Método mejorado de simulación multiescala del viento sobre terreno complejo para la evaluación del recurso eólico

Enhanced method for multi-scale wind simulations over complex terrain for wind resource assessment

Debido a la variabilidad natural del viento y su fuerte dependencia en las condiciones atmosféricas locales, es necesario realizar evaluaciones exhaustivas del recurso eólico para determinar cuánta energía se puede generar en un sitio determinado [1]. Habitualmente se requiere utilizar modelos avanzados con capacidad de simulación multiescala de alta resolución para los proyectos eólicos onshore instalados sobre terreno complejo. Para tal propósito se adaptó y validó un método mejorado de simulación a gran escala (Large-Eddy Simulation, LES) en el modelo atmosférico no hidrostático MC2 de Environment Canada [2-3]. Dicha implementación ha sido validada modelando numéricamente el viento estratificado para casos típicos sobre terreno plano y montañoso, a partir de los cuales se ha comprobado que el nuevo método multiescala entrega muy buenos resultados al compararlos con otros modelos que cuentan con métodos computacionalmente intensivos [4-5]. 

Este modelo avanzado ahora cuenta con la capacidad de resolver estructuras multiescala del viento utilizando nuevos esquemas de inicialización y discretización que permiten una modelación numérica precisa y estable en presencia de topografía de gran impacto [6-7]. El modelo resultante puede ser utilizado para la evaluación del potencial eólico a nivel local, nacional y regional, asegurando la reducción del error numérico por sobreestimación del viento en sitios montañosos, un problema común de este tipo de herramientas computacionales. Dichos avances científicos en modelación numérica del viento aportan al estudio detallado de la instalación de parques eólicos en acantilados y cordilleras donde se espera una aceleración natural del viento.

INTRODUCCIÓN

La dinámica de la Capa Límite Atmosférica (CLA) se rige por fenómenos físicos complejos cuya escala de influencia se extiende desde pocos metros hasta varios kilómetros. Esto requiere un mayor esfuerzo en el desarrollo de métodos computacionales de predicción numéricamente estables y más precisos. Particularmente, el flujo del viento sobre terreno complejo genera interacciones no lineales entre la CLA turbulenta y la superficie de la Tierra que agregan complejidad a la solución de los sistemas de ecuaciones y revelan ciertas limitaciones de los modelos numéricos convencionales. Los errores en los patrones del viento resultantes de estas simulaciones multiescala afectan las evaluaciones del recurso eólico y la planificación para los parques eólicos.

La comparación entre los resultados de las simulaciones computacionales y los experimentos realizados en túneles de viento y en terreno han demostrado que la predicción de la estructura promedio del viento sobre la topografía terrestre es independiente del modelo empleado y se logra con cierto éxito [8-13].