Apuntes para Entender Mejor la Polémica entre Energía Hidráulica versus Solar y Eólica. PRIMERA PARTE

José Vergara, Ing Civil, Ph.D

 

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Nota: El articulo completo puede ser solicitado al Dr. Vergara (email: drjosevergara@yahoo.com)

 

INTRODUCCION:

Me sorprendió ver como dos destacados ingenieros  se acusan mutuamente  de cometer errores de  órdenes de magnitud, en la estimación de un proyecto de ingeniería, es el remplazo de la generación hidráulica del Proyecto Hidroeléctrico Aysén (PHA) por Energía Eólica y/o Solar.

Fernadez [1] ingenieria.uchile.cl/files/Memoria_Calculo_Fernandez_1.pdf

 Roman [2] ingenieria.uchile.cl/files/Memoria_calculo_RoRoman.pdf

Por lo anterior,  me permito aportar a la discusión  mi experiencia en las tres fuentes de energía en discusión: Hidráulica, solar y eólica.

Claramente no hay ingeniería de detalle en las soluciones planteadas por ambos ingenieros y todo el análisis se encuentra dentro del marco de lo que se define como Ingeniería Conceptual,  donde es posible esperar diferencias en un factor de 1.5 a 2, pero en ningún caso órdenes de magnitud 8 0 10 veces como acusa Román (2).

 

Datos del Problema:

Energía Generada Anual:                               18.430 GWh

Potencia Disponible:                              2.750 MW

Fuentes  Energía Alternativas:                   Eólica y Solar.

 

1.- EL TAMAÑO DEL ANIMAL

¿Qué tan grande es el Problema? ¿Tiene Solución? ¿Cuánto Cuesta?

 

1.1      Área  Requerida Primera Estimación.

Según la Tabla 1, tanto para  Fernández [1] como Román [2] el área requerida para desarrollar el proyecto solar y eólico, cubrir una superficie cercana a una ciudad grande de Chile, ya sea con requiere paneles, espejos solares o generadores eólicos, lo que los hace un Mega Proyecto fuera de toda escala de ingeniería nacional   y mundial.

Tabla 1: Resumen de las diferentes alternativas solar y eólica para suministrar igual cantidad de energía anual que PHA.

 

                   Fernández [1]                         Román [2]

                   Ha               (Km2)          Ha     (Km2)         

Solar           55.000  (23,5x23,5)     8.374  (10x10km)

Eólico           155.000  (39,4x39,4)             15.500  (12.5x12.5)

 

Independiente de los autores, se está hablando de a lo menos  100km2 de paneles solares y de una cantidad superior en turbinas eólicas, superficie comparable al área de Antofagasta 60 km2 o Concepción 220 km2, todo completamente cubierto con paneles solares, espejos o generadores eólicos, que tienen que ser limpiados y mantenidos regularmente.

Es muy probable que de  llevarse adelante un proyecto de este tipo, requerirá que las fábricas de paneles solares, espejos y/o turbinas eólicas tengan que instalarse en Chile.

 

Cualquiera sea el caso  seleccionado, el Proyecto queda dentro de lo que se llama un Mega proyecto de escala Faraónica, donde se requerirá de una  gigantesca infraestructura de ciudad para su mantenimiento, sistemas sofisticados de control y  costos de mantenimientos que superaran largamente los de un proyecto hidráulico y sobre todo con un  fuerte impacto ambiental.

 

1.2 - El Recurso Eólico y Solar.

Dado que gran parte de la discusión actual apunta a que ambos proyectos tienen que ser localizados en la zona norte del país, la primera pregunta que tenemos que hacernos es  ¿cuáles son las características de ambos recursos? y si ¿es posible una solución hibrida solar-eólico, que permita contar con una oferta que se aproxime mejor a  la demanda de energía?.

Las Figuras 1 a y b muestra el ciclo de vientos diarios en la zona de Guacolda norte del país, y radiación solar en el desierto cerca de Antofagasta, claramente ambas fuentes de energía presentan un fuerte ciclo diario con una mayor disponibilidad durante la tarde, lo que  hace muy difícil que ambas fuentes de energía  se puedan complementar y con esto disminuir los requerimientos de almacenamiento de energía (baterías o termofluidos).

 

 

2.-  REQUERIMIENTOS DE TERRENO PROYECTOS EOLICO Y SOLAR.

Desde el punto anterior e independiente del origen de los cálculos, claramente no hay experiencia similar a nivel mundial que pueda ser utilizada como referencia para este gigantesco proyecto, y cualquier escalamiento desde proyectos existentes tendrá detrás la dificultad propia de la factibilidad técnica.

 

Como en toda Ingeniería Conceptual para evaluar la factibilidad del Proyecto, se recurre al estado del arte y conocimiento científico disponible Román [2] o experiencia real de Proyectos existentes caso Fernández [1] los que son escalados al proyecto de interés.

 

Dado que ambos enfoques son validos, la pregunta que trataré de responder, es:

¿por qué se llegan a resultados tan distintos? o ¿son realmente distintos?.

