El viento en Cuba

Por
Raúl Novo Mesegué

 

Los trabajos
de prospección eólica en Cuba
demuestran la factibilidad
de esta fuente energética
para la producción
de energía eléctrica.

 


El auge del empleo de la energía eólica a nivel mundial y la instalación de grandes aerogeneradores incorporados al sistema de generación eléctrica es un objetivo a alcanzar a corto y mediano plazos por muchos países. Actualmente en el mundo hay instalados más de 40 000 MW eólicos y aumenta anualmente el número de instalaciones y su porcentaje de penetración en la generación eléctrica, a partir de grandes aerogeneradores integrados en parque eólicos.

El desarrollo de esta tecnología y de aerogeneradores cada vez mayores y más potentes es un índice de su aproximación a la competitividad con respecto a la generación a partir de combustibles fósiles y del uso racional de un recurso energético inagotable, compatible con el medio ambiente, sin expulsión de residuales a la ya tan contaminada atmósfera del planeta.

La localización e instalación de grandes parques eólicos obedece a un estudio previo detallado de las características del régimen de vientos en los sitios, y de estudios de prefactibilidad para evaluar la rentabilidad de dicha instalación, dada por la cantidad de electricidad que podrá aportar a un sistema electroenergético a largo plazo.
Las características físico-geográficas son determinantes en la decisión de su ubicación, por cuanto del emplazamiento puntual de cada aerogenerador depende su eficiencia,
y por tanto, la de todo el parque eólico.

Es requisito indispensable para el emplazamiento de un parque eólico la existencia de suficiente potencial del recurso, dado por un comportamiento favorable de su régimen de vientos que, como en todas partes, tiene períodos de altas y bajas.

El viento es una fuente de energía intermitente. Debido a que el factor que lo origina es el contraste de presión como resultado de las variaciones de temperatura entre dos sitios, incluso en sitios favorables desde el punto de vista eólico donde se instalan grandes parques eólicos en Europa, también se presentan días de calma de viento y por tanto no generan electricidad, o lo hacen con bajos vientos generando por debajo de lo esperado,
y esto no es más que el comportamiento normal de cualquier régimen de vientos en cualquier parte del mundo.

Extrapolando a la radiación solar lo que sucede con el régimen de viento, si mal interpretamos la explotación de los paneles fotovoltaicos podríamos cuestionar su efectividad y plantear que cada día tiene un período nocturno en que no generan electricidad alguna, o un período invernal donde disminuye su eficiencia, lo que nos pudiera llevar, erróneamente, a considerar que tienen un bajo rendimiento.

En realidad, el empleo de la energía eólica está concebido acorde con los patrones de vientos reales diarios y estacionales esperados; o sea, a un ya conocido comportamiento regional del régimen de vientos.

Históricamente, en Cuba el uso energético del viento se limitaba a la utilización de aerobombas para el abastecimientos de agua y otros propósitos muy puntuales.

 

Instalación de un aerogenerador de
400 W en la Ciénaga de Zapata.

En nuestro país el empleo del viento como un recurso energético para la generación eléctrica fue desestimado, por el criterio de que el recurso eólico era limitado
o de una potencialidad prácticamente despreciable, criterio que atentó contra la toma de decisiones y el posible uso del viento para la generación eléctrica a diferentes escalas.
Cabe señalar que en ninguna parte la electricidad generada por parques eólicos asume la carga base de ningún sistema electroenergético, debido a su ya citada intermitencia en el tiempo; es decir, que su explotación planificada se concibe para complementar o asumir en cierta medida el aporte eléctrico al sistema electroenergético durante los períodos ventosos.

Hoy en nuestro país existen instalaciones de aerogeneradores de pequeña potencia integrando sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos y de mediana potencia, como el parque eólico de 0,45 MW de Turiguanó, que demuestran, previo análisis de su emplazamiento,
un buen funcionamiento, lo que revela la presencia de un régimen de viento aprovechable, sin ser ni remotamente de los mejores sitios evaluados y con prometedoras perspectivas de generación que se conocen a lo largo de nuestro país.

