II
CONTENIDO
Objetivo ... 4
Objetivos específicos ... 4
Justificación ... 5
Introducción ... 6
Capítulo I. Generalidades ... 9
I.1 La energía eólica. ... 9
I.2 ¿QUÉ ES UN PARQUE EÓLICO? ... 10
I.3 ¿CÓMO FUNCIONA UN PARQUE EÓLICO? ... 10
I.4 ¿CÓMO SE GENERA ENERGÍA EÓLICA? ... 11
1.1 BENEFICIOS DE LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL VIENTO. ... 12
1.2 PARQUES EÓLICOS EN EL MUNDO ... 13
1.2.1 PARQUES EÓLICOS EN EUROPA ... 14
PARQUES EÓLICOS EN ESTADOS UNIDOS ... 15
1.2.2 PARQUES EÓLICOS EN LATINOAMERICA ... 16
1.2.3.1 PARQUES EÓLICOS EN BRASIL ... 16
1.2.3.2 PARQUES EÓLICOS EN MÉXICO ... 17
1.3 ¿QUÉ ES UN PARQUE EÓLICO MARITIMO? ... 22
1.3.1 PARQUES EÓLICOS MARITIMOS EN EL MUNDO ... 22
Capítulo II. Parques eólicos marítimos ... 26
2.1 Parque eòlico marìtimo ... ¡Error! Marcador no definido. 2.1 DIFERENCIAS TÉCNICAS ENTRE LOS PARQUES EOLICOS MARITIMOS Y LOS TERRESTRES. ... 27
2.2 CONEXIÓN ELÉCTRICA ... 32
2.2.1 REQUERIMINTOS ESPECÍFICOS PARA LA INSTALACIÓN ... 40
2.3 DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA SUBMARINA... 40
2.3.1 TRAYECTORIA ... 40
2.3.2 EMPALMES ... 40
2.3.3 PROTECCIÓN ... 41
2.3.4 CRUZAMIENTOS SUBMARINOS ... 41
2.3.5 PERSPECTIVAS EN MÉXICO ... 42
2.4 DISEÑO DE DETALLE DEL PARQUE... 42
III
2.6 BASES DE DISEÑO ... 45
2.7 SELECCIÓN DE CIMENTACIONES ... 45
2.8 DISEÑO ESTRUCTURAL DE DETALLE ... 47
2.9 OTROS ASPECTOS DEL PROYECTO ... 49
2.10 DETALLES ... 49
2.11 LOGÍSTICA ... 49
Capítulo 3. Disposiciones geográficas del país ... 53
3.1 INTRODUCCIÓN ... 53
3.2 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO ... 53
3.3 LOCALIZACIÓN DEL PARQUE EÓLICO MARÍTIMO ... 53
3.4 EL ESTUDIO SE CONCENTRARÁ EN EL GOLFO DE TEHUANTEPEC, OAXACA... 62
Capítulo 4. Impacto socioeconómico y ambiental. ... 65
4.1 INTRODUCCIÓN ... 65
4.2 IMPACTO ECONÓMICO ... 65
4.2.1 ADECUACIÓN TÉCNICA DE LOS EQUIPOS ... 67
4.3 IMPACTO POLÍTICO ... 67
4.3.1 REGULATORIAS ... 67
4.3.2 MARCO JURÍDICO NACIONAL ... 68
4.3.2.1 LEY DEL SERVICIO PÚBLICO DE ENERGÍA ELÉCTRICA ... 68
4.3.2.2 CONTRATO DE INTERCONEXIÓN ... 68
4.3.2.3 LEY DEL IMPUESTO SOBRE LA RENTA ... 68
4.3.2.4 LEY PARA EL APROVECHAMIENTO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES Y EL FINANCIAMIENTO DE LA TRANSICIÓN ENERGÉTICA ... 69
4.4 IMPACTO AMBIENTAL... 69
4.4.1 LEGISLACIÓN AMBIENTAL DE LOS RECURSOS NATURALES ... 69
4.4.2 ÁREAS NATURALES PROTEGIDAS ... 69
4.5 IMPACTO SOCIAL ... 73
Conclusiones y Resultados ... 76
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Objetivo
Realizar un estudio de prefactibilidad para la exploración e instalación de un parque eólico marítimo en las costas Mexicanas.
Objetivos específicos
Estudiar la factibilidad de producción de energía eléctrica a través de parques eólicos marítimos.
Estudiar la prefactibilidad de instalación de un parque eólico marítimo en costas mexicanas para la producción de energía eléctrica.
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Justificación
A través del tiempo las necesidades humanas en relación a la energía eléctrica han ido en aumento, debido a que la tecnología cada vez es más necesaria para complementar las mismas. Es por eso que se han desarrollado con el paso del tiempo nuevas formas de generar energía eléctrica, lo que en la actualidad es uno de los recursos más importantes para el ser humano. Ya que es necesaria para llevar a cabo un desarrollo tanto personal como profesional.
Se han creado diversas formas de generación eléctrica, tales como: termoeléctrica, geotérmica, nucleoeléctrica e incluso eólica, entre otras. En este caso se hará un estudio de los parques eólicos en el mar, ya que se ha estudiado y analizado mucho a los parques eólicos terrestres, sin embargo se tienen estudios en relación a parques eólicos marítimos que pueden aprovechar espacio, sin ocasionar un impacto sobre la naturaleza.
Surge la necesidad de evaluar la posibilidad de crear un parque eólico marítimo en México, por la exigencia de buscar otras formas de energías sustentables, procurando no tener un impacto ambiental. Por estas razones se realiza este estudio “Prefactibilidad de los parques eólicos
marítimos”.
Para esto se debe hacer una investigación en general y en particular de los vientos, ya que este será el recurso primordial para la generación.
Los parques eólicos marítimos se han implementado en países Europeos como Reino Unido y Dinamarca, así como en Asia y han tenido gran éxito [1].
La energía eólica ha alcanzado un nivel de desarrollo muy grande, ya que es una fuente de generar energía limpia, renovable y además sustentable.
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Introducción
Los mantos acuiferos abren nuevas oportunidades para generar energía eléctrica, por que el viento circula a velocidades mayores y permiten instalar plantas eólicas de mayor capacidad de generación. La energía eólica es la energía cuyo origen proviene del movimiento de masa de aire, es decir, del viento. En la tierra el movimiento de las masas de aire se deben principalmente a la diferencia de presiones existentes en distintos lugares de esta, moviéndose de alta a baja presión, este tipo de viento se llama viento geoestrófico. Las energías renovables son vitales en la lucha contra el cambio climático y tecnologías como la eólica pueden ayudar a construir un sistema de generación de energía sustentable para el futuro. La energía eólica es hoy el sector energético con un crecimiento más rápido en todo el mundo [3].
La energía eólica ha alcanzado un gran nivel de desarrollo, que permite afirmar que existe una fuente energética limpia, económicamente competitiva y con una tecnología de aprovechamiento madura. Partiendo de una fuente natural, renovable y no contaminante. La necesidad de combatir el cambio climático global, ha motivado en gran medida a la expansión de la energía eólica, para evitar la emisión de dióxido de carbono, sin producir ningún contaminante asociado a la generación de energía eléctrica a partir de combustibles fósiles o con la generación nuclear. Uno de los mayores beneficios de la energía eólica marina, es que los océanos logran reducir la concentración de C02 (Bióxido de Carbono, gas no inflamable, sin olor, sin color, que forma parte del aire) en la atmósfera. El desarrollo energético ha sido aceptado en la sociedad, al no provocar emisiones de gases contaminantes y sin originar residuos de larga duración.
El desarrollo de la energía eólica se ha llevado a cabo, fundamentalmente, mediante la implantación de aerogeneradores en tierra, siendo muy pocos los MW instalados en el mar, dentro de los límites de control económico de los países. A principio del año 2009 de los 120,791MW instalados en el mundo solo 1,500 MW correspondían a parques eólicos marítimos. Encuentra como justificación principal, que las instalaciones eólicas offshore (terrestres) están sujetas a costos superiores y requieren de una tecnología avanzada [4].
