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Potencial
eólico |
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El viento en los cayos, fundamentalmente
en el litoral norte cubano, puede acercarnos
a las soluciones energéticas definitivas
y a un turismo respetuoso con el medio ambiente.
Desde
septiembre de 1991 se llevó a cabo una primera etapa de prospección
eólica en cayo Sabinal, en la cayería al norte de la provincia
de Camagüey, como parte del Proyecto de Evaluación del Potencial
Eólico Nacional auspiciado por la extinta Comisión Nacional
de Energía y posteriormente por CUBASOLAR, con la finalidad de
localizar varios sitios con un potencial eólico de interés
para su aprovechamiento energético mediante el despliegue de aerogeneradores
(turbinas eólicas) autónomos, sistemas híbridos (combinación
de aerogeneradores con otras fuentes renovables) y parques eólicos
de diferentes potencias, además de evaluar el rendimiento económico-financiero
de tales instalaciones y estimar con mayor precisión la potencialidad
energética de distintas regiones del país.
Definiciones del proyecto
La selección del emplazamiento para realizar las mediciones se
basó en estudios de las series históricas de velocidades
del viento, reportadas por la estación meteorológica de
Nuevitas del INSMET, cercana a cayo Sabinal, las características
físico-geográficas e indicadores indirectos, tales como
las evidencias ecológicas, la presencia de dunas y otros.
De los resultados obtenidos en esa etapa se concluyó que resultaba
de gran importancia continuar la evaluación del régimen
local de vientos en el cayo.
Además, era evidente la importancia de contar con un análisis
del régimen de vientos en la región de Camagüey, y
en particular en la playa Santa Lucía y cayo Sabinal, por la relevancia
que para la provincia tiene el desarrollo del turismo en ambos sitios.
En el cayo se tuvo en cuenta, además, la carencia de una infraestructura
eléctrica y la identificación de que, en las condiciones
de su entorno, el empleo de fuentes renovables de energía no contaminantes
contribuirá a preservar las características ambientales,
caracterizadas por la virginidad de su medio natural.
Los resultados a alcanzar en cada etapa de prospección en cayo
Sabinal tendrían como finalidad no solo la caracterización
energética del viento en este territorio, sino que dentro del contexto
general del citado proyecto, a una escala más amplia, constituiría
un patrón comparativo de la desigual influencia que sobre el archipiélago
ejercen los diferentes eventos meteorológicos a gran escala.
Cayo Sabinal, por su localización al norte del territorio, presenta
una excelente exposición a los vientos prevalecientes, se manifiesta
un alto potencial eólico y una marcada influencia estacional y
anual del anticiclón del Atlántico Norte, al que se le superponen
las características de los sistemas meteorológicos a gran
escala, de carácter estacional, que influyen sobre el territorio.
Unido a esto, en Camagüey se destaca un marcado sistema local de
brisas, donde las particularidades físico-geográficas de
la región (rasgos de semicontinentalidad) tienden a reforzar el
régimen local de vientos.
Emplazamiento de
las estaciones anemométricas
El sitio seleccionado en la primera etapa de prospección en cayo
Sabinal fue el conocido como playa Los Pinos, a 18 km al norte-noroeste
de la ciudad de Nuevitas. El emplazamiento se situó a 30 m
del litoral y en una cota aproximada de 2 m sobre el nivel medio
del mar.
| El
ANEMODATA fue el equipo instalado, desarrollado por el Instituto de
Investigaciones Eléctricas (IIE) de México, del que
facilitaron cinco equipos en calidad de préstamo. La segunda etapa de prospección se inició en el mes de septiembre de 1994 cuando se instaló en Punta Maternillos, en las proximidades del Faro Cristóbal Colón, una estación anemométrica sobre un mástil de 20 m de altura, con un data logger de fabricación alemana, al que se conectaron dos anemómetros (en los niveles de 10 y 20 m) y una veleta (a 20 m). El intervalo de captación de datos de los censores fue de un minuto, los promedios y registros en memoria seefectuaron cada 30 min., y los ciclos de descarga de la memoria del equipo fueron programados para un máximo de 93 días. Los datos registrados por el equipo para cada nivel de medición fueron: velocidad media, desviación estándar, velocidad máxima y rumbo (este último en el nivel de 20 m, donde se instaló la veleta). El procesamiento de los datos fuente se realizó utilizando un software comercial para WINDOWS. |
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La estación
anemométrica se emplazó a 100 m al sureste del Faro
Colón y a 30 m de la línea costera. El área
en cuestión se caracteriza por una franja de litoral arenoso, sin
vegetación ni obstáculos cercanos, lo que permite una excelente
exposición a los vientos.
