Análisis de recurso eólico mediante el modelo mesoescalar WRF y FUROW: mapa eólico de la Comunidad de Madrid

En este trabajo se ha elaborado un mapa eólico de la comunidad de Madrid a 80 metros de altura mediante FUROW, el software eólico más completo del mercado desarrollado por SOLUTE Ingenieros. Para conseguir dicho objetivo, los datos de velocidad y dirección de viento se han obtenido a partir de los resultados de la simulación llevada a cabo por el modelo mesoescalar WRF (Weather Research and Forecasting) para posteriormente modelizar el campo de viento microescalar mediante FUROW, el cual es capaz de asimilar información mesoescalar o reanalizada para generar mapas de vientos con mucha mejor resolución.


Mapa eólico de la Comunidad de Madrid a 80 metros de altura

Con respecto al diseño en WRF, está constituido por 3 dominios, con unas resoluciones de 72, 24 y 8 kilómetros respectivamente, usando un anidamiento entre los distintos dominios. El dominio exterior se centra en Madrid capital y tiene un tamaño aproximado de 2016 x 2016 . Los datos topográficos se obtienen de la base de datos global provista por el U.S. Geological Survey (USGS), de manera que se ha utilizado una resolución de 1 arcominuto para el dominio grande y de 30 arcosegundos para el resto. Además, se han establecido 50 niveles de presión hidrostática para analizar en escala vertical, con una mayor concentración de niveles en el rango de interés entre 0-200 metros de altura, hasta llegar al nivel máximo localizado en 50 hPa. Los esquemas de radiación de onda larga y onda corta se basan en Dudhia (1989). Además, un nuevo esquema Simplified Arakawa-Schubert (SAS) basado en Han and Pan (2011) se ha utilizado para la parametrización de los cúmulos del dominio exterior. Con respecto a la capa límite, se ha utilizado el esquema de la Yonsei University (YSU) desarrollado por Hong et al (2006). En relación a la microfísica, se ha elegido un esquema basado en Rogers et al (2001) denominada Ferrier microphysics. Finalmente se ha utilizado un modelo de superficie terrestre simple de cinco capas, basado en Dudhia (1996).

En relación a las condiciones iniciales y de contorno, han sido obtenidas de los análisis troposféricos globales finales (FNL) producidos a partir del Sistema Global de Predicción (GFS) del NCEP. Este producto se obtiene del Sistema Global de Asimilación de Datos (GDAS), que continuamente recolecta los datos observaciones del Sistema Global de Telecomunicaciones (GTS). El periodo temporal simulado por el modelo WRF ha sido el año 2013. La frecuencia de salida de datos de dirección y velocidad de viento es de 1 hora.

Una vez que se han simulado los datos de velocidad y dirección del viento, así como calculado las frecuencias de distribución, se ha realizado un ajuste a largo plazo. En este trabajo, los datos de viento del año 2013 han sido corregidos usando 20 años (01/01/1996 – 01/01/2016) del modelo global MERRA-2 provisto por la NASA. En este caso de estudio resulta crucial esta función, puesto que el valor medio de velocidad de viento para el año 2013 varía respecto a la media del periodo de 20 años considerados.

Como se ha comentado anteriormente, el objetivo es realizar un mapa eólico de la Comunidad de Madrid a una altura de 80 metros, consecuentemente se ha delimitado por las siguientes coordenadas: -4.625º Oeste, -2.875º Este, 41.2º Norte y 39.8º Sur. Además, dentro de este mapa se ha subdividido en 225 cuadrículas de 15 km de resolución horizontal aproximadamente, con el objetivo de crear 225 mapas eólicos que posteriormente se juntarán para componer el mapa eólico global.

FUROW dispone de un motor de cálculo de recurso que permite al usuario generar mapas eólicos en un lugar determinado para una resolución de microescala (en este caso se han generado mapas con una resolución horizontal de 200 metros) basados en una climatología y mapas topográficos (en este caso la orografía se ha determinado de la base de datos SRTM y la rugosidad de la base de datos CLC). Por este motivo, resulta esencial el uso del modelo WRF con el objeto de tener datos de viento a una resolución similar al tamaño de cada cuadrícula. El uso de sólo modelos globales (con una resolución más baja) como pueden ser GFS, ERA-Interim, MERRA, etc. no resulta apropiado ya que no capturan los fenómenos mesoescalares. Consecuentemente, la velocidad y dirección de viento fueron obtenidos para el centro de cada cuadrícula de los resultados de simulación de WRF. Finalmente, tras obtener todos los mapas de cada cuadrícula, se juntan todos tras realizar una interpolación en las zonas superpuestas que permiten suavizar las transiciones entre las distintas cuadrículas.

Con el objetivo de verificar los resultados obtenidos, se han utilizado datos de viento de diversas estaciones meteorológicas localizadas en Rivas (Madrid), Guadalajara a 10 metros de altura, y Ledanca (Guadalajara) a 50 metros de altura. Estos datos experimentales, tras ser corregidos por el intervalo de 20 años de MERRA-2 como se hizo anteriormente, muestran unas velocidades medias de viento de 2.35, 1.90 y 5.14 m/s en Rivas, Guadalajara y Ledanca respectivamente. El mapa eólico a 10m obtenido por FUROW a partir de los resultados de WRF muestra unas velocidades de 2.65 y 2.10 m/s para Rivas y Guadalajara (siendo la diferencia menor de 0,3 m/s), mientras que el mapa eólico a 50 metros de altura muestra una velocidad de viento promedio de 5.58 m/s para Ledanca, haciendo que la diferencia respecto a la experimental ascienda a 0.44 m/s. Las diferencias en los dos primeros emplazamientos pueden ser explicadas debido a que las medidas experimentales están en áreas urbanas de extrarradio y situadas en tejados las cuales se ven influenciadas por edificios cercanos. Para el tercer caso, las medidas se localizan cerca de una zona con fuerte pendiente (acantilado), por lo que ciertos efectos topográficos puede que no sean capturados correctamente.

Como conclusión de este trabajo se puede aseverar que el procedimiento desarrollado por SOLUTE Ingenieros puede ser usado para estimar recurso eólico para un área determinada incluso cuando no haya medidas experimentales disponibles. El uso de una mayor resolución para las simulaciones con WRF y la consideración de más años de simulación pueden ayudar a obtener un mapa más preciso.


Imagenes de las zonas más ventosas de la Comunidad

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