El diseño de cualquier sistema eléctrico debe cumplir con la normatividad técnica para asegurar la integridad de las personas, la continuidad de funcionamiento de la instalación marítima y la integridad de los equipos.
En el diseño de las instalaciones eléctricas, se debe ubicar la mayoría del equipo en áreas no peligrosas con objeto de reducir el requerimiento de equipo especial.
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En síntesis, México enfrenta una situación en la que se debe hacer uso de las energías renovables para satisfacer sus necesidades de desarrollo y contribuir y la disminución de los efectos negativos del cambio climático.
ESTRUCTURA DE LA TESIS
En el capítulo uno, se describen los elementos que componen a un parque eólico, capacidad total de la energía eólica instalada en el mundo, se pudo destacar que en Europa está la tecnología eólica desarrollada y madurada, su capacidad crece anualmente, así mismo se estudió que la energía eólica en México está muy poco desarrollada. Sin embargo en México se encuentra el parque eólico más grande de Latinoamérica situado en el istmo de Tehuantepec,
Oaxaca llamado “Eurus”. Se relacionan los parques eólicos marinos existentes en el mundo, de esta relación se puede concluir que existen países como Dinamarca donde ésta tecnología ya está desarrollada y crece año tras año.
En el segundo capítulo, “Parques eólicos marítimos” se destacaron las razones por las cuales la energía eólica marítima se ha venido desarrollando en varios países, el viento a nivel del mar es más constante que en la tierra es una de las principales razones para la implementación de este tipo de parques.
En la fase de construcción se analizaron las cimentaciones ideales, conexión eléctrica, diseño a detalle, diseño eléctrico y logística del proyecto.
Para el capítulo tres, “Disposiciones geográficas del país” se realizó un análisis técnico y climático
para la construcción de un parque eólico marino en donde México, se destacaron como zonas con potencial eólico en las costas de Salina Cruz, Oaxaca hay una velocidad del viento de 4.0 a 5.0 m/s, el segundo es en Arriaga, Chiapas, el viento es apropiado ya que tiene una velocidad de 5.8 a 6.0 m/s.
En el capítulo cuatro, “Impacto socioeconómico y ambiental” se destaca que la energía eólica
en México es poco viable, debido a los costos elevados de generación e implementación, la tecnología no está desarrollada completamente y su importación es cara. Se espera que para 2030 la energía eólica desplace a las tecnologías fósiles de generación.
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Capítulo I. Generalidades
I.1 LA ENERGIA EOLICA.
La energía eólica se ha venido aprovechando desde la antigüedad con distintas finalidades, para moler grano, bombear agua, propulsar embarcaciones de vela, entre otras, en fechas más recientes para generar energía eléctrica. A lo largo de este capítulo se exponen las generalidades de la generación de energía eléctrica.
El funcionamiento básico de estas máquinas consiste en que el viento impulsa unas aspas oblicuas que, con su movimiento, activan unos equipos, los cuales son distintos según la aplicación que se le quiera dar a la instalación y han de ser capaces de transformar la energía contenida en el viento en energía útil, disponible para ser utilizada [5].
Estos aparatos se han denominado de distintas maneras, siendo la más común de ellas la de molinos. Se llamaban así a las máquinas utilizadas para la molienda de cereales, especialmente de trigo. De ahí el origen de este término que, por extensión, se ha utilizado para referirse a cualquier instalación que funcionase a partir de las fuerzas de la naturaleza, fuera cual fuese su aplicación.
En el caso de las máquinas que transforman la energía del viento en energía eléctrica, el término técnico más acertado es el de aerogeneradores, aunque en ocasiones se utilizan denominaciones tales como molinos, turbinas, etc. Los aerogeneradores pueden ser instalados individualmente o mediante agrupaciones, denominándose, en este último caso, parque eólico al conjunto.
Fig. 1.1. Esquema básico de un parque eólico.
El esquema básico de un parque eólico tipo se compone de los siguientes elementos:
o Un número variable de aerogeneradores que generan energía eléctrica a baja tensión a partir de la energía del viento.
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o Unos cables subterráneos mediante los cuales se transporta la energía eléctrica a media tensión hasta una subestación, donde se transforma la energía eléctrica a una tensión más elevada con el fin de conectarla con la red de distribución, y así poder llevar la energía eléctrica generada a los diferentes puntos de consumo.
I.2 ¿QUÉ ES UN PARQUE EÓLICO?
El parque eólico es una central eléctrica donde la producción de la energía eléctrica se consigue a partir de la fuerza del viento, mediante aerogeneradores que aprovechan las corrientes de aire.
El viento es un efecto derivado del calentamiento desigual de la superficie de la Tierra por el Sol.
El principal problema de los parques eólicos es la incertidumbre respecto ala disponibilidad de viento cuando se necesita. Lo que implica que la energía eólica no puede ser utilizada como fuente de energía única y deba estar respaldada siempre por otras fuentes de energía con mayor capacidad de regulación (térmicas, nucleares, hidroeléctricas, etc.) [6].
I.3 ¿CÓMO FUNCIONA UN PARQUE EÓLICO?
Los aerogeneradores o turbinas eólicas producen electricidad utilizando la fuerza natural del viento para mover un generador eléctrico.
La mayoría de los aerogeneradores que producen electricidad constan de un rotor con palas o aspas que giran alrededor de un eje. Éste está unido a un conjunto de transmisión mecánica y, finalmente, a un generador eléctrico, ubicados ambos en la barquilla suspendida en lo alto de la torre.
Los principales componentes de un aerogenerador son:
o Rotor
o 3 palas en el rotor
o Palas fabricadas en fibra de vidrio con refuerzo de poliéster o Funcionamiento con velocidades de rotor constantes o variables
o Control de potencia automático según velocidad de viento, con parada a muy altas velocidades (seguridad mecánica)
o Utilización mayoritaria de multiplicadoras y, en algunos casos, de transmisión directa eje-generador
o Orientación automática siguiendo la dirección variable del viento (sensores para monitorización)
o Torres tubulares fabricadas en acero
El diámetro de la turbina es el parámetro crucial: a mayor longitud de pala, mayor área barrida y mayor energía producida.
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Además de los parques eólicos onshore (marítimo), se construyen parques eólicos en el mar llamados offshore, a varios kilómetros de la costa, con el objeto de minimizar su impacto ambiental (impacto visual) y, sobre todo, de aprovechar las mejores condiciones de viento al desaparecer el efecto negativo del relieve. En estas instalaciones se instalan máquinas de mucha mayor potencia, que las de onshore [7].
I.4 ¿CÓMO SE GENERA ENERGÍA EÓLICA?
La radiación solar absorbida irregularmente por la atmósfera, da lugar a masas de aire con diferentes temperaturas y, por tanto, diferentes densidades y presiones. El aire al desplazarse desde las altas presiones hacia las bajas presiones, da lugar al viento.
La fuente de energía con la que se alimenta una turbina eólica, es llamada “energía cinética” del viento, es decir, la del movimiento del aire. Ésta energía cinética se expresa en una fórmula física que determina la cantidad de energía cinética producida.
La fórmula es:
E
s= (f) (m
spec) (
�
3)
E
s es la energía cinética por segundo proporcionada por la fuerza del viento.
f es un factor de cálculo que permite tener en cuenta, entre otros, el diámetro del círculo de rotación de la punta de las palas.
m
spec la masa específica del aire que se empuja. �3 el cubo de la velocidad del viento.La masa específica del aire mspec, expresa la masa por metro cúbico, es excepcionalmente pequeña: no más de 1,18 kg/m3. Comparado con la masa específica del agua, que es 1.000 kg/m3, el aire es 900 veces más ligero.
De acuerdo con estos conceptos técnicos, y comparado con otros medios motrices aplicados a otros métodos de obtención de energía, la velocidad del viento es también extremadamente pequeña.
Por tanto, la potencia de una turbina eólica varía fuertemente como resultado de la variable velocidad del viento y el factor �3entre un valor máximo y un cero o casi cero. Ese cubo es el golpe mortal para la producción estable de electricidad mediante turbinas eólicas.