A grandes rasgos, el régimen de vientos en el archipiélago es el resultado de la ocurrencia de vientos a escala global dada su latitud geográfica, los alisios, su condición de insularidad y de la influencia estacional de fenómenos meteorológicos a gran escala de carácter transitorio que imponen temporal y regionalmente sus patrones de viento característicos. La variabilidad estacional de estos fenómenos produce la variabilidad anual del recurso energético del viento.

Se estima que el efecto de los vientos alisios en la región del Caribe produce en muchos lugares, que presentan una buena exposición al flujo dominante, velocidades promedio que oscilan entre 6 y 8 m/s a 10 m de altura.

En las condiciones de insularidad de Cuba y dada su forma alargada y estrecha, debía hacerse sensible la influencia termorreguladora del mar atenuando los contrastes de temperatura entre las zonas costeras e interiores. Sin embargo, el comportamiento real de la temperatura, o sea, el gradiente térmico motivado por el contraste de temperatura entre las regiones costeras e interiores, denota rasgos propios de grandes extensiones de tierra, como es el caso de los continentes. Este efecto en las condiciones climáticas de Cuba es lo que se denomina como rasgo de «semicontinentalidad».

Un papel importante en el régimen de vientos de una zona lo constituye el efecto local de las brisas. La fuerte variabilidad térmica diurna característica de las islas tropicales, en contraste con las características térmicas del mar que las rodea (en islas con extensiones relativamente pequeñas se registran variaciones térmicas mayores que las predecibles), modifica en gran medida el flujo de vientos y es promotor del desarrollo de estos vientos locales que se superponen al régimen normal de vientos, reforzando o atenuando el régimen dominante de la zona dada.

Las brisas de la costa norte del territorio son más fuertes y de mayor penetración interior que las que se originan en el Sur, por cuanto en el primer caso son reforzadas en la misma dirección por los alisios del noreste; mientras que en el caso de la costa sur, las brisas de componente sureste actúan oponiéndose al flujo dominante sobre la Isla. Hacia el centro-sur del territorio la convergencia de las brisas de ambas costas provoca la denominada zona de convergencia de las brisas o espinazo convectivo, perfectamente apreciable en fotografías satelitales por las formaciones nubosas sobre los territorios.

A cierta distancia de la costa, el efecto local de las brisas es sustituido por la influencia de otros tipos de vientos locales que dependen del predominio del calentamiento interior del territorio y de las relaciones entre los componentes del medio o características físico-geográficas regionales (relieve, vegetación, presencia de barreras montañosas, obstáculos, embalses, etc.), tales como los vientos de valles y montañas, gravitacionales, etc.
Pueden citarse los casos de la Sierra Maestra, el grupo montañoso de Sagua-Baracoa
y Sierra de Puriales, entre otros.

Otros aspectos que se deben destacar y que influyen en el régimen de vientos son las características de la plataforma insular, su profundidad con respecto a la región costera, existencia de corrientes marinas, turbidez y otras condiciones que influyen en la intensidad del intercambio de temperatura de las aguas que rodean el archipiélago, las que desempeñan un importante papel regional en el contraste de temperaturas con respecto a regiones interiores del territorio y, por tanto, en el desarrollo de un sistema local de brisas bien organizado.

En las regiones en que la plataforma insular próxima a la costa desciende bruscamente,
se aprecia un mayor contraste térmico. Es el caso del extenso y uniforme territorio de la provincia de Camagüey y la presencia al Norte de las aguas profundas del Canal Viejo de Bahamas; es perceptible el desarrollo de un organizado sistema de brisas si se compara con las regiones caracterizadas por un descenso suave y con presencia de cayería, mares someros y lagunas interiores de aguas poco transparentes, turbias o con presencia de sedimentos que dificultan la penetración de la radiación solar, como en el Golfo de Guacanayabo.

En las condiciones del último caso el calentamiento resulta sólo superficial y es limitada la presencia de corrientes marinas y procesos de intercambios de masa, y por tanto de temperatura, con el mar abierto, por lo que el contraste térmico de la región tiende a ser menos acentuado.

Cuba presenta un amplio contraste de formas de relieve, dado por la presencia de llanuras y montañas donde regionalmente pueden conjugarse condiciones físico-geográficas favorables para lograr el efecto de un libre flujo o encauzamiento del viento, con el consiguiente incremento local en sus velocidades. Esto significa que las condiciones físico-geográficas locales y la selección de un buen emplazamiento es decisivo, por cuanto constituye el escenario que determina que el viento se atenúe o acelere localmente, con el consiguiente aumento o disminución de su potencialidad energética.

