.3 Determinación del Weibull ajustado

Como se ha explicado anteriormente, los Weibull en general, salvo para la estación de

Santa Bárbara, no parecen ser representaciones fiables en estos casos de regímenes de

vientos tan bajos, variables y turbulentos. Sin embargo cada año de viento es diferente y

para caracterizar el viento con más certeza es siempre recomendable tener muchos años

de datos. Puesto que eso no es posible para nuestros sitios del estudio y que muchos

estudios no pueden tampoco durar 10 años, por ejemplo, es muy interesante poder

extrapolar los datos históricos del sitio y posteriormente poder calcular el Weibull

ajustado, basado en la correlación entre el sitio del estudio y una estación permanente

cercana.

En nuestro estudio, el único emplazamiento donde, en primer lugar, hay una correlación

significativa con una estación permanente y en segundo lugar donde esta estación

permanente tiene un histórico de datos suficiente (años 2000 a 2012), es Zalamea la Real

con la estación agroclimática de El Campillo.

4.3.1 Zalamea la Real-El Campillo

Como se reveló anteriormente, la correlación entre Zalamea la Real y El Campillo es: y =

1,512x + 0,358, con un R² = 0,898. Entonces podemos extrapolar los datos históricos de

Zalamea, basados en los de El Campillo utilizando esta relación. Se realizó dicho cálculo y

el Weibull ajustado resultante para Zalamea salió bastante mejor que el original para el

periodo 2011-2012. La representación gráfica se puede ver abajo:

Los parámetros del Weibull inicial para los datos de 2011-2012 fueron Factor de Forma (k):

1,02, Factor de Escala (c): 2,61, Media (teórica): 2,59. Según los cálculos de producción

energética anual con el Weibull ajustado, una turbina en Zalamea podría producir entorno

al 20% más de energía anual que la que se ha calculado para 2011-2012 mediante el

estudio. Sin embargo en los siguientes apartados, se ve que esto no es un aumento

suficiente para asegurar la viabilidad de una turbina en este sitio.

5. Cálculos de producción

Para realizar los cálculos de producción de las turbinas en los diversos sitios hace falta

conocer su curva de potencia real. Sin embargo, las curvas de potencia ofrecidas por los

fabricantes no siempre son objetivas al 100% y por ello este estudio se ha dirigido a los

estudios realizados por el SEPEN (Site Expérimental pour le Petit Eolien National.

Narbonne, Francia) como entidad certificada y acreditada para ello. Tras analizar los

informes de las 16 turbinas probadas por SEPEN en Malbouisson, Narbonne - Francia,

elegimos las tres turbinas más interesantes y pertinentes para este estudio de viento y

para la provincia de Huelva.

5.1 Turbinas elegidas

5.1.1 Windspot 3,5kW (ENAIR)

Es una turbina de alta calidad de diseño español y que ha dado muy buenas resultados

tanto en las pruebas de Narbonne como en las pruebas del CEDER/CIEMAT (Centro de

Desarrollo de Energías Renovables. Soria, España) que también ha analizado diversos

molinos de fabricantes españoles.

Características:

Marca Sonkyo Energy

Modelo Windspot 3.5 kW

Tipo Eje horizontal

Número de palas 3

Diámetro de rotor 4.05 m

Tipo de regulación Pasaje variable pasivo con centrífugo de amortización hidráulico

Potencia nominal 3500 W a 12 m/s

5.1.2 Black 600

Es una turbina de las más baratas pero que se ha instalado bastante en la zona de Huelva

por su bajo coste y pequeño tamaño. Se utiliza principalmente para apoyar sistemas

fotovoltaicos aislados. Por lo tanto su rendimiento real nos puede brindar información

interesante y pertinente para esta zona.

Características:

Marca Arrow Solar Energy (ASE)

Modelo Black 600

Tipo Eje horizontal

Número de palas 3


Tipo de regulación Electrónica

Potencia nominal 600 W a 11 m/s

5.1.3 Windspire (Eje Vertical)

El Windspire es una turbina de eje vertical tipo Darrieus. La verificación del rendimiento

de esta turbina es muy interesante, sobre todo para sitios urbanos como Huelva. En

general este tipo de turbina se comporta mejor y resulta más segura en sitios con mucha

turbulencia como son los entornos urbanos.

Características:

Marca Mariah Power

Modelo Windspire

Tipo Eje vertical (tipo Darrieus)

Número de palas 3


Tipo de regulación Electrónico

Potencia nominal 1200W a 11m/s

5.2 Cálculo de Producción Real

Para este cálculo hubiera sido posible emplear los Weibull de cada sitio para estimar la

producción anual en cada uno de ellos pero como hemos establecido anteriormente,

debido a la falta de confianza de la representación matemática en estos emplazamientos

de estudio, hemos preferido utilizar simplemente las distribuciones de frecuencia para

cada sitio del año 2011-2012 y así poder estimar la energía que habría producido cada una

de las 3 turbinas analizadas durante el periodo del estudio.