Es imposible, para una turbina eólica, producir corriente de una intensidad útil a partir de una fuerza de viento Beaufort (mediada de la intensidad del viento) 2 ó 3 (6 a 11 ó 12 a 19 Km/h), dada la mínima energía cinética del viento en esas condiciones. Con tan poco viento, los aerogeneradores simplemente se quedan quietos.
Existen perturbaciones como resultado de otras fuerzas y, además, a escala local, la orografía ejerce un efecto muy importante sobre las características del viento.
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bien en la práctica, sólo podría ser utilizada una parte muy pequeña de esa cifra, por su aleatoriedad y dispersión (del orden del 5%)[8].
La cantidad de energía que ello representa hace de la energía eólica una de las fuentes de energía renovables con mayor potencial.
Durante los últimos años, debido al incremento del costo de los combustibles fósiles y los problemas ambientales derivados de su explotación, se está proponiendo un renacer de las energías renovables.
Las energías renovables son inagotables, limpias y se pueden utilizar de forma autónoma, ya que se pueden aprovechar en el mismo lugar en que se producen [8].
1.1 BENEFICIOS DE LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DEL VIENTO.
La energía eólica tiene ventajas para el medio ambiente, en comparación con las fuentes generadoras convencionales. Sus ventajas se caracterizan por el poco impacto ambiental, significativamente menor que las fuentes de energía convencionales.
Los beneficios ambientales se pueden definir como la relación de impactos que no produce y que sí se pueden atribuir a otras energías:
o No existen grandes movimientos de terreno, arrastre de sedimentos, alteración de cauces de agua, contaminación por partículas, acumulación de residuos radiactivos. o No hay grandes consumos de energía, residuos radiactivos, problemas de
transporte, mareas negras, contaminación del aire en las refinerías, explosiones de gas, agentes químicos muy agresivos.
o Tampoco hay combustión, ni fisión de combustible, lo que equivale a no accidentes nucleares, no vertidos de productos radiactivos, no emisiones a la atmósfera de CO2, ni otros gases invernadero provocadores del cambio climático, contaminantes ácidos, gases tóxicos, polución térmica.
o No se generan residuos, por lo que no hay escombros, residuos radiactivos que controlar ahora y por las generaciones que, dentro de cientos y miles de años, tendrán que habitar el planeta que hereden de nosotros.
o Gracias a la energía eólica y a toda la infraestructura que conlleva, se genera un número importante de puestos de trabajo; según la revista World Watch, en España se han creado más de 5, 000 empleos en la industria eólica.
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1.2 PARQUES EÓLICOS EN EL MUNDO
La capacidad de la Energía Eólica Mundial es de 120 798 MW, con 27 051 MW agregado en 2008. El mercado mundial para la generación eólica de electricidad una vez más mostró un desarrollo muy dinámico en los últimos años. La potencia eólica mundial instalada se ha incrementado en más de un 60% en los últimos cuatro años, pasando de 47 620 MW en 2004 a 120 798 MW en 2008, es decir, en estos cuatro años se han instalado 73 178 MW. El 87.8% de la capacidad instalada en 2008 han sido emplazados en diez países, destacando en primer lugar Estados Unidos con 8 358 MW, situándose con un 30.9% de la potencia total instalada a nivel mundial. Le sigue China con 6,300 MW, lo que le permitió doblar la potencia eólica instalada por cuarto año consecutivo e incrementarla en 6.3 GW, alcanzando así un total de 12.2 GW instalados a finales del año 2008 [10].
De esta forma, Estados Unidos, China, India, Alemania y España son mercados líderes y son las regiones de Europa, Norteamérica y Asia las que muestran los más altos índices de crecimiento en el mundo [11].
Alemania, España, Estados Unidos, India y Dinamarca han realizado las mayores inversiones en generación de energía eólica. Dinamarca es, en términos relativos, el más destacado en cuanto a fabricación y utilización de turbinas eólicas, con el compromiso realizado en el año 1970 de llegar a obtener la mitad de la producción de energía del país mediante el viento.
Actualmente genera más del 20% de su electricidad mediante aerogeneradores, mayor porcentaje que cualquier otro país, y es el quinto en producción total de energía eólica, a pesar de ser el país número 56 en cuanto a consumo eléctrico.
En las últimas décadas, se desarrollaron a nivel mundial e implementaron políticas de promoción de las energías renovables, teniendo como ejes de actuación la determinación de los precios, el requerimiento de cuotas de producción, el sistema de comercialización preferente, o el posible gravamen impositivo. Aunque gran parte de los países comparten objetivos semejantes en la política energética (reducir el consumo de combustibles de origen fósil, reducir el impacto ambiental del sector, ampliar el peso de energías de origen renovable y afrontar un nuevo desarrollo empresarial), las alternativas seguidas varían, en función de aspectos sociales, culturales e históricos.
La energía eólica se desarrolló considerablemente en la Unión Europea (UE), impulsando un importante crecimiento de las energías renovables en las últimas décadas, destacando el caso español. Esta expansión, sin embargo, no estuvo exenta de controversias, dependiendo en parte su aceptación social de la transparencia del proceso administrativo para la implantación de un parque eólico, de la reversión de beneficios sobre la ciudadanía y de la valoración de los terrenos forestales donde se localizan [12].
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España es el cuarto país del mundo en capacidad acumulada, con 22.8 GW y una cuota global del 8.1 %, por delante de India, Reino Unido e Italia, aunque en 2012 quedó por detrás de todos ellos en cuanto a nuevas inversiones en el sector.
El Consejo Mundial de Energía Eólica informó que la Unión Europea lidera en cuanto a capacidad acumulada de generación de energía eólica total se refiere, con 106.0 GW, por delante de China y Estados Unidos, con 75.3 GW y 60.0 GW, respectivamente.
No obstante, estos dos países fueron los que instalaron más capacidad de generación de energía eólica en 2012.
Brasil entró con fuerza en la carrera eólica, y ya es el octavo país con más capacidad nueva instalada para 2012, aunque en 2013 alcanzó la segunda posición.
La GWEC (Consejo Mundial de Energía Eólica) preveo para 2013 un descenso del 4.6 % del ritmo de crecimiento de la capacidad eléctrica generada por granjas eólicas, mientras que para los siguientes cuatro años espera una baja más leve, aunque la capacidad global no dejará de crecer [13].
1.2.1 PARQUES EÓLICOS EN EUROPA
El desarrollo de los parques eólicos en Europa tiene muy buena aceptación pública. La política seguida por las instituciones gubernamentales europeas ayuda al desarrollo de las energías renovables. El gobierno del Reino Unido, por ejemplo, tiene como objetivo que el 10% de la energía doméstica consumida sea generada por fuentes de energías renovables [12].
La Unión Europea es líder del mundo en capacidad de energía de viento total instalada y una de las regiones más fuertes para el nuevo desarrollo.
La diversificación geográfica ha sido un de las principales fortalezas de la industria eólica Europea. Diez de los 27 Estados miembros de la Unión Europea ahora tienen más que 1 GW de la capacidad eólica cada uno.
Alemania tiene el mayor número de parques eólicos del mundo, así como la mayor turbina de viento construida sobre el mar, y en Escocia se realizó la construcción del parque
“Whitelee Wind Farm”, el mayor de Europa, con 140 aerogeneradores de 2.3 MW cada uno, para una potencia total instalada de 322 MW.
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Fig. 1.2: Parque eólico de Ventominho, Portugal
Ventominho hubicado en Portugal, ver Fig. 1.2, era el mayor parque eólico de Europa, dispone de 240 MW de potencia. Ocupando Maranchón el tercer lugar con 208 MW, de Iberdrola. Ventominho cuenta con cinco grupos de aerogeneradores repartidos a lo largo de treinta kilómetros, muy próximos a la frontera con Galicia, que confluyen en un único punto de conexión a red. El conjunto está formado por un total de 120 máquinas de 2 MW suministradas por el tecnólogo alemán Enercon [11].