Resultados de la prospección eólica
Con la información adquirida por el ANEMODATA en la primera etapa
de prospección, y empleando las series históricas de datos
de la Estación Meteorológica de Nuevitas, correspondientes
a diez años (de 1977 a 1986) de mediciones trihorarias, se procedió
a aplicar el método lineal ajustado para estimar el comportamiento
del viento en el sitio, a largo plazo.
De los resultados obtenidos en esta etapa se realizaron las siguientes
consideraciones:
1. En la estación anemométrica instalada, la velocidad media
a largo plazo correlacionada con respecto a la Estación Meteorológica
de Nuevitas presenta un valor promedio anual de 1,6 veces superior, que
puede atribuirse a su excelente ubicación próxima a la región
costera, con exposición a los vientos dominantes mucho más
ventajosa que en el emplazamiento de la Estación de Nuevitas.
| 2. La densidad de datos registrados por un data logger (60 mediciones en una hora, dos promedios horarios) proporciona valores-promedio de velocidad mucho más fiables que el de los períodos de observaciones tri-horarios característicos de los registros meteorológicos, cuya finalidad difiere de la evaluación energética. Los data loggers permiten captar con mucha más precisión las variaciones instantáneas y promedio del viento. |
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3. La velocidad media
anual registrada a 10 m de altura fue de 6,3 m/s. Resulta
de ello que la velocidad media anual extrapolada para las alturas de 20
y 30 m son de 7,4 y 8,2 m/s, respectivamente, magnitudes
comparables a la existente en cualquier emplazamiento de parques eólicos
en países europeos. Es de destacar que los aerogeneradores de gran
potencia comienzan a generar progresivamente, según una curva de
potencia característica, a partir de una velocidad del viento de
3,5 m/s.
4. El contenido energético promedio anual del viento en el sitio
a 10 m de altura es de
2 127 kWh/m2, y la potencia media es
de 2 423 W/m2, lo que permite clasificarlo
como un buen sitio para la generación eolo-eléctrica, según
normas internacionales.
5. La simulación de turbinas eólicas con ejes de rotor instalados
a 24 m de altura mostró que en ese sitio, turbinas con potencia
unitaria de 150 kW y mayores pueden alcanzar factores de capacidad
superiores a 31 %, muy satisfactorios para cualquier tipo de instalación
eólica. Este indicador significa la relación entre la cantidad
de energía que entrega un aerogenerador en un sitio dado, durante
un tiempo definido, y la cantidad de energía que entregaría
en el mismo sitio e igual tiempo si funcionara todo ese período
a su potencia nominal.
La segunda etapa, que comenzó en septiembre de 1994 y finalizó
en octubre de 1996
(24 meses), permitió definir lo siguiente:
1. El comportamiento del régimen de viento anual manifiesta la
influencia estacional de los eventos meteorológicos sobre la región
y la distingue de otras regiones prospectadas del país. Durante
el período seco (de noviembre a abril) se apreció el incremento
de la velocidad promedio del viento y, consecuentemente, de los restantes
parámetros energéticos, en virtud de la influencia de anticiclones
de origen continental, característico en los desplazamientos de
frentes fríos sobre el archipiélago cubano.
2. Durante el período de observaciones se manifestó el predominio
de vientos del primer cuadrante, fundamentalmente los rumbos noreste y
este. Durante el período de 1994 a 1995, 77 % de los vientos
energéticos fueron de región noreste y este. Para el período
de 1995 a 1996, 71 % de los vientos utilizables fue de región
norte-noreste y este. Esta estabilidad en los rumbos favorece el emplazamiento
de aerogeneradores al evitarse frecuentes cambios de su orientación
en el sentido del viento, que incrementarían los desgastes mecánicos.
3. La velocidad máxima promedio mensual en los niveles de 10 y
20 m fue de 7,2 y 7,8 m/s, que revela un alto gradiente
vertical del viento (con el aumento de altura, las magnitudes del viento
son relativamente mayores al alejarse progresivamente de la influencia
de su fricción sobre el suelo). Esto resulta de gran interés
si se considera que a medida que crece la potencia unitaria de los aerogeneradores
se instalan a alturas mayores, debido tanto a que el diámetro de
su rotor aumenta, como a que las condiciones del viento son más
favorables y su rendimiento también. El límite de altura
de las máquinas resulta de un compromiso económico entre
el costo de las torres y su rendimiento.
| 4.