Los factores locales o rasgos físico-geográficos de una región o localidad a considerar, pueden caracterizarse por la uniformidad o irregularidad de los componentes que la distinguen e identifican de otras localidades. La particularidad en la forma en que estos componentes del medio interactúan le imprime rasgos específicos e irrepetibles espacialmente, creando así condiciones climáticas que influyen, modifican y determinan las características del clima local, y por tanto caracterizan, entre otros factores climáticos, su régimen de vientos, los que interactúan y en ocasiones se superponen a los sistemas climáticos a gran escala.

La heterogeneidad territorial de estos factores locales y sus diferentes combinaciones origina su diversidad espacial y su resultado es el régimen real del viento en cada localidad.

Para establecer si el régimen de vientos de una región es atractivo desde el punto de vista energético, deben evaluarse las características físico-geográficas de localidades que la definan como una región por sus semejanzas dentro de una región a mayor escala, y que sus componentes naturales puedan favorecer un acentuado calentamiento y, a su vez, un acentuado contraste entre su régimen térmico o gradiente térmico con respecto a localidades vecinas, y por tanto identificar la posible existencia de un régimen local de viento.

Las llanuras se calientan uniformemente por la homogeneidad de su topografía y eventualmente por el predominio de vegetación de sabana, o de suelo desnudo, por lo que en ellas se desarrollan sistemas de presiones bien definidos que contrastan con respecto
a la temperatura que se alcanza, por ejemplo, en el mar. Esta situación entre regiones costeras y llanuras interiores es promotora de una circulación organizada de vientos locales, como la brisa marina diurna y el terral (o brisa terrestre) durante la noche.

La velocidad del viento en el terral es más débil que la brisa marina, debido a que durante la noche la tierra irradia el calor absorbido durante el día, por lo que el contraste de temperatura entre el mar y la tierra disminuye. Es el caso de las llanuras al Norte de Ciego de Ávila, Camagüey, Las Tunas y Holguín.

Formaciones que caracterizan el relieve (alturas y montañas) de acuerdo con su disposición al flujo del viento, pueden resultar un obstáculo y ejercer una influencia local al provocar que éste los contornee y producir un efecto canal, alterando por tanto su velocidad y dirección, e imprimiéndole turbulencia. Cuando las elevaciones se disponen perpendiculares al flujo de vientos dominantes producen el ascenso forzado de las masas de aire y su compresión, trayendo como resultado la aceleración del flujo y el incremento de su velocidad en la ladera de barlovento. Una formación alineada paralela al viento dominante que ocasione la canalización del flujo puede favorecer igualmente su alineación y el incremento de las magnitudes, en vez de constituir un obstáculo. Otras formaciones del relieve (pasos, cañones, corredores, pasadizos, abras, etc.) provocan el efecto canal e incrementan notablemente la velocidad del viento. Una vez salvado el obstáculo, a determinada distancia el viento de nuevo se reorganiza. Casos favorables son el del flanco norte de las alturas Habana-Matanzas, Sierra de Cubitas, múltiples localidades en el Grupo Sagua-Baracoa, Sierra Maestra y terrazas de Maisí.


Uno de los aerogeneradores del Parque Eólico
de Turiguanó, con una potencia de 225 kW

En regiones montañosas, por la heterogeneidad del relieve y la diversidad de paisajes,
se presenta un complicado sistema de vientos locales originados por el desigual calentamiento de las laderas y los valles interiores, como consecuencia del desigual ángulo de exposición de las pendientes a los rayos solares, su orientación y el tipo de vegetación. En estas regiones se produce una circulación de vientos entre valles y montañas en un sentido durante el día, y se invierte durante la noche. Esto es apreciable en numerosos localidades de los sistemas montañosos de Cuba, tales como Sierra de Imías, Sierra Maestra y Macizo Sagua-Baracoa.