1.2.2 PARQUES EÓLICOS EN ESTADOS UNIDOS
La industria de viento estadounidense ha crecido a un promedio de 32% anual durante los pasados cinco años. En 2007, la industria creció en 45%, en 2008 el aumento fue del 50% en un solo un año. La capacidad total de viento en los Estados Unidos es ahora de más de 25 170 MW, produciendo suficiente electricidad para impulsar el equivalente de aproximadamente 7 millones de casas y alcanzar más del 1% de la demanda de electricidad estadounidense total.
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Fig. 1.3: Parque eólico en Stateline Wind Project
En Estados Unidos se encuentran los parques eólicos más grandes del mundo. El más grande en términos de generación de energía es el Stateline Wind Project, Proyecto de Viento Línea estatal, ver Fig. 1.3, en la frontera entre los estados de Oregón y Washington, con una capacidad máxima de 300 MW [12].
1.2.3 PARQUES EÓLICOS EN LATINOAMERICA
Ningún país latinoamericano está en la lista de los veinte mercados eólicos mundiales más importantes. Brasil y México son los países latinoamericanos que cuentan con potenciales importantes de recursos eólicos que pueden ser explotados en el mediano y largo plazos con un marco regulatorio más claro y transparente y con incentivos económicos reales en el corto plazo [11].
[image:16.595.134.466.69.276.2]1.2.3.1 PARQUES EÓLICOS EN BRASIL
17
En Paracuru, a 90 kilómetros de Fortaleza, capital del estado de Ceará, se ha inauguró el primero de una serie de cuatro parques eólicos que a mediados de 2009 fueron puestos en funcionamiento en la zona, ver Fig. 1.4. La inversión total fue de casi 305 millones de euros.
Este tiene una potencia de 23,4 MW y consta de 12 aerogeneradores. Los otros tres parques eólicos se construyeron en los municipios de Beberibe, Amontada y Camocim; juntos,
significarán una capacidad de generación de 207 MW de potencia.
500 MW de la energía en el país proviene de la eólica. Con la entrada en funcionamiento del parque eólico de Paracuru, Ceará pasa a generar casi 80 MW de energía eólica, lo que lo posiciona en segundo lugar, detrás de Rio Grande do Sul.
Coordinado por el ministerio de Minas y Energías, establece la contratación de 3.300 MW de energía en el Sistema Interconectado Nacional, producidos a partes iguales por fuentes eólicas, biomasa y pequeñas centrales hidroeléctricas [14].
1.6.3.2 PARQUES EÓLICOS EN MÉXICO
[image:17.595.146.454.456.669.2]En México, se encuentra el parque eólico más grande de Latinoamérica, situado en el pueblo llamado La Venta, ver Fig. 1.5, del municipio de Juchitán de Zaragoza, Oaxaca, fue construido por la compañía de cementos mexicanos Cemex, contó con el apoyo de la Comisión Federal de Electricidad CFE.
Fig. 1.5. Parque eólico la Venta, Oaxaca
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Hasta 2012, México contaba con una capacidad efectiva instalada para la generación de energía eléctrica de 63 195 MW, de los cuáles 14 501 MW provinieron de fuentes renovables de energía (eólica, solar, hidráulica, geotérmica y de biomasa), lo que representa el 23% del total de la capacidad instalada, ver Tabla 1.1.
Tabla 1.1: Capacidad y potencial para generación de energía a través de Fuentes renovables en México, 2012 (MW)
Actualmente el país cuenta con 253 centrales en operación y construcción para la generación de energía eléctrica a través de fuentes renovables; Oaxaca y Veracruz son los estados con mayor número de proyectos eólicos y de biomasa, respectivamente.
La CRE (Comisión Reguladora de Energía) ha otorgado hasta la fecha 157 permisos para la generación de energía eléctrica a través de fuentes renovables, sumando un total de 5011.7 MW de capacidad instalada que es igual al 16.6%, de los cuales el 40% ya está en operación y el restante está proyectado que entre en operación en los tres próximos años [15].
Se estima que para 2026 la capacidad instalada para la generación de electricidad a partir de energías renovables se incremente en 20 544 MW, de los cuales, se estima que las fuentes de energía eólica e hidráulica tendrán la mayor participación, con 58.6% y 27.3%, respectivamente. Este pronóstico incluye las modalidades de servicio público, autoabastecimiento y generación distribuida, ver Tabla 1.2.
Tabla 1.2: Proyección de capacidad adicional instalada 2012 - 2026
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de Oaxaca y Baja California, ver Tabla 1.3 y Tabla 1.4. Los principales países inversionistas fueron España, Estados Unidos, Dinamarca y Francia [16].
20
21
22
1.3 ¿QUÉ ES UN PARQUE EÓLICO MARITIMO?
El mar abre nuevas oportunidades para la energía eólica, sobretodo porque el viento circula a velocidades muy elevadas y las economías de escala permiten la instalación de turbinas de gran capacidad.
La tecnología de las turbinas eólicas de los parques marinos se basa en los mismos principios que la de los terrestres. Se construyen bases de hormigón para sostener la estructura de las turbinas, que puede ser de diversos diseños.
La parte superior de esta base se pinta de un color brillante para hacerla visible a los barcos, incluye una plataforma de acceso para facilitar el mantenimiento de los equipos. Cables submarinos llevan la energía a un transformador que la convierte a alto voltaje (habitualmente, entre 33 y 132 KV) antes de llevarla a la red de distribución [19].
1.3.1 PARQUES EÓLICOS MARITIMOS EN EL MUNDO
Hay varios países en Europa con los más grandes parques eólicos marinos del mundo. Entre ellos está Dinamarca y Alemania.
En 2009 fue creado en la costa oeste de la península de Jutlandia, Europa que comprende la parte continental de Dinamarca y el norte de Alemania en el Mar del Norte el parque eólico marino más grande del mundo hasta entonces, denominado Horns Rev 2, ver Fig. 1.6.
Fig. 1.6. Parque eólico marítimo Horns Rev 2, Dinamarca
Cuenta con 91 aerogeneradores que pueden suministrar energía eléctrica a 200,000 viviendas durante un año entero. El parque tiene una plataforma en alta mar donde están alojados los trabajadores. En ese momento el país tenía 6 parques eólicos marinos más y pensaba construir al menos 3 parques más.
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Fig. 1.7. Parque eólico marino en la costa de Kent, Inglaterra
Gran Bretaña no se quedó atrás, inaugurando el parque eólico offshore más grande del mundo, ver Fig. 1.7, en la costa de Kent con 100 turbinas y una inversión de 915 millones de euros.
Evidentemente la energía eólica ha aumentado bastante, llegando hasta 30%. También podrá ofrecer energía a más de 200.000 hogares. El propósito es de llegar a utilizar 341 turbinas y producir 15% de la energía total del país hasta 2020.
Fig. 1.8. Parque eólico marítimo, Puerto de Sassnitz, Alemania
Alemania se pone en marcha en colaboración con la compañía española Iberdrola con el proyecto Wikinger, ver Fig. 1.8, creando el mayor parque eólico marino del mundo, pero en este caso en las aguas profundas, bajo 40 metros en el mar.
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La inversión es aún más alta, 1600 millones de euros, turbinas con 150 metros de altura, ubicadas en el Mar Báltico a 30 kilómetros de la isla Rugen, en una superficie de 32 kilómetros.
Si empiezan construir en 2015 como tienen el plan, en 2016 deberían inaugurar el parque eólico marino [20].
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Capítulo II. Parques eólicos marítimos
2.1 PARQUE EOLICO MARITIMO
[image:26.612.200.416.209.516.2]El desarrollo principal de la energía eólica se ha llevado a cabo, fundamentalmente, mediante la implantación de aerogeneradores en tierra, siendo pocos los MW instalados en el mar, dentro de los límites de control económico de los países.
Fig. 2.1. Parque eólico marítimo
A los parques eólicos ubicados en el mar a cierta distancia de la costa se les denomina parques eólicos marítimos, ver Fig. 2.1, costa fuera o fuera de costa.
En inglés se les conoce como “Offshore wind parks”. Actualmente las distancias de la costa llegan hasta 20 kilómetros y la profundidad del lecho marítimo donde se han instalado ya alcanza los 18 metros [21].
