Resultados preliminares de la evaluación de los potenciales energéticos eólico y solar en la franja fronteriza del Estado de Nuevo León, México

Preliminary Results of the Evaluation of Wind and Solar Energy Potentials  in the Border Strip  at  Nuevo Leon state in Mexico

Ricardo Saldaña Flores y Ubaldo Miranda Miranda
Gerencia de Energías No Convencionales, Instituto de Investigaciones Eléctricas. Reforma 113 Col. Palmira. 62490 Cuernavaca, Morelos, México.
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Resumen
En el presente trabajo se describen la metodología y los resultados obtenidos del estudio de los potenciales eólico y solar en la franja fronteriza del estado de Nuevo León, México, realizado a partir de un año de mediciones de la velocidad y dirección del viento e irradiancia solar global en cinco sitios ubicados en: Anáhuac, Cerralvo, Colombia, Loma Alta y Vallecillos. Las mediciones de viento se realizaron a 27, 54, 35, 42 y 42 m de altura, y las de irradiancia solar global a 9, 6, 6, 5 y 8 m de altura, respectivamente, del 1º de septiembre de 2002 al 31 de agosto de 2003.
Palabras clave: Potencial energético, energía eólica, energía solar.

Abstracts
This paper describes the methodology and the results obtained from a study of wind and solar potentials in the border strip found in the state of Nuevo León, Mexico, wind speed and direction and solar global irradiance measurements were carried out in five states: Anahuac, Cerralvo, Colombia, Loma Alta and Vallecillos. Wind measurements were made at 27, 54, 35, 42 and 42 m high and those of solar global irradiance at 9, 6, 6, 5 and 8 m high, respectively, from September 1, 2002 to August  31, 2003.
Key words: Energy potential, wind energy, solar energy.

Introducción
De septiembre de 2002 a agosto de 2003 se llevaron a cabo mediciones de viento e irradiancia solar global en cinco sitios ubicados en la franja fronteriza del estado de Nuevo León, México con el objeto de determinar el potencial energético de los recursos eólico y solar en la región. Los equipos se localizaron en: Anáhuac (100° 08.19’ W, 27° 14.26’ N), Cerralvo (99° 36.86’ W, 26° 05.42’ N), Colombia (99° 49.99’ W, 27° 39.33’ N), Loma Alta (99° 07.12’ W, 25° 48.85’ W) y Vallecillos (100° 00.32’ W, 26° 40.08’ N). Las mediciones fueron realizadas en conjunto por el Fideicomiso para el Desarrollo del Norte del Estado
de Nuevo León y la Gerencia de Energías no Convencionales del Instituto de Investigaciones Eléctricas.

Metodología
Los anemómetros fueron instalados en una antena de televisión y cuatro torres repetidoras de teléfono a 27 m de altura en Anáhuac, 54 m en Cerralvo, 35 m en Colombia, 42 m en Loma Alta y 42 m en Vallecillos. Los muestreos de la velocidad y dirección del viento se efectuaron cada dos segundos, almacenando el valor promedio de la velocidad y su rumbo asociado cada diez minutos. En cuanto a la irradiancia solar global, los muestreos se realizaron cada dos segundos, almacenando el valor promedio cada diez minutos.

Con los valores promedio de la velocidad del viento y su rumbo asociado, e irradiancia solar global cada diez minutos, se estimó en los cinco sitios la velocidad promedio, la
desviación estándar, los factores de forma k y de escala c de la f.d.p. de Weibull [Manwell, et al., 2002], la densidad de potencia, la velocidad máxima y la irradiación solar global.

Con los archivos de velocidad y dirección del viento se modeló la densidad de potencia en áreas de 50 km x 50 km, mediante el programa Wind Atlas Análisis and Application Program (WAsP), desarrollado por los laboratorios RISØ de Dinamarca, empleando los modelos digitales de elevación del terreno y los valores de rugosidad del área circundante [Mortensen, et al., 2000].
Las figuras 1, 2, 3, 4 y 5 muestran la ubicación de los sitios de medición y las áreas de modelación de la densidad de potencia del viento.