De la misma manera que las grandes cordilleras de montañas modifican el flujo del viento, las pequeñas elevaciones y las diferencias en las pendientes del terreno de una topografía irregular determinan la presencia de un denominado «terreno complejo». Las variaciones espaciales del régimen local de vientos en terrenos complejos, en pequeñas distancias pueden resultar ocasionalmente grandes.

La naturaleza de la superficie terrestre (superficies secas, acuáticas, rocas, etc.), determina las características térmicas de la superficie, al influir considerablemente en las transformaciones de la energía sobre ella, en función de su capacidad calorífica, y es responsable del posterior calentamiento del aire y del surgimiento de contrastes térmicos locales.

En localidades con cubierta vegetal (herbazales, bosques), la distribución de la temperatura y la humedad difieren de la que hay en la misma altitud sobre el suelo desnudo. Una cubierta vegetal absorbe mayor cantidad de radiación solar que una desprovista de ella, pero su potencialidad de absorción y emisión de energía calorífica es más pequeña que la del suelo. La diferencia de temperatura entre el bosque y el ambiente puede producir, por tanto, una circulación local de vientos, como la brisa y el terral, donde el bosque puede asumir las mismas características del agua debido a sus variaciones moderadas de temperatura.

La siembra de árboles o la tala de bosques, al alterar la densidad de la cobertura vegetal, traen consigo la modificación de las relaciones entre los elementos del clima local y por tanto del comportamiento local del viento.

Podemos preguntarnos: ¿Existen condiciones muy diferentes del régimen de vientos en Cuba con respecto a aquellos sitios de Europa donde existen instalados grandes parques eólicos, y de los que hay tantas referencias?

En Europa occidental se publicó un mapa eólico, como parte del Atlas eólico europeo, donde se clasifican diferentes regiones de acuerdo con las velocidades promedio de vientos dentro de determinadas magnitudes y asumiendo que no existe ningún obstáculo al viento, efectos aceleradores o variabilidad en la rugosidad del terreno que afecten localmente el viento. Si estos aspectos se consideraran, podría suceder que en una zona clasificada como buena se pudieran tener malos resultados con una mala selección de emplazamiento al obviarse aquellos aspectos, o que por el contrario, en una zona de viento pobre una buena selección de las condiciones del emplazamiento pudiera arrojar resultados favorables.
O sea, que en realidad la clasificación es más complicada si se consideran localmente esas condiciones, por lo cual el mapa sólo constituye una aproximación o referencia.

Las magnitudes de viento (que se asumen a una altura de 50 m), que identifican la zonación cercana a la costa del Norte de Europa Occidental, segunda por sus magnitudes de viento en el mapa y que corresponde a la región en la que por su potencial energético hay montados miles de aerogeneradores, son prácticamente similares a los registros obtenidos durante dos años de observaciones continuas registradas a una altura de sólo
20 m en Cayo Sabinal, al Norte de la provincia de Camagüey.

Estos resultados fueron obtenidos a partir de estaciones anemométricas automatizadas emplazadas en mástiles de 20 m de altura. Con datos promediados cada diez minutos, los registros fueron efectuados a dos niveles (10 y 20 m) con modernos equipos autorregistradores de firmas reconocidas e interpretados por medio de software especializados, selección de un sitio con suficiente representación territorial, próximo a la costa, condiciones locales propicias dadas por su topografía, vegetación, rugosidad uniforme, libre exposición al viento predominante, sin obstáculos ni efectos de apantallamiento.

Considerando el gradiente vertical de velocidades (aumento de la magnitud del viento con la altura como consecuencia de la disminución de la fricción que le imprime la rugosidad del terreno) aplicado a las observaciones efectuadas en cayo Sabinal (los cayos Coco y Guillermo tuvieron valores similares), es factible inferir que a la altura de 50 m, asumida por el Atlas eólico europeo, las magnitudes de viento en la región prospectada sean comparables, e incluso mayores que las del Norte europeo.

Otros sitios prospectados y evaluaciones realizadas por métodos indirectos del potencial eólico, revelan que contamos regionalmente con sitios con un régimen local de vientos con magnitudes promedio muy promisorias, acorde con las normas internacionales, en las llanuras de la región costera al Norte de la región centro-oriental, así como en zonas montañosas de la región oriental, para el emplazamiento de parques eólicos de mediana y gran potencia.