De las observaciones realizadas en el nivel de 20 m, 52 %
de los promedios mensuales de velocidad fueron de magnitudes superiores
a 7 m/s, y 65 % de estos resultaron superiores a 6,5
m/s, lo que implica que un aerogenerador instalado en esas
condiciones alcanzaría considerables niveles de generación
y tiempo de operación, hipótesis confirmada mediante
las simulaciones del funcionamiento de diferentes modelos de aerogeneradores
empleando sus curvas de potencia. 5. Los valores promedio horarios denotan una marcada estabilidad en las magnitudes del régimen de viento diario, por lo que queda enmascarado el efecto local de las brisas, sólo apreciable por un ligero incremento en la magnitud del viento entre 1:00 y 2:00 p.m. hasta aproximadamente 7:00 p.m. que comienza una relativa disminución hasta las 7:00 a.m. Es de destacar la persistencia del viento en la región. |
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6. A partir de las 6:00 p.m. el viento se atenúa como resultado del paulatino enfriamiento de la Tierra por la irradiación de parte del calor absorbido por insolación durante el día. Sin embargo, las observaciones demostraron la presencia y persistencia del viento en horas de la madrugada. A continuación se expone una tabla donde se muestra el comportamiento del régimen de viento, expresado en tanto por ciento de incidencia de cada rango de velocidad durante el horario nocturno, comprendido entre 7:00 p.m. y 7:00 a.m., para el período de 1994 a 1996, de las observaciones realizadas en el nivel de 20 m.
En otra zona de cayo Romano, cerca de la comunidad
El mangle, la inclinación de los pinos evidencia la fuerza de los
vientos.
7. La velocidad media energética del viento (entendida como el valor medio de velocidad al cual generaría un aerogenerador), en el período de 1994 a 1995 fue de 7,2 y 6,8 m/s, para los niveles de 20 y 10 m, respectivamente. Para el período de 1995 a 1996 las magnitudes registradas fueron de 8,0 y 6,1 m/s, respectivamente, magnitudes significativas, considerando, como se explicó anteriormente, la operación de turbinas a alturas superiores de 45 m.
Comportamiento
de la velocidad del viento entre las 7:00 p.m. y las 7:00 a.m.,
en cayo Sabinal, península de Maternillo, provincia Camaguey.
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Velocidad del viento (altura de 20 m) |
Tiempo total del período (%) | |||
| Período | ||||
| 1994 | 1995 | 1995 | 1996 | |
| (m/s) | Seco | Lluvioso | Seco | Lluvioso |
| >5,5 >6,0 >7,0 |
100 94 57 |
66 30 4 |
91 88 75 |
75 55 47 |
8. Durante todo el
período evaluado el porcentaje de tiempo útil, o sea, el
tanto por ciento del tiempo total en que el viento fue mayor o igual a
4,5 m/s (valor base seleccionado para este cálculo), fue
de 83 %, lo que equivale a que los aerogeneradores estarían
produciendo electricidad durante 7 271 h, de las 8 760 h
totales de un año. Como se indicó, los grandes aerogeneradores
modernos comienzan a generar a velocidades tan bajas como 3,5 m/s,
por lo que el porcentaje de tiempo útil aumentará. Es importante
tomar en cuenta que lo anterior no significa que las máquinas entregarán
su potencia nominal durante esas horas, sino que pueden entregar una cantidad
de energía proporcional a la velocidad del viento en cada momento
y según su curva de potencia, durante gran parte del año.
Perspectivas de empleo de la energía eólica en la región
El desarrollo de inversiones en el sector del turismo en cayo Sabinal,
territorio no conectado al Sistema Electroenergético Nacional (SEN),
estaría condicionado al tendido de una línea de transmisión
eléctrica desde las proximidades de Nuevitas, distante decenas
de kilómetros, con un elevado costo de inversión.
Esta situación ha originado la necesidad de analizar la posibilidad
del despliegue de sistemas autónomos de suministro energético
(para lo que tradicionalmente se han empleado grupos electrógenos
Diesel), con vistas a satisfacer las demandas perspectivas de energía.