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energías de origen renovable y afrontar un nuevo desarrollo empresarial), las alternativas seguidas varían, en función de aspectos sociales, culturales e históricos [22].
El desarrollo de estos parques ha tenido lugar en los últimos años, y las razones han sido las siguientes:
No presentan limitaciones en cuanto al uso del suelo y de los diversos impactos, como el visual, paisajísticos uso de espacios naturales con otras aplicaciones.
No hay problemas de impacto sonoro (ruido), por lo que pueden girar a mayor velocidad. En aplicaciones terrestres, la velocidad del extremo de la pala se limita a unos 65 m/s, mientras que en las marítimas alcanza entre 80 a 90 m/s.
La superficie marina está libre de obstáculos y presenta baja rugosidad superficial. Debido a la menor rugosidad superficial y a la menor turbulencia, la velocidad del viento
aumenta con la altura más rápidamente en comparación con la tierra, por lo que las torres de instalaciones marítimas pueden ser de menor altura que las terrestres, con la consiguiente disminución de los costos de inversión. Por esto se compensa en parte el sobrecosto de la construcción en la plataforma marítima.
En general, la turbulencia del viento es mucho menor en el mar debido a la ausencia de obstáculos. De esto se derivan menores esfuerzos a la fatiga sobre el aerogenerador y un aumento de su vida útil [23].
2.1 DIFERENCIAS TÉCNICAS ENTRE LOS PARQUES EOLICOS MARITIMOS Y LOS
TERRESTRES.
28
Fig. 2.2. Cimientos tipo pilote.
La torre de pilote no necesita preparación del fondo del mar, y han sido las más empleadas. Para su instalación es preciso perforar en el fondo del mar. Consisten en un tubo de acero autosustentado que se introduce unos 10-20 m en el fondo del mar. Se caracterizan por un suave balanceo y son adecuadas para profundidades de hasta 25 metros. Las de trípode son hechas con construcciones de acero de tres patas. Suelen estar enterradas con barras en el fondo del mar. Son más rígidas que las anteriores, por lo que su balanceo es menor. Se acomodan en instalaciones a grandes profundidades del mar, ver Fig. 2.3 [24].
[image:28.612.118.497.450.709.2]29
[image:29.612.114.498.159.414.2]Las de islas artificiales de concreto se emplean en profundidades menores, ya que su costo es mayor mientras más profundo se encuentra el fondo marino. Para las mayores profundidades se proponen boyas que soporten una o más turbinas o, pontones que soporten múltiples turbinas.
Fig. 2.4. Góndola de un aerogenerador.
Las instalaciones eólicas marítimas son resistentes a la corrosión proveniente del aire de mar, que es altamente húmedo y contiene sal, por lo que todo el sistema dentro de la góndola debe estar herméticamente cerrado, ver Fig. 2.4. También debe tener un sistema de enfriamiento por las altas temperaturas que en verano deben resistir, que afectan la calidad del lubricante, dañan los componentes electrónicos y expanden las partes mecánicas.
30
Fig. 2.5. Subestación eléctrica offshore.
Los parques eólicos marítimos deben estar altamente protegidos contra las tormentas eléctricas, debido a que en altamar son más sensibles a ser alcanzados por estos fenómenos, que afectan principalmente a las palas y los sistemas electrónicos.
Los cimientos y las torres de los parques eólicos marítimos están sometidos a fuertes cargas provenientes del viento y de las olas, por separado o en combinación. Las cargas dependen de parámetros tales como la velocidad del viento, la turbulencia, la profundidad de las aguas, la altura de las olas, las formaciones geológicas y del tipo de parque eólico.
Para estimar las cargas es necesario conocer diversos datos, como el peso de las palas y la góndola, que sólo los fabricantes ofrecen. Los ingenieros de proyecto deben ser capaces de prever las vibraciones y la fatiga a que estarán expuestos los parques eólicos que se diseñan.
31
Fig. 2.6. Tipos de aerogeneradores.
Los costos de la energía producida por un parque eólico marítimo dependen del recurso eólico, la distancia de la costa y la profundidad del agua. El desarrollo que han tenido estos parques en los últimos años y las perspectivas que presentan en un futuro cercano en varios países ha dependido de las reducciones de los costos de las cimentaciones y la transmisión de potencia, el incremento de los tamaños de las turbinas y la mayor productividad en relación con las turbinas en tierra.
Fig. 2.7. Mantenimiento a un generador offshore.
[image:31.612.153.463.417.627.2]32
Un aspecto negativo que debe tenerse en cuenta es el ruido que se transmite a través del agua, que se refleja en la superficie marítima y en el fondo del mar, lo que deben atender los proyectistas. Este ruido puede también ser causado por las vibraciones de la propia torre de la turbina y, puede alterar el equilibrio ecológico de las especies marítimas que conviven en las inmediaciones del parque.
2.2 CONEXIÓN ELÉCTRICA
La conexión eléctrica de un parque eólico está referida a su enlace con el sistema general de transporte de energía eléctrica y consiste, en una adecuada combinación de líneas eléctricas y subestaciones transformadoras. La capacidad de evacuación de la infraestructura eléctrica existente a la que se conecta la instalación eólica marina es condición indispensable para que ésta tenga sentido, siendo en la actualidad una de las mayores restricciones ante la que, generalmente, se encuentra cualquier instalación de generación eléctrica. Para disminuir esto, operadores de la red eléctrica de distintos países han recurrido a adecuar su infraestructura según la planificación establecida para el desarrollo de la energía eólica. Los dos esquemas más utilizados para la conexión eléctrica de un parque eólico offshore son los siguientes:
Una línea eléctrica transporta la energía generada por los aerogeneradores hacia una subestación transformadora ubicada en el mar (subestación offshore). Esta subestación constituye el origen de otra línea eléctrica que transporta la energía hasta una subestación situada en tierra (subestación onshore) que suele formar parte de la infraestructura eléctrica existente (Fig. 2.8 y Fig. 2.9).
[image:32.612.163.492.441.676.2] Una línea eléctrica que transporta la energía directamente desde los aerogeneradores hasta una subestación onshore.
33
Fig. 2.9. Esquema de la conexión de un parque eólico marino con subestación offshore
La selección del esquema más adecuado depende, esencialmente, de la potencia total de la instalación y de la distancia al punto de evacuación ya que las pérdidas de energía eléctrica asociadas a su transporte son directamente proporcionales a ambos parámetros. Mientras la mayoría de los parques eólicos offshore que se encuentran actualmente en funcionamiento utilizan el segundo de los esquemas expuestos, se prevé que la tendencia de las futuras instalaciones hacia mayores potencias y mayores distancias hasta el punto de evacuación en tierra conduzca a la utilización del primero de ellos, por permitir el transporte de la energía eléctrica a mayor tensión, lo que conlleva a que, a igualdad de distancia y potencia, se reduzcan las pérdidas asociadas al transporte.
La conexión de todas las instalaciones eólicas marinas en funcionamiento se ha logrado mediante el uso de corriente alterna. Aun así, es bastante probable que en un futuro no muy lejano se tienda a la utilización de corriente continua en lugar de alterna para algunas de estas instalaciones. De hecho, existe en la actualidad un debate generalizado sobre el uso de corriente alterna o continua para la transmisión de la energía eléctrica generada por las instalaciones eólicas offshore.
34
[image:34.612.128.494.126.328.2]se deriva de las necesidades de potencia reactiva para el funcionamiento de la línea. La potencia reactiva generada no sólo reduce la capacidad de transporte del cable de potencia activa, sino que además se requiere de un sistema para absorber dicha reactiva.
Fig. 2.10. Esquema de conexión eléctrica en corriente continua de un parque eólico
La corriente continua presenta una serie de ventajas en relación con la corriente alterna, ver Fig. 2.10. La primera de ellas es su mayor capacidad de transporte de energía eléctrica. La segunda de ellas es que se producen menores pérdidas eléctricas asociadas al transporte de la energía eléctrica. De hecho, en función de la tensión, las pérdidas en corriente continua pueden ser del orden del 20% de las que se producirían con corriente alterna. La tercera de ellas es que necesita de menor número de cadenas de aisladores y menores dimensiones transversales del corredor utilizado por la línea.