El cálculo de energía se realiza multiplicando a cada velocidad de viento (1m/s, 2m/s,

3m/s, 4m/s… etc) las horas de viento en este rango por la producción según la curva de

potencia real de la turbina. Por ejemplo, si hay 1000 horas al año en el rango de 4m/s y la

producción de la turbina es de 50W con este viento, la producción para este rango será

1000h x 50W= 50.000Wh o 50kWh. Después se suman todos los productos en cada rango

para tener la producción total anual.

El siguiente gráfico muestra un ejemplo de las dos series que se multiplican para hacer el

cálculo en el caso del Windspot 3,5kW en Santa Bárbara:

Y la representación gráfica de la producción anual real (la multiplicación de las dos series)

es el siguiente:

5.3 Calculo de Producción Teórica

La potencia que puede rendir una turbina depende de la energía disponible en el viento.

Se puede expresar con la siguiente ecuación:

P = 0,5.ρ.Cp.A.v3

P = Potencia en Watios

ρ = Densidad del aire (aprox. 1,225 kg/m3 a nivel del mar)

A = Área de barrido (m2)

Cp = Coeficiente de potencia (0,59 {límite de Betz} es el máximo teórico. Un valor de 0,35

es un buen número)

v = Velocidad del aire en m/s

Una práctica común para estimar la producción anual en un sitio específico es utilizar la

velocidad media anual del viento y multiplicar el resultado de la Potencia en la ecuación

anterior por el número de horas en el año (8760 o 8766 si tenemos en cuenta años

bisiestos). Esto nos da una aproximación a la producción anual basado en el principio de

que el viento está soplando a la velocidad media todas las horas del año, por ello es

puramente teórico. Además asume un Coeficiente de potencia constante, lo que no es el

caso en la realidad. Este tipo de estimación de producción no es posible calcularla de

forma tan sencilla para turbinas de eje vertical puesto que el área de barrido no es

representativa del área real de captación de potencia del viento.

5.4 Factor de Capacidad

El Factor de Capacidad (FC) es un coeficiente utilizado con frecuencia para representar la

producción energética en un sitio determinado de una turbina de viento. Está relacionado

con la potencia nominal de la turbina. Es también un valor teórico, expresado como un

porcentaje basado en la situación teórica de que la turbina estuviese funcionando a su

potencia nominal todas las horas del año, es decir 8760 horas. Por lo tanto, una turbina

con potencia nominal de 2kW funcionando todo el año tiene una producción teórica de

2kW*8760h=17520kWh.

Evidentemente este valor no es real, porque la turbina funciona solamente bajo ciertas

condiciones meteorológicas y normalmente por debajo de su potencia nominal.

Para llegar al Factor de Capacidad, el valor calculado de producción anual (por mediciones

o por extrapolación) se divide por este valor, que nos da un porcentaje. Por lo tanto si la

turbina de 2kW realmente produce 3504kWh/año, el Factor de Capacidad sería del 20%

(3504/17520) x 100. Grandes parques eólicos son capaces de llegar a Factores de

Capacidad entorno al 30%, mientras que para pequeñas turbinas normalmente se sitúa

entre 10 y 20% en los buenos sitios.

5.5 Tablas de Producción

En las siguientes tablas se han realizado dos tipos de cálculo (1. Real, 2. Teórico) para

cada una de las tres turbinas elegidas en cada sitio del estudio:

1. Cálculo Real- Dist de Freq (kWh): El cálculo de producción anual basado en la

multiplicación entre la distribución de frecuencia del viento para el año 2011-2012 y la

curva de potencia real (de SEPEN) de la turbina, y su correspondiente factor de capacidad.

2. Cálculo Teórico- Media anual (kWh): El cálculo teórico basado en la velocidad media del

sitio y el área barrida, y su factor de capacidad correspondiente.

Cálculos de Producción Anual

WINDSPOT

3,5kW 1. Cálculo Real-

Dist de Freq

(kWh)

Factor de

Capacidad

2. Cálculo

Teórico- Media

anual (kWh)

Factor de

Capacidad

Lepe 281 0,9% 221 0,7%

Isla Cristina 151 0,5% 85 0,3%

Huelva 829 2,7% 408 1,3%

Zalamea 972 3,2% 436 1,4%

Trigueros 2376 7,7% 753 2,5%

Santa Bárbara 6118 19,9% 2884 9,4%


Black 600 1. Cálculo Real-

Dist de Freq

(kWh)

Factor de

Capacidad

2. Cálculo

Teórico- Media

anual (kWh)

Factor de

Capacidad

Lepe 58 1,1% 30 0,6%

Isla Cristina 32 0,6% 11 0,2%

Huelva 121 2,3% 55 1,1%

Zalamea 131 2,5% 180 3,4%

Trigueros 217 4,1% 102 1,9%

Santa Bárbara 392 7,5% 390 7,4%


Windspire

1,2kW (VAWT) 1. Cálculo Real-

Dist de Freq

(kWh)

Factor de

Capacidad

2. Cálculo

Teórico- Media

anual (kWh)