Para esta situación es previsible que el consumo de combustible
y el impacto de las emisiones de gases a la atmósfera y de contaminantes
líquidos al suelo, en las condiciones de fragilidad del entorno
característico de la región, se convertirían en serios
problemas si no se prevén y ejecutan medidas correctivas, como
el empleo muy eficiente de la energía (mediante la cogeneración
y la optimización energética), el tratamiento de los gases
y otros residuales de las unidades de generación, y la introducción
de fuentes renovables de energía (especialmente no contaminantes).
| Cayo
Sabinal cuenta con un importante potencial eólico y áreas
suficientes para emplazar grandes sistemas híbridos eólicos-Diesel
centralizados, de potencias adecuadas, para satisfacer las crecientes
demandas que impondría el desarrollo del turismo, así
como pequeños y medianos sistemas híbridos eólicos-fotovoltaicos
autónomos para suministrar electricidad a objetivos aislados
de las redes centralizadas. Tales sistemas aportarían las ventajas
de reducir los consumos de combustibles fósiles, lo que ocasionaría
bajos impactos negativos al medio. Al tomar en cuenta esos factores, es importante considerar a corto y mediano plazos las perspectivas del empleo de la generación eolo-eléctrica en cayo Sabinal. Cabe destacar que los parámetros energéticos evaluados en Sabinal , así como en otros sitios prospectados en el país (cayo Coco, cayo Romano, península del Ramón), y presumiblemente en otros con características similares que no han sido prospectados (costa norte de Las Tunas, costa norte desde Guardalavaca hasta Maisí, litoral de la bahía de Nipe y otros), son comparables a los existentes en sitios actualmente en explotación en otros países. Será necesario estudiar los límites de penetración eólica en las redes existentes o que se desarrollen, atendiendo a la estabilidad de su funcionamiento, para determinar la verdadera magnitud del potencial eólico en las regiones indicadas. Esto es aplicable especialmente para planificar proyectos eólicos en sistemas débiles, como el que pudiera desarrollarse en cayo Sabinal, que crecería de acuerdo con el incremento de las demandas. |
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El empleo racional
del recurso eólico en cayo Sabinal posibilitaría:
1. Probar la viabilidad de explotar turbinas eólicas de diferentes
potencias para tributar electricidad a una red autónoma del SEN,
basada en grupos electrógenos Diesel, a costos competitivos con
las fuentes convencionales y asegurando la estabilidad de los parámetros
de calidad de la electricidad servida.
2. Dar una solución energética a inversiones de envergadura,
cuyas demandas eléctricas pueden ser satisfechas con sistemas eólicos-Diesel
de pequeña, mediana o gran potencia, dada la potencialidad de este
recurso y la compatibilidad de esta tecnología con los intereses
de protección del entorno.
3. Utilizar sistemas de conversión de energía eólica,
como fuente primaria para la desalinización de agua de mar, dada
la baja disponibilidad de fuentes de agua potable en algunos de estos
cayos. Esta aplicación, unida a la generación eolo-eléctrica,
apunta a resolver o aliviar considerablemente dos de los problemas más
críticos que limitan el desarrollo de la infraestructura turística
en la cayería norte.
¿Qué demuestra la prospección eólica?
El potencial energético del viento evaluado en cayo Sabinal es
aprovechable para generar electricidad mediante la instalación
de turbinas eólicas de cualquier potencia, a precios competitivos
con los métodos convencionales de generación. Igualmente,
el recurso eólico puede utilizarse para satisfacer demandas de
abasto de agua mediante el aerobombeo o bien el bombeo eolo-eléctrico.
El eficiente y eficaz funcionamiento del primer parque eólico cubano,
instalado en la isla Turiguanó desde abril de 1999, avala el uso
de la
energía eólica para la producción de energía
eléctrica
en varias zonas del archipiélago, fundamentalmente
en la cayería norte de la provincia Camaguey.
Se reafirma que en
los cayos donde se desarrolla el turismo, el empleo de la generación
eolo-eléctrica tiene importantes perspectivas dado el ine-vitable
incremento acelerado del consumo eléctrico y la necesidad de generar
un equilibrio con el valioso entorno de dichos lugares.
Se corroboró la decisiva influencia de las características
físico-geográficas locales en la determinación del
patrón energético del viento en una región.
Por los resultados obtenidos y el análisis de las características
físico-geográficas del territorio estudiado, los criterios
climáticos y los indicadores indirectos resulta de interés
extender la prospección del potencial eólico a la región
costera al este de cayo Sabinal (incluyendo el norte de Las Tunas), la
cual parece ser una región con régimen de vientos igualmente
interesante para su aprovechamiento energético, y caracterizar,
por tanto, una región más amplia. Será necesario
elaborar estudios de factibilidad para avalar las posibles propuestas
de proyectos.