Dentro de los sistemas de corriente continua se pueden diferenciar fundamentalmente dos
tipos: los convencionales y los basados en la tecnología VSC (“Voltage Source Converter”),
siendo la principal diferencia entre ellos el tipo de convertidor de corriente alterna a continua y viceversa. Aunque los sistemas convencionales han venido utilizándose de manera comercial bajo el mar desde el año 1954, por lo que puede considerarse que han sido suficientemente probados, han sido descartados para el transporte de la energía eléctrica generada por los parques eólicos offshore, decantándose por los sistemas basados en la tecnología VSC. Esto ha sido debido fundamentalmente a que éstos, al contrario de lo que ocurre con los convencionales, no necesitan que se esté generando energía eléctrica en la instalación eólica en todo momento, algo que es inevitable que ocurra a lo largo de la vida útil de la instalación. Además, el tamaño de los convertidores entre ambos tipos de corriente son del orden de la mitad que los que corresponderían a los sistemas convencionales [26].
35
De las consideraciones anteriores se establece que el costo por unidad de longitud en una línea en corriente continua es inferior al de una línea en corriente alterna. No obstante, hay que considerar los costes de las estaciones convertidoras que se sitúan en los extremos de las líneas en corriente continua. Dado que esta diferencia de coste no depende de la longitud de la línea, su repercusión se reduce progresivamente a medida que crece la distancia de transporte, por lo que existe una longitud crítica a partir de la cual es más barato el transporte en continua. Además hay que considerar que, las pérdidas por transmisión son mucho menores en corriente continua que en alterna, existen otras pérdidas que se producen en los dos convertidores VSC y son del orden del 4 al 6%, utilizando la tecnología actual, la corriente continua resultará ventajosa económicamente respecto a las pérdidas para largas distancias cuando las pérdidas en corriente alterna excedan de esa cantidad [26]. En líneas aéreas la longitud crítica suele estar comprendida entre 400 y 1000 km, mientras que en líneas con cables aislados la longitud crítica se reduce notablemente, 30 a 60 km [28].
A modo de introducir una nomenclatura común a seguir en este trabajo de investigación, se denominará línea interna o cableado interno de parque (de media tensión) a aquella que une los aerogeneradores con la subestación offshore, y línea de alta tensión, a aquella que une la subestación offshore con la onshore.
Generalmente existe un transformador incluido en el propio aerogenerador que convierte a media tensión la energía eléctrica producida a partir de la energía mecánica del viento.
36
Fig. 2.11. Cableado interno de un parque offshore.
[image:36.612.237.359.348.564.2]37
Fig. 2.13. Salidas del cableado de media tensión de los aerogeneradores
38
Fig. 2.14. Detalle de instalación de cable submarino
El trazado de la línea eléctrica, tanto interna como de evacuación, ha de cumplir ciertos requerimientos, como son la compatibilidad con otras actividades humanas, el respeto hacia aquellas zonas con interés medio ambiental, la menor longitud posible, evitar zonas en las que la construcción sea más compleja o aquellas en las que existe un elevado riesgo de que sea dañado el cable. Los radios de curvatura mínimos admisibles y para disminuir el riesgo de que los cables sean dañados es necesario identificar las posibles amenazas (actividades de pesca, anclas, etc.) que existen a lo largo de su trazado. Una vez identificadas estas amenazas y analizados los efectos de éstas habrá que determinar la protección a aplicar a los cables para que no sean dañados, ya que a su reparación costosa hay que añadir las pérdidas de producción de energía que se producirían durante la avería. Esto puede lograrse enterrando los cables a una determinada profundidad (el peso del cable por unidad de longitud han de considerarse para el diseño y para las operaciones de construcción, ver Fig. 2.14.
39
Fig. 2.15. Subestación offshore de “London Array”
Una vez descritos los aspectos más relevantes que definen la conexión eléctrica, a continuación se sintetizan éstos en los puntos siguientes [30]:
En el análisis de la viabilidad de los proyectos, es fundamental que exista capacidad suficiente de evacuación del personal en las infraestructuras existentes y que el operador de la red conceda al promotor interesado el permiso para evacuar una determinada potencia. Si no se dan simultáneamente estas dos circunstancias, no tiene ningún sentido proyectar un parque eólico. Además, es esencial la viabilidad de la construcción de las subestaciones y líneas eléctricas que permitirán la evacuación de la energía, así como la realización de las modificaciones necesarias de las infraestructuras existentes.
En el análisis de la rentabilidad de la instalación eólica offshore, ya que los costos de la conexión tienen un peso notable de la inversión, del entorno del 15%, en relación con lo que sucede en las instalaciones eólicas terrestres. Además, las pérdidas eléctricas asociadas con el transporte de la energía influirán en la producción de energía y, por tanto, en los beneficios esperables de la instalación.
En la elección de la localización de la instalación eólica en su conjunto, y en particular de las posiciones de los aerogeneradores y de la torre meteorológica, ya que es fundamental, para dar evacuación o salida a la energía, que se puedan construir las líneas eléctricas y las subestaciones cuyos trazados y posiciones, respectivamente, están sujetos a determinados condicionantes.
En el diseño de la propia conexión eléctrica, ya que hay que considerar diversas circunstancias tales como las restricciones tanto ambientales como las relacionadas con el terreno que existan, la potencia unitaria de los aerogeneradores y la potencia total de la instalación, el esquema general de la instalación, los riesgos de que sean dañados los cables, etc.
En la fase de construcción, incluida la logística asociada a ella, ya que el tendido de los cables y la construcción y actuaciones en las subestaciones son hitos fundamentales para cumplir el plan de obra fijado como objetivo.
40
En la posible repotenciación de la instalación, ya que el diseño de la subestación offshore y de la línea de evacuación con miras a futuras ampliaciones de la instalación, conllevaría una reducción de costos y de plazo.
2.2.1 REQUERIMINTOS ESPECÍFICOS PARA LA INSTALACIÓN
Para la instalación de parques eólicos marítimos es necesario tener en cuenta elementos que entran en contradicción con el desarrollo del proyecto, como son:
Paso de ciclones y tormentas.
Reservas de minerales, como el petróleo. Usos militares.
Actividad pesquera.
Aspectos medioambientales, principalmente los pasos de aves migratorias, y las zonas de pesca.
Tráfico aéreo. Tráfico marítimo.
Derechos de estados vecinos sobre el mar. Explotación del turismo.
Existencia de comunicaciones submarinas y cables de potencia. Corrientes submarinas.
Todos estos elementos deben tenerse en cuenta y para tomar la decisión de instalar estos parques y es necesaria la aprobación de las instituciones competentes, las cuales deben emitir su aprobación legal de acuerdo con la legislación vigente sobre los recursos marítimos.
Si además de esto se incluye que el sitio debe tener vientos favorables y que debe estudiarse la profundidad de la plataforma marítima, el nivel de las olas y el oleaje, se llega a la conclusión de que las zonas disponibles pudieran no ser abundantes en un país determinado, incluyendo el nuestro.
2.3 DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA SUBMARINA
2.3.1 TRAYECTORIA
Los conductores submarinos instalados en el lecho marino deben ir enterrados en una trinchera de un metro de profundidad, hasta que se alcancen 10 m de calado en zona de arena, o estar protegidos con medias cañas de material resistente a la corrosión y de suficiente resistencia mecánica, en zonas de roca [31].
2.3.2 EMPALMES
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2.3.3 PROTECCIÓN
La armadura del conductor debe diseñarse para soportar adecuadamente los esfuerzos mecánicos a que debe estar sujeto el conductor durante la instalación y operación. La armadura debe estar protegida contra la corrosión para cumplir adecuadamente su función durante la vida útil del conductor [32].
2.3.4 CRUZAMIENTOS SUBMARINOS
Los cruzamientos submarinos deben ser instalados siguiendo una trayectoria tal, que estén protegidos de la erosión ocasionada por la acción de las olas o las corrientes submarinas [33].