Factor de

Capacidad

Lepe 43 0,4% n/a n/a

Isla Cristina 24 0,2% n/a n/a

Huelva 140 1,3% n/a n/a

Zalamea 176 1,7% n/a n/a

Trigueros 510 4,8% n/a n/a

Santa Bárbara 1431 13,6% n/a n/a

Con la evaluación de las estadísticas de las tablas, queda claro que el único sitio que

produce un Factor de Capacidad dentro de un rango aceptable es Santa Bárbara y

solamente con las turbinas de Windspot y Windspire, siendo el Windspot el que da los

mejores resultados con gran diferencia. Es notable la diferencia entre los métodos de

cálculo 1 y 2, es decir entre el real y el teórico. En casi todos los casos el Factor de

Capacidad teórico es muy inferior, cerca del 50% menos, que el basado en el cálculo real,

lo que supone consecuencias para futuras evaluaciones. Con esto queda patente que el

método teórico de utilizar la media anual y área barrida como principales variables no es

una manera fiable para hacer un análisis de producción energética para pequeñas

turbinas.

6. Conclusiones finales

Los vientos en la provincia de Huelva son en general principalmente del norte-oeste y

no del sur, contrario al creer popular. Así mismo los vientos más fuertes ocurren

durante la tarde y no por la noche. Eso supone un gran inconveniente si pretendemos

utilizar un turbina como apoyo al sistema fotovoltaico en las horas que no hay sol.

El único sitio donde una turbina produciría un nivel de energía importante sería en

Santa Bárbara de Casa. Sin duda ésta es la única estación técnicamente viable para la

instalación de un aerogenerador. Aunque la media no es demasiado alta (5,18 m/s) sí

que se mantiene durante muchos días y horas al año. Otros sitios como Huelva-Estadio

y Trigueros podrían considerarse para la instalación de una turbina pero por razones

divulgativas.

La mejor turbina con gran diferencia de las analizadas es el Windspot 3,5kW, seguido

por el Windspire (eje vertical). El Black 600 tiene una curva de potencia tan inferior

que la producción anual es mínima.

Anemómetros no profesionales pueden ser viables y servir para hacer estudios de

viento. Además se podría caracterizar mucho mejor el recurso si se relacionaran con

datos históricos de otras estaciones permanentes cercanas.

Las correlaciones entre sitios con anemómetros solamente dan resultados

significativos, es decir linealidad (R2) adecuada, cuando los anemómetros se

encuentran a poca distancia entre sí, no más que algunos kilómetros. Resulta que las

características del viento, por lo menos en la zona de Huelva, cambian mucho

dependiendo de la localización y la rugosidad del terreno.

La extrapolación de datos históricos de El Campillo para ajustar el Weibull de Zalamea

la Real supone una mejora significativa de los datos de Weibull y su potencial de

representar el viento en el sitio. Demuestra que 2011-2012 ha sido un año por debajo

de la media de la última década con respecto al recurso eólico. Sin embargo esta

mejora en el Weibull no es suficiente para proponer de forma contundente la

viabilidad de una turbina en este lugar.

Los vientos a una altura de entre 10m y 15m sobre el suelo resultan, en general,

demasiado bajos y turbulentos para el buen funcionamiento de pequeñas turbinas

eólicas. Conforme con las conclusiones extrapoladas del campo de pruebas de SEPEN

en Narbonne, las torres deberían estar por lo menos 20m sobre el nivel del suelo o del

edificio.

La velocidad anual media del viento debería ser como mínimo absoluto de 5m/s,

preferiblemente de 6m/s, para producir una cantidad de energía suficiente y hacer

viable la instalación de una pequeña turbina eólica.

Otras conclusiones interesantes

El modelo matemático de Weibull no resulta ser válido para representar de forma

fiable el comportamiento del viento en sitios con regímenes tan bajos, variables y

turbulentos (k ≈ 1 ,c < 4) como los que se dan en los puntos analizados.

El método teórico utilizado con frecuencia en la literatura para estimar la producción

energética anual, basado en el área de barrido, velocidad media anual y Coeficiente

de potencia (P = 0,5.ρ.Cp.A.v3 multiplicado por 8760 horas del año), resulta incapaz

de predecir con precisión la producción energética anual de una turbina. En general

está generando una desviación en torno al 50%, lo que no es ni aceptable ni

recomendable.

Queda demostrado que algunos modelos matemáticos existentes sobre el recurso

eólico en España y concretamente los referidos a la provincia de Huelva, no son útiles

para estos usos. Otorgan valores medios demasiado altos que no se ajustan a las

condiciones reales de instalación y producción de una turbina de pequeña potencia así

como que abarcan superficies demasiado amplias como para considerarlas homogéneas

en lo que al viento se refiere.

7. Agradecimientos En este apartado, finalmente, nos gustaría agradecer su colaboración y participación a

todas aquellas personas y entidades que han participado en la realización de este

documento y sin las cuales hubiera sido imposible concluirlo.

- Franck Turlan, SEPEN, Malbouissou, Narbonne, Francia

- Red de Estaciones Agroclimáticas. Consejería de Agricultura, Pesca y Medio

Ambiente. Junta de Andalucía

- Daniel Zamora Rubio – MeteoHuelva - Red Meteoclimatic

- A los técnicos y compañeros encargados del envío de los datos de las estaciones

El equipo FreeLight

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