 

Nota: Por razones de tiempo y espacio  solo abordaré dos de las soluciones planteadas por Román (2): Eólica y TermoSolar.

 

2.1-El Caso Eólico:

Los proyectos HIDRAULICOS requieren mucho menos Área que los EOLICOS dado que  la Densidad del AGUA es 1000 veces mayor que la del AIRE (Figura 2).

 

2.1.1 La Turbina de 2.0MW nominal

Área propuesta: Una turbina eólica de 2,0 MW tiene un diámetro de aspas cercano a D=80m, y un altura total (aspas + torre) que puede superar los 100 m, altura superior  a las torres más altas de un proyecto la Línea de alta Tensión (Figura 2), por lo que el proyecto eólico estarían a lo menos sometido a las mismas consideraciones ambientales que la Línea de Corriente Continua proyectadas en PHA.

 

Como Román (2) menciona,  por razones hidrodinámicas, la separación entre turbinas recomendable es entre 1,5 y 3,0 veces el diámetro de las aspas (Figura 3). Mientras menor  es la separación entre turbinas menor es la eficiencia global del parque, producto del incremento en la turbulencia atmosférica y la reducción en la velocidad del viento (efecto pantalla). Por lo anterior, una separación razonable entre turbinas es de 3D, de lo contrario, si se utilizan separaciones menores a 3D entre turbinas, se requiere reducir el Factor de Planta (Fp) Global utilizado en el diseño del Parque Eólico.

En otras palabras no se puede escalar el factor de planta de parques eólicos actuales a MegaParques eólicos, de forma simple.

La distribución de Turbinas sobre un terreno depende de la topografía,  es un problema de optimización con el objetivo de “lograr el mejor factor de planta (Fp) del sistema completo sometido a las condiciones de terreno y viento del lugar.” Los parques eólicos actuales están localizados muy cerca de los mejores sitios y por lo tanto tienen los mejores factores de planta.

 

“El disminuir  la separación a distancias tan pequeñas como 1D, tal como insinúa Román (2), tiene  claras repercusiones ambientales al reducir de manera significativa la capacidad para el libre tránsito de aves o aeronaves”, no olvidar que es una pantalla de a lo menos 100 metros de alto y 80 metros de ancho.!!!

 

¿Cuánto es el área requerida por Turbina de 2MW?

Claramente depende del arreglo de estas en el terreno, en una zona plana infinita (Patagonia argentina)  el arreglo será más cerca de uno rectangular, pero en una zona como Chile se acercara más a un arreglo  lineal (Figura 3).

 

Arreglo de las Turbinas con Geometría Rectangular (Figura 3)

Turbinas de 2MW tienen un diámetro de 80m, por lo que el área ocupada es de 0,64 Ha

Desde Figura 3 y utilizando una separación de 3D entre turbinas, se requieren= 16 X 0,64Ha/turb  = 10,24 Ha/turb

 

Arreglo de las Turbinas con Geometría Lineal (Figura 3)

Si se utiliza una separación de 3D entre turbinas, se requieren  0,8 X 4Ha/turb  = 3,2 Ha/turb

 

Arreglo de  Turbinas en Geometría Real:

Desde la Tabla 2, el Parque  eólico de Punta Colorada localizado en la Serena,  requiere 242Ha para la instalación de 18 Turbinas,  lo que da un valor de uso de suelo por turbina de:

 

Factor de uso de suelo por turbina = 242/18 = 13,4 Ha/turb

Un valor 13, 4 resulta más realista dado que incluye caminos, obras auxiliares y una topografía real.

 

Tabla 2: Parámetros de diseño parque eólico, Punta Colorada Barrick-Chile (Serena), [3]:

 

Potencia Nominal:        36 MW

Inversión:                      70 millones de dólares

Número de Molinos.            18 molinos de 2.0 MW

Costo por Turbina              70 Mill$USA/18= 3,8 Mill$USA

Área  utilizada:                242 Ha.

Asumiendo que el número de turbinas  determinadas por Román (2) para generar igual cantidad de energía que PHA es de 4.574,  más adelante discutiremos este valor, y en el caso de un arreglo lineal el largo del Parque eólico seria de:

Largo Parque = 0,8 X 4574 x 400 m= 1462 km (Román)

¡APROXIMADAMENTE 1.500 KM DE TURBINAS!!!

 

Lo que es claramente   comparable al largo de toda la Línea del Proyecto HidroAysen, y  sería el equivalente a un parque que partiría en Cochrane (Aysén) y terminaría en Chillan o de lo contrario partiría en Arica y termina en Serena, y con una cantidad mayor de torres que las del todo el proyecto HidroAysen!!.

Finalmente el factor de uso de suelo por turbina,  es un numero que depende de la topografía del terreno y la características de los vientos. En lo que sigue mantendremos el valor  de 13,4 Ha más cercano a un arreglo rectangular y 3,2 Ha para un arreglo lineal, lo que es totalmente consistentes con los valores en proyectos reales y mi experiencia personal.

 

Continúa en SEGUNDA PARTE… http://bit.ly/nxT9au

 

UNETE



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