En caso de requerirse ocupar el conductor submarino para disponer de servicios adicionales (fibra óptica, tubing para transporte de fluidos), estos deben ser considerados en su diseño para no poner en riesgo la función principal del conductor que es transportar energía eléctrica.
El conductor submarino debe seleccionarse de acuerdo con los siguientes requerimientos:
a) Demanda de energía.
b) Tensión nominal de operación. c) Arreglo del circuito eléctrico.
d) Número de conductores de energía y de comunicación. e) Carga máxima continua.
f) Factor de carga.
g) Corriente de corto circuito. h) Temperatura ambiente (aire). i) Temperatura ambiente (agua).
j) Profundidad promedio del lecho marino. k) Característica del lecho marino.
El aislamiento para estos conductores, debe ser XLPE (o polietileno reticulado, aptos para instalaciones donde se requiera máxima capacidad de potencia) [34] o EPR (o caucho etileno-propileno poseen características muy similares al XLPE, en cuanto a capacidad de carga) [35].
42
2.3.5 PERSPECTIVAS EN MÉXICO
No obstante las ventajas que tienen estas instalaciones, hay muchos aspectos que limitan su difusión en los países desarrollados y más aún en países en desarrollo como México. El principal problema está en la factibilidad económica, que depende fuertemente de factores como la distancia de la costa y la profundidad del agua, la conexión a la red, el tamaño del parque y las condiciones locales. Si bien un parque eólico marítimo puede producir hasta 40% más de energía que un parque eólico terrestre similar, la decisión final sobre el comienzo de un proyecto está en pronosticar el costo del kilowatt-hora generado.
México es un país rodeado de mar por casi todas partes y con una plataforma marítima amplia, la posibilidad de instalar parques eólicos marítimos no está cercana, pues los costos aún son altos y la experiencia en la instalación y explotación de parques terrestres es incipiente. No obstante, se recomienda realizar estudios sobre la potencialidad de México de desarrollar estos parques eólicos marítimos, donde se determinen las áreas que cumplan los requisitos, fundamentalmente en cuanto a la distancia de la costa, la profundidad de las aguas, altura de las olas, la intensidad del oleaje, características del viento, ubicación del punto de conexión a la red en tierra y demás elementos antes mencionados, como el desarrollo turístico y las áreas protegidas, en aras de conocer la potencialidad y estar preparados para posibles y futuras inversiones. Este aspecto se analizará en los capítulos 3 y 4.
[image:42.612.224.384.428.636.2]2.4 DISEÑO DE DETALLE DEL PARQUE
43
En este punto, se está en condiciones de proceder a realizar el diseño de detalle de la instalación eólica offshore, y se recomienda comenzar con el diseño eléctrico, que permitirá conocer, entre otros aspectos, el esquema de la subestación offshore, fundamental para poder diseñar su cimentación. La logística asociada a la fase de construcción y a la fase de mantenimiento de la instalación eólica offshore, ver Fig. 2.16.
2.5 DISEÑO ELÉCTRICO
Para el diseño de la conexión eléctrica se parte de un esquema básico de éste, definido durante la fase de análisis de alternativas. Este esquema indica no sólo el número de subestaciones transformadoras offshore, ver Fig. 2.17, que se colocarían en el parque eólico marino, sino que en el caso de contar con alguna subestación, el esquema básico de partida incluirá información que permita conocer si la conexión a la red existente se realizará mediante corriente continua o mediante corriente alterna. Se parte, asimismo, de la configuración en planta de la instalación eólica offshore, con lo que se conoce no sólo la posición de cada uno de los aerogeneradores, de las torres meteorológicas y de las subestaciones offshore, en la posición del punto de conexión del parque eólico marino en la red eléctrica existente.
Fig. 2.17. Instalación de la subestación transformadora offshore en “Thornton Bank”
A partir de los puntos de partida mencionados se ha de realizar el diseño eléctrico de la instalación que incluirá aspectos tales como la determinación del número de cables eléctricos y de su tensión exacta, del número y de las características de los transformadores de las subestaciones eléctricas, la selección del número de aerogeneradores que formarán cada uno de los circuitos internos del parque eólico, el cálculo del número y de la sección de los cables, la definición de la planta de la subestación y del trazado definitivo del cableado, etc.
44
Fig. 2.18. Instalación del cable eléctrico submarino
Otro aspecto a considerar en el diseño eléctrico de la instalación es la disposición de los cables eléctricos submarinos sobre el fondo, es decir, si se abre una zanja en el terreno y luego se cubre, si se protege mediante escollera o si simplemente van apoyados sobre éste. Esta decisión vendrá determinada fundamentalmente por dos aspectos. El primero de ellos es el riesgo de que los cables sean dañados por alguna causa, como pueden ser, por ejemplo, las operaciones asociadas a la navegación marítima y las actividades relacionadas con ésta (pesca de arrastre, anclas, etc.). La mayor probabilidad de ser dañado implicará mayor grado de protección y, en consecuencia, si se dispone en zanja habrá que llevar el cable a una mayor profundidad. Esto es debido a que un fallo de este tipo puede conllevar una disminución notable de la producción de la instalación y, al mismo tiempo, un elevado costo asociado a la reparación de dicha avería. El segundo de los aspectos se refiere a la dureza del terreno ya que abrir la zanja en algunos tipos de terreno no resulta económico, por lo que ha de optarse por la protección del cableado mediante escollera e inclusive se puede plantear dejarlo sin protección, siempre que la probabilidad de que resulte dañado sea baja. No obstante, aun conociendo el tipo de terreno, basándose en la caracterización del sustrato anteriormente descrita, conviene realizar una prueba de instalación previa al montaje de las líneas para verificar la dureza del terreno y comprobar que los medios de instalación propuestos son los adecuados.
45
posteriormente rellenas con un material adecuado o por proteger el cable con una escollera [36].
2.6 BASES DE DISEÑO
Las bases de diseño que aquí se mencionan se refieren a la elaboración de un documento en el que se recojan todas las cargas que han de ser consideradas para el diseño estructural, además de cualquier otra información que pueda resultar útil (características de la instalación: emplazamiento, modelo de aerogenerador, potencia total; niveles del mar; régimen medio de oleaje para analizar la accesibilidad a la instalación tanto en la fase de montaje como de operación, etc.).
Se trata por tanto de un documento que ha de servir como base para el diseño de cualquiera de las estructuras offshore. Se referirá, por tanto, a las cimentaciones de los aerogeneradores, subestaciones transformadoras offshore y torres meteorológicas.
Existen diversos códigos técnicos que pueden ser utilizados como guía para el diseño de las diferentes estructuras. La norma Det Norste Veritas, por ejemplo, diferencia entre cargas permanentes, variables y ambientales. Entre las cargas permanentes que, como su propio nombre indica, son aquellas fijas en magnitud, posición y dirección, se encuentran, entre otras, el peso de la estructura y del equipamiento fijo y las presiones hidrostáticas de naturaleza permanente. Entre las cargas variables, que se caracterizan porque pueden variar en magnitud, posición y dirección, se encuentran las asociadas al trasiego del personal, a las cargas de grúas en funcionamiento, a los impactos de embarcaciones y a los equipos que no son fijos. Las cargas ambientales son aquellas que pudiendo variar, al igual que las anteriores, en magnitud, posición y dirección, se diferencian de éstas en que están asociadas a fenómenos naturales. Entre ellas destacan las cargas de viento, de oleaje, de corrientes, de sismos y de mareas [37].
2.7 SELECCIÓN DE CIMENTACIONES
Una vez establecidas las bases de diseño, se está en disposición de seleccionar la tipología de cimentación más apropiada para cada una de las estructuras de la instalación eólica offshore: aerogeneradores, subestaciones transformadoras offshore y torres meteorológicas.
