Artículo publicado en la XIII Conferencia Latinoamericana de Usuarios ESRI y Leica Geosystems

Transcripción

1 Artículo publicado en la XIII Conferencia Latinoamericana de Usuarios ESRI y Leica Geosystems Celebrada en el marco del TIG 2006: Encuentro Latinoamericano de Usuarios de Tecnologías de Información Geográfica En la ciudad de Santa Cruz de la Sierra, Bolivia. Los días 25, 26 y 27 de Octubre del año 2006 Organizador Geosystems S.R.L

2 Evaluación del Potencial Eólico en México Empleando ArcGIS y WAsP Resumen Ubaldo Miranda Miranda y Ricardo Saldaña Flores Gerencia de Energías no Convencionales, Instituto de Investigaciones Eléctricas Av. Reforma # 113, Col. Palmira, C. P , Cuernavaca, Morelos, México Tel: ext. 7255, umiranda@iie.org.mx El Instituto de Investigaciones Electricas (IIE), a través de la Gerencia de Energías no Convencionales (GENC), está llevando a cabo el mapeo eólico en zonas específicas de la república mexicana. Para ello se emplea básicamente el SIG ArcInfo [1] y el modelo de viento Wind Atlas Analysis and Application Program (WAsP) [2]. El proceso radica en obtener una serie de datos de viento de un sitio y la posición geográfica del punto de medición. Después se generan, a partir de un mapa topográfico, las curvas de nivel, y de un mapa de uso de suelo, las curvas de cambio de rugosidad. Adicionalmente se elabora un listado de las posibles obstrucciones que hayan afectado las mediciones. Todos estos datos son empleados para correr el programa WAsP. Los resultados obtenidos son puestos en un mapa nacional que cuenta además con diversas capas para el posterior análisis. Hasta ahora se han elaborado los mapas mensuales de 20 zonas y se cuenta con datos para modelar en 20 más. Introducción El uso de la energía eólica para generar electricidad cada día se va extendiendo en el mundo. Por ello existe la necesidad de conocer la distribución espacial del viento en zonas donde hay alguna evidencia de que se puede aprovechar este recurso, es decir, que la rapidez del viento es lo suficientemente alta para hacer viable económicamente un proyecto y que las condiciones de uso de suelo, líneas eléctricas, propiedad de la tierra, etc. son adecuadas. En México se están haciendo grandes esfuerzos para la implementación de proyectos eoloeléctricos [3], sin embargo, todavía existen muchas limitaciones para que se logre un impulso tal como lo exige el acelerado cambio climático [4]. Una de esas limitaciones es el desconocimiento del potencial eólico real. El IIE cuenta con la GENC, la cual es un área que se encarga del estudio de los recursos energéticos renovables, particularmente viento, sol, pequeñas caídas de agua y biomasa. En cuanto a la evaluación del potencial eólico, la GENC ha llevado a cabo mediciones en más de 100 sitios del país y analizado la viabilidad de proyectos eoloeléctricos para muchos de éstos. A través de los años la GENC ha desarrollado métodos para la evaluación de los recursos energéticos renovables. En el caso del viento se utiliza el modelo WAsP, creado en los laboratorios RISO de Dinamarca, y el paquete ArcGIS en su versión ArcInfo con sus extensiones para el manejo de información raster. En este documento se expone el proceso para modelar el viento en zonas específicas de México, el cual puede ser aplicado a cualquier sitio del mundo.

3 Requerimientos para la Modelación con WAsP El modelo WAsP (figura 1) extrapola el viento en el plano horizontal y la vertical a partir de mediciones de viento en un punto, con lo cual se pueden generar mapas regionales, siempre que la región cumpla con los requisitos que impone el modelo. Para operar, el WAsP requiere cuatro elementos: una serie de datos de dirección y rapidez de viento, un mapa topográfico, un mapa de rugosidad del terreno y, si fuera el caso, una lista de obstrucciones que hubieran afectado los datos de viento. Desde luego es indispensable contar también con la posición geográfica del punto de medición y la altura sobre el terreno donde se tomaron los datos. Datos de viento. Los datos de viento (dirección y rapidez) deben ser del período que se desea modelar. Pueden estar en promedios cada 10 o 15 minutos u horarios. Topografía. El mapa de topografía requerido por WAsP debe estar en un formato vectorial propio del programa (extensión.map). Este mapa contiene las curvas de nivel de la región de modelación con el espaciamiento que el usuario tenga disponible. Rugosidad. La rugosidad del área de modelación debe ser descrita por curvas de cambio de rugosidad, similares a las curvas de nivel. Estas curvas contienen el valor de la rugosidad a cada lado de las líneas. Posición geográfica del sitio de medición. Este es un dato indispensable para correr el modelo ya que la altitud es tomada automáticamente del mapa, al igual que el valor de la rugosidad. Listado de obstrucciones. Cuando el viento es medido en lugares donde existen construcciones o árboles que afecten los valores, se debe hacer una lista de todos esos elementos. Recursos La GENC cuenta, desde 1997, con un proyecto denominado Desarrollo del Sistema de Información Geográfica para las Energías Renovables en México (SIGER) [5]. En el marco de este proyecto se ha generado mucha información sobre recursos energéticos renovables y se han obtenido capas de información básica para el análisis geoeconómico de estos recursos. La base del sistema es ArcGIS: se dispone de licencias ArcInfo, ArcView y ArcIMS, así como de extensiones para el manejo de archivos raster (figura 2). Topografía. Se dispone de un archivo raster nacional con resolución de 100 metros, generado a partir de información escala 1: También se cuenta con archivos raster, con una resolución de 50 metros, cubriendo todo el territorio nacional, generados a partir de información escala 1: Uso de suelo. Se ha generado un archivo raster de cobertura de suelo con resolución de 1 km con la clasificación Ecosistemas Globales, obtenido de la USGS [6]. También se dispone de conjuntos de datos vectoriales [7] y cartas de uso de suelo en escala 1:50000 para diversas zonas del país

