Más que aire: investigadores afinan simulación de un parque eólico

Central Eólica en Oaxaca. Foto: Presidencia de la República Mexicana
Central Eólica en Oaxaca. Foto: Presidencia de la República Mexicana

La energía eólica proporcionará casi una quinta parte de la demanda mundial de electricidad en 2050, según el Consejo Global de Energía Eólica (Global Wind Energy Council). Aunque las turbinas eólicas son generalmente consideradas como una alternativa sostenible a las fuentes de energía tradicionales, se sabe relativamente poco sobre el impacto que tienen en su entorno inmediato.

Un equipo de investigación con sede en Beijing, China, está trabajando para comprender mejor el efecto que tienen los parques eólicos a nivel local y global examinando el rendimiento de los modelos predictivos que se utilizan actualmente para pronosticar su efecto.

Su análisis aparecerá en portada de la edición de febrero de 2019 de Advances in Atmospheric Sciences (“Avances en Ciencias Atmosféricas”).

“Los estudios de observación y modelado indican que los parques eólicos podrían influir en el clima local al contribuir a la turbulencia del aire, y podrían reducir la velocidad del viento a sotavento del parque”, dice GUO Zhenhai, autor del artículo y profesor en el Laboratorio Estatal de Modelado Informático para las Ciencias Atmosféricas y la Dinámica de Fluidos en Geofísica del Instituto de Física Atmosférica de la Academia China de Ciencias. “Sin embargo, las observaciones directas son limitadas, por lo que los modelos se han convertido en una herramienta de investigación valiosa para examinar el impacto ambiental que tienen los parques eólicos”.

El viento sopla moviendo las aspas de una turbina. A medida que giran las aspas, transfieren la energía del movimiento del viento, llamada energía cinética, a los engranajes dentro de la turbina. La energía finalmente llega a un generador, donde se convierte en electricidad. Los vientos más fuertes ayudan a los parques eólicos a producir aún más electricidad. Sin embargo, al haber absorbido las turbinas la energía cinética, el viento parece apagarse pasado el parque eólico.

Un cambio en el viento podría alterar factores importantes para la agricultura a escala local, como la temperatura y los niveles de humedad en el aire y el suelo, según los investigadores. Sin embargo, debido al gran tamaño de los parques eólicos y la naturaleza cambiante de cada viento, la topografía y otras variables que influyen en el comportamiento, hay muy pocos datos observados sobre cómo las instalaciones eólicas afectan en las áreas vecinas.

Los científicos suelen usar modelos climáticos para ver cómo ciertos cambios de condiciones, como el aumento de la temperatura, pueden afectar a la lluvia en un área en particular. Pero esos modelos siempre están calibrados y validados con datos observables. De acuerdo con GUO, los dos modelos informáticos utilizados para predecir cómo afectan los parques eólicos al entorno que los rodea no tienen la misma información del mundo real disponible para comprobar su precisión.

Los dos sistemas, denominados “Parametrización de Parque Eólico” y “Investigación y Pronóstico Meteorológico”, normalmente se combinan para garantizar comportamientos similares en todos los pronósticos. A medida que los parámetros cambian en las diferentes situaciones modeladas, se necesita saber si el comportamiento predicho es el resultado de una nueva variable o si lo causa por un problema informático. Esa comprobación es casi imposible de hacer sin la validación adecuada.

En un esfuerzo por comprender mejor cómo los modelos predicen los resultados climáticos sin datos del mundo real, los investigadores examinaron cómo validar las resoluciones del modelo contra sí mismo. La resolución es el nivel de detalle de un punto de interés de estudio específico, como los límites geográficos precisos. Un modelo con una resolución geográfica baja podría simular los efectos del viento a lo largo de cientos de kilómetros; una alta resolución podría limitar las simulaciones a áreas más precisas.

“Aunque el modelo acoplado se usa mucho, no está bien validado debido a la falta de datos observados”, apunta GUO. “De hecho, en la mayoría de los estudios donde se usa el modelo acoplado, se observa que las resoluciones del modelo desempeñan un papel importante para reproducir los pocos datos del mundo real de que se dispone “.

La elección de la resolución del modelo para ciertas variables puede sesgar enormemente los resultados y, para recrear las condiciones del mundo real, las situaciones modeladas necesitan resoluciones variadas para diferentes parámetros.

GUO y su equipo examinaron específicamente resoluciones verticales y horizontales, que controlan cómo el modelo simula el flujo del viento a través del parque eólico y pasado el mismo. Descubrieron que las resoluciones verticales y horizontales más altas afectaban la forma en que el viento se movía según las simulaciones, y la resolución horizontal podría influir significativamente en cómo se comportaban la temperatura de la superficie y el vapor de agua.

“Necesitamos más modelos informáticos y recogida de datos reales durante un período de tiempo más largo y un rango más amplio de condiciones atmosféricas para entender cómo desplegar la energía eólica de manera óptima”, afirma GUO. “El proceso de validación que hemos emprendido es un paso importante para especificar las condiciones límite para asegurar que el sistema puede representar la situación observada.”

Los posibles impactos ambientales de los parques eólicos ya habían sido notados en zonas costeras, en las que afecta a las corrientes y a los movimientos del plancton, como nos contó Santi Rodríguez en el podcast 16 cuando nos habló de las surgencias oceánicas, que podéis ver en Dailymotion y escuchar en iVoox a partir del minuto 24:20 del programa.

Fuente: Instituto de Física Atmosférica de la Academia China de las Ciencias

 

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