46
[image:46.612.140.463.348.633.2]Fig. 2.19. Plano del diseño conceptual de un trípode
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La elección entre los distintos tipos de cimentaciones ha de basarse en un análisis técnico y económico sin perder de vista el aspecto medioambiental. Todo ello ha de fundamentarse en el diseño conceptual de las distintas alternativas de cimentaciones a instalar en el emplazamiento, ver Fig. 2.19 y Fig. 2.20. Sólo de esta manera se pueden analizar las fortalezas y debilidades técnicas y los costos asociados, los cuales han de incluir los costes de fabricación, de montaje, de operación y de desmantelamiento. Una vez realizado este análisis se elegirá el tipo de cimentación más adecuado para las condiciones del proyecto [38].
Aunque una de las conclusiones de este análisis podría ser diseñar distintos tipos de cimentaciones en función del terreno, se ha de considerar, a la hora de tomar dicha decisión, la complejidad constructiva que eso implica, lo que tiene su efecto en el costo, y reflexionar sobre la conveniencia de utilizar una única tipología de cimentación, siempre que esto sea posible técnicamente. No obstante, no es extraño encontrar un tipo de cimentación para los aerogeneradores y otro distinto para la subestación en un mismo parque eólico.
2.8 DISEÑO ESTRUCTURAL DE DETALLE
Partiendo de los tipos de cimentaciones seleccionados y de las bases de diseño, se está en condiciones de proceder al diseño de detalle de cada una de las estructuras, ver Fig. 2.21. En la mayoría de los casos será necesario, como ya se ha comentado al hablar de la mejora de la pre-caracterización del terreno, realizar ensayos in situ en cada una de las posiciones de las estructuras, en general CPTs( centro de promoción de tecnologías), cuyos resultados se pueden interpretar mediante la previa calibración de éstos con los sondeos. El número de CPTs a ejecutar dependerá, fundamentalmente, de la tipología de cimentación seleccionada, siendo mayor este número en el trípode, en el jacket y en la cimentación de gravedad que en el monopilote.
Dada la complejidad del diseño de estas estructuras puede que sea necesario hacerlo individualmente para cada una de ellas, ya que muchas de ellas diferirán en las cargas a las que estarán expuestas y en las propiedades geotécnicas del terreno. Al igual que en cualquier otro proyecto de ingeniería se ha de tener muy en cuenta en el diseño la fase de montaje, lo que se refleja, por ejemplo, en considerar un mismo diámetro de monopilote para que todos ellos puedan ser transportados con la misma embarcación e instalados con el mismo martillo, o no superar un diámetro de monopilote máximo por restricciones asociadas a los medios constructivos. Asimismo, se ha de considerar la fase de operación.
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El diseño de detalle de las estructuras incluye los j-tubes, que sirven para cubrir y conectar los cables eléctricos en la conexión con los aerogeneradores, las escaleras de acceso, las barandillas de protección, los amarres de embarcaciones y los helipuertos en caso de que se prevea utilizar dichos medios para la operación, etc. Asimismo se ha de tener en cuenta la aparición de fenómenos de socavación en el contorno de las cimentaciones debido a la combinación de las acciones incidentes y al tipo de terreno existente. Esto condicionará el diseño de las mismas.
Una vez finalizado el diseño de detalle de cada una de las estructuras, es habitual recurrir a una empresa que expida una certificación ENAC (Entidad Nacional de Acreditación. La certificación de productos, procesos y servicios tiene como finalidad demostrar al mercado y a los organismos reguladores que un proveedor puede y de hecho produce productos, desarrolla procesos o presta servicios que cumplen unos requisitos de calidad definidos) en la que se exprese su conformidad en relación con el diseño realizado [40].
2.9 OTROS ASPECTOS DEL PROYECTO
Una vez finalizado el diseño eléctrico y estructural se está en condiciones de definir los detalles del proyecto no determinados hasta el momento así como la logística asociada a la fase de construcción y de operación.
2.10 DETALLES
Se refiere aquí a detalles tales como balizas de navegación aérea y marítima, que han de proyectarse de acuerdo a la normativa aplicable, salva pájaros de las líneas eléctricas, medidas compensatorias, etc.
2.11 LOGÍSTICA
La logística es un punto clave del proyecto puesto que influye de una manera clara en su diseño. Es por ello que se ha de tener en cuenta desde los puntos de inicio del proyecto, aunque los detalles finales se pueden dejar hasta este punto del proyecto. No sólo hay que considera la logística asociada a la fase transitoria de construcción, sino también la asociada a la fase más permanente de funcionamiento de la instalación.
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Fig. 2.22. Accidente por fallo de apoyo en un Jack-up
La fase de operación de la instalación lleva asociada otra serie de actuaciones que tendrán lugar
fundamentalmente en el puerto base y como son la construcción de oficinas para el control “in situ” (es una expresión latina que significa «en el sitio» o «en el lugar», y que es generalmente utilizada para designar un fenómeno observado en el lugar, o una manipulación realizada en el lugar. Esta expresión debe interpretarse con significados específicos y particulares, según el contexto donde se la aplica) tanto de la operación de la instalación eólica como de las tareas de mantenimiento que se hayan de llevar a cabo.
Fig. 2.23. Embarcación Jack-up para la instalación de los monopilotes
[image:50.612.141.475.424.613.2]51
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Capítulo 3. Disposiciones geográficas del país
3.1 INTRODUCCIÓN
En este capítulo se analizan los aspectos climáticos que se deben tomar en cuenta para la construcción de un parque eólico marítimo en la República mexicana. Los aspectos que es necesario saber son las condiciones del viento como lluvias y suelo.
3.2 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO
El conocimiento de la climatología regional es de suma importancia para lograr una estimación apropiada de los valores de energía eólica disponibles en un emplazamiento.
3.3 LOCALIZACIÓN DEL PARQUE EÓLICO MARÍTIMO
La localización ideal del proyecto es un aspecto importante ya que la rentabilidad depende de la velocidad anual promedio del viento.
Las tormentas ocurren entre los meses de mayo y octubre en la mayor parte del país, excepto en las regiones que tienen régimen de lluvias intermedio donde además puede haber tormentas de origen frontal en invierno. El promedio anual de días con tormenta es de mínimo 30 días y el máximo de 100 días, sobre las principales sierras mientras que el mínimo es de cero a un día por año y se presenta en el noroeste del país. Las mayores cantidades de lluvia se reciben en la vertiente del Golfo de México y el sureste. Sin embargo, las tormentas tropicales y los huracanes producen precipitaciones muy abundantes, ver Fig. 3.1.
De los elementos del clima, el viento tiene el comportamiento más irregular. Los datos se refieren al viento que sopla a una altura de 10 metros sobre la tierra, de acuerdo con las especificaciones de la Organización Meteorológica Mundial. La velocidad se representa según la escala de Beaufort.
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Tabla 3.1. Continuación
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Las regiones con mayor potencial eólico corresponden al Istmo de Tehuantepec y a las inmediaciones de la Bufa, en Zacatecas, ver Fig. 3.2 [43].
México cuenta con una organización que tiene como objetivo, proveer pronósticos, alertas e información del estado del tiempo y del clima estratégico y útil para el país, que sustente la toma de decisiones.
El Servicio Meteorológico Nacional (SMN) es el organismo encargado de proporcionar información sobre el estado del tiempo a escala nacional y local en nuestro país. El Servicio Meteorológico Nacional, depende de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), la cual forma parte de la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT) [44].
El SMN da un reporte del pronóstico del tiempo ya sea por hora o cada diez días, en temperatura, precipitaciones, velocidad del viento, etc.
[image:56.612.113.478.380.668.2]En México el clima está determinado por varios factores, entre los que se encuentran la altitud sobre el nivel del mar, la latitud geográfica, las diversas condiciones atmosféricas y la distribución existente de tierra y agua. Por lo anterior, el país cuenta con una gran diversidad de climas, los cuales de manera muy general pueden clasificarse, según su temperatura, en cálido y templado; y de acuerdo con la humedad existente en el medio, en: húmedo, subhúmedo y muy seco [43].
Fig. 3.1. Gráfica de magnitud del viento por fecha
![Tabla 1.3: Muestra una lista de los proyectos eólicos que hay en México [18].](https://thumb-us.123doks.com/thumbv2/123dok_es/4995466.76851/20.842.205.658.116.501/tabla-muestra-lista-proyectos-eolicos-mexico.webp)
