Validación y estudio comparativo de metodología CFD aplicada a emplazamientos eólicos reales

Abstract

En este trabajo se ha realizado la validación y comparación de un modelo de viento CFDWind desarrollado por el Centro Nacional de Energías Renovables y basado en metodología CFD que permite resolver el comportamiento del viento en el interior de la capa límite atmosférica, adaptando su uso a la caracterización del viento en emplazamientos eólicos. Se ha pretendido proporcionar a la comunidad eólica una herramienta validada y comparada que aporte mejores resultados de evaluación del recurso eólico y aminore los costes derivados de licencias de programas de ordenador. En primer lugar, se ha llevado a cabo un proceso de verificación respecto a la implementación numérica del modelo de viento mediante su aplicación sobre una geometría sencilla y evaluando los resultados obtenidos. La incertidumbre obtenida en este proceso de verificación ha permitido cuantificar la idoneidad del modelo para realizar estudios orientados a la evaluación del recurso eólico. A continuación se ha validado el modelo de viento en tres emplazamientos eólicos reales, representativos de la más avanzada actualidad de la comunidad eólica. Son casos que están siendo analizados por los agentes del sector y cuyas particularidades los colocan en la prioridad de análisis de la modelización numérica. Cada uno de estos casos se ha analizado concreta y detalladamente en función de las necesidades que presentaban y se han validado los datos de las simulaciones frente a los datos experimentales. Se ha determinado que la metodología utilizada asegura una solución eficiente y adaptada a las necesidades del sector en cada caso particular. Por último se ha realizado un estudio comparativo entre el modelo CFDWind y tres de las herramientas de modelización del viento más utilizadas en el sector eólico. Se trata de evaluar la capacidad de CFDWind respecto a las herramientas actuales y comprobar su posicionamiento entre ellas. Para ello se ha seleccionado un emplazamiento eólico real y se ha caracterizado de forma detallada la velocidad del viento con cada uno de los programas propuestos. El modelo CFDWind se ha consolidado como el más robusto de todos los modelos analizados. ABSTRACT In this thesis it has been carried out the validation and comparison of the CFDWind model, developed by the National Renewable Energy Centre. This model is based on CFD methodology and allows to solve the behavior of the wind inside the atmospheric boundary layer, adapting its use to wind characterization in wind farms. It has been tried to provide the wind energy community with a validated and compared tool that ensures best results when evaluating wind resources and reduces the cost derived from software licenses. In the first place, it has been done a verification process with respect to numerical implementation of the wind model. It has been applied on a simple geometry, and the results have been evaluated. The error in this verification process has quantified the adequacy of the model for studies on wind resource assessment. After that, the wind model has been validated in three wind farms, which represent the state of the art within the wind energy community. They are cases that are being analyzed by sector agents and whose particularities place them among the top priorities for numerical modelling. Each of these cases has been analyzed in detail according to the necessities presented and the results from the simulations have been validated against experimental results. It has been determined that the methodology followed ensures an efficient and adapted solution for the sector needs in each case. At last, it has been done a comparative study of CFDWind against three of the most common wind modelling tools in the wind energy sector. It has been tried to evaluate the accuracy of CFDWind against current tools and to test its place between them. To do that, it has been selected a wind farm and the wind speed has been characterized in detail with each of the proposed models. CFDWind has consolidated as the most accurate of the proposed models.