4 Datos de viento. La GENC cuenta con un acervo de datos de viento medidos en diversas partes del país en distintos períodos. Actualmente existen estaciones de medición de viento en 20 de las zonas con mayor recurso eólico. Adicionalmente se dispone de la infraestructura necesaria para llevar a cabo mediciones de viento en cualquier sitio que se requiera. Figura 1. Wind Atlas Analysis and Application Program (WAsP) Figura 2. Sistema de Información Geográfica para las Energías Renovables en México (SIGER) Procesamiento Preparación de información. La preparación de los datos de entrada al modelo de viento es clave para obtener buenos resultados. La forma típica en la que se lleva a cabo esta actividad en la GENC se describe a continuación. Datos de viento. Los datos de dirección y rapidez de viento se estructuran en tablas, de preferencia en ASCII separado por comas. Topografía. La topografía se obtiene del mapa raster extrayendo el área de modelación. Posteriormente se crean las curvas de nivel con el espaciamiento deseado y se exportan a un archivo dxf. Rugosidad. Se digitalizan las curvas de cambios de rugosidad, ya sea en pantalla o en una tableta, y se guardan en formato dxf. Posición del sitio. La Posición de la estación de medición se obtiene con un GPS. Para sitios donde se midió el viento antes de contar con GPS, se determina la posición mediante cartas de escala 1:50000 Modelación. Antes de correr el modelo WAsP se configura la malla con la resolución deseada, en estos casos se han utilizado 100 y 500 m. También se define la altura a la que se desea extrapolar el viento, para estos mapas se han utilizado 10 y 50 metros de altura, aunque también se han hecho algunas modelaciones a 80 y 100 m. Los resultados se editan para extraer solamente las coordenadas y la densidad de potencia del viento en cada punto. Incorporación al mapa eólico nacional. Los resultados de las modelaciones se incorporan al mapa nacional interpolando los valores a una resolución igual a la modelada, con el fin de

5 evitar la generación de nuevos datos. El mapa eólico cuenta además con capas de poblaciones, carreteras, líneas eléctricas, etc. que sirven de apoyo para los análisis de viabilidad de proyectos. Resultados A la fecha se han elaborado mapas eólicos mensuales para 20 zonas del país (figura 3), las cuales se encuentran en los estados de Baja California Sur (figura 4), Sonora, Chihuahua, Zacatecas, Hidalgo, Veracruz, Oaxaca, Campeche y Quintana Roo. Figura 3. Mapa eólico del SIGER Figura 4. Mapas eólicos regionales de Baja California Sur Acciones futuras Se continuará con la modelación de viento regional empleando datos medidos para garantizar la calidad de los resultados. Así mismo se está iniciando la implementación de modelos de mesoescala para generar información que pueda alimentar al modelo WAsP y con ello hacer modelaciones en regiones hasta ahora no exploradas. El objetivo es contar con mapas eólicos nacionales paralelos, unos para ayudar a planear campañas de mediciones y otros para el análisis de proyectos. Referencias [1] ESRI (2006), Página Web [en línea] visitada en agosto [2] Mortensen Niels el al. (2003), Getting Started with WAsP 8. Manual del programa WAsP, ver. 8.0, Riso National Laboratory, Roskilde, Denmark. [3] IIE-PNUD (2006), Plan de acción para eliminar barreras para el desarrollo de la generación eoloeléctrica en México, Programa conjunto del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo y el Instituto de Investigaciones Eléctricas, disponible en: [4] ONU (1998), Protocolo de Kyoto de la convención marco de las naciones sobre el cambio climático, disponible en: [5] Miranda, U., R. Saldaña y M.F., Morales, El Sistema de Información Geográfica para las Energías Renovables (SIGER) en México, Boletín IIE, año 26, vol. 27, núm. 4, pp [6] USGS (2006), North America Land Cover Characteristics Data Base Version 2.0. Página Web [en línea] visitada en agosto [7] INEGI (2006), Página Web [en línea] visitada en agosto 2006.