Fig. 1. Ubicación de la estación Anáhuac (municipio de Anáhuac).

Fig. 2. Ubicación de la estación Cerralvo (municipio de Cerralvo).

Fig. 3. Ubicación de la estación Colombia (municipio de Anáhuac).

Fig. 4. Ubicación de la estación Loma Alta (municipio de General Bravo).

Fig. 5. Ubicación de la estación Vallecillos (municipio de Vallecillo).

Resultados
La tabla 1 muestra un resumen de los resultados obtenidos durante el año de medición.

Las figuras 6, 7, 8, 9 y 10 muestran la distribución de la densidad de potencia del viento resultante de la modelación en los alrededores de los sitios de medición a 50 m de altura.

Fig. 6. Modelación de la densidad de potencia en Anáhuac (50 m).
Septiembre de 2002 a agosto de 2003.

Fig. 7. Modelación de la densidad de potencia en Cerralvo (50 m).
Septiembre de 2002 a agosto de 2003.

Fig. 8. Modelación de la densidad de potencia en Colombia (50 m).
Septiembre de 2002 a agosto de 2003.

Fig. 9. Modelación de la densidad de potencia en Loma Alta (50 m).
Septiembre de 2002 a agosto de 2003.

Fig. 10. Modelación de la densidad de potencia en Vallecillo (50 m).
Septiembre de 2002 a agosto de 2003.

Las figuras 11, 12, 13, 14 y 15 muestran los patrones anuales de irradiancia solar global observados en los sitios de medición.

Fig. 11. Patrón anual de irradiancia solar global en Anáhuac.

Fig. 12. Patrón anual de irradiancia solar global en Cerralvo.

Fig. 13. Patrón anual de irradiancia solar global en Colombia.

Fig. 14. Patrón anual de irradiancia solar global en Loma Alta.

Fig. 15. Patrón anual de irradiancia solar global en Vallecillo.

Conclusiones
Las regiones que presentan las mejores condiciones de recurso eólico se localizan en
las inmediaciones de Cerralvo, Loma Alta y Vallecillos, en las áreas elevadas. En estos lugares puede ser factible el aprovechamiento del potencial eólico para la generación eléctrica.

Se recomienda continuar los estudios en dichas regiones, instalando una red anemométrica que registre información real en los lugares donde se estimaron los valores más altos de la densidad de potencia mediante la modelación.

A partir de los resultados que se obtengan de dichas mediciones se realizaría la estimación de la generación eléctrica, a partir de curvas de potencia de aerogeneradores comerciales, a fin de estimar los factores de planta y costos de generación.
En cuanto al recurso solar, aunque en toda la franja fronteriza existen condiciones favorables para su explotación, son Anáhuac y Colombia los sitios donde se presenta con mayor potencialidad este recurso.

Bibliografía
Borja, M. A.; R. González, F. Mejía, J. Huacuz, R. Saldaña y M. C. Medrano. Estado
del arte y tendencias de la tecnología eoloeléctrica. Programa Universitario de Energía. Coordinación de Vinculación. México: UNAM, 1998.
Manwell, J. F.; J. G. McGowan y A. L. Rogers. Wind Energy Explained. Theory, Design and Application. Inglaterra: John Wiley & Sons, LTD., 2002.
Mortensen, N.; D. Heatfield, L. Landberg, O. Rathmann, I. Troen y E. Petersen. Getting Started with WAsP 7.0. Riso-I-1532(EN). Dinamarca: 2000.
Saldaña, R.; U. Miranda, R. González, M. Borja y M. F. Morales. «Evaluación del potencial eólico y solar para la generación de energía eléctrica en los cinco polos de desarrollo identificados en el plan FIDENOR». Informe final. Instituto de Investigaciones Eléctricas. México: 2003.