Los huracanes
y los parques eólicos



Por
Miriam E. Limia Martínez*
y Yaima Rodríguez Valiente*


Los huracanes y su influencia en
el diseño y explotación de parques eólicos.

 

En las regiones en que los huracanes ocurren, estos son los fenómenos meteorológicos más importantes a tomar en cuenta en un parque eólico. Para seleccionar el lugar donde se instalará un parque eólico, juega un papel fundamental el conocimiento de su probabilidad de afectación por un huracán.

Durante el proceso de diseño del parque eólico, es necesario considerar la máxima intensidad del viento para diversos valores de probabilidad en la región dada, con vistas
a poder realizar una selección adecuada del tipo de aerogenerador más conveniente bajo condiciones meteorológicas extremas. Esos valores del viento son también utilizados en
el cálculo ingenieril de la construcción de la torre que soporta el aerogenerador.


¿Qué es un huracán?

El huracán es un sistema atmosférico en el cual el viento fluye en forma espiral hacia el centro, con una circulación en sentido contrario a la rotación de las manecillas del reloj
en el hemisferio norte, y a favor en el sur. Posee un núcleo caliente comúnmente llamado «ojo», caracterizado por poca nubosidad o cielo despejado, y bajos valores del viento o calma, alrededor del cual existe una «pared» nubosa donde ocurren los máximos valores del viento y las lluvias. Otra característica de los huracanes son las bandas nubosas de forma espiral, donde también ocurren precipitaciones. Por lo general, los mayores valores del viento se registran en el cuadrante delantero derecho respecto al movimiento del huracán.

 
 

De acuerdo a la intensidad de sus vientos, la presión mínima y los probables daños causados, los huracanes se clasifican según la escala Saffir-Simpson (Tabla 1).
En los huracanes existe una marcada diferencia entre la racha máxima y los vientos máximos sostenidos. Esta diferencia será menor sobre el océano que sobre la tierra, especialmente en terrenos montañosos, ya que la misma se incrementa por los efectos
de la superficie terrestre.

Tabla 1
Escala de Saffir-Simpson para la clasificación de los huracanes



Por otra parte, en los huracanes se produce una importante variación de la velocidad del viento en la vertical, incrementándose notablemente con la altura hasta los 500 m, donde puede registrarse una categoría de Saffir-Simpson inmediatamente superior a la observada en la superficie, a 10 m de altura. Esta diferencia debe tenerse en cuenta durante el diseño, pues debe considerarse el viento a la altura del aerogenerador, el cual puede estar ubicado a diferentes alturas superiores a 10 m, que es en la que comúnmente se mide la velocidad del viento en una estación meteorológica.

Aunque en cada temporada ciclónica se forman y desarrollan ciclones tropicales que alcanzan la categoría de huracán, para un lugar específico los huracanes son fenómenos poco frecuentes. Estos pueden afectar más de una vez y en un mismo año a una misma localidad, o también pueden pasar varios años sin que dicha localidad sea afectada por alguno. Esto es debido a que los huracanes, en dependencia del mes y lugar donde se originen, siguen un determinado sentido en su trayectoria, el cual se modifica según las condiciones meteorológicas concretas prevalecientes.


Huracanes y diseño de parque eólicos

La información sobre huracanes interviene con mayor peso en el proceso de selección del tipo de aerogenerador, en dependencia del huracán de mayor categoría (según la escala Saffir Simpson) que haya afectado el lugar seleccionado para el parque.

Existen diferentes tipos de aerogeneradores que han sido diseñados para enfrentar las condiciones meteorológicas extremas, como las de un huracán. Según la norma internacional IEC 61400-1, de la Comisión Electrónica Internacional, existen cuatro clases de aerogeneradores de acuerdo a su capacidad para soportar la acción mecánica del viento, y ha dejado una quinta clase para condiciones especiales de viento, en la cual los parámetros los define el diseñador. Otro tipo de aerogeneradores para enfrentar los huracanes es el abatible, el cual puede inclinar su torre hasta casi colocar los álabes de
la turbina en el suelo, proceso de abatimiento que puede efectuarse en 45 minutos por
dos operarios.

La información de los valores del viento para los períodos de retorno prefijados, la altura a la que se ha diseñado ubicar la turbina del aerogenerador y la frecuencia de afectación de los huracanes, se combina con las características de los distintos tipos de aerogeneradores de que se tiene información, y se selecciona el modelo que reúna, en sí, las mejores características de resistencia a las condiciones del tiempo bajo un huracán,
y de eficiencia del aerogenerador y sus costos, junto a otras características ventajosas desde el punto de vista de su funcionamiento durante la explotación y la vida útil de la instalación, entre otras.

La información sobre huracanes se utiliza también en el diseño ingenieril de la construcción de la torre que soporta la góndola del aerogenerador, la cual debe a su vez resistir los vientos máximos de los huracanes y sus vientos sostenidos, así como las características intrínsecas de este tipo de vientos. Es un verdadero reto de la ingeniería estructural, evitar las vibraciones resonantes en las torres diseñadas con suficiente resistencia para soportarlas presiones extremas del viento.

Considerando todo lo expresado, resulta fácil entender que la determinación de los valores esperados del viento para las probabilidades requeridas por parte de los ingenieros, es de suma importancia. Existe una forma de calcular mejor la distribución extremal del viento máximo, a partir de la estructura de los datos existentes en la estación meteorológica de Casablanca. De esta forma, se obtienen coeficientes de correlación más altos y valores del viento esperado más próximos a los observados (80 m/s observado en 88 años
y 81,8 m/s para un período de retorno igual a 100 años). La figura 1 muestra las ecuaciones de curvas ajustadas.

 

Fig. 1. Ajuste global (Y) del modelo de Frechet y curvas del ajuste modificado
(YI y YII) a las rachas máximas anuales. Casablanca, Cuba (1909-1996).

 


Huracanes y explotación de parques eólicos

Durante la explotación del parque eólico, la información de huracanes que se utiliza es la del pronóstico de esos fenómenos meteorológicos. En Cuba existe un sistema integrado por el Instituto de Meteorología, la Defensa Civil y los Órganos del Poder Popular, el cual tiene establecidas las distintas fases de aviso y las medidas a cumplir en cada una:
el Programa Nacional de la Defensa Civil para la prevención de desastres.

Para los parques eólicos también existen orientaciones específicas a cumplir para su protección y resguardo. Considerando las experiencias en algunos parques de otros países que han sufrido el impacto de huracanes, en Cuba se han establecido diversas acciones para ser tomadas en cuenta en dicho Programa Nacional para la prevención de desastres, como son: la parada del parque ante la amenaza de huracán, y asegurar, al momento de la arrancada después del paso del meteoro, la presencia de personal de la empresa constructora de los aerogeneradores y personal del parque, así como de la empresa de distribución y transmisión de la energía.

En Cuba, el proceso de construcción de los parques eólicos con fines de generación de electricidad ha estado integrado por un amplio grupo multidisciplinario, que ha unido a meteorólogos e ingenieros de distintas ramas, así como a decisores, que juntos han aunado esfuerzos e intercambiado conocimientos con el fin de llevar adelante esta tarea. Un ejemplo de ello es el libro Diez preguntas y respuestas sobre energía eólica, que ya forma parte de la bibliografía de quienes trabajan de algún modo en el desarrollo de la energía eólica en Cuba.

* Instituto de Meteorología (INSMET), La Habana, Cuba.
e-mail: miriam.limia@insmet.cu y yaima.rodriguez@insmet.cu